分配系數(shù)理論ppt課件(完整版)

　　

【正文】 10 m) Mg2+: 197。 之后 ， 該理論被廣泛應(yīng)用于過渡金屬化學(xué)和地球化學(xué)之中 。 亨利定律和分配系數(shù) ? 拉烏爾定律和理想溶液 1887年法國(guó)化學(xué)家拉烏爾在研究溶液的蒸汽壓與溶液組成關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn) ， 某些溶液在恒溫下的蒸汽壓和它的組成之間呈線性關(guān)系 ， 即如果以摩爾分?jǐn)?shù) Xi表示溶液的組成 ， 符合以下線性關(guān)系： Pi= Pi0 Xi 式中 Pi為組份 i在 Xi濃度時(shí)的蒸汽分壓， Pi0為純組份 i在相同溫度下的飽和蒸汽壓。 William Henry 17751836 亨利定律 Henry’s law（ 1803） 亨利定律－ Henry’s law 在組份 i的稀溶液中（即摩爾分?jǐn)?shù) Xi → 0），物質(zhì) i的蒸汽壓 Pi與稀溶液的 Xi呈線性關(guān)系： Ki = Pi / Xi 式中 Ki為比例常數(shù)。 ∵ 理想氣體的化學(xué)勢(shì) ?i= ?i* (T)＋ RTlnai， ∴ 有 ?i*A＋ RTlnaiA=?i*B＋ RTlnaiB (2) lnaiA－ lnaiB= (?i*A－ ?i*B)/RT 去對(duì)數(shù)后，得： aiA/aiB= exp[(? i*B － ? i*A)/RT] = KiA/B (3) 如果 i濃度很低 , 則公式 (1) ki A / B= Ci A / Ci B 與 (3)式相等，濃度等于活度 。 總體分配系數(shù) , bulk distribution coefficient 當(dāng)固體由多相組成時(shí)，固／液相共存平衡體系中元素 i的分配系數(shù)稱為總體分配系數(shù)（ bulk distribution coefficient） 式中 Di為元素 i在某單一礦物中的分配系數(shù)；上標(biāo) a, b, …n 分別代表礦物 a, b, …n ；上標(biāo) l 表示與礦物平衡共存的液相； Xa， Xb， 礦 物 Q Or Pl Ho 元素分配系數(shù) Rb 0 Sr 0 Ba 0 ,0900 02 800 2100 6600200 140500 4101066020020501020............H o / lRbP l / lRbO r / lRbQ / lRbs / lRb?????????????????????礦 物 Q Or Pl Ho 元素分配系數(shù) Rb 0 Sr 0 Ba 0 結(jié)晶巖石的 Rb的總體分配系數(shù)等于 。 FFCC kos???11 (4) * * 根據(jù)積分中值定理： ? ????ba dxxfaby1? ???11axdxx aa ????F kos dFkFFCC111∵ ∴ 分離結(jié)晶 作用公式 2. 平衡結(jié)晶作用 Equilibrium Crytallization k = Cs / Cl， Cl = Cs / k = ? ?? ? kmmxxlolo/??∵ Co = xo / mo ， Cl = xl / ml 。但是需要用其它手段確定熔融過程中礦物組成的變化。 因此，結(jié)晶分離所產(chǎn)生的元素分異程度遠(yuǎn)比部分熔融大得多。 在非平衡條件下濃度降低很快；在平衡條件下趨于 kw=1。 巖 漿 對(duì) 流 ？ 流體能否在地球物理場(chǎng)中產(chǎn)生對(duì)流取，決于浮力是否能克服因流體粘度而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)阻力。 因此，巖漿在地幔中顯然能產(chǎn)生對(duì)流 粘性阻力浮力?????23/ dKdTKdTgRa???????根據(jù)火山噴出的熔巖體積和對(duì)深成巖體大小的直接測(cè)定 ， 一個(gè)巖漿房的體積可達(dá)若干平方公里 。 對(duì)于一個(gè) 粒度為 ～ 1 cm的固體礦物 而言 ，如果元素在其中的擴(kuò)散系數(shù)為 10－ 12cm2/s， 400～40,000年后固～液相之間即可達(dá)到平衡 。因此， 巖石部分熔融過程大多服從平衡熔融作用的公式 。 ?在平衡熔融作用中 ( Cl / Co,s = 1 / [ F + k ( 1－ F ) ])：∵ kH ( 1－ F ) ≈ 0, ∴ CHl ≈ CHo,s / F； ∵ kM F ≈ 0, ∴ CMl ≈ CMo,s/ ( kM +F ) 所以有： CHl/CMl = (CHo,s/F) / [CMo,s /(kM+F)] = (CHo,s/F) (kM+F)/CMo,s = (CHl kM+CHo,s) / CMo,s = CHl ( kM / CMo,s ) + CHo,s / CMo,s 因此，在 CHl/CMl對(duì) CHl作圖的圖解中，樣品投影點(diǎn)沿斜率為 kM / CMo,s的直線 分布。 實(shí) 例 考 察 ?設(shè)一種巖石含： Ce（鈰） 10 ppm (D=0，強(qiáng)不相容元素 ) Sr （鍶） 278 ppm (D=4，相容元素 ) ?開始發(fā)生 40％ 的平衡部分熔融； ?然后所形成的巖漿發(fā)生分離結(jié)晶作用，直至完全結(jié)晶； ?考察不相容元素和相容元素含量的變化。 鉀長(zhǎng)石的分離使熔體的 K/Rb比值明顯降低 。 ?黑云母 ：它具有比較平緩的稀土分配系數(shù)變化，因此， 對(duì)熔體的 REE濃度影響不大。 因此 ， 角閃石的分離使熔體內(nèi)的中稀土降低 。 REE在石榴子石中的分配系數(shù)變化極大 。它的不相容元素分配系數(shù)很低 ，對(duì)不相容元素只產(chǎn)生較小分餾；但它是控制 相容過渡元素 分異的主要礦物 。盡量選用不摻有與研究對(duì)象無關(guān)的其它雜質(zhì) 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。設(shè)該巖體先發(fā)生部分熔融 ,待其全部熔為巖漿后再發(fā)生分離結(jié)晶作用。 (3)估算源區(qū)的鉀 , 銣 ,鍶 含量。已知各元素的分配系數(shù)如下表所列。因此應(yīng)盡量選擇那些 在相同實(shí)驗(yàn)條件下一次測(cè)得的，并同時(shí)測(cè)定較多元素分配系數(shù)的數(shù)據(jù) 。 ? 石榴子石： 因?yàn)?Lu在石榴子石中的分配系數(shù)是 La的三個(gè)數(shù)量級(jí) （DLu=， DLa=） ， 所以石榴子石的分離將使 重稀土相對(duì)于輕稀土產(chǎn)生極端虧損 。 在玄武質(zhì)巖漿中 ， 因?yàn)?Lu在石榴子石中的分配系數(shù)是 La的三個(gè)數(shù)量級(jí) （ DLu=， DLa=） ， 所以 重稀土相對(duì)于輕稀土?xí)a(chǎn)生極端的虧損 。 當(dāng)巖石含較高的角閃石時(shí) （ 20％ ～30％ ） ， 對(duì)巖石的稀土元素含量有重要影響 。它們的存在能對(duì)熔體中的鉀含量起緩沖作用，而使熔體保持穩(wěn)定的鉀含量。 鍶和銣的分配系數(shù)在斜長(zhǎng)石中相差兩個(gè)數(shù)量級(jí) ， 所以 斜長(zhǎng)石的不斷分離使熔體 Rb/Sr比值急劇增大 。 相容元素 （ D = 4） 和不相容元素 （ D = 0） 在兩套成因巖石中有不同的分布 。 Joron, 1975 在 CHl/CMl對(duì) CHl圖解 中 ，分離結(jié)晶作用樣品的投影點(diǎn)呈水平分布 。 片麻巖角閃石和黑云 母中的 V2O3含量關(guān)系 樣品取自 400平方英里的片麻巖中。 如果巖漿形成的深度為 100～ 200公里 ， 不難算出它需要大約 1 107年才能到達(dá)地表 。 在熔體中 （ ～ 1200186。 公式中的符號(hào)分別為： a－熱膨脹系數(shù) ， ?T－流體垂直高度上的溫度變化 ， d－ 對(duì)流體系的高度 ， g－重力加速度 ， ?－流體密度 ， K－熱傳導(dǎo)率 ， ?－粘度 。 [C]＝ k (Co) / [ F + kw ( 1F ) ] )1()(][ ?? kwo FCkC（四）巖漿結(jié)晶和巖石熔融的 平衡分析 實(shí)際自然過程能否符合建立數(shù)學(xué)模型時(shí) 所做的平衡假設(shè) ? 結(jié)晶作用 一般規(guī)模的巖漿房分異結(jié)晶過程延續(xù)時(shí)間大致為～ 1 106年 。 ?在 10％ 、 50％ 和 ％ 的 平衡部分熔融 情況下 ， D = 10的強(qiáng)相容元素在熔體中的含量分別降至其源巖的 11％ 、 18%和60%； 然而 ?在相同熔融度的 分離結(jié)晶作用 中 ， 殘余熔體中 D = 10的強(qiáng)相容元素的濃度則僅為其母巖漿的 10－ 2 ‰ 和 50％ 。當(dāng)達(dá)到 F 熔融度時(shí)，這些熔體混合后的元素平均濃度 lC同樣可用積分中值定理求得： ? ?? ?????? ???? FoDol dFFDFCC 11110 （ 7） 解方程得： ? ?? ?Dol FFCC /111 ???相應(yīng)的非實(shí)比方程為： ? ??????? ??? lDolol DDFCC /1/11平衡（批次）熔融作用 Equilibrium or Batch Melting 與平衡結(jié)晶作用互為逆過程，因此可用同一個(gè)方程描述。 ∴ Cl = kFmm FmCmC oooloo/??????????平衡結(jié)晶 作用公式 kF FCCC lol )1( ??? ， Cl = Co / ［ k (1 F )+F］ (5) 或： Cl /Co= 1/［ k (1 – F )+F］ ,Cs=kCo /［ k(1 – F )+F ］ （二）部分熔融作用 實(shí)比過程 （ modal melting） ： 巖石按原有礦物的比例進(jìn)行熔融的過程。這類似于樣品人工分離不完全時(shí)的情況。 為了減小這一影響 ， 應(yīng)用 復(fù)合分配系數(shù) （ Compound partition coefficient） 或 標(biāo)準(zhǔn)化分配系數(shù) (Normalized dis