地化復(fù)習(xí)資料

1、 絕對含量: 是指某一物質(zhì)在一定范圍、空間中存在的量； 相對含量: 是指某一物質(zhì)在一定時間或一定條件下的含量占某一特定時間或條件下的百分比。 研究元素豐度的意義:元素豐度是每一個地球化學(xué)體系的基本數(shù)據(jù)。研究元素豐度是研究地球化學(xué)基礎(chǔ)理論問題的重要素材之一 太陽系由太陽、八大行星、行星的衛(wèi)星、小行星和彗星組成。 八大行星按照離太陽的距離從近到遠依次為：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。 獲得太陽系元素豐度的主要途徑 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.直接采樣分析 3.利用宇宙飛行器分析測定星云和星際間物質(zhì)及研究宇宙射線。 4.由天體的物理性質(zhì)與成分

2、對應(yīng)關(guān)系來推算行星組成。 5.遙感和取樣分析測定氣體星云和星際間物質(zhì)。 6.分析研究宇宙射線?；疽?guī)律： 1. H和He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(shù)目的98。 2. 原子序數(shù)較低的范圍內(nèi)，元素豐度隨原子序數(shù)增大呈指數(shù)遞減，而在原子序數(shù)較大的范圍內(nèi)（Z45）各元素豐度值很相近。 3. 原子序數(shù)為偶數(shù)的元素其豐度大大高于相鄰原子序數(shù)為奇數(shù)的元素。具有偶數(shù)質(zhì)子數(shù)（A）或偶數(shù)中子數(shù)（N）的核素豐度總是高于具有奇數(shù)A或N的核素。這一規(guī)律稱為奧多-哈根斯法則，亦即奇偶規(guī)律。 奇偶規(guī)律：1) 原子序數(shù)為偶數(shù)的豐度大于相鄰的奇數(shù)者(Si =106)2) 中子數(shù)為偶數(shù)的同位素豐

3、度大于相鄰的奇數(shù)者;3) 質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)的同位素豐度大于相鄰的奇數(shù)者; 4.質(zhì)量數(shù)為4的倍數(shù)（即粒子質(zhì)量的倍數(shù)）的核素或同位素具有較高豐度。 5.Li、Be和B具有很低的豐度，屬于強虧損的元素（核子結(jié)合能低，形成后易分解） ，而O和Fe呈現(xiàn)明顯的峰，它們是過剩元素（核子結(jié)合能最高，核子穩(wěn)定）。 6.Tc和Pm在宇宙中不存在；原子序數(shù)大于83的元素在豐度曲線上空缺。元素豐度與原子結(jié)構(gòu)及元素形成的整個過程有著一定的關(guān)系。隕石是空間化學(xué)研究的重要對象，具有重要的研究意義： 它是認識宇宙天體、行星的成分、性質(zhì)及其演化的最易獲取、數(shù)量最大的地外物質(zhì)； 也是認識地球的組成、內(nèi)部構(gòu)造和起源的主要資料來源； 隕

4、石中的60多種有機化合物是非生物合成的“前生物物質(zhì)”，對探索生命前期的化學(xué)演化開拓了新的途徑； 可作為某些元素和同位素的標(biāo)準(zhǔn)樣品（稀土元素，鉛、硫同位素）。隕石按成份分為三類：鐵隕石.石隕石   .鐵石隕石隕石的主要礦物組成：Fe、Ni 合金、橄欖石、輝石等。隕石中共發(fā)現(xiàn)140種礦物，其中39種在地球（地殼淺部）上未O、Fe、Si、Mg、S、Ni、Al、Ca是隕石的主要化學(xué)成分。   太陽系元素豐度的演變過程主要包括：1、 氫燃燒；2、氦燃燒；3、 過程；4、e過程；5、S過程；6、r過程；7、p過程；8、X過程.行星和月球的化學(xué)成分主要掌握三

5、個規(guī)律：1) 內(nèi)行星愈靠近太陽，它的金屬含量越高；2) 地球和金星的化學(xué)成分可能十分接近，它們有很相似的直徑和平均密度；3) 由火星和月球的平均密度來看，它們在化學(xué)成分上屬同一類天體。 地球由地殼、地幔、地核以及大氣圈、水圈和生物圈組成，其中地殼、地幔、地核統(tǒng)稱為固體地球（內(nèi)部地圈），大氣圈、水圈和生物圈稱為外部地圈。 大陸上地殼主要研究方法:通過對大區(qū)域出露的不同巖石進行系統(tǒng)取樣和分析；對細粒碎屑沉積巖進行研究 大陸中地殼的組成，特點如下：大陸中地殼具有花崗閃長-英云閃長質(zhì)的總體成分， SiO2含量介于62.469.4%之間；SiO2和K2O估計值明顯低于大陸上地殼，MgO、FeO和CaO的

6、估值高于上地殼；弱的負Eu異?；驔]有Eu異常，區(qū)別于大陸上地殼大陸地殼是由地幔通過巖漿作用生長而來的，大陸是何時在何處以什么方式形成和消失的？板塊俯沖,底侵作用,拆沉作用大洋剖面由下至上主要由塊狀輝長巖、席狀巖墻、枕狀玄武巖和沉積巖四層組成。地殼中元素的相對平均含量是極不均一的，豐度最大的元素是O：47%，與豐度最小的元素Rn的6x10-16相差達1017倍。相差十分懸殊。 前九種元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti 前五種: 82.58% 前九種: 98.13%這表明：地殼中只有少數(shù)元素在數(shù)量上起決定作用，而大部分元素居從屬地位。對比地殼、整個地球和太陽系元素豐度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，

7、它們在元素豐度的排序上有很大的不同： 太陽系： H>He>O>Ne>N>C>Si>Mg>Fe>S 地球： Fe>O>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，地殼和地球都明顯地貧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Mg，同時富集Al, K和Na。 地殼元素的豐度取決于

8、兩個方面的原因: 1.元素原子核的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；2.宇宙物質(zhì)形成地球的整個演化過程中物質(zhì)的分異。地殼元素的豐度特征: 地球表層H、He等氣體元素逐漸脫離地球重力場； 每天降落到地球表層的地外物質(zhì)102105噸； 地殼與地幔的物質(zhì)交換； 放射性元素衰變；人為活動的干擾。為什么酸性巖漿巖的造巖礦物總是長石、石英、云母、角閃石為主？ 因為地殼中O, Si, Al, Fe, K, Na, Ca等元素豐度最高，濃度大，容易達到形成獨立礦物的條件。 自然界濃度低的元素很難形成獨立礦物，如硒酸鋰(Li2SeO4)和硒酸銣(Rb2SeO4)；但也有例外，“Be”元素地殼豐度很低(1.7×10-6)，

9、但是它可以形成獨立的礦物Be3Al2Si6O18(綠柱石) 。虧損地幔指產(chǎn)生未受富集地幔和地幔柱組分污染的MORB的地幔。區(qū)域元素研究的意義 1.它是決定區(qū)域地殼（巖石圈）體系的物源、物理化學(xué)特征的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 2.為研究各類地質(zhì)、地球化學(xué)作用、分析區(qū)域構(gòu)造演化歷史及區(qū)域成礦規(guī)律提供重要的基礎(chǔ)資料；  3. 為研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)療保健等事業(yè)提供重要信息. 一個地區(qū)元素的分布現(xiàn)狀是整個地質(zhì)歷史過程中元素活動的展示狀況，是各種地質(zhì)、地球化學(xué)作用的綜合結(jié)果，而每一個主要的地質(zhì)地球化學(xué)過程，元素的活動必然有其特定的組合和強度。 揚子陸塊蓋層中的一個明顯特征

10、是碳酸鹽發(fā)育，為此風(fēng)化后的沉積物 CaO含量高，土壤呈堿性。 而秦嶺造山帶表殼巖系中基性火山巖比例大，這樣，F(xiàn)e2O3、Cr、Ni豐度偏大，其發(fā)育的土壤中性偏酸。 自然產(chǎn)物的特點:1) 形成有限種類的穩(wěn)定相、流體相2) 礦物不純-礦物成分含量都有變化(固溶體)由于作用能源來自地球本身，因此地球熱量的空間分布控制著地球化學(xué)過程進行的規(guī)模和強度。元素按陰離子分類，地殼中只有含氧化合物，硫化物、鹵化物、自然元素類以及稀少的砷化物、硒、碲化物等類礦物。元素在固相中的主要賦存形式：1)獨立礦物2)類質(zhì)同象3 )超顯微非結(jié)構(gòu)混入物4)吸附形式5)與有機質(zhì)結(jié)合的形式類質(zhì)同象：以原子、離子、絡(luò)離子或分子為單位

11、取代礦 物晶格構(gòu)造位置中的相應(yīng)質(zhì)點類質(zhì)同象的結(jié)果：只引起晶格常數(shù)的微小改變，晶格構(gòu)造類型、化學(xué)鍵類型、離子正負電荷的平衡保持不變或相近。膠體吸附狀態(tài):元素以離子或化合物分子形式被膠體顆粒表面、礦物晶面、節(jié)理面所吸附。元素在水流體相中的賦存形式1) 離子：自由離子、絡(luò)離子、酸根離子等2)分子3) 膠體4）微細顆粒物電荷和大小的綜合作用決定了離子在化學(xué)反應(yīng)中吸引價電子的能力，也決定了元素存在形式和遷移能力。 在自然界的水溶液中，許多重金屬元素是在一定的條件下形成易溶的，具有一定穩(wěn)定性的絡(luò)合物的形式進行遷移的。證明金在這些礦物中以兩種形式存在：超顯微包體和類質(zhì)同象。內(nèi)生相：風(fēng)化殼中原生礦物分解形成的

12、元素部分。 外生相：風(fēng)化殼中來自外源包括來自礦床的元素。元素賦存形式研究意義:1） 元素結(jié)合形式不同，將具有不同化學(xué)活動性。2）同種元素不同存在形式呈現(xiàn)不同地球化學(xué)行為化學(xué)元素的一種自然分類（金屬、非金屬、惰性氣體和過渡元素）元素自身性質(zhì) （1）原子的外層電子構(gòu)型（2）原子的大小和離子半徑（3）電負性（X）（4）配位數(shù)、極化、離子電位、晶格能（U）原子的大小并不是一成不變的常數(shù)，它隨化學(xué)鍵性、原子價態(tài)、配位模型以及環(huán)境的溫度壓力等條件而改變。戈氏法原理：離子晶體構(gòu)造可以視為球形負離子最緊密堆積，其中的空隙為正離子所占據(jù)。正、負離子之間相互接觸。根據(jù)測定出的離子間距或晶格常數(shù)從簡單幾何關(guān)系確定離

13、子的半徑。善農(nóng)和波維特1969年指出晶體原子間距和有效離子半徑受配位數(shù)、電荷、電子自旋態(tài)(第一過渡族)、陰離子配位數(shù)、共價鍵性等因素影響。元素離子半徑的變化規(guī)律： 1.同一周期(水平方向)離子半徑隨原子序數(shù)增大而減小，因為原子序數(shù)增大有序電荷增大，核的正電荷對核外電子引力增強使離子半徑縮小。 2.同一族內(nèi)(垂向)離子半徑隨原子序數(shù)增大而增大。因為從每一周期向下一周期過渡，原子增加一個電子層。 3.從周期表左上方到右下方對角線方向，離子半徑相近或相等-對角線法則。 4.第六周期第三族REE離子半徑從La3+1.03A縮小到Lu3+0.86A-“鑭系收縮”。 5.對于同一元素，陽離子由于失去電子,

14、 離子半徑小于原子半徑。陰離子獲得電子，離子半徑大于原子半徑。 6.同一元素離子半徑隨負電荷增加而增大，隨正電荷增加而減小。同種元素高價陰離子半徑大于其低價陰離子。高價陽離子半徑小于其低價陽離子。 7.陰離子半徑比陽離子半徑大的多。 8.不同元素的離子可以有相似的離子半徑，表明離子晶體中可以允許一種元素的離子替代另一種元素的離子-類質(zhì)同象現(xiàn)象。配位數(shù)-原子(金屬晶體)或離子(離子晶體)周圍緊鄰的原子或異號離子數(shù)。極化-在外電場作用下，原子或離子電子云的大小、形狀發(fā)生變化的現(xiàn)象。晶格能： 相互遠離的離子結(jié)合生成離子晶體時釋放的能量化學(xué)鍵類型：離子鍵 共價鍵 金屬鍵 分子鍵 氫鍵 離子鍵：一個原子

15、將其外層電子軌道上一個或多個電子轉(zhuǎn)移到另一個電子外層電子軌道，達到惰性氣體構(gòu)型(ns2np6)而形成的化學(xué)鍵。極性鍵-失去或得到電子分別變?yōu)殛栯x子和陰離子，異號離子間通過靜電引力吸引。由于電子云球形對稱，離子鍵無方向性和飽和性，配位數(shù)較大共價鍵-成鍵原子間通過共用電子滿足形成惰性氣體電子構(gòu)型的化學(xué)鍵。根據(jù)鍵極性等將化學(xué)鍵分為5種：1. 有極鍵-極性鍵-離子鍵或電價鍵2. 無極鍵共價鍵或原子鍵3. 金屬鍵金屬離子4. 范德華健分子鍵5. 氫氧鍵元素的結(jié)合規(guī)律是研究元素遷移富集、共生組合規(guī)律的基礎(chǔ)由元素的共生體現(xiàn)出的親和性有三種表現(xiàn)形式：（1）由陰陽離子組成化合物體現(xiàn)出的親和性；（2）元素間互為類

16、質(zhì)同像結(jié)合體現(xiàn)出的親和性；（3）通過礦物共生體現(xiàn)出的親和性。元素的地球化學(xué)親和性：是指在自然體系中元素形成陽離子的能力以及陽離子在自然體系中有選擇地與某陰離子結(jié)合的傾向性。元素基本化學(xué)性質(zhì):電子構(gòu)型、電負性、極化力、電離勢等有關(guān)；化學(xué)反應(yīng)制動原理：當(dāng)體系中陰離子不足時，在自然體系中各陽離子將按親和性強弱與陰離子反應(yīng)，親和性強的陽離子將抑制親和性弱的化學(xué)反應(yīng)（這是自然界的競爭機制）。 在自然界，一部分元素只優(yōu)先與氧結(jié)合，形成氧化物或氧鹽類（以造巖元素為主的硅酸鹽），而另外一些元素則首先與硫結(jié)合，形成硫化物在自然體系中元素的地球化學(xué)親和性，主要包括親氧性元素、親硫性元素和親鐵性元素三大類型。 自然

17、界元素親和性的特點：(1)雙重性和過渡性(2) 不同價態(tài)元素親和性最大硬度原理：一個軟硬分子與一個硬軟分子反應(yīng)將產(chǎn)生硬-硬和軟-軟離子結(jié)合的兩個新分子。這樣的結(jié)合在熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)上更為有利。硬酸與硬堿形成離子鍵化合物，軟酸與軟堿形成共價鍵化合物。、酸堿軟硬度定量化的幾種方法：1. 勢標(biāo)度法-戴安邦法2. 絕對硬度法3. 酸-堿參數(shù)法、酸的勢標(biāo)度由大到小，硬度減??；堿的勢標(biāo)度(硬度)由大到?。篎->OH->O2->O->Cl->Br->S2->S->HS-在一定的外界條件下結(jié)晶時,晶體中的部分構(gòu)造位置隨機地被介質(zhì)中的性質(zhì)類似的原子、離子、配位子

18、、分子等其它質(zhì)點所占據(jù),結(jié)果只引起晶格常數(shù)的微小改變,但晶體的構(gòu)造類型、化學(xué)鍵型等保持不變，這一現(xiàn)象稱為類質(zhì)同象。進入晶體中的微量元素為類質(zhì)同象混入物；含有類質(zhì)同象混入物的晶體稱為固溶體。按晶體中質(zhì)點可替代的限度，類質(zhì)同象分為兩類：完全類質(zhì)同像：有限類質(zhì)同像類質(zhì)同象法則：1）隱蔽法則2）優(yōu)先法則3)捕獲允許法則晶體場理論是研究過渡元素(絡(luò)合物)化學(xué)鍵的理論。著重研究配位體對中心離子的d軌道或f軌道的影響，來解釋過渡族元素，鑭系元素的特性和化學(xué)性質(zhì)。泡利不相容原理：在同一個原子中沒有也不可能有運動狀態(tài)完全相同的兩個電子存在。能量最低原理：在滿足泡利原理前提下，電子將按照使體系總能量最低的原則填充

19、。晶體場穩(wěn)定能：d軌道電子能級分裂后的d電子能量之和，相對于未分裂前電子能量之和的差值稱為晶體場穩(wěn)定能，用CFSE表示。CSFE越大，絡(luò)合物也就越穩(wěn)定。高能的d軌道與低能的d 軌道的能量之差叫分裂能。迫使原來平行的分占兩個軌道的電子擠到同一軌道所需的能量叫成對能。用P表示。溫度、壓力對金屬離子選擇自旋態(tài)起著相反作用：溫度增高增大原子間距和原子熱運動，有利于高自旋狀態(tài)；壓力增大，有利于低自旋態(tài)。八面體擇位能：任意給定過渡元素離子在八面體場中的晶體場穩(wěn)定能一般總是大于在四面體場中的晶體場穩(wěn)定能。八面體與四面體晶體場穩(wěn)定能之差叫八面體擇位能 (OSPE) 。分子軌道理論提出原子軌道成鍵的三原則：對稱

20、性原則，能量近似原則，最大重疊原則根據(jù)對稱性將分子軌道分為兩類:1. 軌道：強鍵分子軌道2.軌道：弱鍵分子軌道 成礦介質(zhì)酸堿性的確定：1. 應(yīng)用某些已知礦物形成時介質(zhì)酸堿度范圍作指示 2. 根據(jù)礦物交代關(guān)系判斷介質(zhì)酸堿度變化趨勢柯爾仁斯基原理：溶液酸性的增高，將有利于較強的堿被較弱的堿所交代, 反之，溶液酸性降低，則引起較弱的堿被較強的堿所交代.微量元素指不作為體系中任何相的主要組成而存在的元素，其含量低到可以看作為溶質(zhì)，從而其基本行為可以近似的服從稀溶液定律（亨利定律）.微量元素的特點: （1） 微量元素在體系中的濃度變化要比主量元素大得多（2） 微量元素的靈敏度比較高（3） 微量元素在體系

21、中的種類比主量元素多微量元素的存在狀態(tài)：吸附體：由于礦物表面電價不飽和，微量元素離子被吸附在礦物的表面。吸留體：晶體快速生長過程中，吸附在晶體表面的一些微量元素來不及離開晶體表面而被新生長的物質(zhì)包裹。流體包裹體：存在于流體包裹體中，所謂流體包裹體是在礦物晶格的缺陷內(nèi)，在礦物晶體生長的過程中將微量元素包裹起來，形成包裹體。類質(zhì)同象：微量元素進入到和他性質(zhì)相似的一些主量元素的晶格中。按地球化學(xué)作用過程中，微量元素在固溶體和液相中的分配相容元素：當(dāng)固相(結(jié)晶相)和液相(熔體相，流體相)共存時，若微量元素易進入固相，稱為相容元素；不相容元素：若微量元素易進入液相，稱為不相容元素能斯特分配定律：在一定的

22、溫度和壓力下，微量組份在兩共存相中的活度比為常數(shù)，而與該組分的絕對濃度無關(guān)?？偡峙湎禂?shù)：微量元素在巖石與熔體之間的分配系數(shù)影響分配系數(shù)Ki的主要外部因素有：離子半徑，體系的組分，溫度，壓力，氧逸度巖漿形成和演化的主要過程包括：部分熔融作用、巖漿結(jié)晶過程和混合作用。平衡部分熔融過程微量元素變化的主要特征 不相容元素在熔體中富集，分配系數(shù)越小，富集程度越高；部分熔融程度越低，富集程度越高 不相容元素在殘留體中虧損分配系數(shù)越小，虧損程度越高； 相容元素在熔體中的含量低于源巖分配系數(shù)越大，虧損程度越高結(jié)晶作用是巖漿演化的基本過程瑞利定律：在自然界存在一種特殊的體系，在一定物理化學(xué)條件下發(fā)生物相分離。分

23、離前不同物相之間保持著熱力學(xué)平衡并處于封閉體系狀態(tài)，但分離之后一相物質(zhì)不斷離開體系，不再與另一相保持平衡。將微量元素分為3類，其行為存在明顯差別： 相容元素G， D>1。Ni、Cr、PGE、HREE（某些情況下，如存在石榴石）分離結(jié)晶過程中，濃度變化大部分熔融過程中，濃度變化小 超巖漿元素H(親濕巖漿元素)，高不相容，D<<1。Ta、Th、LREE分離結(jié)晶過程中，濃度變化小部分熔融過程中，濃度變化大 巖漿元素M，中等到弱不相容，D0.20.5。 Zr、Hf、HREE是典型兩類過程中，濃度變化都比較平緩 由于巖漿溫度很高，并且有很強的化學(xué)活動能力，巖漿在上升或停留于巖漿房期間，

24、除與圍巖具有熱交換外，還可能與圍巖發(fā)生物質(zhì)交換，其結(jié)果是熔化圍巖及捕虜體，或與其發(fā)生反應(yīng)，而使巖漿的成分發(fā)生變化，這一過程可稱為同化混染作用。 若巖漿把圍巖徹底熔化或溶解，使之同巖漿完全均一，則稱同化作用； 若熔化或溶解不徹底，不同程度的保留有圍巖的痕跡(如斑雜構(gòu)造等)，則稱混染作用。開放體系中微量元素變化的特征 1.微量元素的地球化學(xué)行為取決于礦物相的變化；2.礦物相的改變引起元素的重新分配3.溫度、壓力條件決定元素的分配特征；4.流體的加入5.流體的釋放6.元素在流體和礦物相之間的分配流體作用分為：低溫流體作用和高溫流體作用 3.稀土元素的主要性質(zhì)   

25、60; 稀土元素屬新增電子充填在4f亞層的“4f型元素”：4f亞層電子因受5s2和5p6亞層中8個電子的屏蔽，很少參與化學(xué)反應(yīng)，故這15個元素 的化學(xué)性質(zhì)相似，在自然界密切共生，成組進入礦物晶格；    在化學(xué)反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移：稀土元素原子易失去6s25d1或6s24f1三個電子，故均呈三價產(chǎn)出；    Y元素 ：是第5周期過渡元素的起點，次外層d型充填，外電子排布為5s24d1，與稀土元素性質(zhì)相似，也呈三價陽離子存在；    稀土元素中最穩(wěn)定的三個元素：La（f 0）代表輕稀土，Eu（f 7）代表中稀土

26、和Lu（f 14）代表重稀土； 地幔、超基性巖、基性巖中Y占優(yōu)勢，隨著分異，陸殼及酸性巖、堿性巖以Ce占優(yōu)勢地殼中各類巖石稀土元素相對豐度曲線，根據(jù)Eu和Ce的分布可分為五種類型： 銪虧損型      銪富集型          平坦型    鈰虧損型         鈰富集型稀土元素在自然界的分餾：1.離子的晶體化學(xué)性質(zhì)2.溶液酸堿性的

27、控制3.氧化還原條件控制 4.絡(luò)離子穩(wěn)定性的差異:稀土元素在自然界的分異5.被吸附能力的差異 6.結(jié)晶礦物和熔體中的分異微量元素地球化學(xué)示蹤作用：1 )微量元素地球化學(xué)示蹤巖漿成巖過程的鑒別 2)微量元素地球化學(xué)示蹤構(gòu)造環(huán)境的判別3)微量元素地球化學(xué)示蹤稀土元素探討地殼的演化4)微量元素地球化學(xué)示蹤殼幔循環(huán)作用5)微量元素地球化學(xué)示蹤變質(zhì)巖原巖組成變化及演化6)微量元素地球化學(xué)示蹤地質(zhì)溫度計、地質(zhì)壓力計7)微量元素地球化學(xué)示蹤地質(zhì)歷史災(zāi)變事件證據(jù)同位素地球化學(xué)是研究地殼和地球中核素的形成、豐度及其在地質(zhì)作用中分餾和衰變規(guī)律的科學(xué)。同位素是指具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的一組核素，它們在

28、元素周期表中占據(jù)同一個位置。（核素是由一定數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成的原子核，具有質(zhì)量、電荷、能量、放射性和豐度五種主要性質(zhì)。）根據(jù)原子核的穩(wěn)定性，自然界存在兩類同位素：一類是放射性同位素，原子核不穩(wěn)定，它們能以一定方式自發(fā)地衰變形成其它核素，衰變形成的同位素叫放射成因同位素另一類是穩(wěn)定同位素，原子核是穩(wěn)定的，不自發(fā)地衰變形成其它核素；或衰變期長，原子核的變化不能被察覺或可忽略不計 放射性同位素衰變：使母體同位素的數(shù)量隨時間的推移逐漸減少，同時子體同位素的數(shù)量不斷增加同位素地球化學(xué)在解決地學(xué)領(lǐng)域問題的獨到之處：計時作用,示蹤作用,測溫作用,亦可用來進行資源勘查、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害防治等。同位素地球化

29、學(xué)學(xué)科的基本任務(wù)： 一、研究自然界同位素的起源、演化和衰亡歷史； 二、同位素地質(zhì)計時，為地球和太陽系的演化確定時間坐標(biāo)； 三、研究同位素在宇宙、地球和地球各圈層中的分布、分配，不同地質(zhì)體中的豐度及其在地質(zhì)過程中的活動、富集與虧損、衰亡與增長的規(guī)律，闡明同位素組成變異的原因，據(jù)此來探討地質(zhì)作用的演化及物質(zhì)來源。核素的性質(zhì): (1)核素具有電荷(2)核素具有質(zhì)量(3)核素具有豐度：自然界的核素具有兩種豐度。絕對豐度，是指自然界各種核素存在的總量，它與組成核素的核子數(shù)量和結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映核素的穩(wěn)定性。相對豐度，是指元素同位素所占總質(zhì)量的百分數(shù)(4) 核素具有能量(5)核素具有放射性 放射性衰變：放射性

30、同位素經(jīng)過自然衰變，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌氐耐凰?，結(jié)果母元素同位素不斷減少，而子元素同位素不斷增加，從而改變著母元素和子元素同位素的成分，它是放射性核素原子核的一種特性，不受外界物化條件的影響。1) 衰變: 放射性母核放出粒子（粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子組成)2) 衰變：自然界多數(shù)為衰變，即放射性母核中的一個中子分裂為1個質(zhì)子和1個電子（即粒子），同時放出反中微子3) 電子捕獲：是母核自發(fā)地從核外電子殼層捕獲1個電子，通常在K層上吸取1個電子（e），與質(zhì)子結(jié)合變成中子，質(zhì)子數(shù)減少1個（是衰變逆向變化）4) 重核裂變：重放射性同位素自發(fā)地分裂為23片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飛散放射

31、性同位素在地學(xué)上應(yīng)用的性質(zhì)有四個： 放射性同位素在原子核內(nèi)部發(fā)生衰變，其結(jié)果是從一個核素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€核素； 衰變是自發(fā)的、永久不息的一種恒定反應(yīng)，而且衰變是按一定比例的； 衰變反應(yīng)不受任何溫度、壓力、元素的存在形式及其物理化學(xué)條件的影響；衰變前核素和衰變后核素的原子數(shù)，只是時間的函數(shù)。放射性規(guī)律，即： 在一個封閉系統(tǒng)內(nèi)，單位時間內(nèi)放射性母核衰變?yōu)樽雍说脑訑?shù)與現(xiàn)存母核的原子數(shù)成正比。 用以下式子表示： -dN/dt=N 其中， N：在t時刻未衰變完母核的原子數(shù) dN/dt：單位時間內(nèi)所衰變的原子數(shù) ：衰變速率常數(shù)（單位時間內(nèi)衰變幾率）1/年、1/秒 -：表示dt時間內(nèi)母核的變化趨勢是減少的要利

32、用以上公式來測定巖石、礦物的年齡，應(yīng)滿足以下條件： 1)應(yīng)有適當(dāng)?shù)陌胨テ?，這樣才能積累起顯著數(shù)量的子核，同時母核也未衰變完。如果半衰期太長，就是經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史也積累不起顯著數(shù)量的子核；如果半衰期太短，沒有多久母核幾乎衰變完了。 2)所測定同位素的衰變常數(shù)的精度能滿足要求。 3)放射性同位素應(yīng)具有較高的地殼豐度，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，能以足夠的精度測定它和它所衰變的子體含量。 4)礦物、巖石結(jié)晶時，只含某種放射性同位素，而不含與之有蛻變關(guān)系的子體或雖含部分子體，其數(shù)量亦是可以估計的 5)保存放射性同位素的礦物或巖石自形成以后一直保持封閉系統(tǒng)，即沒有增加或丟失放射性同位素及其衰變產(chǎn)物。封閉溫度是

33、指當(dāng)巖石、礦物形成以后冷卻到基本上能完全保留放射成因子體同位素的溫度。子體由于熱擴散丟失可以忽略不計時，子體才開始積累，這個開始計時的溫度就是封閉溫度，得到的年齡即為表面年齡或稱冷卻年齡。 劃分出具有不同地質(zhì)含義的幾種年齡：1）結(jié)晶年齡2）冷卻年齡3）變質(zhì)年齡4）地殼形成年齡5）地殼滯留年齡測量等時年齡地質(zhì)樣品的基本要求 具相同的物質(zhì)來源同源 具相同的形成時代同期 同位素體系未受后期地質(zhì)作用明顯改造和明顯的圍巖混染封閉 組成等時線的樣品具合適的N/D比值變化MSWD值-加權(quán)離差的平均平方RbSr法及Sr同位素地球化學(xué)衰變方式：等時線年齡測定需要滿足的前提條件：1）所研究的一組樣品（巖石或礦物）

34、具有同時性和同 源性；2）選擇母體/子體比值大的礦物。3）體系內(nèi)化學(xué)成分不同，Rb/Sr比值有大的變化范圍4）自結(jié)晶以來，Rb、Sr保持封閉體系，沒有與外界發(fā)生物質(zhì)交換。5）體系形成之初Sr同位素組成在體系內(nèi)是均一的，因而有著相同的87Sr/86Sr初始同位素比值。Rb-Sr法不太適合于對較高變質(zhì)程度的地質(zhì)體進行原巖形成時代定年。Sr同位素地球化學(xué) 測定復(fù)雜地質(zhì)體(隕石、月球)的年齡； 探索巖石成因，成巖物質(zhì)來源；地殼及上地幔演化等。SmNd法及Nd同位素地球化學(xué)衰變方程：14762Sm 14360Nd +由公式 得到Sm-Nd法定年基本公式： 要獲得可靠的Sm-Nd 等時年齡，要滿足下列條件

35、：（1）所研究的樣品具有同時性和同源性；（2）樣品形成后，保持Sm、Nd的封閉體系；（3）所測樣品有較明顯的Sm/Nd比值差異。CHUR過去任何時候的143Nd/144Nd比值可用下式計算：   eNd 參數(shù)對于Sr 同位素也可用以上類似的定義：Sr(0)= (87Sr/86Sr)S /(87Sr/86Sr)U.R-1 ×104 Sr(t)=(87Sr/86Sr)S(t)/(87Sr/86Sr)U.R(t)-1 ×104 模式年齡：球粒隕石模式年齡和虧損地幔模式年齡。TCHUR鈾是放射性元素，有三個天然同位素：238U、235U、234U，釷只有一種同位

36、素232Th ,也是放射性的。鉛有四個同位素，其中206Pb、207Pb、208Pb是放射性成因的，而204Pb是非放射性成因的。自然界的鉛同位素分為： 放射性成因鉛：有鈾和釷放射產(chǎn)生的鉛，通常富含206Pb、207Pb、208Pb。 普通鉛：原生鉛與不同比例的放射性成因的鉛相混合的鉛。通常是指U/Pb、Th/Pb比值很低的體系中的鉛，自該體系形成后沒有放射性成因的鉛的明顯增長。按照成因和產(chǎn)狀可分為： 原生鉛：地球物質(zhì)形成前在宇宙原子核合成過程中，與其他元素同時形成的鉛，這種 鉛富含204Pb。 原始鉛：地球形成最初時刻存在的鉛，其鉛同位素組成為：204Pb1、206 Pb9.307、207P

37、b10.294、208Pb29.476。 初始鉛：礦物和巖石結(jié)晶時進入礦物和巖石中的鉛。 混合鉛：由兩個以上不同U/Pb、Th/Pb比值的體系混合而成的鉛。238U、235U、232Th衰變反應(yīng)： 23892U 82206Pb8 42He+6-+Q 23592U 82207Pb7 42He+4-+Q 23290Th 82208Pb6 42He+4-+Q 206Pb206Pb0238U(e1t-1) 207Pb207Pb0235U(e2t-1) 208Pb208Pb0232 Th (e3t-1) 上述四個公式為U-Th-Pb的基本公式巖漿鋯石：）鋯石形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)受巖漿組成和溫度控制，溫度更為重

38、要；）組成相同的噴出巖、淺成巖和深成巖中，巖漿鋯石形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可相同，也可不同. ）隨著基性程度增大，巖漿鋯石的Th/U比值也增大；）一些巖漿鋯石包裹有巖漿玻璃包體，它們提供鋯石結(jié)晶時的巖漿組成；）殘余鋯石和捕獲鋯石的有無可作為巖漿是否遭受陸殼物質(zhì)影響的判斷依據(jù)。熱液鋯石： 1）巖漿期后熱液鋯石繼承原巖漿鋯石形態(tài)，可有可無平行環(huán)帶。具有U、Th含量高、Th/U比值低的特點，與U、Th在巖漿作用過程中的行為有關(guān)。 2）熱液交代鋯石顯示出特殊的結(jié)構(gòu)特征，可形成其它礦物包體，普通鉛含量增高。與原鋯石相比，熱液交代鋯石Th/U比值通常降低。 3）熱液成脈作用形成的鋯石可呈自形，存在平行環(huán)帶，但不發(fā)育

39、。熱液鋯石的研究對于成礦時代準(zhǔn)確確定有重要意義。 4）熱液酸堿度對鋯石的形成和破壞有重要的影響。鉀有三個天然存在的同位素39K、40K和41K樣品中的40K和40Ar*豐度，通過以下公式便可計算出年齡：K-Ar法幾乎是能夠測定年輕玄武巖的唯一方法。Ar-Ar法的優(yōu)點：40Ar-39Ar法定年能夠克服傳統(tǒng)的K-Ar法因發(fā)生Ar丟失或存在過剩Ar而產(chǎn)生偏差的缺點。還有一個優(yōu)點是只需測定Ar同位素比值，這就排除了K-Ar法因需用兩份樣品測定K、Ar的絕對含量以及樣品的不均一性產(chǎn)生的誤差。因此該方法特別適用于很小或很珍貴的樣品的定年。分步加熱技術(shù)又稱階段加熱技術(shù)、逐級加熱分析技術(shù)，是指根據(jù)不同礦物中氬

40、的析出特性，選擇若干溫度段，把各溫度區(qū)間所萃取的Ar分別進行Ar同位素分析得到相應(yīng)的階段年齡，各階段析出的氬量和同位素豐度以及各分階段的年齡可能不盡相同。采用分步熱釋的方法，將礦物或巖石中不同區(qū)域的Ar分階段釋放出來，并且恢復(fù)每一階段所包含的年齡信息，以獲得樣品不同域的年齡信息并所構(gòu)成完整的年代學(xué)記錄。作業(yè)名詞解釋：同位素封閉溫度，結(jié)晶年齡，冷卻年齡，(87Sr/86Sr) 0，Nd(0)，Nd(t)，TCHUR，TDM，普通鉛，原始鉛，諧和曲線，等時線簡答：1、放射性同位素年齡測定公式，各符號的含義。2、利用衰變定律來測定巖石、礦物的年齡，應(yīng)滿足的哪些前提條件？3、說明RbSr測年基本原理。

41、說明SmNd法測年基本原理。4、試分析U-Th-Pb法測年與普通鉛法測年有何異同？計算：1.已知某石英二長巖的年齡為122Ma，實測同位素比值為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），Sr（T）、Nd（T），Nd同位素模式年齡 ，并用NdSr同位素相關(guān)圖解分析此巖石的可能物質(zhì)來源?；緟?shù)：87Rb=1.42×10-11a-1, 147Sm=0.654×10-11a-1, (143Nd/144Nd)

42、 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)=0.70452某花崗巖中鋯石測得的鉛同位素組成為：204Pb 0.048%（原子數(shù)），206Pb 80.33%，207Pb 9.00%，208Pb10.63%，測得的長石鉛同位素組成為：204Pb206Pb207Pb208Pb =1.0016.2515.51 35.73，求206Pb

43、*/204Pb（*表示放射性成因）值。3某地偉晶巖脈中的黑云母用K-Ar同位素法定年，測得放射成因40Ar*與40K的比值(40Ar*/40K)=0.00581，已知e=0.581×10-10/a， =4.962×10-10/a，計算偉晶巖脈的侵入年齡，推測它的地質(zhì)年代，何代？何紀？（提示：ln(1+X)X，不需要用計算工具）176Hf是鉿的六個同位素之一（174Hf、176Hf、177Hf、178Hf、179Hf和180Hf ），占總鉿的5.2%。 模式年齡TCHURRe由185Re和187Re兩個同位素組成Os有7個穩(wěn)定同位素，分別為：184Os、186Os、187Os

44、、188Os、189Os、190Os和192OsReOs衰變體系:硫化物礦床和超基性巖的時代是長期困擾同位素年代學(xué)的兩大類地質(zhì)體與Nd同位素模式年齡類似，Os同位素的模式年齡定義為對于不含或基本不含Re的樣品，令187Re/188Os=0，則稱Re虧損模式年齡TRD，定義為： 穩(wěn)定同位素：不具有放射性或因其放射性衰變的半衰期過長、相對于地球的形成年齡而沒有發(fā)生明顯衰變的同位素。穩(wěn)定同位素地球化學(xué)研究內(nèi)容： 地質(zhì)體中穩(wěn)定同位素的分布及其在各種條件下的運動規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律來解釋巖石和礦石的形成過程、物質(zhì)來源及成因等問題。穩(wěn)定同位素又分重穩(wěn)定同位素和輕穩(wěn)定同位素。輕穩(wěn)定同位素： 1）原子序數(shù)Z20，A/A10% (A 為兩同位素質(zhì)量差)； 2）發(fā)生同位素成分變化的主要原因是同位素分餾作用，其反應(yīng)是可逆的。同位素分餾是指同位素以不同比例在不同物質(zhì)間的分配。 重穩(wěn)定同位素： 1）原子序數(shù)Z20，A/A10%； 2）發(fā)生同位素成分變化的主要原因是放射性核素不斷衰變的結(jié)果所造成的，這種變化是不可逆的。同位素豐度（Isotope abundance) 在穩(wěn)定同位素地球化學(xué)研究中的同位素豐度是指相對豐度，即指同