2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)在海洋地質(zhì)研究中的價(jià)值考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填涂在答題卡相應(yīng)位置。）1.在海洋沉積物研究中，用于指示氧化還原條件變化的常用礦物是？A.石英B.綠泥石C.磁鐵礦D.方解石2.下列哪項(xiàng)同位素比值常被用于重建古海洋溫度？A.δ13CB.δ1?OC.δ1?CD.1?N/1?N3.海洋生物泵的主要機(jī)制是將生物體內(nèi)的碳元素從表層海水轉(zhuǎn)移到深海，以下哪項(xiàng)過程是關(guān)鍵環(huán)節(jié)？A.鈣化作用B.生物降解作用C.化學(xué)沉淀作用D.物理沉降作用4.在研究洋中脊熱液噴口周圍沉積物的地球化學(xué)特征時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)哪些元素的異常富集？A.Al,Si,KB.Mg,Ca,SrC.Fe,Mn,Cu,ZnD.Na,K,Cl5.利用深海沉積物中的古地磁極性記錄和火山玻璃的同位素年齡測定，可以研究？A.海洋沉積速率變化B.大規(guī)模海底擴(kuò)張速率C.海平面升降歷史D.海洋生物遷徙路徑6.在海洋地球化學(xué)中，"地球化學(xué)障"指的是能夠阻礙或改變?cè)卣＿w移路徑的界面或環(huán)境邊界，以下哪項(xiàng)是典型的海洋地球化學(xué)障？A.海水表層與深層混合層B.生物死亡與沉降界面C.洋中脊裂谷與周圍海山D.海溝俯沖帶與上覆水體7.對(duì)于尋找海洋油氣資源而言，地球化學(xué)勘探的主要依據(jù)是？A.沉積盆地的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)B.巖石圈板塊的俯沖與碰撞C.沉積物和巖石中的有機(jī)質(zhì)含量與成熟度D.海水化學(xué)成分的空間分布特征8.1?C定年法在海洋地質(zhì)研究中最常用于測定？A.巖石形成年齡B.火山噴發(fā)年齡C.深海沉積物的堆積年齡D.古海洋事件的精確時(shí)間9.海洋缺氧事件（AnoxicEvent）的發(fā)生，往往與以下哪個(gè)地球化學(xué)過程密切相關(guān)？A.生物大量繁殖導(dǎo)致CO?急劇增加B.海水表層溫度顯著升高導(dǎo)致溶解氧下降C.深海水體循環(huán)受阻導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)分解消耗氧氣D.礦物風(fēng)化作用增強(qiáng)導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)過度富集10.下列哪項(xiàng)技術(shù)是現(xiàn)代海洋地球化學(xué)研究中獲取水體、沉積物和巖石樣品中元素和同位素組成的關(guān)鍵手段？A.遙感測量技術(shù)B.深海鉆探計(jì)劃C.電鏡掃描分析D.高分辨率質(zhì)譜儀二、簡答題（每題5分，共25分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）1.簡述穩(wěn)定同位素分餾的基本原理及其在區(qū)分不同海洋沉積物物源中的應(yīng)用。2.簡述海洋生物泵對(duì)全球碳循環(huán)的主要影響。3.簡述利用地球化學(xué)方法重建古海洋pH值的基本思路。4.簡述洋中脊熱液活動(dòng)對(duì)周圍海水化學(xué)成分的主要改造作用。5.簡述地球化學(xué)指標(biāo)在識(shí)別海洋沉積物中是否存在生物擾動(dòng)作用時(shí)的應(yīng)用。三、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）1.論述地球化學(xué)方法在研究海洋沉積物層序地層學(xué)中的主要作用。2.論述微量元素地球化學(xué)在示蹤海洋沉積物物源方面的應(yīng)用原理及其局限性。3.論述海洋地球化學(xué)研究對(duì)于理解和應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要性。四、分析題（每題15分，共30分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）1.假設(shè)某研究團(tuán)隊(duì)分析了某海域不同深度沉積物的總有機(jī)碳（TOC）含量、有機(jī)質(zhì)碳同位素（δ13Corg）值以及指示礦物（如自生黃鐵礦）的含量。請(qǐng)結(jié)合這些地球化學(xué)指標(biāo)，描述并解釋該海域可能經(jīng)歷的沉積環(huán)境演變過程。2.假設(shè)你是一位海洋地球化學(xué)家，負(fù)責(zé)一項(xiàng)關(guān)于利用沉積物中稀土元素（REE）地球化學(xué)特征來研究某海域近幾十年來人類活動(dòng)影響的研究項(xiàng)目。請(qǐng)闡述你將如何設(shè)計(jì)研究方案，選擇哪些關(guān)鍵的REE指標(biāo)，以及如何解釋這些指標(biāo)的變化所反映的環(huán)境信息。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.C5.B6.B7.C8.C9.C10.D二、簡答題1.答案：穩(wěn)定同位素分餾是指在不同物質(zhì)或體系之間發(fā)生同位素交換時(shí)，由于同位素質(zhì)量差異導(dǎo)致同位素在不同組分間分布不均的現(xiàn)象。在海洋沉積物中，不同來源的物質(zhì)（如陸源輸入、生物作用、海水）具有不同的同位素組成。例如，生物鈣化過程（如珊瑚、有孔蟲）會(huì)對(duì)碳同位素（δ13C）和氧同位素（δ1?O）產(chǎn)生分餾。通過測定沉積物中碳酸鹽或有機(jī)質(zhì)的同位素組成，并與已知物源的同位素特征或海水背景值進(jìn)行比較，可以有效區(qū)分不同來源的貢獻(xiàn)比例，從而厘清物源輸入特征。解析思路：本題考查穩(wěn)定同位素分餾的基本概念及其在物源示蹤中的應(yīng)用。解答需首先說明穩(wěn)定同位素分餾的定義，強(qiáng)調(diào)其是交換過程中的質(zhì)量效應(yīng)。其次，結(jié)合海洋沉積物的實(shí)際情況，列舉關(guān)鍵的同位素體系（如δ13C,δ1?O）和過程（如生物鈣化），并解釋這些過程如何導(dǎo)致分餾。最后，點(diǎn)明通過比較實(shí)測值與已知標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)物源解析的目的。2.答案：海洋生物泵通過以下機(jī)制將碳從表層輸送到深海并長期儲(chǔ)存：①生物光合作用固定大氣CO?，形成有機(jī)碳；②生物通過新陳代謝消耗氧氣，產(chǎn)生CO?；③生物死亡后，部分有機(jī)碳被快速分解（表層氧化），部分則形成較重的顆粒有機(jī)碳（POC）沉降到深海；④POC在沉降過程中，部分被懸浮微生物再利用，剩余部分最終進(jìn)入深海沉積物，并被埋藏起來。這個(gè)過程有效地將表層海水中的碳（部分來自大氣）隔離在深海沉積物中，減少了碳在表層參與光合作用的循環(huán)速率，從而對(duì)全球碳循環(huán)產(chǎn)生長期調(diào)節(jié)作用，有助于穩(wěn)定大氣CO?濃度。解析思路：本題考查生物泵的機(jī)制及其對(duì)全球碳循環(huán)的影響。解答需清晰描述生物泵的四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：光合固碳、生物呼吸、顆粒碳輸出和沉積埋藏。強(qiáng)調(diào)POC的輸出和埋藏是泵的關(guān)鍵步驟。最后，明確指出生物泵通過隔離碳素、減緩碳循環(huán)速率，對(duì)全球碳平衡的長期調(diào)節(jié)作用。3.答案：重建古海洋pH值主要利用與海水化學(xué)平衡相關(guān)的地球化學(xué)指標(biāo)。最常用的指標(biāo)是沉積物中碳酸鹽礦物的同位素組成（如方解石和文石中的δ1?O和δ13C）。根據(jù)碳酸鹽沉淀時(shí)的氧、碳同位素分餾理論，這些礦物的同位素值不僅受當(dāng)時(shí)的溫度、鹽度影響，還與當(dāng)時(shí)的海洋pH值和CO?分壓密切相關(guān)。通過建立現(xiàn)代碳酸鹽-海水體系之間的同位素分餾關(guān)系（分餾方程），結(jié)合古沉積物中碳酸鹽的同位素測量值，并假設(shè)古海洋的鹽度和溫度條件，可以反演計(jì)算出古海洋的pH值。此外，某些指示礦物（如自生黃鐵礦）的形態(tài)和含量也與水體氧化還原條件及pH有關(guān)。解析思路：本題考查古pH重建的原理和方法。解答需指出古pH重建依賴于碳酸鹽礦物的同位素分餾關(guān)系。詳細(xì)說明利用現(xiàn)代分餾方程和古樣品同位素值反演古pH的基本思路。同時(shí)，可以提及溫度、鹽度對(duì)分餾的影響以及需要做的一些假設(shè)。最后，可以簡要擴(kuò)展到其他相關(guān)指標(biāo)。4.答案：洋中脊熱液活動(dòng)對(duì)周圍海水化學(xué)成分具有顯著的改造作用：①熱液噴口附近海水化學(xué)成分發(fā)生劇烈變化，噴出水中富含H?S、CH?、Cl?、F?、SiO???、金屬陽離子（如Fe2?,Mn2?,Cu2?,Zn2?,Co2?,Ni2?）等，導(dǎo)致海水酸化，鹽度局部降低，形成"黑煙囪"或"白煙囪"流體；②這些富含金屬的流體與冷的海水混合，導(dǎo)致金屬在噴口附近快速沉淀，形成金屬硫化物（如黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等）礦脈；③礦脈的形成帶走了流體中的大部分金屬，使得遠(yuǎn)離噴口的海水化學(xué)成分逐漸恢復(fù)；④熱液活動(dòng)還可能改變海水的氧化還原條件，促進(jìn)某些元素（如Fe,Mn）的沉淀或溶解。解析思路：本題考查熱液活動(dòng)對(duì)海水化學(xué)的改造機(jī)制。解答需從熱液流體的組成（高溫、高鹽、高金屬、高硫化物）入手，描述其噴出時(shí)的化學(xué)效應(yīng)（酸化、金屬富集）。接著，說明金屬在噴口附近通過沉淀作用被移除，形成硫化物礦床，并導(dǎo)致遠(yuǎn)場海水化學(xué)的恢復(fù)。最后，提及熱液活動(dòng)對(duì)水體氧化還原條件的影響。5.答案：地球化學(xué)指標(biāo)在識(shí)別生物擾動(dòng)作用時(shí)具有重要意義：①氧化還原指標(biāo)：生物擾動(dòng)（生物擾動(dòng)作用）會(huì)攪動(dòng)沉積物，使底層水中的溶解氧混入沉積物表層，導(dǎo)致氧化環(huán)境擴(kuò)展，從而影響氧化敏感礦物（如鐵的氫氧化物）的分布和形成，或?qū)е逻€原敏感礦物（如黃鐵礦）的溶解。通過測定沉積物中氧化還原敏感元素的垂直分布梯度（如Fe/Mn氧化物、黃鐵礦），可以識(shí)別生物擾動(dòng)的影響；②元素比值指標(biāo)：生物擾動(dòng)會(huì)改變沉積物的孔隙水化學(xué)環(huán)境，影響元素（如Ca,Mg,Sr,Ba）的分布和比值。例如，生物擾動(dòng)可能導(dǎo)致Ca質(zhì)膠結(jié)物的溶解和重分布，改變沉積物中的Ca/Sr比值；③同位素指標(biāo)：生物擾動(dòng)對(duì)碳酸鹽礦物的溶解和再沉淀可能影響其碳、氧同位素組成，通過分析同位素的垂直變化和分選特征，也可作為識(shí)別生物擾動(dòng)的線索。解析思路：本題考查地球化學(xué)指標(biāo)在識(shí)別生物擾動(dòng)中的應(yīng)用。解答需分別從氧化還原條件、元素比值和同位素三個(gè)角度，闡述生物擾動(dòng)如何影響沉積物的地球化學(xué)特征。針對(duì)每個(gè)角度，給出具體的地球化學(xué)指標(biāo)（如Fe/Mn相、Ca/Sr比值、碳酸鹽同位素），并說明這些指標(biāo)的變化如何指示生物擾動(dòng)的存在。三、論述題1.答案：地球化學(xué)方法在研究海洋沉積物層序地層學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用：①相分析：通過識(shí)別沉積物中不同巖石類型（如硅質(zhì)碎屑、碳酸鹽、火山碎屑、泥巖）的地球化學(xué)特征（如元素組成、稀土元素模式、微量元素指紋），可以區(qū)分不同的沉積相（如遠(yuǎn)洋相、陸源碎屑相、火山相），劃分沉積相帶，這是層序地層劃分相的單位的基礎(chǔ)；②事件沉積識(shí)別：火山活動(dòng)、大規(guī)模海平面變化、氣候突變等事件往往在沉積記錄中留下地球化學(xué)異常，如火山碎屑巖的地球化學(xué)特征、沉積物中指示事件環(huán)境的元素（如Ce,Ti）異常、碳酸鹽巖的同位素突變等。地球化學(xué)方法是識(shí)別這些短期事件沉積層的關(guān)鍵；③層序地層格架下的地球化學(xué)變化：通過分析沉積物中反映沉積環(huán)境的地球化學(xué)指標(biāo)（如碳酸鹽同位素、氧同位素、元素比值）隨時(shí)間（海平面變化）的旋回性變化，可以驗(yàn)證和細(xì)化層序地層格架，揭示不同海平面位置和沉積盆地的地球化學(xué)響應(yīng)差異；④埋藏歷史與古環(huán)境重建：沉積物的地球化學(xué)特征（如元素成熟度指標(biāo)、有機(jī)質(zhì)成熟度）記錄了沉積后的埋藏歷史和早期成巖作用，這對(duì)于理解層序地層單元的沉積速率、堆積環(huán)境演變以及與沉積相關(guān)的古環(huán)境變化至關(guān)重要。解析思路：本題要求論述地球化學(xué)在層序地層學(xué)研究中的多方面作用。解答應(yīng)從地球化學(xué)在相分析、事件沉積識(shí)別、層序地層格架構(gòu)建以及埋藏歷史和古環(huán)境重建中的應(yīng)用等多個(gè)方面展開。每個(gè)方面都需要結(jié)合具體的地球化學(xué)指標(biāo)和方法，闡述其如何服務(wù)于層序地層學(xué)的目標(biāo)，如劃分相、識(shí)別事件、建立格架、理解埋藏和古環(huán)境。2.答案：微量元素地球化學(xué)在示蹤海洋沉積物物源方面具有重要應(yīng)用，其原理基于不同物源（如大陸陸架、遠(yuǎn)洋、火山活動(dòng)、生物骨骼）具有獨(dú)特的微量元素地球化學(xué)特征（包括總量、相對(duì)含量、元素比值、稀土元素配分模式等）：①陸源輸入主導(dǎo)的沉積物：通常富集與風(fēng)化作用相關(guān)的元素（如Rb,K,Ba,Th,U），表現(xiàn)出特定的微量元素比值（如Rb/Sr,K/Rb）和輕稀土元素（LREE）富集的配分模式；②遠(yuǎn)洋沉積物：通常元素含量較低，但可能富集某些海洋生物過程或風(fēng)化輸入相對(duì)穩(wěn)定的元素（如Ti,Zr,Sc,V），其微量元素組成更能反映全球或區(qū)域性的海洋化學(xué)背景；③火山碎屑沉積物：可能富集與熔巖相關(guān)的微量元素（如Sr,Ba,La,Ce,Nb,Ta），并具有特定的微量元素組合；④生物骨骼沉積物：其微量元素組成受生物吸收和地球化學(xué)環(huán)境共同控制，可能富集某些元素（如Sr,Ba,Mg）。通過測定沉積物樣品的微量元素譜，并運(yùn)用元素比值、多元素圖解（如Th/YbvsLa/Yb）或因子分析等方法，可以將沉積物的微量元素地球化學(xué)指紋與已知物源進(jìn)行對(duì)比，從而定量或半定量地確定不同物源的貢獻(xiàn)比例，揭示物源區(qū)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積過程的差異。解析思路：本題要求論述微量元素物源示蹤的原理、方法和局限性。解答需首先強(qiáng)調(diào)不同物源具有獨(dú)特的微量元素特征。接著，分別列舉不同類型物源（陸源、遠(yuǎn)洋、火山、生物）的典型微量元素特征（總量、特定元素、比值、REE模式）。然后，說明如何利用這些特征進(jìn)行示蹤（對(duì)比、圖解、數(shù)學(xué)方法）。最后，必須指出其局限性，例如混合物源、后期成巖作用、生物擾動(dòng)等可能干擾示蹤結(jié)果，使得物源解譯存在不確定性。3.答案：海洋地球化學(xué)研究對(duì)于理解和應(yīng)對(duì)全球氣候變化具有重要價(jià)值：①古氣候重建：通過分析深海沉積物巖心、冰芯、珊瑚等古樣品中的地球化學(xué)指標(biāo)（如碳酸鹽/硅酸鹽比值、氧同位素、碳同位素、磁化率、元素比值、生物標(biāo)志物等），科學(xué)家可以重建過去不同時(shí)間尺度（千年、萬年、百萬年）的古海洋和大氣環(huán)境狀態(tài)（如溫度、鹽度、pH、氧含量、大氣CO?濃度、環(huán)流模式等），揭示氣候變化的自然變異規(guī)律、驅(qū)動(dòng)機(jī)制和人類活動(dòng)的影響，為預(yù)測未來氣候變化提供歷史參照；②海洋碳循環(huán)：海洋是地球上最大的碳匯，海洋地球化學(xué)研究（如pCO?、DIC、碳酸鹽體系、溶解有機(jī)碳、生物泵效率等）有助于理解海洋碳循環(huán)的過程、效率及其對(duì)大氣CO?的調(diào)節(jié)能力，評(píng)估氣候變化（如海洋變暖、酸化）對(duì)海洋碳匯功能的影響，預(yù)測未來海氣CO?交換通量變化；③海洋酸化與生物影響：地球化學(xué)方法（如海水pH、碳酸鹽飽和度、堿度、關(guān)鍵元素濃度變化）可以量化海洋酸化程度及其時(shí)空變化，評(píng)估其對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)（如珊瑚、貝類、鈣化生物）的生理、生長和生存的潛在威脅，為制定保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)；④氣候變化對(duì)海洋資源的影響：地球化學(xué)研究有助于評(píng)估氣候變化（如海水溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽分布變化）對(duì)海洋漁業(yè)資源（如魚群分布、繁殖周期）和深海礦產(chǎn)資源勘探的影響，為可持續(xù)利用海洋資源提供支持。解析思路：本題要求論述海洋地球化學(xué)在古氣候、海洋碳循環(huán)、海洋酸化、海洋資源等方面的研究價(jià)值。解答應(yīng)圍繞氣候變化的核心問題展開，分別論述地球化學(xué)在提供歷史信息（古氣候重建）、理解碳循環(huán)機(jī)制與反饋（海洋碳循環(huán)）、評(píng)估生態(tài)影響（海洋酸化）、服務(wù)資源可持續(xù)利用（海洋資源）等方面的具體作用。每個(gè)方面都需要明確地球化學(xué)研究的具體內(nèi)容和其對(duì)理解或應(yīng)對(duì)氣候變化的貢獻(xiàn)。四、分析題1.答案：分析該海域沉積物的TOC、δ13Corg和指示礦物含量變化，可以推斷沉積環(huán)境經(jīng)歷了以下演變：①如果TOC含量低，δ13Corg值高，且自生黃鐵礦含量高，表明早期沉積環(huán)境可能為弱氧化-還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)分解不完全，部分被氧化形成黃鐵礦，可能處于缺氧或局部的厭氧條件，或者有機(jī)質(zhì)輸入相對(duì)較少。②如果TOC含量逐漸升高，δ13Corg值逐漸降低，自生黃鐵礦含量增加，可能指示沉積環(huán)境逐漸變氧化，有機(jī)質(zhì)輸入增加（可能是生物生產(chǎn)力升高或沉積速率加快），或者水體氧化程度增強(qiáng)導(dǎo)致早期沉積物中的有機(jī)質(zhì)或硫化物被氧化。③如果TOC含量達(dá)到峰值，δ13Corg值最低，自生黃鐵礦含量可能因氧化環(huán)境而減少或消失，可能表明沉積環(huán)境進(jìn)入了一個(gè)生物生產(chǎn)力極高的階段（如富營養(yǎng)化），有機(jī)質(zhì)大量積累并快速埋藏，或者水體氧化條件顯著改善。④如果后期TOC含量下降，δ13Corg值升高，可能指示有機(jī)質(zhì)輸入減少（如生產(chǎn)力下降、物源改變），或者早期積累的有機(jī)質(zhì)開始遭受再氧化。指示礦物含量的變化（如自生黃鐵礦的增減）是判斷氧化還原條件變化的關(guān)鍵證據(jù)，其與其他指標(biāo)（TOC,δ13Corg）的綜合變化可以更清晰地描繪沉積環(huán)境的演變序列。解析思路：本題要求結(jié)合地球化學(xué)指標(biāo)分析沉積環(huán)境演變。解答需針對(duì)TOC、δ13Corg、自生黃鐵礦這三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，分別闡述它們?cè)诓煌练e環(huán)境（氧化、還原、貧營養(yǎng)、富營養(yǎng)）下的典型變化特征。然后，根據(jù)這些指標(biāo)的綜合變化模式（如同步變化、異步變化），推斷沉積環(huán)境的可能演變路徑（如從還原到氧化、生產(chǎn)力變化等）。在分析時(shí)，要強(qiáng)調(diào)指標(biāo)之間的相互印證作用，以及指示礦物在判斷氧化還原條件中的核心作用。2.答案：設(shè)計(jì)利用REE地球化學(xué)研究人類活動(dòng)影響的項(xiàng)目方案，應(yīng)包含以下步驟和考慮：①研究目標(biāo)與假設(shè)：明確研究目的（如評(píng)估人類活動(dòng)導(dǎo)致的污染、營養(yǎng)鹽富集、海岸開發(fā)等對(duì)特定海域REE循環(huán)和生物地球化學(xué)的影響）。提出具體研究假設(shè)（如工業(yè)區(qū)附近沉積物中輕REE富集，指示陸源輸入增加；城市排污口附近沉積物中Ce異常虧損，指示氧化條件變化；農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)沉積物中Eu異常虧損，指示磷酸鹽輸入導(dǎo)致生物吸收）。②樣品采集：在研究區(qū)域內(nèi)布設(shè)采樣點(diǎn)，覆蓋不同人類活動(dòng)影響程度（如工業(yè)區(qū)、港口、農(nóng)業(yè)區(qū)、對(duì)照區(qū)）的區(qū)域。采集表層沉積物樣品，確保樣品新鮮、無擾動(dòng)，并記錄詳細(xì)的采樣信息（經(jīng)緯度、水深、底質(zhì)類型等）。③樣品預(yù)處理與分析：對(duì)采集的樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的前處理（如風(fēng)干、研磨、篩分），測定總REE（ΣREE）含量以及各單個(gè)REE（La到Lu）的含量。選擇合適的分析儀器（如ICP-MS）進(jìn)行精確測定，并采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制和保證。④指標(biāo)選擇與解釋：①總REE（ΣREE）含量：反映陸源輸入的總量。ΣREE升高通常指示人類活動(dòng)（如土壤