高等微量元素地球化学课件：分配系数及其影响因素.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微量元素地球化学,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数,没有分配系数值,微量元素定量模型就无法建立,地球化学文献中一般讨论的都是,能斯特分配系数,即简单分配系数,在实际应用中往往还需引入,各种复杂条件下相应的分配系数,(,岩石的分配系数、复合分配系数等,),分配系数及其影响因素,达到平衡时:,第一节 分配系数,第一节 分配系数,K,D,称为分配系数,or,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,K,D,为该微量元素在两相中浓度比值：,K,D,=X,/X,第一节 分配系数,第一节 分配系数,K,D,=X,/X,1,该微量元素更多地进入,相,K,D,=X,/X,=1,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,(D,i,),：,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（,%,）,K,D,i,为第,j,种矿物对微量元素,i,的简单分配系数。

D,i,亦称总体分配系数,第一节 分配系数,复合分配系数,:,亦称,交换分配系数,或亨德森,(Henderson),分配系数,.,它既考虑微量元素在两相中的比例,也考虑与微量元素置换的常量元素在两相中的浓度比例,能较真实地反映两者之间类质同象交换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,:,D,tr/cr,=(c,s,tr,/c,s,cr,)/(c,l,tr,/c,l,cr,),式中,: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,Ni,2+,在橄榄石和熔体之间的分配系数可用被置换的常量元素,Mg,2+,的复合分配系数来表示,其交换反应为,:,Mg,2,SiO,4,+Ni,2,Si0,4,=Ni,2,Si0,4,+Mg,2,Si0,4,橄榄石,(,大量,),熔体 橄榄石 熔体,其,复合分配系数,:,D,Ni/Mg,=(C,Ni,/C,Mg,),橄榄石,/(C,Ni,/C,Mg,),熔体,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,Eu,在斜长石与熔体间的分配系数随着体系中,SiO,2,的增加而增大,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,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,2007,更可靠的,分配系数,2,、花岗质岩浆,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,微量元素,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,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,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,Green(1980).Tectonophys.,63,367-385.,第二节 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对铁镁质岩浆而言，其中,LILEs,和,HFSEs,，通常是不相容元素，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，例如,石榴石中的,HREEs,斜长石中的,Sr,2+,、,Eu,2+,钾长石中的,Ba,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,在玄武质岩浆中，因为,Lu,在石榴子石中的分配系数是,La,的三个数量级（,DLu=39.755,，,DLa=0.390,），所以重稀土相对于轻稀土会产生极端的亏损,第二节 分配系数的影响因素,1,、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,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（,DSr,3.87,，,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（,DBa,6.12,）钾长石会造成熔体的,Sr/Ba,比值增加,，并且使熔体中的,Rb/Sr,大幅度增加,钾长石的分离也将使熔体的,K/Rb,比值明显降低,钾长石分离结晶导致,熔体强烈负,Eu,异常,第二节 分配系数的影响因素,2.,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,斜长石：锶是相容元素（,D,4.4,），铷是不相容元素（,D=0.04,），斜长石的分离使熔体中,Sr,贫化，,Rb,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熔体,Rb/Sr,比值急剧增大,斜长石的高,Eu,正异常（,D=2.15,）造成熔体的,Eu,负异常,第二节,微量元素地球化学模型的应用,2.,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,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,REE,浓度影响不大,黑云母与钾长石是花岗岩类中主要的两种富钾矿物黑云母的分离将使熔体的,Rb/Sr,比值降低，,Sr/Ba,比值增加DRb=3.26,，,DSr=0.12,，,DBa=6.36,第二节,微量元素地球化学模型的应用,2.,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,角闪石：对熔体,Rb,、,Sr,、,Ba,和,K,含量影响不大，,K,和,Rb,在角闪石中的分配系数都很小（,DK=0.081,，,DRb=0.014,），所以它的分离虽然能使熔体的,K/Rb,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。

在中、酸性岩浆中，,REE,对角闪石是相容元素，并且在,Gd,Er,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幅度降低，并产生铕正异常当岩石含较高的角闪石时（,20,30,），对岩石的稀土元素含量有重要影响第二节,微量元素地球化学模型的应用,2.,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,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较低，尤其是紫苏辉石，所以对,REE,的影响比角闪石更小,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稀土亏损，较小程度的重稀土亏损，和弱的铕正异常,第二节,微量元素地球化学模型的应用,2.,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,紫苏花岗质岩石中,紫苏辉石的稀土图谱,石榴子石：具有极低的,Rb,、,Sr,、,Ba,、,K,和轻稀土分配系数，以及高的重稀土分配系数,当它以显著的量与熔体分离时，造成熔体明显的重稀土亏损，并产生铕正异常,REE,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,第二节,微量元素地球化学模型的应用,2.,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,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 分配系数的影响因素,2.,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,三、体系温度的影响,-,由两相平衡条件可以导出：,-,=RTlnK,D,G =,-,=-RTlnK,D,lnK,D,=-,G /RT=,-(H,/RT)+B,式中：,H,表示微量元素在两相中的热焓变化，,B,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，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,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,大离子亲石元素在液相中比在固相中富集,高场强元素,在液相中比在固相副矿物中富集,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）,第二节 分配系数的影响因素,。