地球化学东理工大学地球化学课件5TJH.pptVIP

第五章 微量元素地球化学 Geochemistry of Trace Elements 1、基本概念 能斯特分配定律表述为：在一定的温度和压力下，微量组份在两寄存相中的活度比为常数。 按照元素在岩浆作用中行为分类 相容元素：——D1, 优先进入矿物相，或残留相 例如：Ni, Co, V, Cr 不相容元素：——D1，优先进入熔体相， D0.1为强不相容元素, 例如：大离子亲石元素——K,Rb,Cs,Sr,Ba 高场强元素——Nb,Ta,Zr,Hf ＝ (5.5) n为含元素i的矿物数， Wi为每种矿物在集合体中所占的重量百分数， KDi为元素在每种矿物与熔体间的简单分配系数。 某体系i元素的总分配系数D为元素i在所有矿物中的简单分配系数加权和。如由60%橄榄石，25%斜方辉石，10%单斜辉石和5%石榴石组成的假想石榴石橄榄岩，KD(Ce)橄榄石/熔体＝0.001，KD(Ce)斜方辉石/熔体＝0.003，KD(Ce)单斜辉石/熔体＝0.1，KD(Ce)石榴石/熔体＝0.02，Ce的总分配系数: ＝0.6×0.001＋0.25×0.003＋0.1×0.1＋0.05×0.02＝0.012 2.4 总分配系数 元素分配系数 D＝ ——— C固相 C液相 当岩石发生部分熔融时，会出现熔体相和结晶相（矿物相），微量元素可以选择性进入这两相。 元素的相容性取决于共存的矿物和熔体 （玄武质和安山质岩石中常见元素矿物/熔体分配系数） 例如Ol、Pl 这是指单一元素、单一矿物相 石榴石地幔橄榄岩 = 60% Ol＋25% Opx＋10% Cpx＋5% Gar (wt%) 计算结果： DEr = (0.6 · 0.026) + (0.25 · 0.23) + (0.10 · 0.583) + (0.05 · 4.7) = 0.366 计算 举例 2.5 分配系数的影响因素 （1）离子 半径和离子电价 （2）体系的组成 （3）温度： lnKD=-(ΔH/RT)+B （4）压力：在恒温条件下，分配系数与压力的关系为：ln KD/p=-ΔV0/RT （5）氧逸度 （1）离子半径和离子电价 微量元素在矿物与液相间的分配系数大小，取决于该元素在矿物晶格中与主元素类质同象置换的难易程度； Rb在KCl晶体与熔体间的分配系数(775℃)为0.65，在NaCl晶体与熔体间的分配系数(800℃时)为0.012，原因: Rb+(1.52A)与K+(1.38A)晶体化学性质更为接近，更易在KCl晶体中替换K+; 与Na+ (1.02A)晶体化学性质差异较大， 在NaCl晶体中不易发生类质同象置换； （2）体系化学成分的影响 SiO2 ：决定岩浆的性质（酸性/基性） 岩浆体系化学成分变化，取决于硅酸盐熔体的结构。酸性岩浆熔体结构与基性岩浆熔体结构的Si∶O分子比率不同。决定熔体中桥氧（Si-O-Si），非桥氧（Si-O-Me），自由氧（Me-O-Me）比例；Si-O四面体结构团的聚合作用的程度。酸性岩浆熔体与基性岩浆熔体中，微量元素的分配系数有明显差别。 Sr在斜长石与熔体间的分配系数KSr斜长石/流体随斜长石Na含量增长和熔体酸性增强而增大； Ni在橄榄石与熔体间的分配系数KNi橄榄石/熔体随熔体中Fe/Mg比值增大而增大；元素在给定矿物与熔体间的分配系数，一般在硅质较富岩石中较大； 实 例 体系化学成分对微量元素分配系数影响，火山岩中斜长石的矿物系列对稀土元素分配系数的控制，其中Eu元素随各火山岩中斜长石牌号（An）的增加（钙长石含量的增多），其分配系数趋于减小。 熔体中挥发分和含量对分配系数也有明显影响。水使硅酸盐熔体中SiO4四面体聚合程度降低。因此水含量增加导致分配系数降低。 岩浆条件下，许多微量元素如稀土元素，可以与氯化物形成配合物，使稀土元素在气相/熔体之间分配系数随氯化物浓度增加而增加。实验证明，三价REE在水蒸气相和恒定成分熔体间的分配是含水相中氯化物浓度立方的函数。 微量元素分配系数常随矿物成分而改变，所以相容和不相容元素也非固定不变； Sr在超基性熔体结晶时是不相容元素, 但在熔体析出大量斜长石时变为相容元素； 如果岩浆结晶矿物含有大量云母，角闪石或钾长石，K就是相容元素； K、Rb、Sr、Ba、Zr、Th和LREE等为不相容元素，是对幔源岩浆产生和演化过程中包含的橄榄石，辉石，尖晶石，石榴石等而言的。为大离子亲石(LIL)元素。 在1400oC、1个大气压下，Nb在金红石和熔体之间的分配系数对K*的依赖性以及