2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——地球化學(xué)與地質(zhì)構(gòu)造演化關(guān)系研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.地球化學(xué)障2.初始同位素比3.礦物地球化學(xué)溫壓計(jì)4.板塊俯沖5.地幔柱二、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述微量元素在判別板塊構(gòu)造環(huán)境中的應(yīng)用原理。2.解釋什么是地幔同位素分餾，并說(shuō)明其與地幔演化及構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系。3.簡(jiǎn)述火山巖地球化學(xué)成分對(duì)其形成深度和源區(qū)性質(zhì)的指示意義。4.為什么說(shuō)沉積巖的地球化學(xué)特征可以反映其形成盆地的構(gòu)造背景？5.變質(zhì)作用對(duì)巖石的同位素組成和元素分布通常產(chǎn)生哪些影響？三、論述題（每題15分，共45分）1.詳細(xì)論述利用玄武巖的微量元素和稀土元素地球化學(xué)特征，區(qū)分板內(nèi)、板緣及板內(nèi)俯沖玄武巖的形成構(gòu)造環(huán)境。2.結(jié)合地球化學(xué)證據(jù)（如同位素、微量元素），論述造山帶中不同成因花崗巖（如同碰撞花崗巖、造山帶后造山花崗巖）的形成機(jī)制及其構(gòu)造意義。3.分析盆地沉積記錄中地球化學(xué)指標(biāo)（如元素豐度、碳/氧同位素、硫同位素）如何反映盆地的沉降機(jī)制、物源演化和盆地演化階段。試卷答案一、名詞解釋1.地球化學(xué)障：指在地球內(nèi)部或地表某個(gè)界面，由于物理化學(xué)條件（如溫度、壓力、流體性質(zhì)、礦物相）發(fā)生突變，導(dǎo)致元素或同位素地球化學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著差異的區(qū)域或邊界。它控制了元素或同位素的分布、遷移和分異。**解析思路：*理解“障”的隔離、邊界含義，結(jié)合地球化學(xué)中元素/同位素分布不均的現(xiàn)象，指出其形成原因（物理化學(xué)條件突變）和作用（控制分布、遷移、分異）。2.初始同位素比：指在某種地質(zhì)過(guò)程（如巖漿結(jié)晶、變質(zhì)作用、水-巖反應(yīng)）開始時(shí)，參與反應(yīng)的母體物質(zhì)或原始體系所具有的同位素組成比率。它是計(jì)算該過(guò)程同位素分餾程度和確定物質(zhì)來(lái)源的基礎(chǔ)參數(shù)。**解析思路：*區(qū)分“初始”與“現(xiàn)在”的同位素組成，強(qiáng)調(diào)其作為“起點(diǎn)”或“基準(zhǔn)”的概念，明確其在同位素地質(zhì)學(xué)研究中的基礎(chǔ)作用（計(jì)算分餾、確定來(lái)源）。3.礦物地球化學(xué)溫壓計(jì)：指利用礦物化學(xué)成分（常為元素含量或元素比值）與形成時(shí)的溫度和壓力條件存在函數(shù)關(guān)系這一原理，通過(guò)測(cè)定礦物成分來(lái)估算其形成溫度和壓力的地球化學(xué)方法或礦物組合。**解析思路：*抓住核心原理“成分-溫壓關(guān)系”，明確方法目的“估算形成條件”，點(diǎn)出實(shí)現(xiàn)方式“測(cè)定礦物成分”或“礦物組合”。4.板塊俯沖：指構(gòu)造板塊在引力和板塊間摩擦力的作用下，相互擠壓，其中一塊（通常是密度較大、已冷卻的海底巖石圈板塊）俯沖并潛沒(méi)到另一塊板塊之下，進(jìn)入地幔深處的過(guò)程。它是俯沖帶構(gòu)造和弧火山活動(dòng)的主要成因機(jī)制。**解析思路：*關(guān)鍵詞是“相互擠壓”、“潛沒(méi)”、“進(jìn)入地?！?，明確主體是“板塊”，結(jié)果是“俯沖帶構(gòu)造和弧火山活動(dòng)”。5.地幔柱：指從上地幔深處（甚至核幔邊界）向上侵入地殼的、相對(duì)較窄的、高溫、低密度的巖漿柱。地幔柱是產(chǎn)生大規(guī)模洋中脊玄武巖（MORB）和部分大陸玄武巖（CAB）的火成活動(dòng)源區(qū)，常與熱點(diǎn)活動(dòng)和裂谷形成有關(guān)。**解析思路：*描述其來(lái)源（上地幔深處）、性質(zhì)（高溫、低密度、窄），指出其作用（產(chǎn)生MORB/CAB，與熱點(diǎn)、裂谷有關(guān)）。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述微量元素在判別板塊構(gòu)造環(huán)境中的應(yīng)用原理。**解析思路：*首述微量元素在巖石中的行為特點(diǎn)（含量低、對(duì)環(huán)境敏感），然后分別闡述其應(yīng)用原理：①某些微量元素（如Rb,K,Th,U）易于在巖漿分離結(jié)晶過(guò)程中富集，其含量比值（如Rb/Sr,K/Rb）可指示巖漿演化程度和最終的構(gòu)造環(huán)境；②某些微量元素（如Nb,Ta,Ti）是親石元素，不易被斜長(zhǎng)石等礦物分離結(jié)晶所丟失，其虧損程度可反映巖漿源區(qū)的性質(zhì)和所處的構(gòu)造環(huán)境（如Nb/Ta比值在板內(nèi)玄武巖中通常較高，在板緣玄武巖中因受到俯沖流體的萃取而較低）；③微量元素配分模式（如大離子親石元素LILE相對(duì)于高場(chǎng)強(qiáng)元素HFSE的配分模式）與巖漿源區(qū)（地幔、地殼）的熔融條件和構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)。結(jié)合具體元素和比值進(jìn)行說(shuō)明。2.解釋什么是地幔同位素分餾，并說(shuō)明其與地幔演化及構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系。**解析思路：*定義部分：地幔同位素分餾指在巖漿形成或地幔物質(zhì)演化過(guò)程中，由于不同礦物相或不同地幔源區(qū)對(duì)輕、重同位素（如1?O/1?O,13C/12C,1?N/1?N）的俘獲或分選能力存在差異，導(dǎo)致巖漿或地幔殘留體同位素組成發(fā)生改變的現(xiàn)象。關(guān)系部分：①地幔同位素分餾是區(qū)分不同地幔源區(qū)（如HIMU,EM,D,HIMU等）的重要依據(jù)。例如，富集地幔源區(qū)通常具有更高的13C或1?O值。②同位素分餾記錄了巖漿形成時(shí)的物理化學(xué)條件（如溫度、壓力、熔體/固相比例），這些條件與構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)（如俯沖帶的高溫、高壓條件會(huì)促進(jìn)某些同位素分餾）。③通過(guò)分析不同構(gòu)造環(huán)境下的巖漿同位素組成及其分餾特征，可以追溯地幔的演化歷史和板塊構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。3.簡(jiǎn)述火山巖地球化學(xué)成分對(duì)其形成深度和源區(qū)性質(zhì)的指示意義。**解析思路：*形成深度：火山巖的地球化學(xué)成分，特別是揮發(fā)分含量（如H?O,CO?）、熔體粘度相關(guān)元素（如SiO?,K?O,Al?O?）以及礦物組合，可以反映巖漿形成的深度。通常，形成深度越淺，巖漿結(jié)晶分異作用越強(qiáng)，揮發(fā)分含量越高，熔體越稀?。ǖ蚐iO?、低K?O），可能形成輝石安山巖或玄武巖。形成深度越深，巖漿結(jié)晶分異作用相對(duì)較弱，熔體可能越粘稠（高SiO?、高K?O），形成粗面巖或流紋巖。源區(qū)性質(zhì)：①源區(qū)巖性：玄武巖中高含量的TiO?,P?O?,K?O通常指示其源自上地幔（可能為富集地幔或HIMU）。安山巖和英安巖常指示其源區(qū)為地殼物質(zhì)的部分熔融或地幔與地殼物質(zhì)的混合?；◢弾r類成分（如高SiO?,Al?O?,K?O）通常指示其源區(qū)為地殼。②源區(qū)深度：高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE,如Nb,Ta,Zr,Hf）的虧損程度可以指示源區(qū)地幔的部分熔融深度（虧損地幔源區(qū)通常虧損程度更高）。③源區(qū)演化歷史：微量元素（如LILE,HFSE,稀土元素）的配分模式、同位素組成（如13C,1?O,1?Sm/1?Nd）可以提供關(guān)于源區(qū)物質(zhì)組成、熔融過(guò)程、地幔交代演化歷史等信息。4.為什么說(shuō)沉積巖的地球化學(xué)特征可以反映其形成盆地的構(gòu)造背景？**解析思路：*首先指出沉積物是盆地在特定構(gòu)造環(huán)境下接受物源、經(jīng)歷搬運(yùn)、沉積和改造的產(chǎn)物。然后從幾個(gè)方面闡述其反映構(gòu)造背景的機(jī)制：①物源區(qū)特征：沉積巖的礦物組成（如碎屑礦物成熟度、自生礦物種類）、化學(xué)元素組成（如常量元素、微量元素）可以反映物源區(qū)的巖石類型、風(fēng)化殼性質(zhì)以及所處的構(gòu)造環(huán)境（如大陸克拉通內(nèi)部通常沉積成熟度高、高鉀富硅，而活動(dòng)大陸邊緣則可能沉積有磨圓度差、成分復(fù)雜的碎屑巖）。②沉積環(huán)境指示礦物：某些特定的沉積礦物（如綠泥石、伊利石、高嶺石、自生碳酸鹽礦物）的形成與特定的水化學(xué)條件和氧化還原環(huán)境有關(guān)，而這些環(huán)境條件往往受控于盆地的構(gòu)造背景（如海相氧化環(huán)境、潟湖還原環(huán)境）。③沉積相序與盆地類型：沉積巖的層序、相帶分布（如前陸盆地的楔狀體沉積、裂谷盆地的半遠(yuǎn)洋-海相沉積、被動(dòng)大陸邊緣的淺海陸棚沉積）直接反映了盆地的形成機(jī)制和構(gòu)造位置。④同位素組成：沉積物的碳、氧、硫同位素組成可以指示物源區(qū)的氣候、古鹽度、生物演化以及盆地水-巖-氣相互作用過(guò)程，這些過(guò)程也與構(gòu)造背景密切相關(guān)。5.變質(zhì)作用對(duì)巖石的同位素組成和元素分布通常產(chǎn)生哪些影響？**解析思路：*影響分為對(duì)同位素組成和元素分布兩方面：同位素組成影響：①重同位素分餾：變質(zhì)反應(yīng)通常伴隨著溫度升高和流體參與，這會(huì)導(dǎo)致較重的同位素（如1?O,13C,1?N）傾向于進(jìn)入流體相或形成在較高溫度下穩(wěn)定的礦物，使得殘留礦物或地幔源區(qū)的同位素組成發(fā)生分餾，通常表現(xiàn)為變質(zhì)巖相對(duì)于原巖或地幔具有更高的1?O/1?O,13C/12C,1?N/1?N比值（除非發(fā)生去變質(zhì)作用）。②同位素交換：在變質(zhì)流體存在的情況下，同位素可以在不同礦物相之間發(fā)生交換，導(dǎo)致整個(gè)巖石系統(tǒng)的同位素均一化或形成特定的同位素分餾模式。元素分布影響：①元素遷移富集/虧損：變質(zhì)反應(yīng)使元素在不同礦物相間發(fā)生轉(zhuǎn)移。親石元素可能進(jìn)入流體或形成新的富集礦物（如云母、石榴子石），而親幔元素可能被排擠到流體中或虧損。②元素價(jià)態(tài)變化：氧化還原條件的變化會(huì)導(dǎo)致某些元素發(fā)生價(jià)態(tài)改變（如Fe2?/Fe3?比例的變化），影響其存在形式和分布。③元素礦物共生組合：特定的元素組合傾向于在特定的溫度、壓力和化學(xué)條件下形成特定的礦物共生，因此元素分布格局（特別是微量元素在特定礦物中的賦存狀態(tài)）是反映變質(zhì)條件和變質(zhì)相帶的指示礦物。④元素分餾程度：元素的分餾程度與變質(zhì)反應(yīng)的徹底性、變質(zhì)溫度、壓力以及流體的存在等因素有關(guān)。三、論述題1.詳細(xì)論述利用玄武巖的微量元素和稀土元素地球化學(xué)特征，區(qū)分板內(nèi)、板緣及板內(nèi)俯沖玄武巖的形成構(gòu)造環(huán)境。**解析思路：*開頭概述玄武巖地球化學(xué)指標(biāo)與構(gòu)造環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系。主體分述三種環(huán)境玄武巖的地球化學(xué)特征差異及判別依據(jù)：①板內(nèi)玄武巖（IAB）：通常具有低鈦（TiO?<5-6%）、低鋁（Al?O?相對(duì)較低）、低鉀（K?O低）、低總堿（Na?O+K?O低），富集大離子親石元素（LILE,如Rb,K,Ba,Th,U）相對(duì)于高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE,如Nb,Ta,Zr,Hf）的比值較高（如Rb/Sr,K/Rb,Ba/Nb>1），稀土元素總量（ΣREE）通常不高，輕稀土富集（LREE/HREE>1），無(wú)明顯Eu異?；蜉p微負(fù)異常。這些特征反映了其源區(qū)可能為富集地幔（可能受地幔柱或plume的影響），經(jīng)歷了低程度的部分熔融，且?guī)r漿上升通道相對(duì)暢通，未受到顯著的板塊俯沖流體影響。②板緣玄武巖（EAB）：通常具有中等或較高鈦（TiO?>6%），鋁和鉀含量變化較大，但相對(duì)于板內(nèi)玄武巖，其HFSE明顯虧損（Nb/Ta,Zr/Hf比值顯著降低），甚至出現(xiàn)“Nb,Ta礦物”的富集（如鉭鐵礦、鈮鈣礦）。LILE也可能發(fā)生虧損，但虧損程度通常不如HFSE。稀土元素總量變化較大，但常具有較平緩的球粒隕石配分模式或輕微的負(fù)異常。這些特征反映了玄武巖源區(qū)受到俯沖板塊帶來(lái)的流體（富集流體）的強(qiáng)烈萃取，導(dǎo)致HFSE虧損。虧損地幔楔在俯沖板片附近的部分熔融是主要成因機(jī)制。③板內(nèi)俯沖玄武巖（Intra-plateSubduction-RelatedBasalt,ISRB）：這是一種介于板內(nèi)和板緣玄武巖之間的類型，常見于俯沖板塊之下或其附近的地幔楔區(qū)域。它們通常具有比典型板內(nèi)玄武巖更高的HFSE虧損程度（但低于典型的板緣玄武巖），TiO?含量可能介于兩者之間或略高，LILE可能也發(fā)生一定程度的虧損，稀土元素配分模式常顯示輕稀土富集，但HREE虧損程度可能比板內(nèi)玄武巖更強(qiáng)，有時(shí)出現(xiàn)中重稀土分餾（MORB-likeHREEpattern）。它們的存在證明了俯沖作用對(duì)板內(nèi)地幔柱或地幔通量過(guò)程的疊加改造?？偨Y(jié)時(shí)強(qiáng)調(diào)需要綜合運(yùn)用多種元素比值（如LILE/HFSE,Nb/Ta,Zr/Hf）和微量元素蛛網(wǎng)圖（考慮原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化）進(jìn)行綜合判別，并指出實(shí)際案例中可能存在過(guò)渡類型和混合特征。2.結(jié)合地球化學(xué)證據(jù)（如同位素、微量元素），論述造山帶中不同成因花崗巖（如同碰撞花崗巖、造山帶后造山花崗巖）的形成機(jī)制及其構(gòu)造意義。**解析思路：*首先概述造山帶花崗巖的多樣性及其與構(gòu)造演化階段的關(guān)系。然后分別論述兩種主要成因類型：①同碰撞花崗巖（CIG）：形成機(jī)制：主要形成于造山帶碰撞階段的造山前陸或造山帶內(nèi)部。其形成機(jī)制主要包括：①地殼物質(zhì)的部分熔融（脫水熔融），這是最主要機(jī)制，源于俯沖板片帶來(lái)的流體對(duì)地殼的加熱和改造，導(dǎo)致斜長(zhǎng)石等富硅鋁礦物脫水形成富含H?O的熔體；②地幔物質(zhì)的部分熔融，尤其是在俯沖板片附近的地幔楔中，部分熔融的巖漿可能上升到地殼深處與殼源巖漿混合；③巖漿混合作用。地球化學(xué)證據(jù)：CIG通常具有高硅（SiO?>65%）、高鉀（K?O>2-3%）、高堿（Na?O+K?O）、高Rb,K,Ba,Th,U（LILE富集），高Ba/Nb,K/Rb比值；相對(duì)虧損HFSE(如Nb,Ta,Ti虧損）；常具有高2??Rb/2??Sm,1??Ar/3?K比值，反映其形成于較晚的構(gòu)造階段；常顯示強(qiáng)烈的Eu正異常，指示富硅鋁礦物（斜長(zhǎng)石）的分離結(jié)晶；鍶同位素組成（??Sr/??Sr）通常較高，接近或高于初始地幔值，反映其源區(qū)地殼貢獻(xiàn)大且后期可能受到地幔物質(zhì)的少量混入或流體交代。構(gòu)造意義：CIG的廣泛分布是造山帶碰撞階段地殼加厚、改造和部分熔融的重要證據(jù)，代表了造山帶演化進(jìn)入晚期，地殼達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)并發(fā)生大規(guī)模熔融的標(biāo)志。②造山帶后造山花崗巖（Post-collisionalGranites,PCG）：形成機(jī)制：主要形成于造山帶碰撞后松弛階段。其形成機(jī)制主要指向地幔源區(qū)的部分熔融（地幔柱、熱點(diǎn)或板內(nèi)裂谷活動(dòng)），或者是在碰撞后地殼伸展減薄過(guò)程中，地殼物質(zhì)的部分熔融，以及地幔巖漿與地殼巖漿的混合。地球化學(xué)證據(jù)：PCG通常具有中-高硅（SiO?變化范圍較大），堿含量相對(duì)較低（K?O<3-4%），鋁含量變化大；微量元素特征顯示LILE相對(duì)于HFSE的富集程度通常低于CIG，但高于板緣花崗巖，Nb/Ta比值相對(duì)較高，TiO?含量通常較低。同位素組成方面，鍶同位素組成（??Sr/??Sr）通常低于CIG，更接近或低于初始地幔值，反映地幔源區(qū)貢獻(xiàn)相對(duì)增加或地殼混入減少；鋇同位素（??Ba/3?K）組成可能顯示地幔來(lái)源的特征；氧同位素（1?O/1?O）組成可能介于碰撞前巖漿和地幔值之間。常顯示相對(duì)弱的Eu異?；驘o(wú)異常。構(gòu)造意義：PCG的出現(xiàn)標(biāo)志著造山帶碰撞造山事件的結(jié)束和構(gòu)造應(yīng)力松弛，地殼開始伸展減薄，地?；顒?dòng)重新變得活躍，或者地殼經(jīng)歷了后期改造。其廣泛分布是造山帶進(jìn)入后造山演化階段的標(biāo)志，反映了地殼物質(zhì)組成的調(diào)整和新的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)的啟動(dòng)?？偨Y(jié)時(shí)強(qiáng)調(diào)不同成因花崗巖的地球化學(xué)指紋與其形成機(jī)制和構(gòu)造背景的緊密聯(lián)系，以及利用地球化學(xué)數(shù)據(jù)重建造山帶演化歷史的重要性。3.分析盆地沉積記錄中地球化學(xué)指標(biāo)（如元素豐度、碳/氧同位素、硫同位素）如何反映盆地的沉降機(jī)制、物源演化和盆地演化階段。**解析思路：*開頭指出沉積記錄是盆地環(huán)境變化的直接載體，地球化學(xué)指標(biāo)是解讀這些變化的關(guān)鍵。主體分述三種指標(biāo)的應(yīng)用：①元素豐度：可以反映盆地的沉降機(jī)制和物源特征。例如，高氯（Cl）、高鈉（Na）、高鉀（K）含量通常指示海相蒸發(fā)巖沉積，反映盆地在干旱氣候下的封閉或半封閉環(huán)境，以及蒸發(fā)作用為主的沉降機(jī)制。高鈣（Ca）含量（如方解石含量高）可能指示水體較深、碳酸鹽平臺(tái)環(huán)境或富含生物碎屑。碎屑巖中，高SiO?,Al?O?,Na?O比值可能指示物源區(qū)為古老克拉通（成分成熟度高），而高TiO?,Fe?O?比值可能指示物源區(qū)為活動(dòng)邊緣或年輕造山帶（成分成熟度低）。微量元素（如Rb,K,Ba,Th,U,Sr）的地球化學(xué)行為和含量比值（如Rb/Sr,K/Rb,Ba/Nb）可以指示物源區(qū)的巖石類型、風(fēng)化殼性質(zhì)、氣候條件以及盆地的封閉程度。例如，高Rb/Sr比值可能指示物源區(qū)富含長(zhǎng)石和花崗巖。