地球化学复习资料
绪论
1.地球化学：地球化学研究地壳（尽可能整个地球）中的化学成分和化学元素及其同位素在地壳中的分布、分配、共生组合、集中分散及迁移循徊规律、运动形式和全部运动历史的科学。
2.研究对象：地球（、、、、、、）太阳系
3.研究内容：①元素的分布、分配
②元素集中、分散、共生组合、迁移规律核心：元素的化学作用和变化。
4.学科特点
（1）对象：地球、地壳等及地质作用用地球化学方法研究以认识自然作用。
（2）以化学等为基础，着重于化学作用。
矿物岩石学：由结构构造了解成因
构造地质学：由物理运动了解过程
古生物学：由形态获得信息
（3）理论性与应用性
理论性：从化学角度查明过程、原因
应用性：生态环境及治理、农业。矿产资源勘探、开发
5.地球化学的研究方法
I.野外工作方法
(1).现场宏观观察：
①地质现象的时空结构
②查明区内各种地质体的岩石-矿物组成及相关作用关系
③由此提供有关地球化学作用的空间展布、时间顺序和相互关系
(2)地球化学取样:
①代表性
②系统性(空间、时间、成因)
③统计性.
.室内研究方法
（1）精确灵敏的测试方法
（2）研究元素的结合形式和赋存状态
（3）作用过程物理化学条件的测定(、、?o2、、、)
(4)自然作用的时间参数
(5)实验室模拟自然过程
(6)多元统计计算和建立数学模型
6.地球化学的发展趋势
经验性→理论化
定性→定量
单学科研究→多学科结合研究
理论和方法的发展使其参与和解决重大科学问题的能力不断增强。
第一章太阳系和地球系统元素的丰度
1.太阳系元素组成的研究方法
直接采样分析（地壳岩石、陨石等）
光谱分析(太阳）
由物质的物理性质与成分的对应关系推算（行星）
利用飞行器观察、直接测定或取样
分析测定气体星云或星际间物质
分析研究宇宙射线
2.陨石：落到地球上的行星物体碎块，即从行星际空间穿越大气层到达地表的星体残骸
3. 陨石的分类
4.陨石的化学成分
(1)铁陨石：主要由金属(98%)和少量其它矿物如磷铁镍古矿[()3P]、陨硫铁（)、镍碳铁矿（3C)和石墨等组成。
(2)石陨石：主要由硅酸盐矿物组成。根据它是否含有细小而大致相近的球状硅酸盐结构而进一步分为球粒陨石和无球粒陨石。球粒主要是橄榄石和辉石，有时为玻璃；无球粒陨石缺乏球粒结构，成分上与前者也有差异。
(3)石-铁陨石：由数量大体相等的和硅酸盐（主要是橄榄石，偶尔辉石）组成。
5.球粒陨石与无球粒陨石的区别
6.球粒陨石的分类
根据化学成分的不同，分为5个
(1)E 群（顽辉石球粒陨石);
(2)H群（高铁群普通球粒陨石）
(3)L群（低铁群普通球粒陨石)
(4)群（低铁低金属群普通球粒陨石)
(5)C群（碳质球粒陨石）
(H、L和群统称普通球粒陨石)。
7.无球粒陨石的分类
根据的含量划分为：（1）贫钙型[ ω（) ≦3%] ; (2)富钙型[ ω（) ≧5%]；
根据成因划分为：（1）斜长辉石无球粒陨石系列；（2）顽火辉石无球粒陨石系列；（3）尚未划分出成因系列的无球粒陨石。
8.铁陨石与石-铁陨石的区别
铁陨石:主要由铁镍合金、陨硫铁以及少量、、、、、、的硫化物、碳化物、氯化物、磷化物、氧
化物与磷酸盐以及自然铜、石墨等矿物组成。按多参数微量元素分类，铁陨石可分为13个化学群。
石-铁陨石:则由近乎相等的石陨石和铁陨石组成，较为少见。
9.碳质球粒陨石
是一类脆性的黝黑的球粒陨石。其成分具有下列特点：①主要由含水硅酸盐粘土矿物组成,常见者为细粒的蛇纹石或绿泥石；②含大量挥发分,主要为水、硫、氙等；③没有或只有极少的金属铁—镍,有少量陨硫铁；④含有大量的有机化合物，多半是高分子化合物,包括羟、脂族羟和芳族羟,多呈黑色,难溶,含水度为20%,一般是化合水；还发现有氨基酸。碳质球粒陨石容易风化, 在球粒陨石中比较罕见,约5%,但一般认为在太空陨星体中可能很普遍。10.碳质球粒陨石分类：
通常分三类,用Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型或用C1、C2、C3来表示,依次含碳量递减而球粒数目递增。如Ⅰ型含水和有机质最多,化合碳为3%～5%,烧失量24%～30%；Ⅱ型含水和有机质成分中等,烧失量12%～24%；Ⅲ型含高温矿物和若干金属组分,烧失量2%～12%。
11.行星的化学成分
（1）地球和类地行星（地球、、、）：
质量小、密度大、体积小、卫星少。物质成分以岩石为主，富含、、等，亲气元素含量低。
（2）巨行星（木星和土星)：
体积大、质量大、密度小、卫星多。主要成分为H和。
（3）远日行星（天王星、海王星、冥王）：
成分已冰物质为主，H大约10%，、平均为12%。
12.月球的化学成分
克里普岩:是一种富含钾、稀土元素、和磷的岩石.
13.丰度——指化学元素及其同位素(核素)在宇宙各类物体中的相对含量。(以原子数量作为1）
14.元素丰度及其规律
（1）在原子序数较低的元素来说，丰度随原子序数增大呈指数递减；
（2）原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素；
（3）H和是丰度最高的两种元素（占太阳系全部原子数目的98%）；奇偶规则
（4）与相近的、和B具很低的丰度，属于强亏损的元素;
（5）在丰度曲线上O和呈明显的峰，它们是过剩元素；
（6）质量数为4的倍数的核素或同位素具有较高丰度。四倍规则
第二章地球的结构和化学成分
1.地球元素丰度：
（1）元素丰度的研究方法：
①陨石类比法：
a.陨石在太阳系形成；
b.陨石与小行星成分相同；
c.陨石是破坏了的星体碎片；
d.产生陨石的星体，其内部结构和成分与地球相似。
②地球模型和陨石类比法:
按地球的各主要圈层的比例计算：a.地核(32.4%)球粒陨石的镍铁金属相+5.3%陨硫铁(硫化物相)代表；b.地幔+地壳(67.6%)球粒陨石的平均硅酸盐成分
③地球物理类比法(黎丹):
(层)结合地球物理资料。
（2）地球元素丰度及其规律：
①≧90%；
②含量大于1%的元素：、、、S；
③含量介于0.011%的元素、K、、、P、、。
地球元素丰度遵循太阳系元素丰度的基本规则，如奇偶规律、递减规律等。
2.地壳的平均化学成分与元素克拉克值
（1）地壳平均化学成分的确定方法:
①(5159 ，50 ; 1924):
②( )
a. 剥蚀区
b. 适合于区域地壳成分的估计
③地壳模型法: 1（基性岩代表下地壳，酸性岩代表上地壳）
(2) 元素克拉克值及其意义：
①定义：地壳中各元素的相对平均含量称为克拉克值。如以重量百分数表示，称之为“重量克拉克值”，简称“克拉克值”；如以原子百分数表示，则成为“原子克拉克值”。
②意义：
a.元素克拉克值影响着元素参加地壳地球化学过程的浓度，支配着元素的地球化学行为；
b.元素克拉克值可以为阐明地球化学省的特征提供依据；
c.依据克拉克值可以计算出地壳中地球化学性质相似或相关元素之间的平均比值。
上部地壳深成岩体的体积比例
花岗岩类和花岗闪长岩类77 %
石英闪长岩类8 %
闪长岩类 1 %
辉长岩类13 %
正长岩类、斜长岩类、橄榄岩类 1 %
3.地壳中元素分布的一般规律
①与地球和太阳系相比，最丰富的十种元素是
地壳：
地球：
太阳系：
②不均匀性：前13种元素占地壳总重的99.7％；其余只占0.3％。
③分布量随原子序数增大而降低。例外：, , B; 232、238U、235U；贵金属, , 等。
④偶数规则：偶数原子序数元素丰度高于相邻奇数元素，但有例外（4、12、4、24、32、
34、42、52、74W)。
⑤四倍规则：4q型（如16 O 等）占87％；4q＋3型（如27 等）占13％；4q＋2型（如238 U 等）和4q＋1型（如9 ）只占千分之几。
⑥差六规则：在丰度对数曲线上出现峰值的元素，其原子序数之差为6或6的倍数。
⑦原子核内质子和中子的奇偶性：偶－偶：60％；偶－奇和奇－偶：35％；奇－奇：5％。
⑧壳层规则（幻数）：2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126。（幻數是指原子核中质子数和中子数的某个特定数值，当质子数或中子数為幻数，或者二者取值均為幻数時，原子核显示出很高的稳定性）。
⑨放射性蜕变：U238，U235，K40、87减少；206、207、208，40，87增多。
4.地幔的组成
①上地幔（从面到350深度）由橄榄石→斜方辉石→单斜辉石→石榴子石组成。
②过渡带(350～900)：地幔岩发生相转变，伴随密度改变，引起地震波的不连续，350～400的地震波不连续面与橄榄石→β相（类尖晶石结构）、辉石→石榴子石复杂670深处地震波不连续则与辉石、橄榄石转变为钛铁矿结构和钙钛矿结构的相变相吻合。
③下地幔(900～2700)是结构极为紧密的、硅酸盐矿物组合（如钙钛矿结构等）。固熔体的相变带对应。
原始地幔：是一种假想的地质体，是在地球内部、地壳、和地幔已经分离出来
亏损地幔:又称“残留地幔”，指曾经对地壳形成做出过贡献，易熔组分被明显的消耗掉的地幔物质，其中大离子亲石元素、热产元素等明显亏损，难熔组分则相对富集，这样的地幔称为亏损地幔。
5.地球外部圈层的组成
1.大气圈
①电离层：80～350（～1000:外电离层)
②平流层：～30（30～60同温层）；
③对流层：8～20。
④从地表到60高空的大气成分是近于均匀的，主要由N2、O2和组成。随着离开地面距离增加，大气圈变得稀薄了，但仍然以氮和氧为主。
④次要组分中臭氧和二氧化碳很重要。臭氧主要集中在平流层内，它吸收紫外线辐射；二氧化碳对地球的碳循环很重要，是主要的温室气体之一，对气候有重要影响。
2.水圈
地球表面98 %左右的水分布于海洋。因此，海水的平均组成可视为水圈的平均组成。
以下这些元素的浓度比例近似恒定，生物活动和总盐度对其影响不大，称为“保守元素”，即：5种阳离子，5种阴离子和1种分子的总和占海水盐分的99.9％
第三章元素的结合规律与赋存形式
1.地球化学体系的特征
(1) T、P等条件的变化与实验条件相比相对有限
(2) 多组分复杂体系——元素92种，同位素354种
(3) 开放体系。
(4) 自发进行的不可逆过程。
2.自然过程产物的特征
(1)自然稳定相(矿物)及各种流体相的总数有限
(2)元素形成自然分类组合。
(3)与各种阴离子结合的阳离子也组成特征各异的共生元素组合
(4)自然稳定相都不是纯的化合物。几乎每一种矿物都是一个成分复杂、元素含量与一定变化范围的混合物系列。
(5)在地壳的物理条件下，相似的物质组成和类似的作用过程会使自然作用产物的类型重复出现。
3.元素的地球化学亲和性
在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲和性。
4.元素地球化学亲和性分类：
根据元素在自然界丰度的高低，分为以下三类：
①亲氧/亲石/亲岩/造岩元素：能与氧以离子键形式结合的金属元素称为亲氧元素。包括K、、、、、、、、等。
②亲硫/亲铜元素：能与硫结合形成高度共价键的金属元素称为亲硫元素，如、、、等。
③亲铁元素：在自然体系中，特别是在氧、硫丰度低的情况下，一些金属元素不能形成阳离子，只能以自然金属存在，它们常常与金属铁共生，以金属键性相互结合，这些元素具亲铁性，称为亲铁元素，如、、、、、等。
元素在自然界以金属状态产出的一种趋向性称为元素的亲铁性。
5.亲氧元素特征
离子最外层为8电子（s2p6）结构、离子键、氧化物的生成热大于的生成热、位于原子容积曲线的下降部分、主要集中于岩石圈
6. 亲硫元素特征
离子的最外层为18电子（s2p6d10）结构、电负性大、共价键、氧化物的生成热小于的生成热、位于原子容积曲线的上升部分、主要集中于硫化物-氧化物过渡圈
7.亲铁元素
离子最外层电子具有8-18电子的过渡结构、金属键、氧化物的生成热最小、位于原子容积曲线的最低部分、主要集中于铁-镍核
8.亲气元素
原子的最外层具有8电子、分子键、原子容积最大、形成具有挥发性或易形成挥发性化合物主要集中于地球外圈、亲气元素是组成地球大气圈的主要元素、惰性气体元素以及主要呈易挥发化合物存在的元素。如氢、氮、碳、氧、及惰性气体元素等
9.元素的地球化学分类和元素的赋存形式
(1)哥德施密特元素地球化学分类:
分类依据:以其提出的地球起源和内部构造假说为基础，根据化学元素的性质与其在地球各
圈层间的分配将元素分为：
①亲石元素；②亲铜元素；③亲铁元素④亲气元素⑤亲生物元素
(2)查瓦里斯基元素地球化学分类：
分类依据：以展开式元素周期表为基础，赋以原子和离子半径以重要意义并根据元素的地球化学行为的相似性将元素分为11族：
①氢族;②惰性气体族;
③造岩元素族: 、、、、、、K、、、、和；
④岩浆射气元素族、C、N、O、F、P、S和；
⑤铁族、、V、、、、和
⑥稀有元素组: 、Y、、、和；
⑦放射性元素组: 、U和；
⑧钼钨组、、、、、、、、、、和；
⑨铂族:
⑩半金属和重矿化剂族: 、、、和；
?重卤族: 、I和。
10.元素的赋存形式
(1)元素在固相中的存在形式：
①独立矿物②类质同象③超显微非结构混入物④吸附⑤与有机质结合
11.元素赋存形式的研究方法：
①元素含量测定②显微镜法③萃取法④晶格常数测定：X光衍射法
⑤电子显微镜扫描与有机质结合
12..类质同象和固溶体
(1)定义：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为“类质同象”。进入晶体中的微量物质称为“类质同象混入物”，含有类质同象混入物的晶体被称为“固熔体”。
（2）类质同象置换的条件：
①离子（或原子）自身的性质，如半径相近、电价平衡、化学键一致、配位多面体的对称性相同等；
②体系的物理化学条件，如温度、压力、组分特征和氧化还原条件等有利于置换的进行；
③固熔体的热力学性质。
（3）控制类质同象置换的晶体化学因素
(1)化学键性—键性相同
(2)原子（离子）结合时的几何关系：
①离子键：半径相近?置换，但≠K；
②共价健：a.键长相似是置换的重要条件。b.共价键化合物配位数相同也是置换的重要条件。
(3)化合物中电中性原则
对于离子键化合物来说，类质同象前后正负离子的电荷应保持平衡，即化合物点中性。为了保持化合物的电中性，不同电价的离子必须按一定比例配合进行置换，这种置换方式称为电价补偿类质同像置换。
电价补偿置换可以通过下面四种方式实现：
①质点数目不等的置换
②高电价质点和低电价质点配合置换中等电价质点
③离子成对置换
④正负离子配位置换
(4)有利的矿物晶体构造
矿物晶体构造越复杂、松弛（偏离最紧密堆积越远），发生类质同象的可能性越大。
13.类质同象置换法则
(1)戈尔德施密特类质同像法则（仅适用于离子键化合物）
①若两种离子电价相同、半径相似，则半径小的离子优先进入晶格；
②若两种离子半径相似而电价不等，较高价离子优先进入晶格；
③隐蔽性法则：若两种离子具相近的半径和相同的电荷，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素将按丰度比例进入主量元素的矿物晶格，即微量元素被主量元素所“隐蔽”。
（2)林伍德电负性法则：
注意到主族元素化合物的熔点普遍高于晶体结构相同的副族元素化合物的熔点。并据此推论，熔点反映晶格中离子间的相对键强，而离子间的相对键强可以从离子的电负性上得到说明。从而，他提出：“当阳离子的离子键成分不同时，电负性较低的离子形成较高离子键成分的化学键键，它们优先被结合进入矿物晶格”。
14.类质同象规律的意义.
(1)确定了元素的共生组合
(2)决定了元素在共生矿物间的分配
(3)支配微量元素在交代过程中的行为。
(4)类质同象的元素比值可作为地质作用过程和地质体成因的标志。
(5)标型元素组合:
有些矿物中有大量类质同象混入，但同一种矿物在特定成因下往往只富含某些特征的类质同象元素组合，据此可以判断矿物的形成环境，故可以将有成因意义的元素组合成为“指纹元素组合”或“标型元素组合”。
(6)影响微量元素的集中与分散：
(7)对自然环境的影响：
15.晶体场稳定能及其对过渡金属行为的影响
I.晶体场理论概要
(1)正八面体配位时d轨道的分裂和晶体场分裂能
①五重简并：在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能级相同，电子云呈球形对称，电子在五个d轨道的分布概率相同，称为“五重简并”。
②晶体场分裂：当过渡金属离子处在晶体结构中时，由于晶体场的非球形对称特征，使d 轨道的能级产生差异，称为“晶体场分裂”。
③晶体场分裂能：将一个孤立的过渡金属离子放在正八面体配位的晶体中时，五个d轨道都受到配位体负电荷的排斥，轨道总的能级提高；由于正八面体配位场中配位体质点处于直角坐标的三个垂直轴方向，故轨道电子云的瓣指向配位体，使两个轨道电子的被排斥力比d?轨道的被排斥力大，轨道的能级要比d?轨道电子的能级高得更多，轨道电子的能级与d?轨道电子能级间的能量差，称为“晶体场分裂能”。
(2)晶体场稳定能：d轨道电子能级分裂后的d电子能量之和，相对于未分裂前d电子能量之和的差值，称为“晶体场稳定能”。
(3)电子的高自旋状态和低自旋状态
(4)八面体择位能
.晶体场理论对过渡金属行为的控制
(1)阐明金属离子在岩浆结晶演化过程中的地球化学行为
(2)过渡金属离子的物理、化学性质
①当过渡金属离子的d电子数为4?7时，同一金属离子有两个半径值，高自旋状态比低自旋状态的离子半径大。
②金属离子在水中主要以水化物形式存在。
③过渡金属离子都有颜色和具有磁性，但被氧化的难易程度不同。
12.元素结合规律的微观控制因素
I.决定元素结合的基本参数
(1)衡量原子得失电子的能力参数：
①电离能(I)：气态原子（离子）丢失一个电子所需能量。
②电负性(X)：(电子亲和能）
(2)原子间结合方式—化学键类型：
①离子键:不同元素的原子经得、失电子呈离子状态，离子间的结合力主要为静电引力，称为离子键。
②共价键:原子间的相互作用为电子云的相互重叠或穿透，称为共价键。
③金属键:金属物质中没一个原子都失去一些电子，这些电子在金属物质中可以自由流动，所以金属有良好的导电性和导热性。
④分子键:分子内部是离子键或共价键，分子间依靠偶极间作用力相互结合，称为分子键。
(3)元素的成键规律—电负性控制：
判断化学键的法则：1.6ⅹ∣∣+3.5 ⅹ∣∣（P是化学键中离子键成分百分数）
①周期表右上角X ≥2.1,为强、中电负性元素，以阴离子族为主
②1.8~2.2,弱电负性，形成金属键或金属键-共价键化合物，难溶。
③X ≤1.4,正电性元素，相互之间形成金属键化合物，但在自然界不能独立存在。
元素负电性的周期变化：
1.金属元素的负电性低，非金属元素负电性高；
2.在周期表中负电性从左到右增高；
3.在周期表中同一族元素的负电性从上到下降低。
(4)原子的大小和离子半径
周期表中元素半径的总体变化规律：
①同一周期元素，随原子序数增大离子半径减小；
②同一族元素，从上向下随原子电子层增加，离子半径增大；
③周期表中左上方到右下方的对角线，离子半径相近或相等；
④镧系元素（希图元素）的离子半径从3+的0.103到3+ 的0.086逐渐缩小；
⑤同一元素阳离子的离子半径小于原子半径，高正电荷的离子半径较小，阴离子的半径大于原子半径，负电荷增加离子半径增大，因此同一元素阴离子的半径远大于阳离子的半径。
(5)原子和离子的其它性质
①配位数:
②极化:在外电场的作用下，原子或离子的电子云的大小、形状发生变化的现象称为极化。
③离子电位：等于电荷与半径之比。
④晶格能:相互远离的离子结合生成离子晶体时释放的能量称为晶格能。
(6)离子的性质
①离子体系的电中性原理
②价键规则：阴阳离子的总电荷相等。在类质同象置换中表现为电价补偿法则。
第四章水-岩作用与水介质中元素的迁移
1.化学作用类型:
根据发生作用和生成物质的相态进行分类
(1)水-岩反应和水介质中的化学作用
(2)熔-岩反应
(3)水-气化学作用(地表水和大气中氧、二氧化碳等相互作用等)
(4)岩—岩反应(如球外物质撞击地球表面岩石等);
(5)有机化学作用(地球表层生物参与风化作用、在地球一定深度形成石油和天然气等)
2.元素的地球化学迁移
(1)物质迁移类型
化学和物理化学迁移、生物和生物化学迁移、机械迁移
(2)元素地球化学迁移
定义：当元素发生结合状态变化并伴随有元素的空间位移时，称元素发生了“地球化学迁移”。元素地球化学迁移包括三个过程：
①元素从原来的固定（稳定的结合）状态转化为活动（非稳定结合）状态，并进入迁移介质
②元素在水介质中发生空间位移（不发生形成稳定固相的化学反应）；
③元素迁移到新的空间，在新的环境和新的条件下形成新的稳定结合，即沉淀或结晶出新的矿物。
即:活化—转移—沉淀
(3)元素迁移的标志
①矿物组合的变化：如蚀变矿物组合;
②岩石中元素含量的系统测定和计算：a.等体积计算法；b.等阴离子计算法
③物理化学界面: 如氧化还原界面、压力释放带、温度界面、界面、水位线等等。
(4)元素在水介质中迁移能力的影响因素
①迁移前元素的存在形式：
②晶体化学键类型：离子键化合物—易迁移，共价键和金属键化合物—难迁移
③元素的地球化学性质：
④体系中相伴组分类型和浓度、体系中物理化学强度参数（浓度差、压力差、温度差等）以及环境的和值的变化等。
3.水-岩化学作用的物理化学条件
(1)低温水-岩化学作用的物理化学环境
①过量水的体系：地球表面水和岩体积比：水总量>岩石总量。
②水-岩间长期化学作用导致水体系中含有大量作用剂（O2、2、、)
③有生物和有机质参与。
④地表富氧(?O2= 0.213 x 105)和富2 (?2 =3.04 x 10 )。
⑤地表温度低（-75～+200℃）：控制水岩作用速率。
⑥一般处于低压状态（1～200) x 105
(2)高温水-岩化学作用的物理化学环境
①相对少量水的体系：岩石总质量远远大于水。
②水体系中含有大量作用剂和电解质盐类。
③氧逸度相对低。
④温度主要在200~400℃，上限可达700℃；压力变化(2000~100) x 105 。
⑤变化3~9。
⑥可以有生物和有机质参加作用，但相对较少。
4.水-岩化学作用的基本类型
2006-2007第一学期《水文地球化学》期末试卷(B)－参考答案班级（）学号（）姓名（） 一、名词解释（每题3分，共21分） 1、盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度，这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用：在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒：在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2：当水中游离CO2大于平衡CO2时，水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS：指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水：SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水（1.5分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5分）。 7、硬度：是以水中Ca2+和Mg2+来量度，其计算方法是以Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位为mg/L。 二、填空（每题1分，共14分） 1、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。 3、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3）的含量。硬度是以（Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（HCO-3，CO2-3）的毫克当量总数乘以 50。 4．大气CO2的δ13C平均值是（-7‰），而土壤CO2的δ13C平均值是（ -25‰）。5．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 6．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。 7、SiO2和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为（0~250℃）和（150~350℃）。8．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4SO2-4 -Cl），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3）。 9．海水的水化学类型为（Cl-Na），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca）。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。 11、在35℃下，pH=7的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（TDS，硬度，含盐量或含盐度,电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（COD，BOD，TOC，Eh）。 12、迪拜—休克尔公式的使用条件是离子强度小于（0.1mol/L），而戴维斯方程的使用条件是离子强度小于（0.5mol/L）。 13、空气迁移的标型元素主要决定环境的（氧化还原）条件，而水迁移的标型元素主要决定环境的（酸碱）条件 14、在氮的化合物中，（NO-2，NH4+）可作为地下水近期受到污染的标志，而（NO-3）可作为地下水很早以前受到污染的标志。
地球化学找矿习题集 一、填空题 1．地球化学找矿具有对象的微观化，分析测试技术是基础，擅于寻找隐伏矿体和准确率高、速度快、成本低。的特点。 2．地球化学找矿的研究物质主要是岩石、土壤、水系沉积物、水、气体和生物。 3．地球化学找矿的研究对象是地球化学指标（或物质组成）。 4.应用地球化学解决地球表层系统物质与人类生存关系。 5.应用地球化学研究方法可以分为现场采样调查评价研究与实验研究。 6.元素在地壳的分布是不均匀的，不均匀性主要表现在空间和时间两方面。 7.克拉克值在0.1％以下的元素称为微量元素，其单位通常是ppm（或 10-6）。 8.微量元素的含量不影响地壳各部分基本物理、化学性质，但是在特定的条件下，可以富集而形成矿床。 9.戈尔德施密特根据元素的地球化学亲和性，将元素分为亲铁元素、亲硫（亲铜）元素、亲氧（亲石）元素、亲气元素和亲生物元素。 10.元素迁移的方式主要有化学-物理化学迁移、机械迁移和生物-生物化学迁移。 11.热液矿床成矿过程中，成晕元素主要呈液相迁移，迁移方式主要有渗透迁移和扩散迁移两种。 12．影响元素沉淀的原因主要有PH变化、Eh变化、胶体吸附、温度变化和压力变化。 13.地壳中天然矿物按阴离子分类，常见有含氧化合物、硫化物、卤化物和自然元素。 14.地球化学异常包括异常现象、异常范围、异常值三层含义。 15.地球化学省实质是以全球地壳为背景的规模巨大的一级地球化学异常。 16.地壳元素的丰度是指地壳中化学元素的平均含量，又称为克拉克值。 17.地壳中元素的非矿物赋存形式包括超显微非结构混入物、类质同象结构混入物、胶体或离子吸附和与有机质结合。 18.风化作用的类型包括化学风化、物理风化和生物风化。
地球化学图相关计算 一、计算Al 2O 3/(CaO+Na 2O+K 2O)和Al 2O 3/(Na 2O+K 2O)或A/CNK-A/NK 分子(摩 尔)比步骤与投图 1．列出Al 2O 3、CaO 、Na 2O 和K 2O 的分子量 Al 2O 3分子量 CaO 分子量 Na 2O 分子量 K 2O 分子量 102.00 56.00 62.00 94.00 主要氧化物分子量 氧化物 Al 2O 3 CaO Na 2O K 2O Si 2O TiO 2 Fe 2O 3 FeO MnO MgO P 2O 5 分子 量 102.0 56.0 62.0 94.0 60.0 80.0 160.0 72.0 71.0 40.0 142.0 2．列出所测样品的Al 2O 3、CaO 、Na 2O 和K 2O 含量 岩性 样品号 Al 2O 3含量 CaO 含量 Na 2O 含量 K 2O 含量 (x ηγT 1) P4XT06 14.44 0.41 2.66 5.52 (x ηγT 1) P15XT02 13.31 0.41 4.33 4.47 (z ηγT 1) P15XT03-1 13.34 0.57 4.32 4.25 (z ηγT 1) P4XT10 13.82 0.56 4.23 4.30 3．求出分子(摩尔)数(样品中Al 2O 3、CaO 、Na 2O 和K 2O 含量除以各自氧化物
的分子量) 岩性样品号Al2O3分子数CaO分子数Na2O分子数K2O分子数 (xηγT 1) P4XT06 （14.44/102.0=） 0.142 （0.41/56.0=） 0.007 （2.66/62.0=） 0.043 （5.52/94.0=） 0.059 (xηγT 1) P15XT02 （13.31/102.0=） 0.130 （0.41/56.0=） 0.007 （4.33/62.0=） 0.070 （4.47/94.0=） 0.048 (zηγT 1) P15XT03-1 （13.34/102.0=） 0.131 （0.57/56.0=） 0.010 （4.32/62.0=） 0.070 （4.25/94.0=） 0.045 (zηγT 1) P4XT10 （13.82/102.0=） 0.135 （0.56/56.0=） 0.010 （4.23/62.0=） 0.068 （4.30/94.0=） 0.046 4．分别求出Al 2O 3 /(CaO+Na 2 O+K 2 O)和Al 2 O 3 /(Na 2 O+K 2 O)或A/CNK-A/NK分子 (摩尔) 比 岩性样品号Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)分子比（摩尔）Al2O3/(Na2O+K2O)分子比（摩尔）(xηγT1) P4XT06 0.142/(0.007+0.043+0.059)=1.299 0.142/(0.043+0.059)=1.393 (xηγT1) P15XT02 0.130/(0.007+0.070+0.048)=1.046 0.130/(0.070+0.048)==1.112 (zηγT1) P15XT03-1 0.131/(0.010+0.070+0.045)=1.046 0.131/(0.070+0.045)=1.138 (zηγT1) P4XT10 0.135/(0.010+0.068+0.046)=1.093 0.135/(0.068+0.046)=1.189 5．投图 以Al 2O 3 /(CaO+Na 2 O+K 2 O) 或A/CNK分子（摩尔）比X为轴和以Al 2 O 3 /(Na 2 O+K 2 O) 或A/NK 为Y轴，投点即可。 换算公式 n = m / M，n是摩尔数，m是质量或含量，M是分子量。摩尔比和分子比可以看做是一个意思。 二、微量元素蛛网图K、P、Ti等的计算 1. K=K 2 O×0.83013×10000 2. P=P 2O 5 ×0.43646×10000 3. Ti=TiO 2 ×0.5995×10000 三、花岗岩R2-R1构造环境判别图解（阳离子或原子数之比）R2和R1的计算步骤 1．列出R 2和R 1 R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)，R为阳离子数或原子数。
第一章绪论 1.地球化学的定义：地球化学是研究地球及子系统(含部分宇宙体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学（涂光炽）。 2.地球化学研究的基本问题 第一: 元素（同位素）在地球及各子系统中的组成（量） 第二: 元素的共生组合和存在形式（质） 第三: 研究元素的迁移（动） 第四: 研究元素（同位素）的行为 第五: 元素的地球化学演化 第二章自然体系中元素的共生结合规律 1.元素地球化学亲和性的定义：在自然体系中元素形成阳离子的能力和所显示出的有选择地与某种阴离子结合的特性称为元素的地球化学亲和性。 2.亲氧元素、亲硫元素与亲铁元素的特点 （1）亲氧元素：能与氧以离子键形式结合的金属（半金属）元素称为亲氧元素。 特点：惰性气体结构；电负性小；离子键为主；生成热>FeO；主要集中在岩石圈。（2）亲硫元素：能与硫结合形成高度共价键的金属（半金属）元素称为亲硫元素特点：铜型离子；电负性较大；共价键为主；生成热 《水文地球化学》教学大纲 一、课程名称：水文地球化学 Hydrogeochemistry 二、课程编号： 三、学分学时：2学分/32学时 四、使用教材：沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷 五、课程属性：专业内选修课 选修 六、教学对象：地质工程专业本科生 七、开课单位：地球科学与工程学院地质科学与工程系 八、先修课程：普通化学、普通地质学、岩石矿物学、构造地质学、水文地质学基础等。 九、教学目标： 通过比较系统地介绍有关水文地球化学的基础理论，掌握水-岩相互作用在天然和人类活动条件下导致的地下水各溶解组分的迁移转化规律，熟悉应用水化学的分析理论与方法解决各种环境和工程问题。 十、课程要求： 通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的平衡理论，学会水文地球化学的分析方法，基本要求是： 1．掌握水化学平衡原理； 2．掌握地下水溶解组分的迁移和转化规律； 3．学会应用水文地球化学的基本原理和分析方法解决自然和人类活动条件下的各种地下水环境问题； 十一、教学内容： 本课程主要由以下内容组成： 第一章水化学基础（12学时） ?知识要点：溶解平衡、碳酸平衡、洛河计算、氧化还原作用、吸附平衡 ?重点难点：各种平衡的计算方法 ?教学方法：课堂教学 第二章地下水化学成分的组成（4学时） ?知识要点：天然水的化学特性、元素的水文地球化学特性、天然水化学成分的综合指标、 地下水化学成分的数据处理 ?重点难点：各天然水体的常量和微量及痕量化学成分特性 ?教学方法：课堂教学 第三章地下水化学成分的形成与特征（4学时） ?知识要点：渗入成因地下水、沉积成因地下水和火山成因地下水的化学成分的形成与特征 ?重点难点：各种成因水的化学成分的形成机理与演化 ?教学方法：课堂教学 第四章水的地球化学循环（4学时） ?知识要点：地下水圈、地壳中水的地球化学循环、成矿过程中的地球化学循环 ?重点难点：地下水循环过程中元素的迁移转化 ?教学方法：课堂教学 第五章水文地球化学的应用（8学时） ?知识要点：地下水污染、地球化学环境与人体健康、矿泉水 ?重点难点：如何应用水文地球化学的基本原理分析和评价各种水环境问题 ?教学方法：课堂教学 十二、实践环节： 主要是习题： ?络合计算 ?饱和指数计算 ?Eh-pH计算 ?吸附平衡计算 ?水化学成分的图示 ?应用分析 十三、教学参考： 1．参考教材 ?沈照理等编，《水文地球化学基础》，地质出版社，1993年5月第一版，1999年第二次印刷 2．参考文献 ?杨忠耀，环境水文地质，原子能出版社，1990年 十四、考核方式： 1. 已知锆石样品中:U＝，Pb＝，Pb同位素组成：204Pb=%(atom)；206Pb=%；207Pb=%；208Pb=%；普通Pb的同位素组成：204Pb:206Pb:207Pb:208Pb= : : : 。假定204Pb，206Pb，207Pb，208Pb 的原子量为204,206，207,208；235U、238U的原子量分别为235,238；235U/238U=1/；λ 238=×10-10a-1；λ 235=×10 -10a-1。计算出锆石的t 206和t207年龄。 答：Pb的原子量：M pb=%×204+%×206+%×207+%×208= U的原子量：M u=235×[1/(1+]+238×[(1+]= 所以，样品中Pb的摩尔浓度C pb=g÷umol=g; 样品中U的摩尔浓度C u=g÷umol= umol/g U-Pb法年龄测定公式: (206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+（238U/204Pb）×（eλ238t206-1）① (2分) （238U/204Pb）=×（）÷（×%）= （2分） (206Pb/204Pb)== (206Pb/204Pb)0= 将上述值及λ238=×10-10a-1代入公式① 求得t206=×109a（或1402Ma）（2分） U-pb法年龄测定公式: (207Pb/204Pb)=(207Pb/204Pb)0+（235U/204Pb）×（eλ235t207-1）②（2分）（235U/204Pb）== （2分） (207Pb/204Pb)=9/= (207Pb/204Pb)0= 将上述值及λ235=×10-10a-1代入公式② 求得t207=×109a（或1522Ma）（2分） 2.计算高级变质岩（麻粒岩）的变质温度。已知所测定的石英、透辉石的氧同位素组成分别为+‰和+‰（相对V-SMOW）。 石英-透辉石的氧同位素平衡分馏系数与温度的关系为：103lnα石英-透辉石 = (103/T)2 答：由同位素分馏系数的定义可知：аA-B=R A/R B①（1分）由同位素组成δ的定义可知：δA=( R A/R标) ×103②（1分） 由①、②可得：аA-B=(103+δA)/(103+δB) 所以：а石英-透辉石=(103+δ18O石英)/(103+δ18O透辉石) （2分） 代入石英和透辉石数据，δ18O石英=，δ18O透辉石= ，得 103lnα石英-透辉石 = 103ln[(103+/(103+] = （4分） 由石英-透辉石的氧同位素温度计103lnα石英-透辉石 = (103/T)2，计算变质温度： (103/T)2 = 解得：T = 1/2×103 = 1098 K (2分) 或 t = 1098 － 273 = 825 ℃ 所以，变质温度为825 ℃。 三、名词解释：（每小题2分，共10分） 1、土壤质地：土壤中各粒级土粒含量的相对比例或质量分数，亦称土壤机械组成。 2、菌根：土壤中某些真菌与植物根的共生体。凡能引起植物形成菌根的真菌称为菌根真菌。 3、土壤的阳离子交换量：指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的厘摩尔数，单位为cmol／1000g土。 4、土壤缓冲性能：指酸性或碱性物质加入土壤后，土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能。 5、土壤肥力：指土壤为植物正常生长发育提供并协调营养物质和环境条件的能力。 四、简答题（每小题5分，共30分）： 1、简述简述土壤圈的功能。 答：（1）对大气圈：频繁的水、热、气地交换和平衡，是全球气候变化的重要方面。 （2）对生物圈：支撑和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理条件，决定自然植被的分布与演替。 （3）对水圈：降水在陆地的重新分配、元素的生物地球化学行为和水分平衡、分异、转化及水圈的化学组成。 （4）对岩石圈：具有一定的保护作用，以减少其受各种外营力破坏，与岩石圈进行物质交换与地质循环。（依内容酌情给分） 2、简述土壤的物质组成。 答：矿物质、有机质、水分、空气和土壤生物。土壤是一个由固相、液相和气相组成的多孔多相分散体系。（依内容酌情给分）3、简述菌根的作用。 答：①通过无数细长菌丝和菌索吸收土壤中的营养和水分，扩大根系的吸收面积，提高吸收能力。 ②菌根分泌的多种酶，能分解土壤中的有机物和矿物质，并把它们转化为植物能吸收的养分。 ③菌根还能产生多种植物激素和生长调节物质，调控植物生理活动，促进植物健康的生长，提高植物的抗病性和生存能力。 ④菌根的形成，提高了土壤活性和肥力，改良了土壤。（依内容酌情给分） 4、简述土壤微生物的分布特点。 答：1）绝大多数微生物分布在土壤矿物质和有机质颗粒的表面，附着或缠绕在土壤颗粒上，形成无机-有机-生物复合体或无机-有机-生物团聚体。 2）根系周围的土壤（根际土壤）比根外土壤更有利于微生物的旺盛生长。 3）表层土壤中微生物数量一般要比底层高。 4）土壤微生物在分布上也有地域特点，在不同气候、植被、土壤类型下，微生物的类群、数量都有很大不同。 5）土壤微生物的类群和数量，随土壤熟化程度的提高而增多。 6）土壤是个不均质体，能同时为要求不同的多种微生物类群提供生存条件。因此，土壤中同时存在着各种类群的微生物。（依内容酌情给分） 5、简述影响土壤氧化还原体系的因素。 答：1）土壤结构（土壤通气性）；2）微生物活动：好氧活动；3）易分解有机质的含量：好氧分解；4）植物根系的代谢作用：分泌物；5）土壤的pH：影响土壤Eh （每个因素1分） 6、何为盐基饱和度？其影响因素有哪些？ 恩《地球化学》练习题 第一章太阳系和地球系统的元素丰度（答案） 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法。 2.简述太阳系元素丰度的基本特征。 3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？ 5.讨论陨石的研究意义。 6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？ 7.阐述地球化学组成的研究方法论。 8.地球的化学组成的基本特征有哪些？ 9.讨论地壳元素丰度的研究方法。 10.简介地壳元素丰度特征。 11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？ 13.概述区域地壳元素丰度的研究意义。 14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法。 15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？ 16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律。 第二章元素结合规律与赋存形式（答案） 1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律。 3.阐述类质同像的地球化学意义。 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法。 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义。 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异，为什么？ 第三章自然界体系中元素的地球化学迁移（答案） 1.举例说明元素地球化学迁移的定义。 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志。 4.元素地球化学迁移的研究方法。 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。 7.简述元素迁移形式的研究方法。 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？ 9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？ 10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响。 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？ 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 13.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 14.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 15.讨论相律及其应用。 《普通地质学》试卷(B 名词解释（每小题2分，共20分） 1. 丰度：化学元素在地球化学系统中的平均含量。 2. 冰期：气候寒冷时期，冰川发育，冰雪覆盖面积扩大的地史时期。 3. 条痕：矿物粉末的颜色。 4. 向斜：岩层向下凹陷的一个弯曲，核心部位岩层时代较新，两侧岩层时代依次变老。 5. 解理：矿物受力后沿一定方向规则裂开成光滑面的性质。 6. 向源侵蚀：使河流向源头方向加长的作用称河流的向源侵蚀作用。 7. 类质同像：矿物晶体结构中的某种原子或离子可以部分地被性质相似的它种原子或离子替代而不破坏其晶体结构，此种现象称为类质同像。 8. 地震烈度：地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。 9. 死火山：人类历史以来未曾活动的火山。 10. 标准化石：具有在地质历史中演化快、延续时间短、特征显著、数量多、分布广等特点，对于研究地质年代有决定意义的化石。 填空题（每小题2分，共30分） 1. 古生物的研究对象是化石。与现代生物一样，根据生物之间的亲缘关系，古生物可划分为动物界和植物界。 2. 某地层产状测得为3100∠600，则其产状三要素分别是走向为400或2200，倾向为3100，倾角为600。 3. 影响风化作用的因素是气候、地形、岩石特征。 4. 根据岩石SiO2的含量，岩浆岩可以分为四大类，分别是：（1）超基性岩、SiO2为<45%；（2）基性岩、SiO2为45-52%；（3）中性岩、SiO2为52-65%；（4）酸性岩、SiO2>65%。 5. 新生代在生物演化史上，植物为被子植物时代，动物为哺乳动物（人类）时代。 6. 按照岩石的成因（形成方式），岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。 7. 世界主要地震活动带有环太平洋地震带、阿尔卑斯-喜马拉雅地震带（地中海-印尼带）、大洋中脊地震带等。 8．中生代包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪三个纪，其代号分别是、、。8. 早古生代包括三个纪，由老到新分别是寒武纪、奥陶纪、志留纪，其代号分别是888。 9. 断层要素主要有断层面、断层盘、断层线、断层位移等。 10.板块构造学说建立的基础是大陆漂移学说和海底扩张学说。 11. 根据断层两盘相对运动的方向分为正断层、逆断层及平移断层。 12.河谷形态的基本要素有谷坡、谷底、河床。 13. 海蚀地貌主要类型有：海岬、海湾、拱桥、海蚀柱、海蚀崖、海蚀洞穴、海蚀凹槽和海蚀沟谷等。 14. 地质学上计算时间的方法有两种，一是相对年代，另一是绝对年代。 15. 矿物摩氏硬度计中位于第3、第7和第8位的矿物分别为方解石、石英和黄玉。 三、判断题（正确打“√”，错误打“×”）（共7分） 中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院 地球化学课程综合测试3 学习层次：专升本时间：120分钟 一．名词解释 1．元素的地球化学迁移：当体系与环境处于不平衡条件时，元素将从一种赋存状态转变为另一种赋存状态，并伴随着元素组合和分布上的变化及空间上的位移，以达到与新环境条件的平衡，该过程称为元素的地球化学迁移。 2．能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，微量元素在两共存相中的活度比为常数。3．盐效应：当溶液中存在易溶盐类时，溶液的盐度对元素的溶解度有影响。溶液中易溶电解质的浓度增大，导致其它化合物溶解度增大的现象，称为盐效应。 4．放射性同位素：能够自发地衰变形成其它核数，最终转变为稳定核数的同位素。 5.大陆地壳：地表向下到莫霍面，厚度变化在5-80km，分为上部由沉积岩和花岗岩组成的硅铝层，下部由相当于玄武岩、辉长岩或麻粒岩等组成的硅镁层两部分组成。 6.不相容元素：在一定的温度和压力条件下，在部分熔融或岩浆分异结晶过程中，在固相/熔体相中的总分配系数<<1的微量元素称为不相容元素。 7. Ce：表征Ce与REE整体分离程度的参数。其计算公式为：δCe=2Ce n/（La n+Pr n）（n 表示相对于球粒陨石标准化）。 8.元素丰度的奇偶规律：偶序数元素的丰度大于相邻奇序数元素的丰度，这一规律又被称为Oddo-Harkins（奥多-哈金斯）法则。 二．简答题 1. 大陆地壳组成研究的基本方法。 答：由于大陆地壳的物质组成在横向和纵向上都具有极度的不均一性，因此，研究大陆的浅部地壳和深部地壳的手段不尽相同。其中，对大陆地壳浅部组成研究的方法包括区域大规模取样法、简化取巧方法以及细粒碎屑沉积物法等等。而对大陆深部地壳的研究手段则主要包括研究火山岩中的角闪岩和麻粒岩包体，暴露地表的深部地壳断面，或利用地球物理勘探获取的地震波速与岩石化学组成之间的对应关系进行反演。 2. 简述能斯特分配定律及元素分配系数的涵义。地球化学上按总分配系数将元素在岩浆作用过程中的行为分为几类？它们各自的地球化学特点是什么？（要求各类别至少举两个元素为例）。 答：能斯特分配定律：在一定的温度和压力条件下，微量组分在两共存相中的活度比为常数。将微量元素在两相之间的活度笔直称之为分配系数（K D）。 按元素在岩浆作用过程中的行为分为相容元素、不相容元素。其中不相容元素进一步分为高场强和低场强元素。 相容元素指总分配系数大于1的元素，如Ni、Co、Cr，在岩浆作用中优先进入矿物相或残留固相；不相容元素指总分配系数小于1的元素，它们优先进入熔体相，其中将分配系数小于0.1的又称为强不相容元素。大离子亲石元素如K、Rb、Sr、Ba以及高场强元素如Nb、Ta、Zr、Hf为不相容元素的代表。 3. 活度积原理及其在地球化学研究上的意义。 答：定义在一定的温度下，难溶化合物中该化合物的离子浓度乘积得到的常数为活度积。所谓的活度积原理指的是在天然水中，金属元素首先选择形成活度积最小的化合物的阴离子 岩石地球化学计算 1. TFe2O3=FeO+0.9Fe2O3 FeOT(wt.%)=FeO(wt.%)+Fe2O3(wt.%)*0.8998 =FeO(wt.%)+Fe2O3(wt.%)*(71.844/(159.6882/2)) 2. LOI 烧失量 3. Mg#=100*(MgO/40.3044)/(MgO/40.3044+FeOT/71.844) FeOm71.85 ；MgOm40.31 上述是分别测试分析了FeO和Fe2O3的计算方法，如果是测试的全铁，也可以近似计算。 通常说的高Mg，是指岩石具有较高的MgO含量，如火山岩中的高镁安山岩（通常情况下，异常高的MgO含量指示着可能有地幔物质参与，如俯冲带地幔楔或者软流圈熔体上涌等等）。Mg#（镁指数）也可以定量的表示岩石中的Mg含量高低。Mg#通常用于镁铁质岩石，可以粗略指示地幔岩石的部分熔融程度，高Mg#的地幔橄榄岩可能经历了更高程度的部分熔融，常在92-93左右，而原始地幔会相对富集，Mg#较低，在88-89左右。 4. 里特曼组合指数δ或里特曼指数δ=（K2O+Na2O）2/（SiO2-43）（wt%）δ<3.3 者称为钙碱性岩，δ=3.3-9 者为碱性岩，δ>9 者为过碱性岩。 5.A/NK = Al2O3/102/(Na2O/62+K2O/94) 6.A/CNK = Al2O3/102/(CaO/56+Na2O/62+K2O/94) 7.全碱ALK = Na2O+K2O 8.AKI = (Na2O/62+K2O/94)/Al2O3*102 9.AR = (Al2O3+CaO+Na2O+K2O)/(Al2O3+CaO-Na2O-K2O) 10.固结指数(SI) =MgO×100/(MgO+FeO+F2O3+Na2O+K2O) (Wt%) 11.阳离子R1-R2图（岩石氧化物wt%总量不用换算成100%） R1=（4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)*1000 R2=（6Ca+2Mg+Al）*1000 地球化学涉及的基本图件制作及相关软件应用（连载...） 发帖之前思绪良久，本想以有声视频的形式呈现给大家，但碍于工作紧张，只能以教程的形式展现，希望带给大家些许帮助。如有什么问题我们一起交流，我的邮箱94024716@https://www.doczj.com/doc/8d18014200.html,. 地球化学图件涉及内容较多，本帖将从基本的原始数据图开始，到最后的解释推断等图件，逐一展现，帖子将不定期更新，对此也希望大家支持与谅解。 说明的是各种作图软件有的需要狗和相关插件，如有需要，请联系本人。 1、点位图 MAPGIS做法： 设置带号是关键。 记住数据类型为6，即字符串型 将预先做好的图框套入！！！ 根据属性表注释，建立一个新的点文件，注释文件， 完成！！！ 为突出高值，我们在预先统计好的基础上，对高值进行特殊标注，如Cu将大于80的数据进行特殊表示，这就涉及我们刚才所要注意的属性类型，因设定的为字符串型，所以在输入数值时加引号""。可以改变其子图类型和注释大小，颜色。我们将注释颜色改为红色，完成。 事先说明的是该软件所做点位图只能针对单个元素进行，而且所作点位无属性。 成图格式为明码格式，进行转换。 2 地球化学图的各种做法简介 在此介绍我所掌握的各种做法，仅供参考。 一、MAPGIS 在DTM模块完成， 设置好各项参数点确定。标记我们这里选无，也可以选自己相要的制图幅选择数据投影变换，填好各项。 完成。套图框 强调的是，MAPGIS网格化是根据数据范围进行，而未经扩边处理，所以和原图框比较较小。 二、金维 数据网格化 与图框大小不合，要进行扩边处理，进行两次扩边之后，完成。 水文地球化学研究现状、基本模型与进展 摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门 独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水 的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。 1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。 1 应用水文地球化学学科的研究现状 1. 1 油田水研究 水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。早期油田水地球化学的研究只是对单个盆地或单个坳陷, 甚至单个凹陷进行研究, 并且对于找油标志存在不同见解。此时油田水化学成分分类主要沿用B A 苏林于1946 年形成的分类。1965 年, E C加费里连科在其所著5根据地下水化学组分和同位素成分确定含油气性的水文地球化学指标6中系统论述了油气田水文地球化学特征及寻找油气田的水文地球化学方法。1975 年, A G Collins 在其5油田水地球化学6中论述了油田水中有机及无机组分形成的地球化学作用( 汪蕴璞, 1987) 。1994 年, 汪蕴璞等对中国典型盆地油田水进行了系统和完整的研究, 总结了中国油田水化学成分的形成分布和成藏规律性, 特别是总结了陆相油田水地球化学理论, 对油田水中宏量组分、微量组分、同位素等开展了研究, 并对油田水成分进行种类计算, 从水化学的整体上研究其聚散、共生规律和综合评价找油标志和形成机理。同时还开展了模拟实验、化学动力学和热力学计算, 从定量上探索油田水化学组分的地球化学行为和形成机理。 1. 2 洋底矿藏研究 表中数据为山东济南辉长岩、沂南花岗岩7件样品的REE组成(ppm) 1，用球粒陨石值对样品的REE组成进行标准化，作其分配模式图，对图件中表达的地球化学特征进行说明； 2，计算各样品的Eu/Eu*，并对其地球化学意义进行说明； ,3，假设辉长岩中造岩矿物的组成为：CPX45%，PL35%，OL20%。结合课件中提供的REE在矿物和熔体间的分配系数，计算与辉长岩平衡的熔体的REE组成，并作REE配分模式图。 解答： 1，如下表1-1为常用球粒陨石和原始地幔稀土元素组成，我采用C1 球粒陨石数据（Sun & McDonough,1989）对样品的REE进行标准化，得到了下表1-2，再根据对样品REE标准化的数据进行作样品的分配模式图，得到了图1-1 表1-1 表1-2 图1-1 通过对样品配分模式图进行分析可知道，沂南花岗岩样品中富集轻稀土元素而亏损重稀土元素，这与花岗岩的成分岩性有一定关系，花岗岩为酸性岩，主要矿物为长石、石英和云母，而这矿物主要富集轻稀土元素，并且从图中可以看出Eu的负异常，说明在岩浆结晶形成花岗岩之前就有长石结晶出来，使岩浆呈Eu 的负异常。济南辉长岩的样品配分模式图表现出来的富集轻稀土元素没有沂南花岗岩样品那么显著，富集程度较低，这也与辉长岩的岩性成分有关，辉长岩中主要矿物为辉石和长石，长石富集轻稀土元素较为显著，而辉石相对较富集重稀土元素，但程度不是很显著，所以岩石总体表现较为富集轻稀土元素，但程度不是那么显著。并且从图中可以看出Eu的正异常，只是不是很显著，说明长石结晶出来使岩石呈Eu的正异常。 2，Eu/Eu*=2×Eu/(Sm+Gd)(其中Eu、Sm、Gd都是为球粒陨石标准化值)，根据这个求出各样品中的Eu/Eu*，如下表1-3： 表1-3 由上表中的Eu/Eu*值可知山东济南的辉长岩为Eu的正异常，说明在岩浆结晶时，长石和辉石先结晶出去形成辉长岩，而长石中富集Eu元素，所以在辉长岩中Eu为正异常，而后期岩浆因长石的结晶分异而呈Eu的负异常，并且逐渐向酸性过渡，结晶形成酸性岩。可以推测这样品为同源岩浆所形成，主要是形成 地球化学图相关计算集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN] 地球化学图相关计算 一、计算Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)和Al2O3/(Na2O+K2O)或A/CNK-A/NK分子(摩 尔)比步骤与投图 1．列出Al 2O 3 、CaO、Na 2 O和K 2 O的分子量 Al2O3分子量CaO分子量Na2O分子量K2O分子量主要氧化物分子量 氧化物Al 2O 3 CaO Na 2 O K 2 O Si 2 O TiO 2 Fe 2 O 3 FeO MnO MgO P 2 O 5 分子量 2．列出所测样品的Al 2O 3 、CaO、Na 2 O和K 2 O含量 岩性样品号Al 2O 3 含量CaO含量Na 2 O含量K 2 O含量 (xηγT 1) P4XT06 (xηγT 1) P15XT02 (zηγT 1) P15XT03- 1 (zηγT 1) P4XT10 3．求出分子(摩尔)数(样品中Al 2O 3 、CaO、Na 2 O和K 2 O含量除以各自氧化物的分 子量) 岩性样品号Al2O3分子数CaO分子数Na2O分子数K2O分子数 (xηγT 1)P4XT06 （=）（=）（=）（=） (xηγT 1)P15XT02 （=）（=）（=）（=） (zηγT 1)P15XT03-1 （=）（=）（=）（=） (zηγT 1)P4XT10 （=）（=）（=）（=） 4．分别求出Al 2O 3 /(CaO+Na 2 O+K 2 O)和Al 2 O 3 /(Na 2 O+K 2 O)或A/CNK-A/NK分子 (摩尔) 比 岩性样品号Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)分子比（摩尔）Al2O3/(Na2O+K2O)分子比（摩尔）(xηγT1)P4XT06++= += (xηγT1)P15XT02++= +== (zηγT1)P15XT03-1++= += (zηγT1)P4XT10++= += 5．投图 一、名词解释（每题3分，共21分） 1、盐效应：矿物在纯水中的溶解度低于矿物在高含盐量水中的溶解度，这种含盐量升高而使矿物溶解度增大的现象。 2、阳离子交替吸附作用：在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用即为阳离子交替吸附作用。 3、氧化垒：在还原条件被氧化条件激烈交替的地段上所形成的地球化学垒。 4、侵蚀性CO2：当水中游离CO2大于平衡CO2时，水中剩余部分的CO2对碳酸盐和金属构件等具有侵蚀性，这部分即为侵蚀性CO2。 5、TDS：指水中溶解组分的总量，它包括溶于水中的离子、分子及络合物，但不包括悬浮物和溶解的气体。 6、硅质水与硅酸水： SiO2含量大于50mg/L的水称为硅质水（1.5分）；在阴离子中，HSiO3-占阴离子首位（按mol%计算）的水称为硅酸水（1.5分）。 7、硬度：是以水中Ca2+和Mg2+来量度，其计算方法是以 Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位为mg/L。二、填空（每题1分，共14分） 1、Fe2+在（酸）性中迁移强，而在（碱）性中迁移弱。 2、地球化学垒按成因可分为（机械）垒、（物理化学）垒、（生物）垒和（复合）垒。 3、碱度主要决定于水中的（HCO-3，CO2-3 ）的含量。硬度是以（ Ca2+，Mg2+）的毫克当量总数乘以50，而暂时硬度是以（ HCO-3，CO2-3 ）的毫克当量总数乘以 50。 4．大气CO2的δ13C平均值是（-7 ‰），而土壤CO2的δ13C平均值是（ -25‰）。 5．标型元素的标型程度取决于（元素的克拉克值）和（它的迁移能力）。 6．弥散作用包括（分子扩散），（对流扩散迁移）和（渗透分散）。 7、SiO2 和Na/K地热温度计适用的温度范围分别为（ 0~250 ℃）和（ 150~350 ℃）。 8．近代火山型浅部地下热水的水化学类型为（SO2-4 SO2-4 -Cl ），而深部地下热水的水化学类型为（Cl-HCO-3 ）。 9．海水的水化学类型为（ Cl-Na ），而海成存封水的水化学类型为（Cl-Na -Ca ）。 10、水对离子化合物具有较强的溶解作用，是由于水分子具有较强的（介电）效应所致，水的沸点较高，是由于水分子间（氢键）的破坏需要较大的能量。 11、在35℃下，pH=7的地下水是（碱）性。在天然水化学成分的综合指标中，体现水的质量指标的有（ TDS，硬度，含盐量或含盐度 , 电导率），而表征水体系氧化还原环境状态的指标有（ COD，BOD，TOC，Eh ）。 一、名词解释（每个2分，20分） 1、沉积有机质 2、稳定同位素分馏 3、有机圈 4、有效烃源岩 5、门限温度 6、氯仿沥青“A” 7、生物标志化合物 8、干酪根 9、大型气田 10、油气源对比 二、填空题（每题1分，10分） 1、原油中很难检测到糖类化合物是因为。 a、被细菌分解； b、进入干酪根无法查其原始面貌； c、原油中含氧化合物很少； d、连结糖类的醚键容易断裂。 2、下列过程属于油藏中原油次生变化的有。 a、聚合作用； b、生物降解； c、蒸馏作用； d、注气开发。 3、奥利烷的主要生源是。 a、高等植物； b、海洋植物； c、被子植物； d、原生动物。 4、正常情况下有机成因天然气中甲烷及其同系物的碳同位素表现为。 a、δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4； b、δ13C1>δ13C2<δ13C3>δ13C4 c、δ13C1>δ13C2>δ13C3>δ13C4； d、δ13C1<δ13C2>δ13C3>δ13C4。 5、鉴别生物成因天然气的主要标志是。 a、在天然气组成上主要是CH4，δ13C1重； b、在天然气组成上主要是CH4，δ13C1轻； c、在天然气组成上主要是CO2，δ13C1轻； d、在天然气组成上主要是CH4和CO2，δ13C1重。 6、Pr/Ph是反映。 a、烃源岩沉积环境的指标； b、原油成熟度指标； c、原油次生改造程度的指标； d、母质类型参数。 7、卟啉作为石油有机成因的重要证据之一，它是从原油中分离鉴定出第一个具有 生物成因的化合物。 a、Treibs（1934）； b、Serfert（1978）； c、Tissot（1974）； d、Smith（1954）。 8、年青沉积物中甾类化合物的主要构型是。 a、5α(H)14α(H)17α(H)20R； b、5α(H)14α(H)17α(H)20S； c、5α(H)14β(H)17β(H)20R； d、5α(H) 14β(H)17β(H)20S。 9、在同等条件下，最先进入生烃门限的是干酪根。 a、I型； b、II型； c、III型； d、IV型 10、同一成熟度条件下干酪根的H/C原子比值。 a、III>II>I型； b、II>III>I型； c、II>I>III型； d、I>II>III型。 三、判断改错题（每题1分，共8分） 1、烃源岩评价主要是评价有机质的丰度和类型。 2、镜质体反射率的测定是将样品浸入油中所测得的反射率值。 3、在油气源对比中，样品间的正相关性是样品具有成因联系的必要证据，而负相关性却 是样品之间缺乏亲缘关系的有力证据。 4、油藏受气浸时将产生两极分化，一方面形成凝析气藏，另一方面产生固体沥青沉淀， 从而使储层孔隙度和渗透率降低。 5、III型干酪根只能生气不能生油。 6、随着烃源岩成熟度的增高，生成的油气越来越多，导致可溶烃（残余油气或吸咐烃） 逐渐增多，而热解烃却逐渐减少。 7、凝析油是有机质在高演化阶段所特有的产物。 8、通常情况下，成熟度相当或相近的煤型气碳同位素组成比油型气轻。 四、回答题（每题8分，共40分） 1、论述干酪根分类方法及优缺点？（至少列举3种方法） 2、有机质成烃演化阶段及产物特征？ 3、生物标志化合物的主要类型及其在地质研究中的作用？ 4、油藏中原油的次生变化类型及其结果？ 5、应用化学动力学原理，阐述影响油气生成的主要因素？ 五、图谱识别（7分） 标出图示原油饱和烃气相色谱图中Pr、Ph和正构烷烃的碳数分布、指出主峰碳，判断水文地球化学教学大纲
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