分配系數(shù)理論ppt課件-wenkub.com

　 　

【正文】 求 : (1)上述數(shù)據(jù)是否表明 該包體是來自玄武 巖源區(qū)的捕虜體 ? (2)在對(duì)問題 (1)求解基 礎(chǔ)上估算這種包體 形成時(shí)的熔融度 F (假定源區(qū)稀土元素 豐度是球粒隕石的 1— 2倍 )。 試計(jì)算熔融度分別為 10%、 20%、 40%和 80%時(shí)這兩種過程所產(chǎn)生的熔體中 Rb、 Sr和 Ba的含量 ,并以表格的形式列出 。已測(cè)得該巖體的 Rb、 Sr、 Ba含量分別為 30ppm、 500ppm和 600ppm。 5. 研究基性巖漿時(shí)，應(yīng)首選在 1200～ 1400 ℃ 條件下用天然玄武質(zhì)熔體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得的分配系數(shù) 。如用離子探針獲得的數(shù)據(jù)顯然優(yōu)于全巖或全礦物分析。 五、分配系數(shù)的選擇 1. 盡量選擇那些在與被研究體系的性質(zhì)，尤其是 化學(xué)成份最接近條件下測(cè)定的分配系數(shù) 。 ? 橄欖石： 是地幔中最常見礦物 。 ?其它副礦物 ：即使它們的含量較低，但因?yàn)樵谥兴嵝詭r漿中都有較高的 REE分配系數(shù)，如鋯石、磷灰石、榍石等，因此會(huì)對(duì)稀土元素分配有較大影響。 當(dāng)它以顯著的量與熔體分離時(shí) ， 造成熔體明顯的重稀土虧損 ， 并產(chǎn)生銪正異常 。 ? 輝石 ：對(duì)熔體微量元素的影響類似于角閃石 。 在中 、 酸性巖漿中 ，REE對(duì)角閃石是相容元素 ， 并且在 Gd～ Er之間有最高的分配系數(shù) 。 黑云母的分離將使熔體的 Rb/Sr比值降低， Sr/Ba比值增加 。 如果斜長(zhǎng)石中有較高的 K呈固溶體存在 ，Rb和 Ba的分配系數(shù)會(huì)明顯增高 （ 鉀長(zhǎng)石： DRb＝ ， DBa＝， Philpotts et al., 1970；歪長(zhǎng)石： DRb＝ ， DBa＝ ，Sun et al.， 1976） 。 斜長(zhǎng)石的高 Eu正異常 （ D=） 造成熔體的 Eu負(fù)異常 。鉀長(zhǎng)石會(huì)造成熔體有很高的 Sr/Ba比值 ， 并且使熔體中的 Rb/Sr增加 ， 但增加的速率不像斜長(zhǎng)石那樣快 。圖中百分?jǐn)?shù)為熔融度 F。 （ 2）利用分配行為相反的微量元素 在熔融度為 0～ ， 分配系數(shù)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(wěn)定 ， 變化小于強(qiáng)不相容元素 ； 在熔融度為 1～ ， 分配系數(shù)明顯大于 1的 相容元素在分離結(jié)晶作用中 的 含量變化 明顯 大于強(qiáng)不相容元素 （D→ 0） 。 在 CHl/CMl對(duì) CHl圖解 中 ， 平衡部分熔融的樣品投影點(diǎn) 沿斜率為 kM /CMo,s的直線分布 。 ?在分離結(jié)晶作用中 ( Cl = Co,lF (k1) )： ∵ CMl ≈ CMo,l/F, CHl ＝ CHo,l/F ∴ CHl/CMl ＝ CHo,l/CMo,l ＝ 常數(shù) 因此，在 CHl/CMl對(duì) CHl作圖的圖解中，樣品投影點(diǎn)呈水平分布。這兩種礦物中的 Mn（低含量時(shí)）和 Ti的分布也呈直線關(guān)系，表明巖體已達(dá)到平衡。所以元素在深熔作用期間也應(yīng)當(dāng)達(dá)到平衡。 在這段時(shí)間內(nèi)固體礦物和熔體應(yīng)早已達(dá)到平衡 。 *元素在晶體中的典型擴(kuò)散系數(shù) d為 1011～ 1013cm2/s 部分熔融： 在部分熔融過程中 ， 因?yàn)樵卦谌垠w中的擴(kuò)散較快 ， 并且在巖漿房中可能存在對(duì)流 ， 所以熔體往往是均質(zhì)的 。C） 元素的擴(kuò)散系數(shù)大約為 107cm2/s*， 所以巖漿熔體的成份基本上是均勻的 。取決于不同的邊界條件，估算的地幔臨界瑞利數(shù)約為 1,000～ 5,000，大致為 103數(shù)量級(jí)。 當(dāng)浮力足以克服粘性阻力 ， 而剛剛可能使流體產(chǎn)生對(duì)流時(shí)的瑞利數(shù)稱為臨界瑞利數(shù)Rac。 因此 ， 一旦礦物從熔體中結(jié)晶與熔體隔離 ， 元素在固體礦物中就很難均勻分布而與殘余巖漿達(dá)到平衡 。 在 1100～ 1200186。 d(m(C)) ＝ [C]wd(C) ∵ [C] ＝ k (C)， )(][][)()(][ lll mdwCCdkmmdkC ????整理后得： ][][)()()1(CCdmmdkwll??∴ ∵ Fmm ol?∴ （ ml) = (mo)F d(ml)=modF FdFkwCCd )1(][][ ??? ???][)( 1)1(][][CCkFo FdFkwCCd兩邊積分 )(][)][( ll mdwCkCmd ????熔融度 巖漿的質(zhì)量 初始巖漿質(zhì)量 FkwCkCo ln)1()(][ln ?? )1()(][ ?? kwo FCkC去對(duì)數(shù) 不滲透 巖漿房的熱液分異 （平衡過程） 在平衡的熱液分異過程中，初始巖漿中元素的減少量等于熱液中的量： （ Como) (C l ml) = w (moml) [C] 根據(jù) [C]＝ k（ C）的條件，推導(dǎo)可得： [C]＝ k (Co) / [ F + kw ( 1F ) ] )1()(][ ?? kwFCkC o[C]＝ k (Co) / [ F + kw ( 1F ) ] 虛線： 實(shí)線： 平 衡 非 平 衡 元素在含水 10％ 巖漿熱液分異中的 富集度 [C]／ (Co) k = [C] / (C) 在 k＝ 10時(shí) ,因?yàn)?kw=1,元素在熱液相中的濃度不變；當(dāng) k10時(shí) ， 元素在熱液中的濃度隨固結(jié)度增高而降低 。 ?Cl/Co = F D1 分離結(jié)晶作用 ?Cl/Co = 1 / [ F + D (1－ F) ] 平衡部分熔融 相容元素 兩類不相容元素： 小半徑高電荷的 高場(chǎng)強(qiáng)元素 （ HFS， High Field Strength)－ REE， Th， U， Zr， Hf， Nb， Ta。 當(dāng) D (k)《 1時(shí)？ 這兩種過程的差別主要在于 分配系數(shù)在分離結(jié)晶中呈指數(shù)形式，而平衡部分熔融時(shí)則在分母中。通過對(duì)分配系數(shù)公式的整理和與上述同樣方法定義熔融度，不難導(dǎo)出微量元素在完全平衡條件下結(jié)晶或熔融時(shí)分配的公式： Cl / Co = 1 / [ F + k ( 1－ F ) ] 在非實(shí)比過程的情況下，公式變?yōu)? Cl / Co = 1 / [ k + F ( 1－ D ) ] 其中 D代表當(dāng)熔融度為 F 時(shí)被熔融掉的礦物組合的總體分配系數(shù)。這顯然更符合實(shí)際的情況。在整個(gè)熔融進(jìn)程中，固相礦物的比例不變，從而總體分配系數(shù)也不改變。 1???? kos FCkC (3)。 設(shè)測(cè)定含基質(zhì)的斑晶得到的為元素 i的 表觀分配系數(shù)[k]is/l， 它 和實(shí)際分配系數(shù) kis/l的關(guān)系為： [k]is/l = kis/l (1 a) + a 式中 a 為被捕獲熔體的量 l’與有關(guān)礦物固體的量 s之比，即l’/s。 求結(jié)晶巖石的總體分配系數(shù) 。 Xn分別為礦物 a, b, …n在巖石中的比例分?jǐn)?shù)。 因此，對(duì)難溶電解質(zhì)而言，平衡常數(shù)為： K = (acrl/acrAs) /(atrl/atrAs) = K sp(crA) / K sp(trA) (6) 即 cr和 tr純晶體的溶度積之比。 為了與分配系數(shù)相區(qū)別 ， 以下用 D表示復(fù)合分配系數(shù) ，其定義為： 下標(biāo) cr：攜帶元素 ,即可被微量元素置換的常量元素； tr：置換常量元素的微量元素；下標(biāo) s和 l分別表示固 、 液相； ktrs/l和 kcrs/l分別為有關(guān)微量元素和常量元素在固／液相中的簡(jiǎn)單分配系數(shù) 。即有： ?iA=?iB。 固溶體的許多常量組份混合行為符合拉烏爾定律 ， 如橄欖石中的鎂橄欖石和鐵橄欖石組份；而亨利定律則常用來描述微量元素 ， 如橄欖石中的鎳 。 因此 ， 在高度稀釋時(shí) ， 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(shù) ,又稱 亨利常數(shù) 。這類溶液稱為 理想溶液 。 在此基礎(chǔ)上已經(jīng)發(fā)展起來了許多我們目前賴以進(jìn)行地球化學(xué)研究的理論和方法 ， 如 地質(zhì)溫度計(jì) 、 壓力計(jì) 、 氧逸度計(jì) ， 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(xué)模型 。 CFSEt = (2/5)Δt N(t2g)－ (3/5) Δt N(eg) 立方體晶體 場(chǎng)分裂參數(shù) 四面體晶體 場(chǎng)分裂參數(shù) 八面體晶體 場(chǎng)分裂參數(shù) 八面體位置優(yōu)先能－ OSPE 優(yōu) 先 能 元素進(jìn)入早期結(jié)晶礦物的順序 二價(jià)離子： Ni(Cr)(Cu)CoFeMn≥Ga, Zn。 Orgel（ 1952） 應(yīng)用晶體場(chǎng)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(shì) 。 隱蔽 （ Camouflage）： (3) 若兩種離子的半徑相似，但電荷不同，則具較高電荷者優(yōu)先從液相進(jìn)入固相。 Isobaric TX phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen and Shairer (1932), Amer. J. Sci. 5th Ser., 24, 177213. From Winter (2022) An Introduction