分配系數理論ppt課件(存儲版)

　　

【正文】 解不多，但對變質巖的研究發現，許多高級變質作用就已達到巖相平衡。 ?超親巖漿元素 H （ hypermagmatophile element) 總體分配系數近于 0 （明顯小于 ~） , 如 Ta, Th, La, Ce（ LREE） 。 ?因此，當源巖先部分熔融，然后再經分離結晶固結成巖后，在所形成的一系列巖石中，這一對微量元素的含量變化將反映出這一演化過程。 但是它的 Ba分配系數 (DBa＝ )比斜長石高得多 。 除了 Sr、 Rb和 Eu之外 ， 斜長石對其它元素在熔體中的變化都影響都不大 。 角閃石的結晶主要對熔體的稀土分配有影響 。 ?石榴子石 ：具有極低的 Rb、 Sr、 Ba、 K和輕稀土分配系數 ， 以及高的重稀土分配系數 。 ? 角閃石： 因其在低壓和高溫 （1100℃ ） 下不穩定 ， 故在玄武巖中較少出現 。 3. 為了避免污染，最理想的是使用 原地微量分析技術 。這三種礦物在巖石中的比例大致各占 1/3。 計算中涉及到的玄武巖和包體礦物中元素的分配系數如下： 樣品 Ce Yb K Rb Sr 單斜輝石 橄欖石 已知橄欖單斜輝石巖包體含 80%橄欖石和 20%輝石。 礦物 Rb Sr Ba 鉀長石 斜長石 石 英 0 0 0 銣、鍶和鋇在礦物中的分配系數 練習 題 1. 對一種含橄欖單斜輝石巖包體的玄武巖成因進行研究。 6. 盡量 排除那些分配系數強烈受成份或溫度影響的元素 ，如 Ni。 2. 經驗表明，無論是直接測定天然樣品或經實驗得到的分配系數往往偏高。 鋯石產生重稀土虧損 ， 磷灰石主要形成中稀土虧損 ，兩者都產生銪正異常； 榍石也形成中稀土虧損 ；而 獨居石和褐簾石則造成輕稀土虧損 （二）玄武質巖漿 ?在玄武質巖漿中，除了 2＋、 3＋價過渡元素和石榴子石中的重稀土之外 ， 大多數微量元素具有較低的礦物－熔體分配系數 。 但因為其中稀土元素的分配系數相對較低 ， 尤其是紫蘇輝石 ， 所以對REE的影響比角閃石更小 。 ?DRb=， DSr=， DBa= ?角閃石 ： 對熔體 Rb、 Sr、 Ba和 K含量影響不大 。斜長石 Eu異常強度隨氧逸度和溫度降低而增高 。由于 Ce的分配系數為零 ，它在部分熔融和分離結晶作用中的濃度按 Cl/Co＝ 1/F的趨勢變化 。 ?在熔融度為 0～ ：分配系數明顯大于1的 相容元素 ， 在平衡部分熔融作用 中的含量變化比較穩定 ， 變化小于強不相容元素 。 如果微量元素在巖體各部分樣品的礦物對中有幾乎一致的分配系數，則表明該巖體是在平衡條件下形成的 （五）分配系數和微量元素 地球化學模型的應用 部分熔融與分離結晶作用的甄別 在火成巖及其有關礦產成因研究中經常遇到的問題是：所研究的 巖石或巖套是部分熔融形成的還是經分離結晶作用產生的？它們與源巖或母巖漿的關系如何？ 利用分離結晶和平衡部分熔融作用模型公式的性質有可能加以鑒別。 花 崗 巖 類 ？ 花崗質巖石的部分熔融發生在相對低溫的地殼中，并且粘度更大。 由此可見 ， 巖漿結晶過程一般應遵循瑞利分餾定律 ， 即符合分離結晶作用方程 。 必須在 RaRac的條件下才能發生對流 。C的溫度下 ， 元素在晶體中的典型擴散系數 d為 1011～ 1013cm2/s。 2 、 低場強 大 離 子 親 石 元 素 （ LIL ， Large–Ion Lithophile)－ K， Rb， Cs， Ba， Pb2＋ ， Sr， Eu2＋ 不相容元素 Cl / Co = 1 / [ F + k ( 1－ F ) ] F→1 ， C l /C o→1 （三）飽和含水巖漿的熱液分異 初 始 巖 漿 熱液 H2O 硅酸鹽熔體 結晶礦物 含水巖漿 K1=CH2O/Cmelt K2=Csolid/Cmelt 當 K2→0 時 在含水巖漿的結晶作用中，如某微量元素 i基本上不進入固相，即其 kis/l《 1時，可近似地只考慮 i 僅在硅酸鹽熔體和熱液之間分配： k = [C] / (C)（下標 i 省 略，下同） 其中 ［ C］ 為元素在熱液中的濃度 ， （ C） 為元素在熔體相中的濃度 。 共同特征： D (k) 1時， Cl Co。這是一種為了計算方便而采取的簡化處理，或因難以獲得巖漿結晶歷史中實際礦物組成變化的信息而采取的一種近似方法。上式表明，當固相中的粒間熔體含量增高或樣品分離不完全時，測得的表觀分配系數總是趨于 1。 nlnibnalbialaialailsi XDXDXDXDD ???????????? ?/////?分配系數： kiA/B= CiA /CiB (1) ??i*A＋ RTlnaiA=? i*B＋ RTlnaiB (2) R：氣體常數＝ ／度 (4) 復合分配系數的熱力學意義 a aa acrl crAstrl trAs//Ds/ltrcr實質上是理想溶液中 tr和 cr之間的平衡置換常數 例如，在 K[AlSi3O8]＋ Rb= Rb[AlSi3O8]＋ K＋ 的反應中，Rb（ tr） 置換鉀長石中的 K（ cr） 。 亨利定律常用于描述微量元素分配系數 —— 它是一種與亨利常數有關的可測定的量 。不符合拉烏爾定律的溶液則稱為 非理想溶液 。 三價離子： Cr(Mn)CoVTi FeSc,Ga (… ): 畸變效應影響 巖漿： 四面體＋八面體 造巖礦物：八面體 二、分配系數理論 分配系數理論本身源于化學熱力學 。 ? 相對于較小半徑而言 ， 離子半徑差不超過 15％ ? 電荷平衡： K+ + Si4+ ? Sr2+ (Ba2+) + Al3+（ 鉀長石 ） 2LiF → MgO （ 云母 ） 捕獲 （ capturing）：較低 離子勢（ Z / r） 的主元素被較高 離 子勢 的離子置換（ 優先 — 早期置換 ） 獨居石： Th 4+ → Ce 3＋ ；鈦的礦物： Nb 5＋ → Ti 4＋ ； 鎂硅酸鹽： Sc 3＋ → Mg 2＋ ；長石： Sr 2＋ 或 Ba 2＋ → K＋ 允許 （ admission）：較高 離子勢 的主元素被較低 離子勢 的離 子置換（ “勉強” — 晚期置換 ） Mg 2＋ 被 Li＋ 置換， O 2－ 被 F－ 置換 Ringwood的補充法則和負電性 具有較低負電性的離子優先進入固相 負電性 Electronegativity: The power of an atom in a molecule to attract electrons to itself. ? 兩種具有相同負電性的原子形成 非極性共價鍵 ： ΔEN (Pauling scale)； ? 兩種負電性相差較小的原子形成 極性共價鍵： ΔEN 2； ? 兩種負電性相差很大的原子形成 離子鍵 : ΔEN 2。 Zr: 193 ppm (UC) (+4, VI) Hf: ppm (UC) (+4, VI) Nb: 12 ppm (UC), (+5,VI) Ta: ppm (UC), (+5,VI) Zr: 193 ppm (UC), (+4, VI)。 Isobaric TX phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen and Shairer (1932), Amer. J. Sci. 5th Ser., 24, 177213. From Winter (2022) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. 鐵橄欖石 鎂橄欖石 Fe2＋ : 197。 Orgel（ 1952） 應用晶體場理論 （ Bethe,1929） 解釋了第一過渡系列金屬離子的水合熱變化趨勢 。 在此基礎上已經發展起來了許多我們目前賴以進行地球化學研究的理論和方法 ， 如 地質溫度計 、 壓力計 、 氧逸度計 ， 同位素分配理論 以及將要介紹的 巖漿作用微量元素地球化學模型 。 因此 ， 在高度稀釋時 ， 組份的活度與其濃度之間呈正比例變化 ， 在右圖中用虛線表示 ， 即有： ai = hi Xi 式中 hi是比例常數 ,又稱 亨利常數 。即有： ?iA=?iB。 因此，對難溶電解質而言，平衡常數為： K = (acrl/acrAs) /(atrl/atrAs) = K sp(crA) / K sp(trA) (6) 即 cr和 tr純晶