分配系數理論ppt課件(更新版)

　　

【正文】 tribution coefficient)可部分達到這一目的 。 拉烏爾定律和亨利定律可用來解釋許多地球物質的溶液行為 。性質十分相近的組份混合組成的溶液往往在整個濃度范圍內都符合這一規律。 晶 體 場 分 裂 t2g能量降低 eg能量增高 四面體和立方體配位 t2g軌道能量增高 eg 軌道能量降低 八面體位置優先能－ OSPE Octahedral Site Perference Energy Δc Δt Δo Δo: Δc: Δt = 1:(8/9):(4/9) OSPE: 八面體場中的離子比它處于四面體場中時的能量降低 ， 即穩定程度的增加 。 微量元素不單獨形成礦物，而“ 隱蔽 ”在性質相似的高豐度元素的礦物中。高等地球化學 高等地球化學 馬 東 升 南京大學 地球科學與工程學院 研究生課程 2022年 秋季版 第二章 分配系數理論和地球化學定量模型 參考教材： 《 地球化學 》 ， 科學出版社 ， 2022， 第 11章 ,第三節 主要內容 一、 元素的分布和分配 二、 分配系數理論 三、 巖漿作用的微量元素地球化學模型 四、主要造巖礦物和副礦物對巖漿微量元素含量的影響 五、分配系數的選擇 分布 ： 元素在某 一種 地質單元或天體中 （ 1） 整體統計含量 （ 對大單元特稱 豐度－ abundance）或 （ 2） 及其變化 分配： 元素在 不同 地質體 、 天體或物質相中的含量配置 一 、 元素的分布和分配 二次電子像 背散射電子像 陰極發光像 Si 面分布 K 面分布 Ca 面分布 礦物電子探針分析 Data from Cameron, 1959 ? 絕大部分由 H和 He組成； ? 豐度隨原子量增大而大幅度降低； ? 重元素 （ Z40） 豐度比較恒定； ? Li、 Be、 B低異常 ， Fe、 Ni高異常； ? OddoHarkins rule:偶數原子序數的元素豐度大于相鄰的奇數元素 。 ( 10－ 10 m) 完全類質同相的 鎂－鐵橄欖石 ? 具有相同電價和相似半徑的離子相互置換 鉀長石 ： Rb＋ → K＋ ； 碳酸鹽 ： Sr 2＋ → Ca 2＋ ； 橄欖石 ： Ni 2＋ → Mg 2＋ ； 鋁硅酸鹽 ： Ga 3＋ → Al 3+； 鋯石 ： Hf 4＋ → Zr 4＋ ； 硅酸鹽和石英 ： Ge 4＋ → Si 4＋ ； 鈮鐵礦 ： Ta 5＋ → Nb 5＋ 。 — 《 Mineralogical Applications of Crystal Field Theory》 Roger G. Burns, Cambridge University Press, 1970. 《 晶體場理論的礦物學應用 》 ， R. G. 伯恩斯 ， 科學出版社 ， 1977. Hans Bethe 19062022 過渡元素 ：具有部分充填的 d 或 f 殼層的元素 . d區元素：次外層1 ～ 10個電子 . I II III d電子層 2種類型5個軌道 電 子 云 的 分 布 e g t 2g 八面體晶體場 分裂參數 —Δo 簡併 分裂 t2g軌道中的每一個電子使離子穩定了 2/5 Δ0 eg中每一個電子使離子穩定性降低了 3/5 Δ0 Z軸 X或 y軸 電 子 云 晶體場穩定能 － CFSE（ Crystal Field Stabilization Energy): CFSE = － (2/5)Δo N(t2g) + (3/5) Δo N(eg) N(t2g)和 N(eg)分別為相應軌道中的電子數。 該實驗規律稱為拉烏爾定律。該定律又稱為“ 稀溶液定律 ”。 低濃度 → 理想氣體 復合分配系數 Compound partition coefficient 簡單分配系數易隨體系的基本成份而變化 。 Sr的總體分配系數等于 ? Ba的總體分配系數等于 ? 哪個是相容元素 ， 哪個是不相容元素 ？ 樣品分離不純對分配系數測定的影響 當巖漿結晶時，晶出的礦物與熔體之間的分離有時并不很完全，礦物之間甚至礦物中往往包捕獲有熔體。 ∴ kmmmCmCClollool /???????????∵ F = ml / mo (熔融度 )， ml = F mo 。 （二）部分熔融作用 分離熔融作用 Fractional Melting —— 瑞利熔融過程的推導 概念：只有剛熔融的，無限小部分的熔體 dml中的微量元素與已結晶出來的固相相平衡，即 無限小的連續分離 ： kmxdmdx ssll/? ? ? ???l lxomo lollolmmdmkxxdx 1整理后積分 ? ? ? ? lol mmloxolo mmkxx ??? ln1lnoloolommmkxxx ??? ln1lnkososmmxx/1?????????去對數后得： kososmmxx/1?????????ms / mo = 1–F（凝固度） ? ? kosFxx /11 ??轉化為濃度 C（兩邊同乘 mo / ms,即 1/(1 – F)） 得到 : ? ?? ? 1/11/ ??? kooss Fmxmx ? ?? ? 1/11 ??? kosFCC， ∵ Cs = Cl k， ∴ ? ? ?????? ??? 1111 kol FkCC(6) 分離熔融 作用公式 實比過程（ modal melting） : ? ?? ? 1/11 ??? oDool FDCC非實比過程： ? ? 1/11???????????oDoloolDFDDCC？ ? ?? naailoil XDD /進入液相已熔融礦物的總分配系數： 累積熔融作用 Incremented Fractional Melting —— 連續分離熔體在體系中的聚集和混合 根據公式（ 6）， Cl為每次瞬間產生的熔體中元素的濃度。這一差別尤其在強烈不相容元素上表現得特別顯著。 在 k10時 ，低固結度下兩個公式結果一致 ， 但在高固結度時 （ 80% ) 出現差異 。這兩種力的比率稱為瑞利數（ Rayleigh Number）： 粘性阻力浮力?????23/ dKdTKdTgRa??????Ra是一個無量綱值 。在這種條件下 ， 即使巖漿的粘度達到 108泊 ， 也可能發生對流 。 板塊的平均擴張速度大致為 2cm/年 ， 所以地幔熔融物質上升及其在巖漿房中的停留時間也應有同樣的速度 。 綜上所述，盡管巖漿作用包括許多復雜的過程，但其中 分離結晶 和 平衡部分熔融 是兩種在自然界中最常發生的過程。 鄰近冰島的雷克雅奈斯洋中脊樣品呈批次部分熔融的趨勢；而在冰島則可能在淺部發生分離結晶作用 from Treuil amp。 40％ 的平衡部分熔融過程 ? C l/C o = 1 / [ F + D ( 1－ F ) ] 熔融度 F 變異系數 Ce D=0 C l / C o 10 5 ppm (10) 100 50 25 Sr D=4 C l / C o ppm (278) 89 100 分離結晶作用 ? Cl/Co = F D1 熔融度 F 變異系數 Ce D=0 C l / C o ppm (25) 50 Sr D=4 C l / C o ppm (100) 73 51 34 22 13 當某一源巖先部分熔融后 ， 再通過分離結晶固結成巖所形成的一系列巖石的過程 ， 將會在這一對微量元素的含量變化上反映出來 。 ?斜長石 ： 鍶是相容元素 （ D＝ ） ， 銣是不相容元素 （D=） ， 斜長石的分離使熔體中 Sr貧化 ， Rb增高 。黑云母與鉀長石是花崗巖類中主要的兩種富鉀礦物。 重稀土也有較小幅度降低 ， 并產生銪正異常 。 因此 ， 當石榴子石作為與熔體平衡的殘留礦物存在于巖漿源區時 ， 火成巖中的重稀土相對于輕稀土會產生明顯的虧損 。 ? 尖晶石： 巖石中含量通常很低 ，它對微量元素濃度的影響不大 。 4. 在研究多元素時（如一套 LIL、 HFS或稀土元素），不同元素分配系數之間精確的相對關系比其絕對值更重要。在這些過程中巖石的礦物比例保持不變 ,即為實比過程。 練習 題 2.