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地球化学课程作业

地球化学作业

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2014-10

地球化学作业一

1.熟悉下列名词的概念：

丰度，地球化学，地球化学体系原始地幔，亏损地幔，地球化学亲和性，亲氧元素，亲硫元素，亲铁元素，类质同象，捕获，容许，隐蔽法则，晶体化学分散，残余富集，晶体场分裂能，晶体场稳定能，八面体择位能，微量元素，能斯特分配定律，分配系数，KD，相容元素，不相容元素，稀土元素，REE，ΣCe，ΣY，δEu，δCe，SMOW，CDT，PDB，同位素封闭温度，结晶年龄，冷却年龄，（87Sr/86Sr）0，εNd（0），εNd（t），TCHUR，TDM，普通铅，原始铅，谐和曲线，等时线，αA－B，△A-B

2.思考下列问题：

地球化学学科的性质及地球化学研究的基本问题是什么？

地球化学学科的研究思路和研究方法有哪些？

地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。

太阳系元素丰度的基本特征是什么？

地球化学课程为什么要研究陨石？

地球各圈层化学组成的基本特征是什么？

洋壳与陆壳有何区别？

地幔有哪些类型，其化学组成如何？

亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？

地壳中元素的赋存形式及其研究方法有哪些？

类质同像规律及研究的地球化学意义有哪些？

晶体场理论对过渡族元素行为的控制具体体现在哪里？

什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？

微量元素的主要存在形式有哪些？

能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。

稀土元素的主要特点是什么？

其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？

你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？

试分析分离结晶和部分熔融过程中，岩浆元素M和超岩浆元素H的关系。

放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。

利用衰变定律来测定岩石、矿物的年龄，应满足的哪些前提条件？

说明Rb－Sr测年基本原理。

说明Sm－Nd法测年基本原理。

试分析U-Th-Pb法测年与普通铅法测年有何异同？

稳定同位素的组成及其表示方法是什么？

同位素地质温度计的基本原理。

地球化学作业二

1．夏威夷火山熔岩中，共生橄榄石和普通辉石样品经电子探针分析含Ni量（ppm）为：

样号

No168

No190

橄榄石

普通辉石

1760

850

1480

360

计算Ni在共生橄榄石（Ol）和普通辉石（Py）的分配系数（K

）。

2．某原始岩浆中Ni含量为400ppm,Cu为250ppm，总分配系数DNi=2.6,DCu=0.45,根据分异结晶模型，试求出：

①当1一F分别为0.3、0.6、0.9时，残余熔浆中Ni、Cu含量各为多少？

②Ni、Cu是否可通过岩浆分异结晶方式使其浓度达到工业品位（Ni=0.3%,Cu=0.4%）

③根据上述结果，你认为Ni、Cu要形成有价值工业矿床（岩浆型或热液型），需要什么特殊成矿条件？

3．某地有两个花岗岩体，经采样，测得La、Sm含量（ppm）分别为：

花岗岩A花岗岩B

样品

123456

12345

7.511.033.138.220.527.4

42.350.238.430.868.5

6.04.55.86.26.15.8

8.410.17.95.9713.9

计算并作La/Sm—La图，根据作图分析这两个花岗岩在岩浆作用上的差异。

4．下表是某地两个样品的稀土元素数据及作为标准的球粒陨石REE丰度（单位：

10-9）：

样品1

61.93

82.12

9.88

37.89

5.92

0.81

5.01

0.89

4.25

0.72

1.94

0.57

2.17

0.38

样品2

28.22

71.04

8.91

35.54

6.57

0.56

5.47

1.09

7.27

1.53

4.97

0.83

5.91

0.79

球粒陨石标准值

0.31

0.81

0.12

0.60

0.20

0.07

0.26

0.05

0.32

0.07

0.21

0.03

0.21

0.03

计算样品的下列参数：

∑LREE、∑HREE、δEu、δCe、（La/Yb）N。

地球化学作业三

1．某个体系中橄榄石、单斜辉石、斜长石为体系中的结晶矿物，他们的含量分别是：

20%、30%、50%，并测出Ni在橄榄石和熔体中的分配系数为10、在单斜辉石和熔体中的分配系数为0.2、在长石和熔体中的分配系数为0.01，求Ni在这个体系中的总分配系数。

2．某花岗岩中锆石测得的铅同位素组成为：

204Pb0.048%（原子数），206Pb80.33%，207Pb9.00%，208Pb10.63%，测得的长石铅同位素组成为：

204Pb∶206Pb∶207Pb∶208Pb=1.00∶16.25∶15.51∶35.73，求206Pb*/204Pb（*表示放射性成因）值。

3．某地伟晶岩脉中的黑云母用K-Ar同位素法定年，测得放射成因40Ar*与40K的比值（40Ar*/40K）=0.00581，已知λe=0.581×10-10/a，λβ=4.962×10-10/a，计算伟晶岩脉的侵入年龄，推测它的地质年代，何代？

何纪？

（提示：

ln（1+X）≈X，不需要用计算工具）

4．采用氧同位素地质温度计测温，测得△石英－金红石=5.6‰，计算石英－金红石共生平衡时的温度t=？

（℃）。

已知：

石英—水体系：

10001nα石英－水=2.5×106/T2－1.96

金红石—水体系：

10001nα金红石－水=－4.1×106/T2+0.96

（式中温度T的单位为K）。

5．某岩体的四个全岩样品分析结果如下：

样品

87Rb/86Sr

87Sr/86Sr

0.1564

0.0755

0.216

0.328

0.7068

0.7037

0.7091

0.7113

用最小二乘回归法，将以上数据拟合成一条直线，确定这一岩石的年龄和锶初始比值，并分析这一岩体可能的源区。

6．已知某石英二长岩的年龄为122Ma，实测同位素比值为87Rb/86Sr=0.7964，87Sr/86Sr=0.70222，147Sm/144Nd=0.0833，143Nd/144Nd=0.511855。

求同位素初始比值（87Sr/86Sr）和（143Nd/144Nd），єSr（T）、єNd（T），Nd同位素模式年龄

，并用єNd—єSr同位素相关图解分析此岩石的可能物质来源。

[基本参数：

λ87Rb=1.42×10-11a-1,λ147Sm=0.654×10-11a-1,（143Nd/144Nd）CHUR（0）=0.512638,（147Sm/144Nd）CHUR（0）=0.1967,（143Nd/144Nd）DM（0）=0.51315,（147Sm/144Nd）DM（0）=0.21357,（87Rb/86Sr）CHUR（0）=0.0816,（87Sr/86Sr）CHUR（0）=0.7045]

7．画出μ=9.0的增长曲线，利用该图判断下列两个矿床的铅是属于正常铅还是异常铅？

并计算出正常铅的成矿年龄（求φ值年龄，用内插法）。

206Pb/204Pb

207Pb/204Pb

208Pb/204Pb

方铅矿1

16.63

15.635

36.56

方铅矿2

20.81

15.97

40.08

*新参数a0=9.37b0=10.294λ1=1.55125×10-10a-1λ2=9.8485×10-10a-1

年龄（t）

φ值

×109a

新参数*

1.0

1.2

0.7247

0.7520

8.测得某沉积变质岩的变质矿物氧同位素组成如下：

矿物

δ18O（‰）

石英

磁铁矿

白云母

+14.8

+5.0

+11.4

计算各矿物对的氧同位素平衡温度，假定这些矿物在480℃变质作用期间与水处于氧同位素平衡，计算此水的δ18O。

9.内蒙某硫化物矿床中矿物包裹体测温获得脉石矿物石英的均一温度为290-350℃，现又测定了两组共生的方铅矿和闪锌矿的δ18S值：

闪锌矿

方铅矿

第一组

第二组

-0.1

-2.1

-1.9

试计算矿物对的硫同位素平衡温度，并算出它们的分馏系数。

10.已知某矿带内矿脉石英中液包裹体的氢氧同位素组成如下：

样号

δD（‰）

δ18O（‰）

-53.1

+11.7

-34.2

-51.7

+13.9

-53.7

+13.7

-54.2

+11.7

试据以上数据判断成矿热液的可能成因。

地球化学作业四（上机）

岩浆多是部分熔融过程产生的，最简单的部分熔融是平衡部分熔融过程，在此过程中所产生的熔体与残留相始终保持着平衡，直到熔融结束，且更为简单的是所熔矿物的比例与源岩原始矿物组成比例一致，这种情况在自然界可能性一般较少，而最易理解的易熔矿物最先发熔融，将会使产生的岩浆与源岩组分有明显的差别。

考虑一源岩体系由石榴子石（15%）、角闪石（30%）、斜长石（40%）、单斜辉石（15%）组成的体系，在一定温度下发生部分熔融，如果熔融是以斜长石（30%）、角闪石（60%）、单斜辉石（10%）为主，源岩的稀土元素含量及各矿物的矿物/熔体间分配系数如下表所示。

岩石/矿物

源岩/μg/g

3.7

11.5

10.0

3.3

1.3

4.6

5.7

3.7

5.1

石榴子石/D

0.001

0.007

0.026

0.102

0.243

0.680

1.940

4.700

6.167

角闪石/D

0.544

0.084

1.340

1.804

1.557

2.165

2.024

1.740

1.642

斜长石/D

0.190

0.111

0.090

0.072

0.443

0.071

0.063

0.057

0.056

单斜辉石/D

0.056

0.092

0.230

0.445

0.474

0.556

0.582

0.583

0.542

（1）用批式（Batch）熔融模式计算5%、10%、20%不同熔融程度下，熔体与残留相的稀土元素含量并比较熔体的REE分布型式与源岩的差别，说明造成此差别的主要原因。

（2）用分离部分熔融模式计算计算5%、10%、20%不同熔融程度下，熔体与残留相的稀土元素含量并比较熔体的REE分布型式与源岩的差别，说明造成此差别的主要原因。

参考计算步骤：

1、计算源岩、熔融相的总分配系数。

2、由批式熔融过程中熔体中与源岩元素含量关系式及质量平衡方程计算不同熔融程度下的熔体、残留相的稀土元素含量。

3、由Boynton的球粒陨石稀土元素含量对源岩、熔体相、残留相进行标准化。

4、对源岩、熔体相、残留相进行标准化结果作半对数图解。

地球化学作业五（上机）

一玄武岩浆进入到上地壳下部，遇到地壳基底变质岩，岩浆同化该基底岩石，并发生分离结晶作用，结晶相由单斜辉石（50%）、斜长石（30%）、角闪石（15%）、斜方辉石（5%）组成，假设被同化的围岩分别为结晶相质量分数的10%、20%、40%、60%，试计算相应的残余熔体为10%时的稀土元素分布型式。

计算过程中各矿物的分配系数、玄武岩浆与围岩的稀土元素含量如下表所示。

岩石/矿物

玄武岩浆μg/g

25.0

50.0

24.7

4.7

1.14

3.53

2.59

1.47

1.33

围岩/μg/g

31.0

63.0

27.0

4.7

1.0

4.0

3.9

2.3

2.0

斜方辉/D

0.02

0.03

0.05

0.09

0.15

0.23

0.34

角闪石/D

0.544

0.084

1.340

1.804

1.557

2.165

2.024

1.740

1.642

斜长石/D

0.190

0.111

0.090

0.072

0.443

0.071

0.063

0.057

0.056

单斜辉石/D

0.056

0.092

0.230

0.445

0.474

0.556

0.582

0.583

0.542

参考计算步骤：

1、计算结晶相的总分配系数。

2、由同化混染-分离结晶公式计算不同同化比例下残余熔体稀土元素含量。

上式F为残余岩浆分数，r为被同化混染的围岩与结晶相的质量分数比，D为结晶相的总分配系数。

3、由球粒陨石稀土元素含量对源岩、熔体相、残留相进行标准化。

4、对源岩、熔体相、残留相进行标准化结果作半对数图解。

地球化学作业六（上机）

一地区存在镁铁质与长英质两种不同变质，经同位素与元素分析，镁铁质变质岩的143Nd/144Nd比值为0.512447，Nd含量为3μg/g，147Sm/144Nd=0.1523，187Os/188Os比值为0.905，Os含量为3.7ng/g，187Re/186Os=2.12；长英质变质岩的Nd亏损地幔模式年龄为2.8Ga，Nd含量为28μg/g，187Os/188Os比值为40.9，Os含量为0.078ng/g，187Re/186Os=184.6。

如果该地区在120Ma前发生地壳深熔作用，

（1）计算这两类岩石熔融产物的理论混合Nd-Os同位素组成的关系图解；

（2）如果年龄为120Ma岩体的єNd（120Ma）=-20、γOs=38试估计其物源组成。

参考计算步骤：

1、分别计算120Ma前镁铁质、长英质岩石Nd、Os同位素组成。

2、由Excel计算120Ma前镁铁质、长英质岩石єNd（120Ma）、γOs（120Ma）。

3、由混合方程求不同混合比例下，混合产物的єNd（120Ma）、γOs（120Ma）。

4、对计算结果作图获得不同比例混合的曲线。

对于混合作用，有如下方程：

地球化学作业七（上机）

一镁铁质岩石分析得到的143Nd/144Nd比值为0.512243、147Sm/144Nd=0.1537。

（1）试用DePaolo亏损地幔二次曲线演化模式、Goldstein的直线演化模式计算出亏损地幔模式年龄；

（2）此镁铁质岩石由其他方法确定其形成年龄为1.80Ga，由二阶段模式计算此镁铁质岩石的Nd亏损地幔模式年龄；（3）假定一花岗岩在300Ma前由此镁铁质岩石在地壳内部分熔融形成，试计算此花岗岩现今的143Nd/144Nd比值与其亏损地幔模式年龄，假定花岗岩具有平均的地壳147Sm/144Nd比值。

（4）讨论各模式年龄差别的原因。

参考计算步骤：

1、由二次方法、线性方程及衰变方程计算镁铁质岩石的Nd亏损地幔模式年龄。

2、由二阶段模式年龄计算镁铁质岩石的Nd亏损地幔模式年龄。

3、根据衰变方程计算得到花岗岩的初始及现今的Nd同位素组成。

DePaolo的亏损地幔演化二次曲线为：

Goldstein的模式是现今亏损地幔的εNd=+10，4560Ma前亏损地幔的εNd=0

地球化学作业八（上机）

一花岗岩体中分选出的锆石得到的U-Pb年龄为118Ma、Th/U比值为1.80，对此锆石颗粒进行了Hf同位素分析，得到176Lu/177Hf=0.000368、176Hf/177Hf=0.282819，

（1）试计算此花岗岩中锆石的Hf亏损地幔模式年龄、εHf（t）；

（2）如果此花岗岩的143Nd/144Nd=0.512470、147Sm/144Nd=0.1011，比较Hf、Nd模式年龄，并讨论此花岗岩的形成历史。

参考计算步骤：

1、列出锆石Hf二阶段亏损地幔模式年龄计算公式。

P代表现在。

2、将所给值及亏损地幔Lu-Hf同位素组成、地壳平均176Lu/177Hf代入公式计算出Hf亏损地幔模式年龄。

3、计花岗岩的Nd亏损地幔模式年龄。

4、讨论花岗岩的形成历史。

地球化学作业九（上机）

以蒙脱石的氢、氧同位素组成为例，分别计算以封闭系统和开放系统在100℃下，由于与大气降水的相互作用而造成的同位素组成的变化。

计算中，蒙脱石-水的氧同位素分馏方程采用103lnα=2.67╳106T-2-4.82，氢同位素分馏方程采用103lnα=-19.6╳103T-2+25；大气降水的δD=-60‰、δ18O=-2‰；蒙脱石的原始δD=-6‰、δ18O=16‰。

氧的岩石与水浓度比为0.5，氢的岩石与水浓度比为0.02。

将计算结果绘制成图，据图与结果讨论矿物/岩石与水相互作用过程由于水/岩比的不同导致最终产物的同位素组成发生的漂移及影响因素。

参考计算步骤：

1、分别列出封闭、开放体系水岩相互作用的水/岩比与体系初始、最终同位素组成及相应元素含量比值的关系。

2、由Excel计算所给定温度下蒙脱石-水之间的氢、氧同位素分馏值。

3、由计算结果用软件成图，说明开放、封闭体系下氢、氧同位素随水/岩比不同而产生的变化规律。

提示：

对于封闭系统，有：

对于开放系统，有：

地球化学作业十（上机）

在同位素地质年代学与地球化学中，误差是必须考虑的重要的参数，同位素数据的取得及最终年龄的计算涉及到诸多过程，每一过程与步骤均有可能产生误差，这就涉及到误差的传递。

对于所获得参数t，它的计算涉及到测量的诸多参数，以如下函数表示之：

t=f（x1,x2,x3,…….）

上式中各测量参数x1、x2、x3…….均存在测量误差Δx1、Δx2、Δx3…….，那么t的绝对误差数学上证明可由下式给出：

以一矿石中辉钼矿的Re-Os同位素测定为例，测得的187Os*=3632±32ng/g、187Re=530386±4662ng/g为例，试计算其Os模式年龄及误差，误差计算中考虑衰变常数的误差为1.02%，衰变常数取1.64×10-11a-1。

参考计算步骤：

1、列出辉钼矿Os模式年龄计算公式。

2、对Os模式年龄计算公式中各变量求篇导数。

3、将所给数值代入所推导出的公式，计算模式年龄的绝对误差。

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