地球化學課后習題及答案

緒論答案

1.概述地球化學學科的特點。

答題要點：

1）地球化學是地球科學中的一個二級學科；

2）地球化學是地質學、化學和現代科學技術相結合的產物；

3）地球化學既是地球科學中研究物質組成的主干學科，又是地

球科學中研究物質運動形式的學科；地球化學既需要構造地質學、礦

物學、巖石學作基礎，又能揭示地質作用過程的形成和發(fā)展歷史，使

地球科學由定性向定量化發(fā)展；

4）地球化學已形成一個較完整的學科體系，仍不斷與相關學科

結合產生新的分支學科；

5）地球化學作為地球科學的支柱學科，既肩負著解決當代地球科

學面臨的基本理論問題一天體、地球、生命、人類和元素的起源和演

化的重大使命，又有責任為人類社會提供充足的礦產資源和良好的生

存環(huán)境。

2.簡要說明地球化學研究的基本問題。

答題要點：

1）元素及同位素在地球及各子系統(tǒng)中的組成（豐度和分配）；

2）元素的共生組合及賦存形式；

3）元素的遷移和循環(huán)；

4）研究元素（同位素）的行為；

5）元素的地球化學演化。

3.簡述地球化學學科的研究思路和研究方法。

答題要點：研究思路：見微而知著，即通過觀察原子之微，

以求認識地球和地質過程之著。

研究方法：一）野外階段：

1）宏觀地質調研。明確研究目標和任務，制定計劃；2）運用地

球化學思維觀察認識地質現象；3）采集各種類型的地球化學樣

品。

二）室內階段：1）“量”的研究，應用精密靈敏的分析測試方

法，以取得元素在各種地質體中的分配量。元素量的研究是地球化學

的基礎和起點，為此，對分析方法的研究的要求：首先是準確；其次

是高靈敏度；第三是快速、成本低；2）“質”的研究，即元素的結合

形式和賦存狀態(tài)的鑒定和研究；3）地球化學作用的物理化學條件的

測定和計算；

4）歸納、討論：針對目標和任務進行歸納、結合已有研究成果進

行討論。

4.地球化學與化學、地球科學其它學科在研究目標和研究方法方面的

異同。

答題要點：地球化學與與研究地球物質成分的礦物、巖石、礦床學

和化學的關系如下表

地球化學礦物學巖石學礦床學化學

研究全部化學元原子的集礦物的集有用礦物的元素及

對象素與同位素合體一礦合體巖集合體一礦化合物

物石石、礦床

元素及

元素在地球、

只研究元素全部活動歷史過程中化合物

研究地殼中演化

的某個階段，元素活動的某個“暫的化學

內容活動的整個

時”存在的形式性質及

歷史

行為

研究

對象

所處

地球、地殼地球、地殼實驗室

的空

間位

置

從表中我們可以看出：

1）地球化學是研究元素在地球、地殼中演化活動的整個歷史，而

礦物、巖石、礦床等學科僅研究元素全部活動歷中的某個階段；

2）地球化學是在自然界，又具有空間上條件的不均一性，時間上

單向演化和階段性，體系的多組分，多變度及總體的開放性；

3）地球化學研究不能脫離基礎地質工作，它的一般工作程序仍然是

在研究任務的指導下采用先野外，后室內的工作順序，并注意從對地

質體的觀察來提取化學作用信息，建立地球化學研究構思。而化學主

要是在實驗室中，它是人為控制的體系，可以任意調節(jié)T、P、pH、

Eh、C和純化雜質。

第一章答案

1.概說太陽成份的研究思路和研究方法。

答題要點：我們地球所在的太陽系是由太陽、行星、行星物體（宇

宙塵、彗星、小行星）組成的，其中太陽的質量占太陽系總質量的

99.8%,其他成員的總和僅為0.2%,所以太陽的成分是研究太陽系成

分的關鍵。

獲得太陽系豐度資料的主要途徑有：1）光譜分析，對太陽和

其它星體的輻射光譜進行定性和定量分析；2）直接分析，如測定

地殼巖石、各類隕石和月巖、火星樣品；

3）利用宇宙飛行器分析測定星云和星際物質及研究宇宙射線。

2.簡述太陽系元素豐度的基本特征。

答題要點：對太陽系元素的豐度估算各類學者選取太陽系的

物體是不同的。有的是根據太陽和其它行星光譜資料及隕石化學成

分，有的根據I型球粒隕石，再加上估算方法不同，得出的結果也不

盡相同。

1）氫和氫是豐度最高的兩種元素。這兩種元素的原子幾乎占了太陽

中全部原子數目的98%；

2）隨元素的原子序數增大，元素豐度呈指數下降，原子序數＞45的

元素，元素豐度變化不明顯；

3）原子序數為偶數的元素，其元素豐度大于相鄰的奇數元素；

4）鋰、鍍、硼元素豐度嚴重偏低，氧和鐵元素豐度顯著偏高；

5）質量數為4的倍數（即a粒子質量的倍數）的核素或同位素具

有較高豐度。此外，還有人指出原子序數（Z）或中子數（N）為“幻

數（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素豐度最大。

這是一種估計值，反映的是目前人類對太陽系的認識水平，因此

這個估計值不可能是準確的，隨著人們對太陽系以至于宇宙體系探索

的不斷深入，這個估計值會不斷的修正。同時，從總的方面來看，雖

然還是很粗略的，但它反映了元素在太陽系分布的總體規(guī)律。

3.說說隕石的分類。

答題要點：隕石主要是由銀-鐵合金、結晶硅酸鹽或兩者的

混合物所組成。按隕石中金屬的含量可將隕石分為三類：

1）鐵隕石，主要由金屬Ni、Fe和少量其它元素組成；

2）石隕石，主要由硅酸鹽礦物組成（橄欖石、輝石）。這類隕石

可以分為兩類，即決定它們是否含有球粒硅酸鹽結構，分為球粒隕石

和無球粒隕石；

3）鐵石隕石，鐵石隕石由數量上大體相等的Fe、Ni和硅酸鹽礦

物組成。

4.月球的結構和化學成分與地球相比有何異同？

答題要點：1）月球的主要巖石類型為玄武巖和輝長巖類，沒

有花崗巖和沉積巖，但有一種特殊的巖石（克里普巖），是一種含鉀、

稀土元素和磷的巖石；

2）月球沒有鐵銀核，也沒有大氣圈和水圈（所以月球表面無風

化作用）；

3）與地球化學成分相比較，月巖中堿金屬和揮發(fā)性元素，富耐熔

元素和稀土元素。

5.討論隕石的研究意義。

答題要點：研究隕石主要從隕石的成分、年齡、成因出發(fā)，

其研究成果不僅對研究太陽系的化學成分、起源和演化、有機質起源

和太陽系空間環(huán)境等有著重要意義，而且對研究地球的形成、組成演

化以及地球早期生命系統(tǒng)的化學演化也有重要意義。

1）它是認識宇宙天體、行星的成分、性質及其演化的最易獲取、

數量最大的地外物質；

2）是認識地球的組成、內部構造和起源的主要資料來源，可以用

隕石類比法，地球模型和隕石的類比法來研究地球元素的豐度；

3）隕石中的60多種有機化合物是非生物合成的“前生物物

質”，對探索生命前期的化學演化開拓了新的途徑；

4）可作為某些元素和同位素的標準樣品（稀土元素，鉛、硫同位

素。

6.地球的結構對于研究和了解地球的總體成分有什么作用？

答題要點：地球是由地殼、地幔和地核等不同圈層組成。由

于地球物質組成具不均一性，不能用地球表層（如地殼）或某一研究

區(qū)成分代表地球化學組成，所以地球的結構模型成為研究地球的總

體成分的基礎。

7.闡述地球化學組成的研究方法論。

答題要點：一）分層研究法：分別獲取地球各層的成分，按

各層的相對質量百分比計算地球平均成分;

二）總體研究法：1）隕石相成分分類;2）地球相成分分類及不同

相成分質量百分比⑶據各相質量百分比計算地球平均成分。

8.地球的化學組成的基本特征有哪些？

答題要點：首先，地球的元素豐度也遵守太陽系元素豐度的

基本規(guī)律（遞減規(guī)律和奇偶規(guī)律）；其次，地球的元素豐度還具有以

下特征：

1）地球中含量大于10%的元素有Fe、0、Si、Mg；大于1%的元素

有Ni、S、Ca、Al；其次為Na、K、Cr、Co、P、Mn和Ti,可以認為

地球兒乎是由15種元素組成的；

2）與太陽系化學成分相比，地球富Fe、Mg、S和貧氣態(tài)物質組分;

3）與地殼化學成分相比，地球富Mg、Fe和貧Al、K、Na。

9.討論地殼元素豐度的研究方法。

答題要點：1）克拉克法：收集盡可能多的研究樣品，進行系

統(tǒng)的樣品分析；將樣品按種類和地區(qū)分組，求平均成分；確定各類樣

品的權值；加權平均求地殼元素豐度；

2）戈爾德斯密特法：挪威南部細粒冰川粘土；

3）維諾格拉多夫法：巖石比例法，用二份酸性巖加一份基性巖；

4）泰勒法：花崗巖和玄武巖質量比為1:1進行計算；

5）黎彤法：在計算中國巖漿巖平均化學成分的基礎上，并采用全

球地殼模型，對各構造單元的質量加權平均。

10.簡介地殼元素豐度特征。

答題要點：1）地殼元素豐度差異大：豐度值最大的元素（0）

是最小元素（Rn）的1017倍;豐度值最大的三種元素之和達82.58%；

豐度值最大的九種元素之和達98.13%；

2）地殼元素豐度的分布規(guī)律與太陽系、地球元素豐度的分布規(guī)律

具有類似性，但地殼元素豐度值最大的10個元素與太陽系、地球的

相比，其組成及排序有很大的不同。

太陽系：H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S

地球：Fe>0>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na

地殼：O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H

與太陽系或宇宙相比，地殼和地球都明顯貧H,He,Ne,N等氣

體元素；而地殼與整個地球相比，則明顯貧Fe和蛇，同時富集Al,K

和Na；3）地殼中元素豐度不是固定不變的，它是不斷變化的開放

體系。

11.地殼元素豐度特征與太陽系、地球對比說明什么問題？

答題要點：1）元素豐度對元素原子序數作圖，可看出地殼元

素豐度的分布規(guī)律與太陽系的基本相同，說明其形成具有同一性；

2）地殼元素豐度值最大的10個元素與太陽系、地球的相比，其組

成及排列順序有差別。地殼元素分布規(guī)律與太陽系存在差異是由于在

地球形成的過程中輕元素的揮發(fā)產生；而與地球元素分布規(guī)律相比存

在差異，則為地球演化過程中元素的重新分配造成，具體表現為較輕

易熔的堿金屬鋁硅酸鹽在地球表層富集，而較重的難熔鎂、鐵硅酸鹽

和金屬鐵則向深部集中。

12.地殼元素豐度值（克拉克值）有何研究意義？

答題要點：1）確定了地殼體系的總體特征；

2）為研究地球的形成、化學分異及地球、地殼元素的成因等重大

問題提供信息，如大陸地殼化學組成對殼幔分異的指示；地殼元素的

克拉克值在某種程度上影響元素參加許多化學過程的濃度，從而支配

元素的地球化學行為；限定了自然界的礦物種類及種屬；限制了自然

體系的狀態(tài)；對元素親氧性和親硫性的限定；

3）元素克拉克值可作為衡量元素相對富集或貧化的標尺，如可以

為闡明地球化學?。▓觯┨卣魈峁藴剩?/p>

4）根據地殼元素克拉克值可獲得地殼中不同元素平均比值，可以

提供重要的地球化學信息，如某些元素克拉克比值是相對穩(wěn)定的，一

旦某地區(qū)、某地質體中的這些元素組比值偏離了地殼正常比值，示蹤

著某種地球化學過程的發(fā)生。

13.概述區(qū)域地殼元素豐度的研究意義。

2）為研究各類地質、地球化學作用、分析區(qū)域構造演化歷

史及區(qū)域成礦規(guī)律提供重要的基礎資料；

3）為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為工業(yè)、農業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療保健等事

業(yè)提供重要信息。

14.簡要說明區(qū)域地殼元素豐度的研究方法.

答題要點：D區(qū)域范圍的確定——靶區(qū)的選擇，應根據工

作任務和區(qū)域特征來選擇工作范圍；

2）建立區(qū)域地殼結構-組成模型；

3）區(qū)域地殼元素豐度的計算方法:

(1)分別計算不同類型巖石中元素的平均含量；

(2)按不同類型巖石在地殼結構層中的質量比，加權平均計算

各結構層的元素豐度；

(3)按區(qū)域地殼結構-組成模型計算區(qū)域地殼元素豐度。

15.巖漿巖中各巖類元素含量變化規(guī)律如何？

答題要點：從超基性巖-基性巖-中性巖-酸性巖：

1)Fe、Mg、Ni、Co、Cr和Pt族元素等含量逐步降低；

2)Ca、Al、Ti、V、Mn、P和Se等元素在基性巖中含量最高；

3)K、Na、Si、Li、Be、Rb、REE等元素含量逐漸增高；4)

Ge、Sb、As等元素含量分配變化不明顯。

16.簡述沉積巖不同巖類中元素含量變化規(guī)律。

答題要點：主量元素變化規(guī)律：隨物源不同而異，與火成巖

和變質巖相比，在元素均一化的背景下的高度分異現象是沉積巖化學

成分的重要特征。

微量元素分布規(guī)律：1)絕大多數微量元素在頁巖和粘土類巖

石中富集，除了在含大量鐵、鎰氧化物、氫氧化物，有機質硫化物

和暗色巖屑的情況下，微量元素的含量一般按頁巖一粉砂巖一砂巖一

碳酸巖一蒸發(fā)巖俄次序相繼降低。只有少量元素例外，如Sr、Mn、

Ca主要富集在碳酸巖石中，堿金屬元素和鹵族元素在蒸發(fā)巖中含量

較高，Si在砂巖中喊來能夠最高等；

2)微量元素在富含碳質/有機質或瀝青質的巖石中的含量明顯增

IWJ；

3）微量元素在碎屑沉積巖中含量的變化程度與粒度成正比；

4）二氧化硅對微量元素的“稀釋作用”；

5）微量元素主要富集在重粒級（比重〉3g/cm3）和高分散微粒（①

（lum）的沉積巖中；

6）在單礦物巖中，與有關常量元素地球化學性質相近的微量元素

含量明顯增高；

7）后太古宙碎屑巖的稀土元素分布模式具有高度的一致性。

第：章答案

1.親氧元素和親硫元素地球化學性質的主要差異是什么？

答題要點：親硫元素（又稱親銅元素）：有18或18+2的外

電子層結構，電負性較高，與硫形成高度共價鍵，親硫元素和硫結

合生成的硫化物、硫鹽等常常和銅的硫化物共生，易熔于硫化鐵熔體,

主要集中于硫化物一氧化物過渡帶；

親氧元素（又稱親石元素）：有惰性氣體的電子層結構，即離子

的最外電子層具有8電子惰性氣體型（s2p6）的穩(wěn)定結構，電負性較

小，與氧形成高度離子鍵，親氧元素與氧結合以后形成的氧化物、

含氧鹽等礦物是構成巖石圈的主要礦物形式，易熔于硅酸鹽熔體，主

要集中在巖石圈。

以第四周期部分元素的離子為例，如下表:

K2+Ca2+Sc2+Ti2+V3+Cr2+Mn2+Fe2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+

相0.81.01.31.61.41.41.41.71.71.82.01.5

對

電

負

性

X

A2.72.52.21.92.12.12.11.81.81.71.52.0

X

金

屬

-0

A1.71.51.20.91.11.11.10.80.80.70.51.0

X

金

屬

-S

元親氧、無親硫傾向性f一有親硫傾向性

素從左向右：氧傾向性減弱（離子鍵成分減少）親硫傾向性增強（共價鍵成

的分增多）

地

球

化

學

示

和

性

由表可以看出：履著第四周期從左向右金屬陽離子電負性增大，元素

形成化合物時離子鍵成分減少，共價鍵成分增多，因此元素的親氧傾

向性減弱，親硫傾向性增強。

2.簡述類質同像的基本規(guī)律。

答題要點：DGoldschmist類質同像法則：該法則從相互置

換的質點的電價、半徑的角度判斷，適用于離子鍵化合物。

(1)若兩種離子電價相同，半徑相似，則半徑較小的離子優(yōu)先

進入礦物晶格，即較小離子半徑的元素集中于較早期的礦物中，而較

大離子半徑的元素集中于較晚期礦物中。

(2)若兩種離子半徑相似而電價不同，則較高價離子優(yōu)先進入

較早結晶的礦物晶體，集中于較早期的礦物中，稱“捕獲”；較低價

離子集中于較晚期的礦物中，稱為被“容許”。

(3)隱蔽法則：兩個離子具有相近的半徑和相同的電荷，則它

們將按豐度的比例，決定它們的行為，豐度高的主量元素形成獨立礦

物，豐度低的微量元素進入礦物晶格，為主量元素所“隱蔽”；

2)Ringwood法則：對于二個價數和離子半徑相似的陽離子，具

有較低電負性者將優(yōu)先被結合，因為它們形成一種較強的離子鍵成分

較多的化學鍵，該電負性法則更適用于非離子鍵性化合物。

3.闡述類質同像的地球化學意義。

答題要點：類質同像是自然界化合物中一種十分普遍的現

象，它是支配地殼中元素共生組合的一個重要因素，特別是對一些微

量元素，是決定它們在自然界活動狀況的主要因素。

1）確定了元素的共生組合（包括微量元素和常量元素間的制約、

依賴關系）；

2）決定了元素在共生礦物間的分配；3）支配微量元素在交代過

程中的行為；

4）類質同象的元素比值可作為地質作用過程和地質體成因的標

志；

5）標型元素組合；6）影響微量元素的集中或分散（晶體化學

分散或殘余富集）；

7）為地質找礦及環(huán)境研究服務。4.簡述地殼中元素的賦存形式及

其研究方法。

答題要點：1）賦存形式：獨立礦物、類質同像形式、超顯微

非結構混入物、膠體吸附狀態(tài)和與有機物結合的形式。

2）研究方法：

存在形顯微X光衍電子放射偏提電滲透射

式鏡射探針照相取析電鏡

獨立礦++++++

物

類質同++++++

象

超微混++++

入物

吸附態(tài)++++

有機質+++

結合

5.舉例說明元素存在形式研究對環(huán)境、找礦或農業(yè)問題的意義。

答題要點：對找礦：如在超基性巖中銀的含量一般較高，如

果鍥存在于硅酸鹽中，其基本不能被利用，但如果銀以硫化物形式存

在，就有良好的利用價值了。

對農業(yè)：元素賦存形式的研究，可了解土壤中有益元素是否能

夠為植物吸收，而有害元素由于呈穩(wěn)定狀態(tài)（獨立礦物、類質同像）

含量雖高，植物不易吸收。

對環(huán)境：環(huán)境中對元素賦存形式研究，可指示有毒有害元素對

生態(tài)的危害程度，易溶活動態(tài)對生態(tài)環(huán)境危害大，有些元素含量高，

但以穩(wěn)定態(tài)形式存在，其危害程度較小。

6.英國某村由于受開采ZnC03礦的影響，造成土壤、房塵及飲食攝入

Cd明顯高于其國標，但與未受污染的鄰村相比，在人體健康方面兩

村沒有明顯差異。為什么？

答題要點：

ZnC03礦開采后在地表形成大量礦渣，Cd以類質同像的形式存在

于ZnC03礦物中，所以造成土壤、房塵及飲食攝入Cd明顯高于其國

標，但是由于ZnC03在表生環(huán)境下是穩(wěn)定的，不會形成可溶性的Cd2+,

從而相對于為受污染的地方無太大的區(qū)別。

第三章答案

1.舉例說明元素地球化學遷移的定義。

答題要點：由于環(huán)境物理化學條件的變化，元素原來的存在形式變得

不穩(wěn)定，為了與環(huán)境達到新的平衡，元素原來的存在形式解體，轉變

成一種新的相對穩(wěn)定的結合方式，當元素賦存狀態(tài)發(fā)生變化的同時，

伴隨有元素的空間位移和元素組合變化，稱為元素的地球化學遷移。

2.舉例說明影響元素地球化學遷移過程的因素。

答題要點：元素的地球化學遷移過程包括了三個進程：活化

（解體）一遷移（空間位移，存在形式發(fā)生變化）一重新結合（以

新的存在形式穩(wěn)定沉淀）。

影響因素為：

1）元素遷移前的存在形式。如元素處于吸附狀態(tài)，則容易發(fā)生遷

移；若元素已進入到礦物晶格內部，形成了獨立礦物或呈類質同象，

則難遷移；

2）元素的地球化學性質一如離子的電價、半徑等，它們既決定了

元素結合成化合物時的化學鍵類型，也控制了元素在水溶液中的遷移

形式。離子鍵和分子鍵化合物由于易溶于水，較易遷移，而共價鍵

和金屬鍵化合物則較難遷移；

3）此外，體系中相伴組分的類型和濃度、體系中的物理化學強度

參數的空間變化（濃度差、壓力差、溫度差等），以及環(huán)境的pH值和

Eh值變化，都會影響元素的遷移形式和遷移能力。

3.列舉自然界元素遷移的標志。

答題要點：1）礦物組合的變化，如在巖漿侵入體或熱液礦

床的圍巖中經?？梢园l(fā)現蝕變礦物組合，當中酸性巖漿巖外圍的碳酸

巖巖石發(fā)生矽卡巖化時，原來的碳酸鹽礦物（方解石CaC03、白云石

（Ca,Mg）C03）被新生成的硅酸鹽礦物（石榴子石

（Ca,Fe）3（Fe,Al）2[SiO4]3>輝石Ca（Mg,Fe）Si206等）所替代。蝕變

巖石與原巖成分的差異：硅、鋁的原子數相對增加，同時鎂、鈣的原

子數相對減少，指示碳酸巖巖石中發(fā)生了硅、鋁的遷入和鎂、鈣的遷

出；

2）巖石中元素含量的變化（通過元素含量的系統(tǒng)測定或定量計

算確定，如等體積計算法和等陰（氧）離子計算法）；

3）物理化學界面一如氧化還原界面，壓力釋放帶，溫度界面，

pH界面，水位線，土壤濕度界面等通常是元素發(fā)生或終止遷移的部

位。

4.元素地球化學遷移的研究方法。

答題要點：1）元素在巖石、礦物中的含量（分配）；2）

元素存在形式的研究；

3）元素含量的空間分布；4）實驗研究；5）建立成礦模

型。

5.水溶液中元素的遷移形式有那些？其中成礦元素的主要遷移形式

又是什么？

答題要點：水溶液中元素的遷移形式主要有：離子（絡離

子）、分子；膠體；懸浮液；三者間可用濾紙和半透膜分開。

其中成礦元素的主要遷移形式是：在高溫水溶液中，除簡單離子

（鹵化物）外，絡合物（絡離子）是成礦元素在水溶液中的重要遷移

形式□如Na[Sn（F,OH）6]、（K,Na）2[W02F4]和（K,Na）2[Mo04]就是錫、

鴇、旬在高溫熱液中可能的遷移形式。

6.解釋絡離子的穩(wěn)定性及其在地球化學遷移中的意義。

答題要點：絡離子的穩(wěn)定性，用不穩(wěn)定常數（k不）表示，它

取決于電離能力的大小，這種電離可以表示為下面的一般形式：

[Men+AXm-]y-fMen++XAm-（Me：中心離子A：配位體）

當電離達到平衡時，離子濃度（嚴格地說是離子活度）之間存在著

以下關系：

K不=[Men+][Am-]X/[MeAX]y-

K不表示絡合物的平衡常數稱為絡合物離解常數，亦稱絡合物的

不穩(wěn)定常數。K不表示了絡合物穩(wěn)定性的大小，對于相同配位體的絡

合物，K不值越大，絡合物在溶液中越不穩(wěn)定（易離解），遷移越近;

K不值越小，絡合物越穩(wěn)定，搬運得越遠。

絡離子的穩(wěn)定性在地球化學遷移中的意義：

1）有利于成礦元素的穩(wěn)定遷移（絡離子不穩(wěn)定常數K不一般較

小,溶解度大）；

2）可用于研究礦床元素分帶；

3）可用于解釋相似元素分異。

7.簡述元素遷移形式的研究方法。

答題要點：1）過濾法，離子、分子-膠體-懸浮體三者間可

用濾紙、和半透膜分開；

2）蝕變礦物組合法；3）氣液包裹體成分研究；4）實驗

模擬.

8.什么是共同離子效應？什么是鹽效應？

答題要點：

共同離子效應：在難溶化合物的飽和溶液中加入與該化合物有相

同離子的易溶化合物時，使原難溶化合物的溶解度降低。

鹽效應：當溶液中存在易溶鹽類時，溶液的含鹽度對元素的溶解

度有影響。溶液中易溶電解質的濃度增大，導致其他溶解度增大的現

象。

9.天然水的pH值范圍是多少？對于研究元素在水介質中的遷移、沉

淀有何意義？

答題要點：在自然界，水溶液是接近中性的，在弱酸性至弱

堿性范圍內變化，其PH值一般是4-9,火山口噴氣可達3左右；在

腐殖質分布區(qū)，PH為5-6.5；在干熱地區(qū)，PH一般為7-8；海水的

PH值一般為8.1-8.3；沙漠地區(qū)的土壤水和干涸鹽湖水的PH值一般

N9,甚至更高；在硫化物礦床氧化帶，PH值最低，甚至可以是負值。

意義：

1）不同元素遷移要求的pH不同；

2）影響氫氧化物自鹽類溶液中沉淀，堿性條件下沉淀，酸性溶

液下溶解；

3）影響元素共生或分離；

4）影響兩性元素的遷移形式；

5）影響酸堿反應的方向；

6）影響鹽類的水解。

10.舉例說明Eh、pH值對元素遷移的影響。

答題要點：

pH值影響：如自然界有兩種Fe帽類型：純鐵帽和鐵鎰帽。在表

生作用過程中，當水介質為偏酸性時，Mn大部分淋失，而Fe（0H）2,

Fe（0H）3是穩(wěn)定的,形成純鐵帽；而當水介質呈弱堿性時，Fe、Mn氫

氧化物都沉淀，而形成鐵鎰帽。

Eh值影響：早期形成于還原環(huán)境中的黃銅礦礦體（銅以獨立礦

物CuFeS2的形式存在），在后期的地殼抬升過程中與圍巖一起隆起，

轉入遭受地表風化剝蝕的階段。礦體逐步暴露于地表，其中的Cu元

素在表生氧化條件下以溶于水的Cu2+離子形式，隨地表和地下水向

低處遷移。Cu的賦存形式發(fā)生如下變化：

CuFeS2（黃銅礦獨立礦物）溶于水的離子態(tài)）

11.標準電極電位E0及環(huán)境的氧化還原電位Eh,在研究元素地球化

學行為方面有什么作用？

答題要點：E0和Eh值確定了變價元素的價態(tài)，當E€KEh

時一，變價元素主要以高價態(tài)形式存在，當EO>Eh時-，變價元素以低

價態(tài)形式存在。

元素的價態(tài)和存在形式不同，元素的遷移能力液不同。大部分元

素在以氫氧化物形式存在時，低價易遷移，當環(huán)境突然轉變?yōu)檠趸h(huán)

境時，元素遷移能力急劇降低，環(huán)境突然轉變處就構成氧化障。當元

素呈酸根或絡合物形式存在時，高價易遷移，當環(huán)境突然轉變?yōu)檫€原

環(huán)境時，元素遷移能力急劇降低，環(huán)境突然變化的地帶就構成還原障。

影響因素：組分影響第一，溫度影響第二，當反應有氫離子，氫

氧根離子參加時，受pH值影響。

12.試述影響元素溶解與遷移的內部因素。

答題要點：D元素聚集狀態(tài)；2）元素和化合物的性

質；3）晶體場效應。

13.自然界中地球化學熱力學體系基本特點是什么？

答案要點：

自然界地球化學熱力學體系的特點：

1）是一個熱力學體系，它處于地殼（巖石圈）的熱力學條件下，

由于地殼（巖石圈）各個部分的熱力學條件差異而不斷地變化；

2）多數地球化學體系是開放體系,少數接近封閉體系；

3）地球化學體系的不可逆性和不平衡性是絕對的。但在自然界不

少作用過程往往又是有向著平衡方向進行的趨勢，也可以局部地、暫

時地達到動態(tài)平衡，在形式上呈現相對穩(wěn)定狀態(tài)。

14.自然體系中哪些特征可作為體系達到平衡態(tài)的證據與標志？

答案要點：1）礦物共生組合在時間上、空間上的重復出

現；2）一定化學成分的礦物共生組合，隨其形成條件而改

變；3）常見巖石（礦石）中主要礦物的種數有限。

15.討論相律及其應用。

答案要點：相律就是平衡態(tài)下，體系中相、組分和變量間的

關系。其表達方式有：

1）吉布斯相律：F=k-①+2（自由度=獨立組分數-相數+2）；

2）戈爾斯密特礦物相律：FN2,①WK（平衡因素自由度至少

有T、P兩個；礦物數W組分數）；

3）柯爾仁斯基相律：①WK惰：在一定溫度、壓力，一定活性

組分化學位的條件下，相互平衡的礦物數不超過惰性組分數。

地球化學應用相律兩個方面：

1）推測某種巖石、礦石是否達到平衡；2）利用相律繪制和解釋地

球化學相圖。

16.編制相圖的原理和方法。

答題要點：編制相圖是熱力學研究礦物相平衡關系的重要手

段。

計算步驟：

1）根據化學反應方程式中出現的相，按其物態(tài)和多形變體查閱

有關的熱力學數據：△H2098,AS2098,AG2098,V2098,CP

等；

2）計算標準狀態(tài)下（T=298K,P=1x105帕）的反應的燃變△5（）反

應和反應；

3）依據計算的精度要求，可以引入一些必要的假設條件，如：△

CP（等壓真分子熱容的變量）=0或定值，活度=1（固相：a=l）；

4）以吉布斯自由能公式作為基本公式，計算任意溫度、壓力下的

化學反應自由能值，界入假設條件，給予簡化，列出任意溫度、壓力

條件下的化學反應自由能值（△GPT）與P、T、a變量的關系式。當

反應達到平衡時，△GPT=O,代入已知的焙變、燃變等值，即可獲得

共生礦物組合平衡時F?P之間關系式或『P~a之間關系式。

5）根據所獲得的??？或丁P?a關系式，給出一組數據即可編制

各種相圖。

17.簡述化學反應制動原理的宏觀解釋。

答案要點：-4G值最大的反應對于那些-4G值稍小于它的

反應起控制作用，這就是化學反應控制原理的宏觀解釋。例如：

FeSiO3+MnS-MnSiO3+FeSAGr=-11.56KJ

若反應向左AGr>0

為此，在硫不足的情況下，反應只能向右進行，形成鐵的硫化物

和鎰的硅酸鹽組合。

18.簡述熱力學在地球化學中的應用。

答案要點：1）從元素結合過程中的熱效應（能量效應）來討

論元素的集合規(guī)律和存在形式（元素地球化學親和性的熱力學控制、

礦物固溶體熱力學計算，礦物溶解度及元素在溶體中的存在形式）；

2）自然過程的方向和限度的確定及礦物相平衡計算和相圖的編

制。

19.簡述地球化學熱力學與地球化學動力學的異同。

答案要點：地球化學熱力學在地質研究中經常忽視了對地質

作用時間因素的考查，化學熱力學也只是考慮了自然過程的可能性、

方向和平衡態(tài)的實現，而不直接研究作用的速率和進程。地球化學動

力學在研究地質作用時將時間因素作為考查的核心問題，將地球化學

研究推向一個新的深度。

第四章答案

1.什么是微量元素地球化學？其研究意義是什么？

參考答案：微量元素地球化學：它是地球化學的重要分支學

科，研究在各種地球化學體系中微量元素的分布、分配、共生組合及

演化的規(guī)律，其特色之處就是能夠近似定量地解決問題，使實際資料

和模型計算結合起來。

研究意義：微量元素可作為地質、地球化學過程示蹤劑，在解決

當代地球科學面臨的基本理論問題一天體、地球、生命、人類和元素

的起源及演化，為人類提供充足的資源和良好的生存環(huán)境等方面發(fā)揮

重要的作用。

2.了解微量元素地球化學的研究思路及研究方法。

參考答案：研究思路：“見微而知著”：通過觀察自然界

中之“微”一微量元素，來認識天體（部分）、地球中各種地質、地

球化學作用之“著”。

研究方法：采用精確、靈敏、快速的分析測試方法，獲得高精度

數據；應用各學科的先進理論（分配定律，耗散結構理論、協(xié)同論等

等）來觀察、研究宏觀世界，以期獲得更接近客觀實際的認識。

3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？微量元素的主要存在

形式有哪些？

參考答案：微量元素：元素在所研究客體（地質體、巖石、礦物等）

中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行為，該元素可稱為微

量元素。特點：在體系中含量低?0.1%）,通常不形成自己的獨立礦

物，其行為服從稀溶液定律和分配定律。在不同條件下演化規(guī)律基本

一致，可以指示物質的來源和地質體的成因。

常量元素：體系中元素含量高（＞0.1%）,通常以獨立礦物形式存

在，其行為服從相律和化學計量比。在不同條件下演化規(guī)律不一致，

可以指示地質、地球化學作用進行的條件和演化過程。

微量元素在礦物中主要存在形式有：

1）快速結晶過程中陷入囚禁帶內；2）賦存在晶格的缺陷；3）

在固溶體中替代主相的原子。

4.闡述能斯特分配定律、能斯特分配系數的概念及其研究意義。

參考答案：能斯特分配定律：在一定的溫度壓力下，微量組

分在兩共存相中的分配達平衡時，其在兩相中的化學位相等。

能斯特分配系數：在溫度、壓力恒定的條件下，微量元素i（溶

質）在兩相分配達平衡時其濃度比為一常數（KD）,止常數KD稱為分配

系數，或稱能斯特分配系數。

能斯特分配定律及分配系數的研究有著極其重要的地球化學意

義，可應用于如下多方面的研究：

1）定量研究元素分；2）為成礦分析提供了理論依；3）

判斷成巖和成礦過程的平衡；

4）微量元素地質溫度；5）微量元素地質壓力；6）指

示沉積環(huán)境;

7）巖漿作用過程微量元素分配和演化定量模型的研究；

8）巖漿形成機制的研究；9）判斷巖石的成因。

5.稀土元素的主要特點是什么？其在地球化學體系中行為差異主要

表現有哪些方面？

參考答案：稀土元素的主要特點可歸納為：

1）它們是性質極相似的地球化學元素組，在地質、地球化學作用

過程中作為一個整體而活動；

2）它們的分儲作用能靈敏地反映地質、地球化學過程的性質（良

好的示蹤劑）；

3）稀土元素除受巖漿熔融作用外，其它地質作用基本上不破壞它

的整體組成的穩(wěn)定性；

4）它們在地殼巖石中分布較廣。

地球化學行為差異主要表現為：

1）溶液的酸堿性：從La、Ce-Lu,半徑不斷減小，離子電位（口

=W/R）增大，堿性減弱，氫氧化物溶解度減小，開始沉淀時溶液的

pH值由8f6,為此，介質的酸堿度能控制稀土元素的分異；

2）氧化還原條件:由于Ce3+（Ce4+）和Eu3+（Eu2+）的變價性,

對外界氧化還原條件變化反應敏感，由于價態(tài)變化，導致半徑和酸堿

性相應變化，致使與TR3+整體分離；

3）絡離子穩(wěn)定性的差異：2Y絡離子穩(wěn)定性＞SCe絡離子穩(wěn)定

性，ZCe礦物沉淀后，2Y元素尚可呈絡合物形式在溶液中遷移，在

較晚的階段沉淀，導致？Ce與2Y的分異;

4）被吸附能力：2Ce被膠體、有機質和粘土礦物吸附能力大于

SYo

6.討論稀土元素的研究意義。

參考答案：稀土元素可在地球化學研究中得到多方面應用：

1）巖石成因：不同成因的巖石具有不同的稀土特征。如花崗巖

類的成因主要歸結為三類：

（a）基性巖漿分異：Eu負異常型；（b）地殼硅鋁層重熔：Eu輕緩

平滑型；

（c）花崗巖化：Eu右傾型；2）變質巖原巖恢復：許多變質過程中，

稀土元素保持原巖特征；

3）研究地殼演化：如不同時代的頁巖有明顯不同的特征，稀土元

素特征能反映地殼的演化規(guī)律。

7.你認為巖漿作用過程中決定元素濃集成礦的主要機制和決定因素

是什么？

答題要點：分配系數D、分異演化程度、部分溶融程度、重

力分異。

8.根據微量元素的特點，說明那些元素適合于研究沉積巖物源區(qū)特征,

為什么？

答題要點：化學性質穩(wěn)定，一般地質作用不能破壞它的穩(wěn)定

性，在沉積旋回中分異不明顯的元素，只有這樣才能夠指示源區(qū)，如

REE,Th,和Sc等，能夠較好的反映源區(qū)。注意對于在海水中居留時

間短的，應該用其比值。而中等活動性的元素只具有部分繼承性，強

活動性元素，如B,Sr,Li,I等主要受沉積一成巖作用的影響，而對源

區(qū)無明顯指示意義。

第五章答案

1.同位素地球化學在解決地學領域問題中有何獨到之處？

參考答案：其獨到之處可歸納為：

1）計時作用體系的時鐘：從體系形成以來時時刻刻不受干擾地

走動著，可以測定體系的年齡，尤其是對隱生宙的前寒武紀地層及復

雜地質體；

2）示蹤作用：同位素組成的變化受到作用環(huán)境和作用本身的影

響，指示地質體形成的環(huán)境條件、機制，并能示蹤物源；

3）測溫作用：由于某些礦物同位素組成的變化與其形成的溫度

有關，可用來設計各種礦物對的同位素溫度計，測定成巖成礦溫度。

此外，還可用來進行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測、地質災害防治等。

2.何謂穩(wěn)定同位素、何謂輕穩(wěn)定同位素和重穩(wěn)定同位素。

參考答案：根據核素的穩(wěn)定性，自然界中的同位素分兩大類:

1）放射性同位素：其核能自發(fā)地衰變?yōu)槠渌说耐凰兀?/p>

2）穩(wěn)定同位素：其核是穩(wěn)定的，到目前為止，還沒有發(fā)現它們能

夠衰變成其它核的同位素。穩(wěn)定同位素又分為：（a）輕穩(wěn)定同位素：

原子序數ZV20,AA/AN5%（△A為兩同位素質量差），其發(fā)生同

位素組成變化的主要原因是同位素分儲作用，其反應是可逆的；（b）

重穩(wěn)定同位素：原子序數Z>20,AA/AV5%；其發(fā)生同位素同位素

組成變化的主要原因是放射性核素不斷衰變的結果所造成的，這種變

化是不可逆的。

3.選擇同位素標準樣品的條件。

參考答案：同位素分析資料要能夠進行世界范圍內的比較就必

須建立世界性的標準樣品。

世界標準樣品的條件：

1）在世界范圍內居于該同位素成分變化的中間位置，可以做為零

八占、、?，

2）標準樣品的同位素組成要均一；

3）標準樣品要有足夠的數量；

4）標準樣品易于進行化學處理和同位素測定。

4.造成放射性同位素組成變化的原因是什么？

參考答案：主要原因是放射性衰變作用或稱衰變反應。

放射性同位素不斷自發(fā)地發(fā)射出質點和能量，改變同位素組成并

轉變成穩(wěn)定的核素，這種過程稱核衰變反應或蛻變。結果母體同位素

（母核）不斷減少，而