中国地质大学(武汉)地球化学-第四章.pptVIP

由于地球化学过程是一个非常复杂的过程，为了便于应用，有时需要分配系数在某个确定的物理化学条件下近于常数，因此，用复合分配系数代替简单分配系数，其表达式为： KD’=(XTr/XMa) Ⅱ/ (XTr/XMa) Ⅰ XTr和XMa分别表示微量元素和主量元素的摩尔分数，在固溶体中，Tr可以类质同像的方式代替Ma。 例如，Ni在橄榄石和斜方辉石之间的分配： KNi’=(Ni/Mg)ol/(Ni/Mg)opx 对于主要元素不能直接用浓度代替活度，如用浓度或摩尔分数代替，必须进行某些修正。 例如，镁或铁在共存橄榄石（相Ⅰ）和斜方辉石（相Ⅱ）之间的分配，可用下式表示： KMg ol-opx=[XMg Ⅱ(1-XMgⅠ)]/[(1-XMg Ⅱ)XMgⅠ)] 或 KFe ol-opx=[XFe Ⅱ(1-XFeⅠ)]/[(1-XFe Ⅱ)XFeⅠ)] 2、影响分配系数的因素 温度 由能斯特定律可以导出： lnKD=-(△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。　 体系的组成 3、分配系数的测定 根据能斯特定律，分配系数应有两部分组成：平衡体系中固相（结晶相）和液相（基质）的微量元素浓度。为了测得两相中的微量元素浓度，计算分配系数，目前常用的有两种方法：即直接测定法和实验测定法。 直接法 直接测定法是直接测定地质体中两种平衡共存相的微量元素浓度，再按能斯特分配定律计算出分配系数。例如通过测定火山岩中斑晶矿物和基质，或测定现代火山熔岩流中的矿物与淬火熔体（玻璃）以及测定岩石中的共存矿物。目前，应用最广泛的是斑晶—基质法，火山岩中斑晶矿物代表熔体结晶过程中的固相，基质或淬火熔体代表熔体相—岩浆，两相中微量元素比值即为该元素的分配系数。 实验法 实验测定法其思路是用化学试剂合成不同成分（与天然岩浆成分相似）的玻璃物质；或者直接采用天然物质（如拉斑玄武岩）作为实验初始物质，使一种矿物和熔体，或者两种矿物达到平衡，并使微量元素在两相中达到溶解平衡，然后测定该元素在两相中浓度，得出分配系数。实验测定分配系数的方法，虽在某些方面有一定的改善，但仍难于证明是否达到平衡以及难于选纯矿物，再加上实验过程中为了精确测定微量元素，其元素的浓度远远高于自然体系，这些都是目前尚未解决的问题。迄今以实验方法测得的分配系数数据尚不多见。 4、元素的相容性概念 总分配系数：指元素在固相整体和熔体中的分配系数（Di），用它来研究微量元素在矿物集合体—岩石中与之平衡的熔体之间的分配关系。往往用岩石中所有矿物的简单分配系数与岩石中各矿物含量乘积之和，表达式为： Di =K ? /M× ? + K?/m ×? + K?/m ×? +…… 式中?、?、?…..为岩石中矿物的重量百分数 K ? /M、 K?/m 、 K?/m …… 为?、?、?….. 矿物对微量元素i的简单分配系数。 Di1, 相容元素 Di 1, 不相容元素 二、分配系数的应用 1、开辟定量研究元素分配的途径 元素分配的微观理论只能定性地解释元素的分配关系，至于具体分配的量是多少，微观理论无法回答。而应用分配系数，可以具体地计算共生平衡矿物中的分配量。 例如，已知夏威夷火山熔岩中的 KNi ol/opx=3.82 (1025 ℃, 1atm), 若橄榄石中CNiol=2000 ppm, 就可确定与橄榄石共生平衡的斜方辉石中Ni的含量： CNiol/CNiopx= KNi ol/opx CNiopx=2000/3.82=523.6 ppm 2、开辟了研究岩浆、热液和古水体中元素浓度的途径 岩浆 热液 古水体 KBrNaCl/海水=0.15 3、分析判断岩浆的结晶演化规律 总分配系数Di Di1, 相容元素 Di1，不相容元素 4、为成矿分析提供了理论依据 元素在共存相间分配的不均匀分配是元素浓集的重要机制之一。 例如，超基性岩Ni的成矿问题： K ol/m=14, K cpx/m=2.6, K opx/m=5 上述数据说明，正常的岩浆结晶，Ni不能成矿。因为Ni在这些矿物中的分配系数均大于1，表明随着岩浆的结晶， Ni分散在造岩矿物中，在熔体中不断贫化。 若岩浆熔离成硫化物熔体，K硫化物/硅酸盐熔体=330。由此可见，岩浆发生熔离作用是Ni成矿的主要机制。 §2 岩浆过程中微量元素分配的定量模型 一、岩浆结晶过程的元素分配的定量模型 矿物从熔体中的结晶过程主要有下列两种： 其一，矿物与熔体只是表面平衡，其原因是微量元素在晶体中的扩散要比在熔体中慢得多，使得微量元素在