地球化学——元素的地球化学迁移6地球化学动力学的研究方向.pptVIP

§ 3-6 地球化学动力学的研究方向 离解速率方程 dc1 / dt = A / V f i ( c Na+ cK + cSi + cAl) A / V 反应物比表面积 如果速率限定步骤是扩散：(由晶体表面向外扩散速率低，D值小)，矿物—流体界面上浓度迅速提高，饱和，阻碍进一步溶解作用。D与R成正比关系。大多数简单溶解作用中，D不是主要控制步骤，在高温条件下扩散系数迅速增大。A 、cs—c决定溶解速率。影响溶解速率的主要因素为cs—c，即浓度差。溶解作用初期，因溶液中c较低会出现最快溶解速率。复杂硅酸盐和铝硅酸盐类矿物溶解作用机制更复杂，发生不协调溶解，溶解速率减缓。 4.化学成岩作用动力学研究 定量计算成岩作用沉积层任意深度上SO42- 浓度，S2-的形成量，黄铁矿的丰度。 扩散作用迁移 体系不同部分内某元素浓度不同(不均匀)，元素质点将自动从高浓度处向低浓度处迁移，直到各处浓度相等，扩散作用。扩散在气体、液体和固体中都可能发生。 扩散作用基本特征 1）? 扩散是一个连续的物质迁移过程，使体系内元素的浓度自动均匀化，即体系内组分连续变化。 2）? 扩散介质不一定运动，体系内浓度梯度的存在是扩散的动力。 3）? 扩散的速度与浓度梯度成比例，扩散速度随距离增大而迅速减小，即扩散服从费克(Fink)扩散定律，在单向扩散情况下： dm /dt ＝-q·D·? c /? x (式中-q截面面积(cm2)； c-浓度(mol/ cm2)； x-离开扩散中心的距离(cm)； ? c /? x -沿x方向的浓度梯度； dm /dt-当浓度梯度为? c /? x时单位时间内扩通过截面面积q物质量(mol/s)，即扩散速度；D—扩散系数，是给定浓度梯度下扩散速度的度量(cm2／s)。负号-浓度向着扩散方向减小。 上式指出扩散自高浓度向低浓度方向进行，在—个方向扩散速度与这个方向上的浓度梯度成比例。 4）、扩散速度（dm/dt）的影响因素 浓度差和温度：浓度差大时扩散速度高，温度高时扩散速度高； 离子的电价和半径：阴离子 阳离子；大半径离子 小半径离子；低电价离子 高电价离子； 例如——H2O，CO2 K Ca Si，Al，Ti ； 介质类型：气相液相固相； 介质粘滞性升高，扩散速度降低；岩石的孔隙度增大，扩散速度增高。 D-扩散系数 质点、介质性质和温度的函数。不同的介质体系其值相差悬殊： 离子在硅酸盐矿物中扩散系数： D＝ n×10-10~10-20cm2/s； 岩浆熔体中 D＝n×10-6~10-10cm2/s； 水溶液中 D＝ n×10-4~10-7cm2/s，在气相介质中D＝n×100 ~10-2cm2/s。 迁移动力-压力差，迁移速度与体系内的压力差有关，与浓度梯度无关，元素可以自低浓度处向高浓度处迁移； 溶液持续补给，均一围岩中造成交代反应(如水解作用)由强到弱分带，蚀变矿物组合规律交替。渗滤交代作用有方向性，遇到岩体或构造环境的截然变化地段-地球化学障，局部强烈交代反应或物质卸载。 迁移速度与温度有关，升温围岩物质被溶滤，挥发分释放，温度增高、元素迁移速度增大；降温卸载。 受岩石孔隙度影响，有过滤效应。 过滤效应 渗滤过程导致元素分异。细小孔隙的岩石类似半透膜，当溶液通过时，溶剂易于流过而溶质在不同程度上发生滞留，致使在通过岩石之后溶质的浓度有所减小。在介质流动过程中，溶质不能完全随溶剂迁移，不同程度滞留，过滤效应。 通过滤器溶质质量与通过滤器溶液体积 dV 和溶质浓度 c 成比例： dm ＝ ?·c·dV ?-过滤效应系数，表示岩石渗透性强弱，值决定于溶质质点与溶剂质点的平均速率之比。 ? = 溶质质点的平均速度 / 溶剂质点的平均速度 ?＝1时无过滤效应，?＜1时有过滤效应。过滤效应系数不仅取决于岩石的性质和孔隙，不同组分也存在差异。 过滤效应系数与岩石性质、孔隙有关；不同组分存在差异。 例如：0．001克分子浓度溶液，各种离子的平均过滤效应系数是： 溶液浓度变化 dm/dv = ? ×C 过滤效应系数与溶质的性质有关 0.001克分子浓度溶质的溶液 Fe2+ Al3+ Zn2+ Ni2+ Cu2+ Mg2+ 0.88 0.86 0.79 0.76 0.74 0.66 阴离子过滤效应系数多接近于1，即它们透过岩石滤器速度几乎与溶剂相