2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地幔地球化學(xué)成分的探索考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種元素在地幔中含量最高？A.鋁(Al)B.鐵鎂元素（如Mg,Fe）C.鈣(Ca)D.氫(H)2.標(biāo)志地?；瘜W(xué)不均一性的重要證據(jù)之一是：A.地震波速的劇烈變化B.不同深度地幔巖石的主要元素組成差異C.地幔柱的周期性活動(dòng)D.地幔熱流的不穩(wěn)定性3.洋中脊玄武巖（MORB）的地球化學(xué)特征最接近于：A.球粒隕石均一地幔B.板內(nèi)玄武巖C.洋島玄武巖（OIB）D.榴輝巖成分4.下列哪種同位素體系最適合用于測(cè)定地幔巖的成因年齡？A.Sm-NdB.U-Pb（鋯石）C.K-ArD.Ar-Ar5.地幔部分熔融的主要控制因素不包括：A.溫度B.壓力C.礦物組成D.熔體與殘余固相之間的元素分配系數(shù)6.能夠直接反映地幔源區(qū)化學(xué)成分的巖石是：A.礦床礦物B.礦物包體C.全巖（如輝石巖、橄欖巖）D.巖漿巖7.下列哪種地球物理方法主要用來(lái)探測(cè)地幔內(nèi)部的速度結(jié)構(gòu)？A.重力法B.磁法C.地震學(xué)方法D.地?zé)釡y(cè)量8.洋島玄武巖（OIB）通常富集以下哪種元素組合？A.高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）和稀土元素（REE）B.高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）和鈳系元素（LREE）C.低場(chǎng)強(qiáng)元素（LFSE）和稀土元素（REE）D.低場(chǎng)強(qiáng)元素（LFSE）和鈳系元素（LREE）9.地幔交代作用主要指：A.地幔物質(zhì)與巖漿的混合作用B.地幔內(nèi)部發(fā)生的部分熔融作用C.地幔物質(zhì)（特別是流體）與圍巖（包括地殼物質(zhì)）之間的物質(zhì)交換過(guò)程D.地幔物質(zhì)的結(jié)晶分異作用10.實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)研究地幔過(guò)程的主要優(yōu)勢(shì)在于：A.能夠完全模擬地幔的實(shí)際物理化學(xué)條件B.成本低廉，實(shí)驗(yàn)周期短C.可以直接獲得天然地幔樣品的信息D.能夠研究地幔中流體的作用二、填空題（每空2分，共20分）1.地幔的主要礦物組成為_(kāi)_______、________和________礦物。2.地震學(xué)研究表明，地幔內(nèi)部存在一個(gè)地震波速顯著降低的層，稱為_(kāi)_______。3.通過(guò)對(duì)地幔巖________和________組成的研究，可以揭示地幔的化學(xué)不均一性。4.與球粒隕石相比，不均一地幔的________含量相對(duì)富集，而________含量相對(duì)虧損。5.地幔柱被認(rèn)為是起源于地幔________部分熔融的巨大柱狀體，其攜帶的巖漿可形成________。6.________是研究地幔成分和演化的重要地球化學(xué)示蹤劑。7.利用地震波________速度的差異，可以推斷地幔內(nèi)部不同區(qū)域的物質(zhì)密度和成分差異。8.________和________是地幔交代作用中常見(jiàn)的流體組分，它們能顯著改變地幔的化學(xué)成分。9.輝石巖是地幔發(fā)生________作用后的主要?dú)堄鄮r石。10.除了巖石地球化學(xué)方法，利用________和________等地球物理數(shù)據(jù)也是探索地幔成分的重要途徑。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述地幔部分熔融的基本過(guò)程及其對(duì)地幔成分演化的影響。2.比較洋中脊玄武巖（MORB）和洋島玄武巖（OIB）的地球化學(xué)特征，并解釋造成這些差異的可能原因。3.簡(jiǎn)述Sm-Nd同位素體系在地幔地球化學(xué)研究中的應(yīng)用。4.解釋為什么地震波速可以作為探測(cè)地幔成分和結(jié)構(gòu)的重要工具。四、論述題（每題15分，共30分）1.論述礦物地球化學(xué)分析方法（如單礦物微量元素、同位素分析）在揭示地幔源區(qū)成分和演化歷史中的作用及其局限性。2.結(jié)合地幔交代作用的概念，論述水、CO2等流體對(duì)中國(guó)大陸地殼成分演化的可能影響。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.A4.A5.D6.C7.C8.A9.C10.A二、填空題1.橄欖石，輝石，角閃石2.軟流圈3.微量元素，同位素4.鉀（K），鋁（Al）5.非常深處，大火成巖?。ɑ騉IB）6.稀土元素（特別是輕稀土元素LREE）7.速度（或P波、S波）8.水（H?O），二氧化碳（CO?）9.結(jié)晶分異（或部分熔融后的殘余）10.重力，磁力三、簡(jiǎn)答題1.答案：地幔部分熔融是指地幔在高溫高壓條件下，由于溫度升高或壓力降低（或成分變化）超過(guò)其固相線而發(fā)生的部分熔融現(xiàn)象。通常形成的是硅酸鹽熔體（巖漿），而殘余部分是固態(tài)的輝石、角閃石等礦物。這個(gè)過(guò)程受溫度、壓力、地幔初始成分以及熔體與固相之間的元素分配系數(shù)等因素控制。部分熔融是地幔演化的基本過(guò)程，它不僅形成了地幔巖，也為地殼的形成和演化提供了物質(zhì)來(lái)源。不同成因、不同規(guī)模的部分熔融事件導(dǎo)致了地幔成分的不均一性，并形成了具有不同化學(xué)成分特征的地幔源區(qū)。解析思路：考察對(duì)部分熔融基本概念、過(guò)程、影響因素及其地質(zhì)意義的理解。需要答出定義、條件、產(chǎn)物、控制因素、地質(zhì)意義等關(guān)鍵點(diǎn)。定義要清晰，過(guò)程要描述準(zhǔn)確，影響因素要至少列舉幾個(gè)，并點(diǎn)明其對(duì)地幔成分演化和地質(zhì)過(guò)程（如巖漿形成、成分不均一性）的重要性。2.答案：洋中脊玄武巖（MORB）和洋島玄武巖（OIB）是兩種不同成因的玄武巖，它們的地球化學(xué)特征存在顯著差異。MORB通常具有低硅（SiO?）、低鎂（Mg）、低鋁（Al）、低鉀（K）、低鈦（Ti）、低場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE，如Nb,Ta,Zr,Hf）和鈳系元素（LREE），稀土元素（REE）總量不高，且輕重稀土分餾不明顯，具有“馬蹄鐵”型微量元素配分模式，其Sr,Nd,Pb同位素組成接近球粒隕石或地幔均一成分。OIB則通常具有高硅（SiO?）、高鎂（Mg）、高鋁（Al）、高鉀（K）、高鈦（Ti）、富集HFSE和LREE（尤其是LREE顯著富集），重稀土相對(duì)虧損，具有明顯的上凸起型微量元素配分模式，其Sr,Nd,Pb同位素組成顯著偏離球粒隕石，通常具有“高μ值”。造成這些差異的主要原因是它們來(lái)源于不同化學(xué)成分和可能不同深度的地幔源區(qū)。MORB來(lái)源于上地幔頂部，在相對(duì)均一的地幔源區(qū)發(fā)生部分熔融形成；而OIB來(lái)源于更深部（地幔柱頭部或地幔深部不均一區(qū)域），其源區(qū)可能富集了地幔交代物質(zhì)（如富集組分或流體），或者部分熔融程度更高、溫度更高，導(dǎo)致元素分配系數(shù)和熔體成分的差異。解析思路：考察對(duì)兩種代表性玄武巖地球化學(xué)特征及其成因差異的比較能力。需要分別列出MORB和OIB的主要化學(xué)特征（包括常量、微量元素、同位素），并準(zhǔn)確指出其主要區(qū)別。關(guān)鍵在于解釋造成這些差異的成因，即指向不同（或更深）的源區(qū)、不同的部分熔融條件和程度、以及地幔交代等因素。3.答案：Sm-Nd同位素體系在地幔地球化學(xué)研究中具有重要應(yīng)用。其核心原理是基于Sm（釤，原子序數(shù)52）和Nd（釹，原子序數(shù)60）在大多數(shù)地幔礦物和熔體中的分配系數(shù)非常接近（Sm在巖漿中的行為接近作為不相容元素，Nd在殘余地幔固相中的行為相對(duì)穩(wěn)定），使得在部分熔融、結(jié)晶分異等過(guò)程中，熔體和殘余固相的（1??Sm/1??Nd）初始比值變化很小。因此，地幔巖的（1??Sm/1??Nd）比值主要反映了其形成時(shí)地幔源區(qū)的（1??Sm/1??Nd）比值。通過(guò)測(cè)定地幔巖的（1??Sm/1??Nd）比值，并與地幔均一成分（如球粒隕石）或不同類型地幔巖的比值進(jìn)行對(duì)比，可以判斷地幔巖的源區(qū)性質(zhì)（如是否來(lái)自均一地幔、富集地幔、虧損地幔），追溯其形成時(shí)的地幔源區(qū)化學(xué)成分，并估算地幔演化的時(shí)間尺度（通過(guò)與Nd同位素體系的長(zhǎng)期平衡模型結(jié)合）。例如，高（1??Sm/1??Nd）比值的地幔巖可能來(lái)源于富集了輕稀土和釤的源區(qū)。解析思路：考察對(duì)特定同位素體系（Sm-Nd）工作原理及其在地幔研究中的應(yīng)用的理解。需要解釋其核心原理（Sm/Nd分配系數(shù)特點(diǎn)），說(shuō)明如何利用（1??Sm/1??Nd）比值推斷源區(qū)成分和性質(zhì)，以及估算演化時(shí)間等應(yīng)用?；卮饝?yīng)清晰闡述該體系為何能用于示蹤，以及具體的應(yīng)用方向。4.答案：地震波速是巖石介質(zhì)的物理性質(zhì)，它受巖石的密度、彈性模量以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如礦物組成、孔隙、流體含量等）的控制。地幔內(nèi)部物質(zhì)成分的差異會(huì)導(dǎo)致其密度和彈性模量的不同，從而引起地震波速的變化。例如，富含鐵鎂元素的礦物（如橄欖石、輝石）通常比富含硅鋁元素的礦物（如角閃石、榴石）具有更高的地震波速。因此，通過(guò)地震波探測(cè)地幔內(nèi)部不同區(qū)域地震波的傳播速度（P波和S波），可以推斷該區(qū)域地幔物質(zhì)的成分、密度和狀態(tài)。例如，地震波速的低速區(qū)通常對(duì)應(yīng)著部分熔融或流體存在的高溫、低密度區(qū)域；不同速度層（如地幔過(guò)渡帶、軟流圈）則反映了地幔內(nèi)部物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)合地震成像技術(shù)（如地震層析成像），可以構(gòu)建地幔的三維速度結(jié)構(gòu)模型，揭示地幔的精細(xì)結(jié)構(gòu)、不均一性以及與板塊構(gòu)造、地幔柱等地質(zhì)現(xiàn)象的關(guān)系，從而間接了解地幔的成分分布。解析思路：考察將地震波速這一物理量與地幔成分聯(lián)系起來(lái)，并說(shuō)明其在探測(cè)地幔成分結(jié)構(gòu)中的作用。需要解釋地震波速受成分影響的物理原理，說(shuō)明如何通過(guò)觀測(cè)到的波速差異來(lái)推斷成分和結(jié)構(gòu)特征，并提及具體的應(yīng)用實(shí)例（如低速區(qū)、層析成像）。四、論述題1.答案：礦物地球化學(xué)分析方法在地幔地球化學(xué)研究中扮演著核心角色。通過(guò)對(duì)地幔巖（如輝石巖、橄欖巖）中的主要礦物（輝石、角閃石、榴石）進(jìn)行精確的化學(xué)成分分析（主量、微量元素），可以直接揭示地幔源區(qū)的元素富集或虧損特征，區(qū)分不同成因的地幔源區(qū)（如均一地幔、富集地幔、虧損地幔）。例如，輝石中的微量元素可以指示源區(qū)的壓力、溫度條件以及部分熔融的規(guī)模和演化歷史。通過(guò)單礦物（如單顆粒輝石）的微量元素或同位素分析，可以有效克服全巖分析的混合效應(yīng)，更精確地反映原始地幔源區(qū)的特征。此外，利用不同的同位素體系（如Sm-Nd,U-Pb,Ar-Ar,Hf-W）對(duì)地幔巖及其礦物進(jìn)行測(cè)定，可以追溯地幔物質(zhì)的來(lái)源、形成年齡、演化和混合歷史。這些方法為建立地幔化學(xué)組成模型、理解地幔不均一性、探索地幔深部過(guò)程提供了關(guān)鍵制約。然而，這些方法也存在局限性。首先，天然地幔樣品難以獲取，分析樣品往往經(jīng)歷了復(fù)雜的后期改造（如蝕變、交代），可能影響結(jié)果的解釋。其次，礦物內(nèi)部元素分異或發(fā)生交代作用可能導(dǎo)致分析結(jié)果不能完全代表原始地幔源區(qū)的信息。第三，部分熔融和結(jié)晶分異的動(dòng)力學(xué)過(guò)程復(fù)雜，僅靠靜態(tài)的化學(xué)成分或同位素?cái)?shù)據(jù)有時(shí)難以完全反演其詳細(xì)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。第四，某些元素或同位素體系的分析精度和準(zhǔn)確性可能受樣品量和地球化學(xué)背景的制約。解析思路：考察對(duì)礦物地球化學(xué)分析方法的綜合理解和評(píng)價(jià)能力。需要闡述這些方法（礦物化學(xué)、單礦物分析、同位素分析）如何具體應(yīng)用于地幔研究（揭示成分、源區(qū)、演化、年齡等），并分析其核心作用。同時(shí)，需要能夠辯證地看待這些方法的局限性，指出樣品獲取難度、后期改造影響、動(dòng)力學(xué)過(guò)程復(fù)雜性、分析精度等問(wèn)題。2.答案：地幔交代作用是指地幔物質(zhì)（特別是流體，如水、CO2，或含有其他揮發(fā)份的流體）與圍巖（包括地殼物質(zhì)、其他地幔物質(zhì)）之間發(fā)生的物質(zhì)交換過(guò)程。這種作用顯著改變了地幔的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，并進(jìn)而影響地殼的成分演化。水是地幔交代作用中最重要、最普遍的流體組分。當(dāng)富含水的流體（可能來(lái)自俯沖板片、地幔內(nèi)部來(lái)源或地殼物質(zhì)）侵入地幔時(shí)，會(huì)顯著降低地幔巖石的熔點(diǎn)，誘發(fā)或促進(jìn)部分熔融，形成富含揮發(fā)份的巖漿。這種巖漿通常具有高硅、高鉀、高堿、高磷、富集LREE和HFSE的特征，與島弧巖漿和某些大陸裂谷巖漿相似。CO2也是重要的地幔交代組分。CO2可以溶解于地幔礦物中，降低巖石的密度，可能導(dǎo)致地幔對(duì)流模式的改變。CO2流體可以促進(jìn)地幔部分熔融，特別是形成碳酸鹽巖漿。富含CO2的地幔交代作用可能導(dǎo)致地殼巖石的蝕變（如形成大理巖、白云巖），并可能在俯沖帶或地幔深處形成碳酸鹽礦床。除了水和CO2，地幔中還可能存在其他揮發(fā)份（如H?S、Cl）。這些流體與地幔物質(zhì)相互作用，不僅改變了地幔自身的成分，還通過(guò)巖漿活動(dòng)將富集的元素（如K,Rb,Ba,U,Th,LREE,HFSE,