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          地球化学练习题2009

          《许多地球化学》课程

          地球化学练习题

          地球化学练习题(微量元素和同位素地球化学部分,2009 年)
          1、简要解释几个重要概念(定义,数学表达和导出过程):分配系数,能斯特定律,亨利定律,相容 元素,不相容元素,大离子亲石元素,高场强元素,?Nd 值,?值,?Os,原始 Pb。 2、微量元素有哪些主要赋存形式? 不同赋存形式的微量元素,其地球化学?#24418;?#26377;什么差别? 3、 什么叫分配系数?哪些因素可以影响分配系数?并进一步说明, 这些因素对分配系数的影响程度。 既然分配系数是变化的,为什么在大部分岩浆演化过程模拟计算中,可以认为分配系数基本不 变? 4、简述,玄武岩浆分离结晶过程中,主要的几类微量元素(相容元素 D>1,岩浆元素 D=0.5~0.1, 超岩浆元素 D<0.1)的含量变化情况。 5、比较分离结晶过程的早期(F=1~0.5)和部分熔融过程的早期(F=0.05~0.3) ,两类微量元素(D 远小于 1 的超岩浆元素和 D>1 的相容元素)含量变化情况。 6、如何用微量元素资料来区别特定的火成岩系?#24615;?#33258;分离结晶过程还是部分熔融过程? 7、简述球粒陨石标准化的 REE 配分图中 Eu 正异常和负异常的一般含义。 8、在结晶岩石中,不同造岩矿物的 REE 配分型式是否存在差别?试论造成这一差别的矿物的晶体 化学因素(提示:LREE 和 HREE 倾向于替代造岩矿物中不同的阳离子,以及进入不同的配位位 置) 。对于泥质沉积物,REE 主要呈吸附状态均匀分布在沉积物?#23567;?#33509;经历高级变?#39318;?#29992;形成斑 状变晶结构(斑晶+基质) ,变斑晶为石榴石,基质为云母、长石、石英等矿物,则稀土元素在 岩石中的分布会发生何种改变? 9、对下面两个样品(表 1)作稀土元素配分图解。对花岗岩样品,采用球粒陨石值进行标准化:对 锰结核样品,分别采用球粒陨石和平均页岩值进行标准化。标准化数据参见表 2。然后,描述两 个样品的 REE 分配特征,并阐明 Ce 异常含义。(提示:Y 轴采用对数坐标) 表 1 样品 REE 含量分析值 样品 花岗岩 锰结核 La 41 110 Ce 75 858 Nd 25 116 Sm 3.6 24 Eu 0.6 4.9 Leedy 0.378 0.976 0.716 0.23 0.0866 0.311 0.39 0.255 Gd 2.7 24 Dy 1.3 24.1 BSE 0.648 1.675 0.254 1.25 0.406 0.154 0.544 0.099 0.674 0.149 0.438 Er ~ 14.4 Yb 0.4 13 Lu ~ 1.92

          表 2 Normalizing Values used for Rare Earth Plots Ordinary Orgueil (CI Chondrites Chondrite) La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er 0.329 0.865 0.130 0.630 0.203 0.077 0.276 0.055 0.343 0.077 0.225 0.236 0.619 0.09 0.463 0.144 0.0547 0.199 0.0353 0.246 0.0552 0.162

          Ave. Shale 41 83 10.1 38 7.5 1.61 6.35 1.23 5.5 1.34 3.75

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          《许多地球化学》课程

          地球化学练习题

          Tm Yb Lu

          0.035 0.220 0.034

          0.022 0.166 0.0245 0.249 0.0387

          0.068 0.441 0.0675

          0.63 3.53 0.61

          10、 对平衡部分熔融过程, 当生成的熔体分别达到 1%, 5%, 10%, 20%和 30%时 (相当于 F=0.01, 0.05,0.1,0.2,0.3),计算微量元素 A 和 B 的相对含量(Cl/C0)。设固相是均匀的,元素 A 和 B 的总体分配系数分别为 DA=0.01 和 DB=10。然后将结果投图(Cl/C0 ~ F 图),并联结各 点构成平滑曲线。 11、计算上地幔平衡部分熔融过程,当生成的熔体分别达到 2%和 10%时(F=0.02,0.1),熔体中 REE 的富集程度。设上地幔的矿物组成为 10%单斜辉石 + 5%石榴石 + 25%斜方辉石 + 60% 橄榄石,上地幔的稀土元素组成与球粒陨石相同(参照表 2)。分配系数见表 3。如果没有分配 系数值,可由相邻元素的值采用外?#21697;?#20272;算。只计算下列 8 个稀土元素:La,Ce,Nd,Sm,Eu, Gd,Dy,Lu。用计算结果作球粒陨石标准化图解,并划出 REE 配分的平滑曲线。注意:X 轴一般 标出所有稀土元素,没有数据的点采用外推连线。提示:可以只采用球粒陨石标准化之后的值 0 进行计算,不需要考虑绝对值,这样,所有的 C 值均为 1。 表 3 Mineral – Melt Partition Coefficients for Basalts 橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 斜长石 尖晶石 石榴石 角闪石 Li Be B K Sc V Ga Ge Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb 0.00324 0.00927 0.041 0.035 0.034 0.00017 0.37 0.3 0.024 0.097 0.000044 0.000063 0.0098 0.00068 0.00005 0.0015 0.0000034 0.0000088 0.000019 0.000049 0.000445 0.0068 0.014 0.004 0.015 0,0067 0.0056 0.0058 0.006 0.007 0.0085 0.0078 0.011 0.011 0.015 0.019 0.021 0.025 0.032 0.711 0.66 0.633
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          0.11 0.027 0.6 2.6 0.25

          0.59 0.047 0.117 0.0028 0.8 1.81 0.74 1.4 0.0033 0.157 0.62 0.195 0.0081 0.0039 0.0022 0.052 0.108 0.277 0.462 0.458

          0.45 0.36 0.08 0.18 0.065 0.04 0.86 0.51 0.025 2.7 0.013 0.001 0.033 0.026 0.33 0.082 0.072 0.056 0.045 0.033 0.55 0.034 0.0078 0.03 0.02 0.014 0.0076
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          0.002 0.048 38 4.6 0.1 0.007 0.0099 5.42 2.12 0.0538 0.0007 0.01 0.0164 0.065 0.363 1.1 2.02 0.688 1.48

          0.35

          0.437 0.184 0.634 0.3 0.197 0.282 0.058 0.116 0.178 0.273 0.425 0.387 0.725 0.779 0.816 0.783 0.699 0.509

          0.06 0.08

          0.0064 0.0061

          4.13 3.95 3.88

          0.0366

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          地球化学练习题

          Lu Hf Ta Pb Th U

          0.001 0.00005 0.0076 0.000052 0.00002

          0.042 0.021 0.015 0.0056 0.015

          0.623 0.223 0.013 0.01 0.014 0.013 0.11 1.07 0.19 0.34

          0.05 0.06

          3.78 1.22 0.11 0.0001 0.0014 0.0059

          0.645 0.638

          0.016

          Data sources:Beattie (1994), Chaussidon and Libourel (1993),Chazot et al. (in press),Dunn and Sen (1994), Hart and Brooks (1974), Hart and Dunn (1993), Hauri et al.(1994), Kennedy et al. (1993), Nagasawa et al. (1980), and compila tions by Green (1994), Irving (1978), and Jones (1995). 12、计算熔体在原地结晶过程中(提示:这意味着,残余熔体一直和结晶相保持平衡),La/Sm 比 值的变化。假设 La 和 Sm 的总分配系数分别为 0.05 和 0.2;熔体中 La/Sm 的初始比值为 1;请计算 f 分别为 0.05 和 0.25 时的情况,并且: (a)将计算结果对 Ml/M°作图。 (b)将计算结果作一个过程识别图,例如:进行 La/Sm vs.La 投图, 假设 La 和 Sm 的初始浓度为 1。 13、如果 152Gd 半衰期为 1.1×1014 年,计算其衰变常数?。 14、相对于微量元素,放射成因同位素在地球化学示踪研究中主要特点是什么? 15、对于放射性母体,如 U、Rb、Sm,通常认为,其同位素组成在各类地质体中都是完全相同的, 如 238U/235U=137.88,85Rb/87Rb=2.593;与之相反,上述放射性子体同位素,在各类地质体中都 是不同的,存在显著差别。请根据衰变方程表达方式的差别,阐明造成这一现象的原因。 16、试用图示说明稀土元素配分型式(LREE 富集和亏损)与?Nd 值(>0,<0 等)变化的关系。 17、试用图示和数学方程推导说明锆石和方铅矿 U-Pb 体系演化的差别。 18、一个花岗闪长岩岩样品,143Nd/144Nd=0.51215,147Sm/144Nd=0.1342。假设其玄武?#35797;?#23721;从球 粒陨石质地幔分异出来,之后很短的时间内就发生部分熔融形成了该花岗闪长岩。计算该岩石 从地幔分离出来的时代。取 143Nd/144NdCHUR=0.512638,147Sm/144NdCHUR=0.1967,?147Sm=6.54 ×10-12yr-1。 19、下列数据是怀俄明州 Bighorn 山脉片麻岩全岩的实验结果,请利用线性回归方法计算该片麻岩 的年龄和 87Sr/86Sr 的初始值。 Sample 4173 3400 7112 3432 3422 83
          87

          Rb/86Sr 0.1475 0.2231 0.8096 1.1084 1.4995 1.8825

          87

          Sr/86Sr 0.7073 0.7106 0.7344 0.7456 0.7607 0.7793

          20、下列表格为加拿大科马提岩的实验数据,请用线性回归方法计算斜率,并进行等时线年龄投图。

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          地球化学练习题

          Sample M654 M656 M663 M657 AX14 AX25 M666 M668

          147

          Sm/144Nd 0.2427 0.2402 0.2567 0.2381 0.2250 0.2189 0.2563 0.2380

          143

          Nd/144Nd 0.513586 0.513548 0.513853 0.513511 0.513280 0.513174 0.513842 0.513522

          1 计算 Sm-Nd 的年龄和误差; ○ 2 计算初始ε Nd 值和误差。 ○ 21、假设初始的硅酸盐地球在过去?#21738;?#19968;个时间发生熔融分异,形成大陆地壳(熔体)和地幔(残 留体) 。 请分别计算在1%、 2%和5%的部分熔融情况下, 现在的大陆地壳和地幔的Sr和Nd同位素组成。 87 86 87 86 147 144 143 假设目前硅酸盐地球的 Rb/ Sr, Sr/ Sr, Sm/ Nd, Nd/144Nd比值分别为0.085, 0.705, 0.1967 和0.512638,当部分熔融发生于4.0Ga,3.0Ga和2.0Ga的时候,分别计算这些同位素比值,并进行 Sr-Nd同位素投图。 (即143Nd/144Nd和87Sr/86Sr的相关图) 。 分配系数采用: Rb, 0.0014, Sr, 0.023, Sm, 0.194, Nd, 0.0813。 22、 (a)已知一储库的 238U/204Pb 为 8,以 0.5Ga 为时间间隔,计算 Pb 同位素从 4.5Ga 到目前的演化 207 204 206 204 (只计算 Pb/ Pb 和 Pb/ Pb) ,假设这一储库具有 Canyon Diablo 相同的 Pb 同位素初始值。并 207 204 206 204 进行 Pb/ Pb- Pb/ Pb 投图。 (b) 已知一储库从 4.5Ga 到 2.5Ga 的 238U/204Pb 为 7, 从 2.5Ga 到目前的 238U/204Pb 为 9, 以 0.5Ga 207 204 206 204 为时间间隔,计算 Pb 同位素从 4.5Ga 到目前的演化(只计算 Pb/ Pb 和 Pb/ Pb) ,假设这一储 207 204 206 204 库具有 Canyon Diablo 相同的 Pb 同位素初始值,并进行 Pb/ Pb- Pb/ Pb 投图。 提示: 单阶段演化方程: 两阶段演化方程:

          23、在?Nd(t)-(87Sr/86Sr)I 图解中,以原始地幔的值作为界线将图区分为四个相限: (1)分别指出亏损地幔 DM、富集地幔 EMI 和 EMII、下地壳、上地壳的分布?#27573;В?(2)指出亏损和富集地幔的区别; (3)指出下地壳混染和上地壳混染是如何造成 Sr 同位素的差别, (4)如何鉴别古老地壳的混染。

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