2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——礦物在地球化學(xué)中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題2分，共10分）1.指示礦物2.礦物地球化學(xué)分餾3.礦物相4.同位素地質(zhì)年齡5.礦物共生組合二、填空題（每空1分，共15分）1.礦物是__________和__________的基礎(chǔ)。2.石英的化學(xué)成分是__________，屬于__________礦物。3.在巖漿分餾過程中，早期結(jié)晶的礦物通常是__________組分礦物，晚期結(jié)晶的礦物通常是__________組分礦物。4.磁鐵礦（Fe?O?）和鈦鐵礦（FeTiO?）是常見的__________礦物，常用于指示巖漿的__________條件。5.鋯石（ZrSiO?）是提取__________元素的重要礦物，其__________同位素體系常用于測定igneous和metamorphic巖石的__________。6.礦物風(fēng)化是地球化學(xué)循環(huán)中__________元素重要的__________和釋放環(huán)節(jié)。7.礦物地球化學(xué)分餾是指元素在地質(zhì)體系內(nèi)不同__________之間發(fā)生__________的過程。三、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪種礦物最常作為巖漿演化的初始礦物？（）A.石英(Quartz)B.橄欖石(Olivine)C.鉀長石(PotassiumFeldspar)D.輝石(Pyroxene)2.能夠指示地殼物質(zhì)演化和提供成因信息的礦物主要是？（）A.造巖礦物B.指示礦物C.經(jīng)濟礦物D.礦物膠結(jié)物3.在高壓變質(zhì)巖中，常見的指示礦物是？（）A.磁鐵礦、鈦鐵礦B.綠泥石、綠簾石C.礦物包體D.礦物蝕變產(chǎn)物4.下列哪種礦物是常用的鈾系測年礦物？（）A.鋯石(Zircon)B.礦物碎屑C.云母(Mica)D.磷灰石(Apatite)5.巖漿結(jié)晶分異作用導(dǎo)致巖漿成分演化的主要機制是？（）A.元素?fù)]發(fā)B.礦物結(jié)晶分離C.外來物質(zhì)加入D.同位素交換6.礦物中的微量元素可以用來？（）A.確定礦物結(jié)晶溫度B.示蹤巖漿來源C.計算礦物密度D.判斷巖石風(fēng)化程度7.影響礦物地球化學(xué)分餾的主要因素之一是？（）A.溫度B.壓力C.化學(xué)成分D.以上都是8.下列礦物中，哪一種是鐵鎂質(zhì)礦物的典型代表？（）A.石英B.鉀長石C.輝石D.巖鹽9.礦物作為地球化學(xué)樣品的主要優(yōu)勢之一是？（）A.保存時間長B.化學(xué)成分復(fù)雜C.易于快速分析D.分布廣泛10.礦物共生組合的形成直接反映了？（）A.礦物的經(jīng)濟價值B.形成時的地球化學(xué)條件C.礦物的物理性質(zhì)D.礦物的形成順序四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述指示礦物在地球化學(xué)研究中的主要作用。2.解釋礦物相變過程中的地球化學(xué)意義。3.簡述礦物風(fēng)化對元素地球化學(xué)循環(huán)的影響。4.如何利用礦物地球化學(xué)信息推斷巖漿的來源？五、論述題（每題10分，共20分）1.詳細(xì)闡述礦物在元素地球化學(xué)分餾過程中的作用機制，并舉例說明其對巖漿演化的影響。2.結(jié)合實例，論述礦物地球化學(xué)數(shù)據(jù)（如礦物組成、微量元素、同位素組成）在判斷沉積盆地沉積環(huán)境中的應(yīng)用。試卷答案一、名詞解釋1.指示礦物：指含量通常不高（<1-5%），但其化學(xué)成分和物理性質(zhì)對巖漿來源、巖漿演化、形成環(huán)境、成礦條件等地球化學(xué)信息具有指示意義的礦物。2.礦物地球化學(xué)分餾：指元素在地質(zhì)體系（如巖漿、水溶液、沉積物等）中，由于物理化學(xué)條件的改變，在不同礦物、相或體系之間發(fā)生重新分配，導(dǎo)致各組分濃度發(fā)生變化的過程。3.礦物相：指在特定溫度、壓力條件下，具有均一化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)的礦物集合體。4.同位素地質(zhì)年齡：利用礦物中放射性同位素衰變產(chǎn)生的子體同位素與母體同位素的比例，通過測定其放射性衰變常數(shù)，計算礦物或地質(zhì)樣品形成時間的年齡值。5.礦物共生組合：指在特定的溫度、壓力和化學(xué)條件下，共同存在于一個巖石或地質(zhì)體中的礦物組合。二、填空題1.巖石；地質(zhì)作用2.SiO?；硅酸鹽3.高；低4.指示礦物；氧化態(tài)5.鋯；U-Pb；年齡6.微量；輸入7.相；轉(zhuǎn)移三、選擇題1.B*解析思路：橄欖石通常在巖漿早期（低溫低壓）結(jié)晶，其成分接近巖漿的初始成分，因此常作為指示巖漿初始狀態(tài)的礦物。2.B*解析思路：指示礦物含量雖少，但因其對形成環(huán)境的敏感性，常被用來追溯和解釋地質(zhì)體的成因和演化歷史。3.B*解析思路：綠泥石和綠簾石是高壓低溫變質(zhì)作用的典型產(chǎn)物，常出現(xiàn)在綠片巖相和藍(lán)片巖相變質(zhì)巖中，是指示高壓變質(zhì)環(huán)境的指示礦物。4.A*解析思路：鋯石具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，能長期保存U和Th等放射性元素，是進(jìn)行鈾系測年（如U-Pb定年）的理想礦物。5.B*解析思路：巖漿分異的主要方式是礦物的結(jié)晶分離，隨著礦物依次結(jié)晶，巖漿的化學(xué)成分發(fā)生顯著變化。6.B*解析思路：巖漿來源、演化過程、形成環(huán)境等信息可以通過分析礦物中微量元素的豐度、比值和配分模式來示蹤。7.D*解析思路：溫度、壓力和化學(xué)成分（如氧化還原條件）都會影響元素的分配系數(shù)，從而導(dǎo)致地球化學(xué)分餾。8.C*解析思路：輝石和角閃石是典型的鐵鎂質(zhì)礦物，富含鐵、鎂、鈣、鈉等元素。9.A*解析思路：礦物在漫長的地質(zhì)年代中相對穩(wěn)定，能夠記錄形成時的地球化學(xué)信息，是研究地球化學(xué)過程的重要載體。10.B*解析思路：特定礦物組合只能在特定的溫度、壓力和化學(xué)條件下穩(wěn)定共存，因此礦物共生組合是反映形成時地球化學(xué)環(huán)境的直接證據(jù)。四、簡答題1.指示礦物在地球化學(xué)研究中的主要作用包括：*示蹤巖漿來源：例如，高場強元素（如Ti,V,Cr,Co,Ni）富集的礦物（如磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦）通常指示巖漿來自地幔；而某些輕稀土元素富集的礦物（如獨居石）可能指示巖漿經(jīng)歷了斜長石分離結(jié)晶。*判斷巖漿演化階段：不同礦物組合反映不同的巖漿演化階段，如早期形成的橄欖石+輝石組合與晚期形成的鉀長石+石英組合不同。*指示形成環(huán)境條件：如綠泥石、綠簾石指示低壓低溫環(huán)境，藍(lán)晶石、紅柱石、硅線石指示高壓中低溫環(huán)境。*示蹤元素遷移和富集：指示礦物可以富集或虧損某些指示礦物，從而反映元素在巖漿、流體等介質(zhì)中的遷移行為。*同位素測年：某些指示礦物（如鋯石、獨居石、鈾礦）是常用的同位素測年礦物，用于確定巖漿活動或成礦事件的時間。2.礦物相變過程中的地球化學(xué)意義在于：*元素重新分配：當(dāng)?shù)V物發(fā)生相變（如分解、轉(zhuǎn)變成新礦物）時，礦物內(nèi)部的元素會重新組合或釋放出來，導(dǎo)致元素在不同礦物相之間的分配比例發(fā)生改變。*形成新礦物組合：相變伴隨著新礦物的生成，新礦物記錄了新的化學(xué)成分和地球化學(xué)信息，反映了變化后的溫度、壓力條件。*改變巖石地球化學(xué)性質(zhì)：礦物相變會改變巖石的整體化學(xué)成分、元素豐度、礦物組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響巖石的物理性質(zhì)（如密度、磁性）和地球化學(xué)行為。*保存地球化學(xué)記錄：相變過程中，雖然元素分配改變，但部分元素可能被新礦物繼承，或者元素總量可能守恒，從而在礦物中保存了部分形成時的地球化學(xué)記錄。*揭示地質(zhì)作用過程：通過研究礦物相變及其地球化學(xué)效應(yīng)，可以了解巖漿演化、變質(zhì)作用、交代作用等地質(zhì)過程的性質(zhì)和強度。3.礦物風(fēng)化對元素地球化學(xué)循環(huán)的影響體現(xiàn)在：*元素釋放：礦物風(fēng)化（物理碎裂和化學(xué)分解）是地表元素從巖石圈釋放到地表水圈、大氣圈的主要途徑。特別是長石、云母等造巖礦物，富含鉀、鈉、鈣、鎂、鋁、硅等元素，其風(fēng)化是這些元素進(jìn)入循環(huán)的主要方式。*元素遷移：風(fēng)化產(chǎn)生的可溶性元素（如鉀、鈉、鈣、鎂、硅酸鹽離子）被地表水（雨水、河流）帶走，發(fā)生長距離遷移。*元素富集或虧損：在風(fēng)化過程中，某些元素可能被優(yōu)先釋放（如K,Na,Ca,Mg），而另一些元素可能被保留在原生礦物中或形成難溶的次生礦物（如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽），導(dǎo)致不同元素在不同環(huán)境中的富集或虧損。*形成次生礦物：風(fēng)化產(chǎn)物（如粘土礦物、次生氧化物、碳酸鹽等）是形成土壤和沉積物的重要組成部分，改變了地表物質(zhì)的組成。*影響水化學(xué)特征：風(fēng)化程度和風(fēng)化礦物類型決定了地表水的化學(xué)成分（如pH、鹽度、離子組成）。4.利用礦物地球化學(xué)信息推斷巖漿來源主要依據(jù)：*礦物組成和含量：不同類型的巖漿（地幔巖漿、地殼巖漿、混合巖漿）具有獨特的礦物組合和含量特征。例如，地幔巖漿常含有橄欖石、輝石、角閃石，而地殼巖漿常含有石英、長石、云母。高硅酸鹽巖漿通常缺乏鐵鎂質(zhì)礦物。*元素地球化學(xué)特征：*大量元素：硅、鋁、鐵、鎂等元素的含量和比值（如MgO/SiO?,FeO/MgO,CaO/K?O）可以指示巖漿源區(qū)的性質(zhì)（如地幔富集、地殼來源）和演化程度（如分異程度）。*微量元素：微量元素（如Rb,Sr,Ba,K,Th,U,Nb,Ta,Ti,Y,Zr等）的豐度、比值（如Rb/Sr,Ba/Sr）和配分模式（如Nb/Ta,Th/Y）對壓力和氧化還原條件敏感，是示蹤巖漿來源的重要指標(biāo)。例如，高Rb/Sr比值通常指示地殼物質(zhì)貢獻(xiàn)。*同位素地球化學(xué)特征：巖漿源區(qū)的同位素組成（如1?O/1?O,13C/12C,23?U/23?Th,Sm/Nd,Lu/Hf等）與地幔、地殼等不同來源存在系統(tǒng)差異。通過測定巖漿礦物（如輝石、角閃石、鋯石、獨居石）中的同位素組成，可以定量計算巖漿源區(qū)成分、混合比例、形成溫度和壓力等。例如，高的1?O/1?O比值通常指示地殼混染。*礦物地球化學(xué)分餾：通過比較巖漿礦物與殘余巖漿之間的元素分配系數(shù)，可以估算巖漿分餾的程度和礦物結(jié)晶順序，進(jìn)而反推巖漿的初始成分和演化路徑。五、論述題1.礦物在元素地球化學(xué)分餾過程中的作用機制主要體現(xiàn)在礦物結(jié)晶時對元素的選擇性吸收和排斥。當(dāng)巖漿冷卻結(jié)晶時，不同元素的離子半徑、電荷、化學(xué)親和力、揮發(fā)度以及與礦物晶格陽離子的結(jié)合能力不同，導(dǎo)致它們在進(jìn)入礦物晶格或留在液相中的機會不同。*選擇性吸收：某些元素更傾向于進(jìn)入正在生長的礦物晶格中。例如，隨著巖漿冷卻，鐵鎂離子（Fe2?/3?,Mg2?）傾向于優(yōu)先進(jìn)入輝石、角閃石、橄欖石的晶格，而鋁離子（Al3?）則傾向于進(jìn)入長石和云母的晶格。輕稀土元素（LREEs）通常比重稀土元素（HREEs）更容易進(jìn)入硅酸鹽礦物晶格。*選擇性排斥：某些元素則傾向于留在巖漿液相中，因為它們與晶格陽離子的結(jié)合能力較弱或難以進(jìn)入晶格。例如，高場強元素（HFSEs，如Nb,Ta,Ti,Zr,Hf,W）和一些揮發(fā)性元素（如F,Cl,S）通常在硅酸鹽礦物結(jié)晶的早期階段就被排除，富集在殘余巖漿中。*分餾效應(yīng)：這種選擇性吸收和排斥導(dǎo)致了元素在礦物和殘余巖漿之間的分配系數(shù)（D_element=X_element(礦物)/X_element(巖漿)）存在顯著差異。當(dāng)某元素與礦物之間的分配系數(shù)遠(yuǎn)大于1時，該元素發(fā)生正分餾，即富集在礦物中，殘余巖漿中濃度降低；當(dāng)分配系數(shù)小于1時，發(fā)生負(fù)分餾，即虧損在礦物中，富集在殘余巖漿中。*對巖漿演化的影響：礦物分餾是巖漿演化的主要驅(qū)動力之一。隨著早期結(jié)晶礦物的分離，殘余巖漿的成分將發(fā)生顯著變化，形成不同類型的巖漿系列（如鈣堿性系列、堿性系列）。礦物分餾的過程和程度決定了巖漿最終形成的巖石類型。例如，強烈的斜長石分離結(jié)晶會導(dǎo)致巖漿從鈣堿性演變?yōu)閴A性，并富集incompatibleelements（難熔元素）。2.礦物地球化學(xué)數(shù)據(jù)在判斷沉積盆地沉積環(huán)境中的應(yīng)用非常廣泛，主要通過分析沉積巖（或碎屑巖）中礦物的類型、含量、組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及相關(guān)的地球化學(xué)指標(biāo)（如元素、同位素）來實現(xiàn)。*礦物組合與成熟度：*碎屑礦物組合：反映物源區(qū)的巖石類型和風(fēng)化剝蝕程度。例如，富含石英、長石和巖屑的沉積物通常指示物源區(qū)以花崗巖-英安巖為主，且成熟度較低；富含云母、綠泥石和自生粘土礦物的沉積物則指示物源區(qū)有變質(zhì)巖或鎂鐵質(zhì)巖參與，或經(jīng)歷了較強的風(fēng)化剝蝕，成熟度較高。*自生礦物組合：沉積環(huán)境的水動力條件、鹽度、pH值、氧化還原條件等會影響自生礦物的形成。例如，高含量的綠泥石和白云石通常指示弱氧化-弱還原、中低鹽度的近岸或淺海環(huán)境；高含量的鐵氧化物（赤鐵礦、針鐵礦）指示氧化環(huán)境，可能出現(xiàn)在干旱、半干旱地區(qū)的河流-三角洲或海濱環(huán)境；高含量的自生石英（次生石英）可能與熱液活動有關(guān)。*元素地球化學(xué)：*元素比值：某些元素比值對沉積環(huán)境條件敏感。例如，Th/U比值通常反映沉積物的物源區(qū)差異和再沉積程度；V/(V+Ni)比值和Cu/(Cu+Zn)比值對氧化還原條件敏感，V/(V+Ni)高指示還原環(huán)境，低指示氧化環(huán)境；Rb/Sr比值可指示沉積物形成時的鹽度（高鹽度環(huán)境通常Rb/Sr高）。*微量元素：礦物中的微量元素含量和配分可以指示物源區(qū)巖石類型