分配系數理論ppt課件(專業版)

　　

【正文】 在這些過程中巖石的礦物比例保持不變 ,即為實比過程。 ? 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 。 重稀土也有較小幅度降低 ， 并產生銪正異常 。 ?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 。 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。 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 。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 。這一差別尤其在強烈不相容元素上表現得特別顯著。 ∴ kmmmCmCClollool /???????????∵ F = ml / mo (熔融度 )， ml = F mo 。該定律又稱為“ 稀溶液定律 ”。 — 《 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。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 。 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 。 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 。 ∴ Cl = kFmm FmCmC oooloo/??????????平衡結晶 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 實比過程 （ modal melting） ： 巖石按原有礦物的比例進行熔融的過程。 ?在 10％ 、 50％ 和 ％ 的 平衡部分熔融 情況下 ， D = 10的強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 分離結晶作用 中 ， 殘余熔體中 D = 10的強相容元素的濃度則僅為其母巖漿的 10－ 2 ‰ 和 50％ 。 公式中的符號分別為： a－熱膨脹系數 ， ?T－流體垂直高度上的溫度變化 ， d－ 對流體系的高度 ， g－重力加速度 ， ?－流體密度 ， K－熱傳導率 ， ?－粘度 。 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年才能到達地表 。 Joron, 1975 在 CHl/CMl對 CHl圖解 中 ，分離結晶作用樣品的投影點呈水平分布 。 鍶和銣的分配系數在斜長石中相差兩個數量級 ， 所以 斜長石的不斷分離使熔體 Rb/Sr比值急劇增大 。 當巖石含較高的角閃石時 （ 20％ ～30％ ） ， 對巖石的稀土元素含量有重要影響 。 ? 石榴子石： 因為 Lu在石榴子石中的分配系數是 La的三個數量級 （DLu=， DLa=） ， 所以石榴子石的分離將使 重稀土相對于輕稀土產生極端虧損 。已知各元素的分配系數如下表所列。設該巖體先發生部分熔融 ,待其全部熔為巖漿后再發生分離結晶作用。它的不相容元素分配系數很低 ，對不相容元素只產生較小分餾；但它是控制 相容過渡元素 分異的主要礦物 。 因此 ， 角閃石的分離使熔體內的中稀土降低 。 鉀長石的分離使熔體的 K/Rb比值明顯降低 。 ?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 CHl作圖的圖解中，樣品投影點沿斜率為 kM / CMo,s的直線 分布。 對于一個 粒度為 ～ 1 cm的固體礦物 而言 ，如果元素在其中的擴散系數為 10－ 12cm2/s， 400～40,000年后固～液相之間即可達到平衡 。 巖 漿 對 流 ？ 流體能否在地球物理場中產生對流取，決于浮力是否能克服因流體粘度而產生的運動阻力。 因此，結晶分離所產生的元素分異程度遠比部分熔融大得多。 FFCC kos???11 (4) * * 根據積分中值定理： ? ????ba dxxfaby1? ???11axdxx aa ????F kos dFkFFCC111∵ ∴ 分離結晶 作用公式 2. 平衡結晶作用 Equilibrium Crytallization k = Cs / Cl， Cl = Cs / k = ? ?? ? kmmxxlolo/??∵ Co = xo / mo ， Cl = xl / ml 。 總體分配系數 , bulk distribution coefficient 當固體由多相組成時，固／液相共存平衡體系中元素 i的分配系數稱為總體分配系數（ bulk distribution coefficient） 式中 Di為元素 i在某單一礦物中的分配系數；上標 a, b, …n 分別代表礦物 a, b, …n ；上標 l 表示與礦物平衡共存的液相； Xa， Xb， 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（即摩爾分數 Xi → 0），物質 i的蒸汽壓 Pi與稀溶液的 Xi呈線性關系： Ki = Pi / Xi 式中 Ki為比例常數。 之后 ， 該理論被廣泛應用于過渡金屬化學和地球化學之中 。 Z＝ 40 化學元素的太陽系豐度 元素在太陽 系中的分布 (%) 1 2 3 （約 1%） 鎵在華南某黑云母花崗巖造巖礦物中的分配 （ 1） 測定巖體中各礦物百分含量 (A) （ 2） 測定各礦物中某元素的百分含量（ B） （ 3） 求出巖體中某元素