《地球化学：高等微量元素地球化学 第三章 分配系数及其影响因素》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地球化学：高等微量元素地球化学 第三章 分配系数及其影响因素（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高等微量元素地球化学高等微量元素地球化学第三章 分配系数及其影响因素第一节 分配系数分配系数是微量元素地球化学研究中极重要的参分配系数是微量元素地球化学研究中极重要的参数数, ,没有分配系数值没有分配系数值, ,微量元素定量模型就无法建微量元素定量模型就无法建立立地球化学文献中一般讨论的都是地球化学文献中一般讨论的都是能斯特分配系数能斯特分配系数, ,即简单分配系数即简单分配系数在实际应用中往往还需引入在实际应用中往往还需引入各种复杂条件下相应各种复杂条件下相应的分配系数的分配系数( (岩石的分配系数、复合分配系数等岩石的分配系数、复合分配系数等) )第三章 分配系数及其影响因素达到平衡时:第
2、一节 分配系数第一节 分配系数KD称为分配系数,or能斯特分配系数能斯特分配系数对于稀溶液来说,活度系数为1，所以分配系数KD为该微量元素在两相中浓度比值：KD=X/X第一节 分配系数第一节 分配系数KD=X/X1该微量元素更多地进入该微量元素更多地进入相相KD=X/X=1该微量元素在两相中浓度相等该微量元素在两相中浓度相等第一节 分配系数岩石的分配系数(Di)：用于研究微量元素在矿物集合体(岩石)及与之平衡的熔体之间的分配关系,常用岩石中所有矿物的分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和表达:第一节 分配系数式中:n为含微量元素i的矿物数; Wj为第j种矿物的质量百分数（%） KDi为第j种矿物对
3、微量元素i的简单分配系数。Di 亦称总体分配系数第一节 分配系数复合分配系数:亦亦称称交交换换分分配配系系数数, ,或或亨亨德德森森(Henderson)(Henderson)分分配配系系数数. .它它既既考考虑虑微微量量元元素素在在两两相相中中的的比比例例, ,也也考考虑虑与与微微量量元元素素置置换换的的常常量量元元素素在在两两相相中中的的浓浓度度比比例例, ,能能较较真真实实地地反反映映两两者者之之间间类类质质同同象象交交换换对微量元素分配的影响对微量元素分配的影响第一节 分配系数复合分配系数表达式为复合分配系数表达式为: :Dtr/cr=(cstr/cscr)/(cltr/clcr)式中
4、:s、l分别代表固相(晶体)和液相(熔体);tr为微量元素;cr为被置换的常量元素;c为浓度第一节 分配系数例如例如NiNi2+2+在橄榄石和熔体之间的分配系数可用在橄榄石和熔体之间的分配系数可用被置换的常量元素被置换的常量元素MgMg2+2+的复合分配系数来表示的复合分配系数来表示, , 其交换反应为其交换反应为: :MgMg2 2SiOSiO4 4+ Ni+ Ni2 2Si0Si04 4 = Ni= Ni2 2Si0Si04 4 + Mg+ Mg2 2Si0Si04 4 橄榄石橄榄石( (大量大量) ) 熔体熔体 橄榄石橄榄石 熔体熔体其其复合分配系数复合分配系数: :D DNi/MgNi
5、/Mg=(C=(CNiNi/C/CMgMg) )橄榄石橄榄石/(C/(CNiNi/C/CMgMg) )熔体熔体分配系数的确定分配系数的确定以岩浆作用过程中微量元素在结晶相（固相）和熔体相（液相）中的分配系数目前有两种测定方法：1. 直接测定法：直接测定地质体中两平衡共存相如火山 岩中的斑晶和基质中微量元素浓度， 再按分配定律进行计算。斑晶代表熔体 结晶过程中形成矿物，基质代表熔体相第一节 分配系数2. 实验测定法：用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的 玻璃物质，实验使一种矿物与之达到微 量元素的分配平衡，然后测定元素在两 相中的浓度，计算得到分配系数一、体系组分的影响-岩浆岩化学成分的变化在很大
6、程度上取决于硅酸盐熔体的结构，一个矿物与不同硅酸盐熔体共存时，微量元素分配情况明显不同，如斜长石中钙长石含量增多，稀土元素Eu在斜长石与熔体间的分配系数趋于减小, 即EuEu在斜长石与熔体间的分配系数随着体系中在斜长石与熔体间的分配系数随着体系中SiOSiO2 2 的增加的增加而增大而增大。第二节 分配系数的影响因素第二节 分配系数的影响因素2、玄武质岩浆、玄武质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 第二节 分配系数的影响因素1.玄武质岩浆玄武质岩浆2007更可靠的分配系数2、花岗质岩浆、花岗质岩浆第二节 分配系数的影响因素二、主
7、要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 微量元素微量元素作为岩石成因指示作为岩石成因指示Ni,Co,Cr 强相容元素.Ni(和Co)主要分布在橄榄石中,Cr主要分布在尖晶石、辉石中岩石中这些元素浓度高指示岩浆起源于地幔源.V,Ti主要分布在Fe-Ti氧化物中(钛铁矿或者钛磁铁矿.如果它们之间行为不一致Ti最有可能进入到榍石或者金红石中Zr,Hf极不相容元素，主要集中在锆石、独居石等副矿物相，但是可以替换Ti,进入到钛铁矿、榍石和金红石相Ba,Rb不相容元素，主要在钾长石、云母和角闪石中替代K，在角闪石中Rb少于在钾长石和云母，因此，Rb/Ba
8、和K/Ba可以区分这些相Sr主要分布在斜长石中替代Ca，但是不能替代辉石中的Ca，少量替代钾长石中的K。低压下在斜长石稳定范围内是相容元素，在高压下，斜长石不能稳定存在时是不相容元素REEs石榴石中非常富集HREEs，而LREEs相对较少,辉石和角闪石同样富集HREEs，而LREEs相对较少但是富集程度没有石榴石高。而榍石和斜长石主要富集LREEs，Eu+2+2主要富集在斜长石中主要富集在斜长石中Y通常与HREEs行为一致，主要富集在石榴石、辉石和角闪石中，副矿物榍石和磷灰石也富集Y，因此，这些矿物和副矿物存在时对Y的行为有明显影响 据据 Green(1980).Tectonophys.,Gr
9、een(1980).Tectonophys.,6363,367-385.,367-385.第二节第二节 分配系数的影响因素分配系数的影响因素通常所说的相容元素和不相容元素总体上是针通常所说的相容元素和不相容元素总体上是针对铁镁质岩浆而言，其中对铁镁质岩浆而言，其中LILEsLILEs和和HFSEsHFSEs，通常，通常是不相容元素，但是对于长英质岩浆它们是对是不相容元素，但是对于长英质岩浆它们是对某些矿物是相容的，而对其它矿物不相容某些矿物是相容的，而对其它矿物不相容 ，例如例如石榴石中的石榴石中的HREEsHREEs斜长石中的斜长石中的SrSr2+2+ 、EuEu2+2+钾长石中的钾长石中的
10、BaBa2+2+ 第二节 分配系数的影响因素二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 在玄武质岩浆中，因为在玄武质岩浆中，因为LuLu在石榴子石中的分配系数是在石榴子石中的分配系数是LaLa的三的三个数量级（个数量级（DLu=39.755DLu=39.755，DLa=0.390DLa=0.390），所以重稀土相对于），所以重稀土相对于轻稀土会产生极端的亏损轻稀土会产生极端的亏损第二节第二节第二节第二节 分配系数的影响因素分配系数的影响因素分配系数的影响因素分配系数的影响因素1、玄武质岩浆、玄武质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含
11、量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 钾长石：钾长石：钾长石有高的Sr、Ba分配系数和低REE（Eu除外）分配系数（DSr3.87，DEu=1.13，DREE=0.00n)，与斜长石相似。DRb=0.38，但它的Ba分配系数则比斜长石高得多（DBa6.12）。钾长石会造成熔体的Sr/Ba比值增加比值增加，并且使熔体中的Rb/Sr大幅度增加大幅度增加。钾长石的分离也将使熔体的K/Rb比值比值明显降低明显降低钾长石分离结晶导致熔体强烈负熔体强烈负EuEu异异常常第二节第二节第二节第二节 分配系数的影响因素分配系数的影响因素分配系数的影响因素分配系数的影响因素2. 2. 花岗质岩
12、浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 斜长石：锶是相容元素（斜长石：锶是相容元素（D4.4），），铷是不相容元素（铷是不相容元素（D=0.04），斜长石），斜长石的分离使熔体中的分离使熔体中Sr贫化，贫化，Rb增高；增高；锶和铷的分配系数在斜长石中相差两个数量级，所以斜长石的不断分离使斜长石的不断分离使熔体熔体Rb/Sr比值急剧增大比值急剧增大。斜长石的高斜长石的高Eu正异常（正异常（D=2.15）造）造成熔体的成熔体的Eu负异常负异常第二节第二节 微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的
13、应用微量元素地球化学模型的应用2. 2. 花岗质岩浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 黑云母：它具有比较平缓的稀土分配系黑云母：它具有比较平缓的稀土分配系数变化，因此，对熔体的数变化，因此，对熔体的REEREE浓度影响不浓度影响不大大黑云母与钾长石是花岗岩类中主要的两黑云母与钾长石是花岗岩类中主要的两种富钾矿物。种富钾矿物。黑云母的分离将使熔体的黑云母的分离将使熔体的Rb/SrRb/Sr比值降低，比值降低，Sr/BaSr/Ba比值增加。比值增加。DRb=3.26DRb=3.26，DSr=0.12DSr=0.12，DBa=
14、6.36DBa=6.36第二节第二节 微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用2. 2. 花岗质岩浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 角闪石：对熔体角闪石：对熔体RbRb、SrSr、BaBa和和K K含量影响不大，含量影响不大，K K和和RbRb在角闪石中的分配系数都很小（在角闪石中的分配系数都很小（DK=0.081DK=0.081，DRb=0.014DRb=0.014），所以它的分离虽然能使熔体的），所以它的分离虽然能使熔体的K/RbK/Rb比值有所减少，
15、但幅度不大比值有所减少，但幅度不大角闪石的结晶主要对熔体的稀土分配有影响。在角闪石的结晶主要对熔体的稀土分配有影响。在中、酸性岩浆中，中、酸性岩浆中，REEREE对角闪石是相容元素，并对角闪石是相容元素，并且在且在GdGdErEr之间有最高的分配系数之间有最高的分配系数因此，能使熔体的中稀土降低。重稀土也有较小因此，能使熔体的中稀土降低。重稀土也有较小幅度降低，并产生铕正异常。当岩石含较高的角幅度降低，并产生铕正异常。当岩石含较高的角闪石时（闪石时（20203030），对岩石的稀土元素含量），对岩石的稀土元素含量有重要影响。有重要影响。第二节第二节 微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模
16、型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用2. 2. 花岗质岩浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 辉石：对熔体微量元素的影响类似于角闪辉石：对熔体微量元素的影响类似于角闪石。但因为其中稀土元素的分配系数相对石。但因为其中稀土元素的分配系数相对较低，尤其是紫苏辉石，所以对较低，尤其是紫苏辉石，所以对REEREE的影响的影响比角闪石更小比角闪石更小紫苏辉石的分离能使熔体略富集轻稀土和紫苏辉石的分离能使熔体略富集轻稀土和造成铕正异常；单斜辉石将造成熔体的重造成铕正异常；单斜辉石将造成熔体的重稀土亏损，较小程度
17、的重稀土亏损，和弱稀土亏损，较小程度的重稀土亏损，和弱的铕正异常的铕正异常第二节第二节 微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用2. 2. 花岗质岩浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 紫苏花岗质岩石中紫苏花岗质岩石中紫苏辉石的稀土图谱紫苏辉石的稀土图谱石榴子石：具有极低的石榴子石：具有极低的RbRb、SrSr、BaBa、K K和轻和轻稀土分配系数，以及高的重稀土分配系数稀土分配系数，以及高的重稀土分配系数当它以显著的量与熔体分离时，造成熔体当它以显著的量与熔
18、体分离时，造成熔体明显的重稀土亏损，并产生铕正异常明显的重稀土亏损，并产生铕正异常REEREE在石榴子石中的分配系数变化极大。因在石榴子石中的分配系数变化极大。因此，当石榴子石作为与熔体平衡的残留矿此，当石榴子石作为与熔体平衡的残留矿物存在于岩浆源区时，火成岩中的重稀土物存在于岩浆源区时，火成岩中的重稀土相对于轻稀土会产生明显的亏损相对于轻稀土会产生明显的亏损第二节第二节 微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用微量元素地球化学模型的应用2. 2. 花岗质岩浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含
19、量的影响 其它副矿物：即使它们的含量较低，但因为在中酸性岩浆中都有较高的REE分配系数，如锆石、磷灰石、榍石等，因此会对稀土元素分配有较大影响锆石产生重稀土亏损，磷灰石主要形成中稀土亏损，两者都产生铕正异常榍石也形成中稀土亏损而独居石和褐帘石则造成轻稀土亏损第二节第二节第二节第二节 分配系数的影响因素分配系数的影响因素分配系数的影响因素分配系数的影响因素2. 2. 花岗质岩浆花岗质岩浆二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响二、主要造岩矿物和副矿物对岩浆微量元素含量的影响 三、体系温度的影响三、体系温度的影响-由两相平衡条件可以导出：由两相平衡条件可以导出：- -=RTlnK=RTln
20、KD DG=- -=-RTlnK=-RTlnKD D lnKlnKD D=-=-G/RT=-(H-(H/RT)+B/RT)+B式中：式中：H H表示微量元素在两相中的热焓变化，表示微量元素在两相中的热焓变化，B B是积分常数。可见分是积分常数。可见分配系数与体系温度的倒数呈线性关系，这也就是微量元素温度计的基配系数与体系温度的倒数呈线性关系，这也就是微量元素温度计的基本原理。本原理。第二节 分配系数的影响因素四、体系压力的影响-目前对压力影响的研究报道甚少，但有一点已通过实验证实：在相当上地幔的压力条件下，稀土元素在富水的蒸汽和石榴子石、单斜辉石、斜方辉石、橄榄石之间的分配系数为1-200之间
21、，分配系数随压力（PH2O）的增大而迅速地增加。第二节 分配系数的影响因素榍石和闪长质岩浆的分配系数随着压力增加而增加榍石和闪长质岩浆的分配系数随着压力增加而增加五、体系氧逸度的影响-氧逸度反映氧化-还原条件，直接影响一些变价元素的分配，例如Eu异常，氧逸度低时Eu异常明显增加，氧逸度高时明显降低第二节 分配系数的影响因素1.大离子亲石元素在液相中比在固相中富集大离子亲石元素在液相中比在固相中富集大离子亲石元素在液相中比在固相中富集大离子亲石元素在液相中比在固相中富集2.高场强元素高场强元素高场强元素高场强元素在液相中比在固相副矿物中富集在液相中比在固相副矿物中富集在液相中比在固相副矿物中富集在液相中比在固相副矿物中富集3.过渡族元素（亲铁元素）主要赋存于铁镁质矿物过渡族元素（亲铁元素）主要赋存于铁镁质矿物过渡族元素（亲铁元素）主要赋存于铁镁质矿物过渡族元素（亲铁元素）主要赋存于铁镁质矿物中（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等矿物中）中（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等矿物中）中（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等矿物中）中（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等矿物中）第二节 分配系数的影响因素
