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1、微量元素的概念微量元素的概念(ginin)与性质与性质第一页，共41页。第一节 能斯特分配(fnpi)定律和分配(fnpi)系数 一、微量元素的概念和性质一、微量元素的概念和性质1、微量元素的定义、微量元素的定义 元素在地质体中的含量低到元素在地质体中的含量低到可以近似用稀溶液定律可以近似用稀溶液定律(dngl)描述其行为的元素描述其行为的元素称微量元素。称微量元素。它们在岩石中的含量一般小它们在岩石中的含量一般小于于0.1，多在，多在10-6或或10-9范围内范围内.第1页/共41页第二页，共41页。2 2 微量元素的主要微量元素的主要(zhyo)(zhyo)存在形式存在形式1在矿物快速结晶
2、在矿物快速结晶(jijng)过程过程中陷入囚禁带内；中陷入囚禁带内；2在矿物主晶格的间隙缺陷中；在矿物主晶格的间隙缺陷中；3在固溶体中替代主要相的原在固溶体中替代主要相的原子。子。第2页/共41页第三页，共41页。二、能斯特分配定律和分配系数二、能斯特分配定律和分配系数(xsh)(xsh)（一）稀溶液与亨利定律（一）稀溶液与亨利定律理想溶液没有理想溶液没有理想溶液没有理想溶液没有混合混合混合混合HHHH，各，各，各，各组分组分组分组分(zfn)(zfn)(zfn)(zfn)活度遵循活度遵循活度遵循活度遵循拉乌尔定律：拉乌尔定律：拉乌尔定律：拉乌尔定律：ai=Xi ai=Xi ai=Xi ai=
3、Xi 组分组分组分组分(zfn)(zfn)(zfn)(zfn)活度等于活度等于活度等于活度等于摩尔浓度。摩尔浓度。摩尔浓度。摩尔浓度。）理想溶液和遵守亨利理想溶液和遵守亨利理想溶液和遵守亨利理想溶液和遵守亨利(hngl)(hngl)定律的组分与活度关系图定律的组分与活度关系图定律的组分与活度关系图定律的组分与活度关系图（据（据（据（据WoodWood，1983)1983)第3页/共41页第四页，共41页。非理想溶液中非理想溶液中非理想溶液中非理想溶液中H0H0H0H0，溶液活度不同程度偏离理想，溶液活度不同程度偏离理想，溶液活度不同程度偏离理想，溶液活度不同程度偏离理想溶液（如下图）。当溶液无
4、限溶液（如下图）。当溶液无限溶液（如下图）。当溶液无限溶液（如下图）。当溶液无限(wxin)(wxin)(wxin)(wxin)稀释时，每个溶质质稀释时，每个溶质质稀释时，每个溶质质稀释时，每个溶质质点周围环境变化不显著，微量组分的活度与他们的点周围环境变化不显著，微量组分的活度与他们的点周围环境变化不显著，微量组分的活度与他们的点周围环境变化不显著，微量组分的活度与他们的摩尔浓度成正比：摩尔浓度成正比：摩尔浓度成正比：摩尔浓度成正比：ai=KXi ai=KXi ai=KXi ai=KXi 理想溶液和遵守亨利理想溶液和遵守亨利理想溶液和遵守亨利理想溶液和遵守亨利(hngl)(hngl)定律的组
5、分与活度关系图定律的组分与活度关系图定律的组分与活度关系图定律的组分与活度关系图（据（据（据（据WoodWood，1983)1983)第4页/共41页第五页，共41页。ai=KXi式中式中 K K称亨利常数称亨利常数,代表稀溶代表稀溶液中溶质的液中溶质的活度系数活度系数(xsh)(xsh)，它的大小与，它的大小与组分浓度无关，受组分浓度无关，受P P、T T和溶液性质控制。和溶液性质控制。亨利定律亨利定律(dngl)的数的数学表达式学表达式:第5页/共41页第六页，共41页。能斯特分配定律是描述微量组分能斯特分配定律是描述微量组分在两相间的在两相间的分配关系。分配关系。数学表达式为数学表达式为
6、:Xi/Xi=KD Xi/Xi=KD(T(T、P)P)它表示在恒温恒压条件下，溶质它表示在恒温恒压条件下，溶质在两相间的在两相间的平衡浓度平衡浓度(nngd)(nngd)比为一常数。比为一常数。KDKD称分配系数。称分配系数。（二）能斯特分配定律(dngl)和分配系数第6页/共41页第七页，共41页。在稀溶液体系中，微量元素在稀溶液体系中，微量元素在稀溶液体系中，微量元素在稀溶液体系中，微量元素 i i 在在在在、两相（如熔体两相（如熔体两相（如熔体两相（如熔体相、晶体相或气相）之间分配的平衡条件是：相、晶体相或气相）之间分配的平衡条件是：相、晶体相或气相）之间分配的平衡条件是：相、晶体相或气
7、相）之间分配的平衡条件是：i=i i=i式中式中式中式中ii和和和和ii分别为微量元素分别为微量元素分别为微量元素分别为微量元素 i i 在在在在 和和和和 相中的化相中的化相中的化相中的化学位，根据热力学公式：学位，根据热力学公式：学位，根据热力学公式：学位，根据热力学公式：i=i0+RTlnii=i0+RTlnii=i0+RTlnii=i0+RTlni整理整理整理整理(zhngl)(zhngl)得：得：得：得：i/i=e(i0-i0)/RT=K(T i/i=e(i0-i0)/RT=K(T、P)P)根据稀溶液定律根据稀溶液定律根据稀溶液定律根据稀溶液定律 ai=K Xi ai=K Xi 带入
8、得：带入得：带入得：带入得：KXi/KXi=K(T KXi/KXi=K(T、P)P)整理整理整理整理(zhngl)(zhngl)得：得：得：得：Xi/Xi=K K/K=KD(T Xi/Xi=K K/K=KD(T、P)P)数学数学数学数学(shxu)(shxu)推推推推导导导导:第7页/共41页第八页，共41页。n n体系总体分配系数的数学表达式体系总体分配系数的数学表达式体系总体分配系数的数学表达式体系总体分配系数的数学表达式:n n不同元素分配性质有很大差异，有的优先选不同元素分配性质有很大差异，有的优先选不同元素分配性质有很大差异，有的优先选不同元素分配性质有很大差异，有的优先选n n择进
9、入择进入择进入择进入(jnr)(jnr)(jnr)(jnr)某种固相，有的优先选择进入某种固相，有的优先选择进入某种固相，有的优先选择进入某种固相，有的优先选择进入(jnr)(jnr)(jnr)(jnr)液相液相液相液相.n n这是微量元素具有指纹效应的依据。这是微量元素具有指纹效应的依据。这是微量元素具有指纹效应的依据。这是微量元素具有指纹效应的依据。n n在岩浆过程中，体系通常由多相组成，此时在岩浆过程中，体系通常由多相组成，此时在岩浆过程中，体系通常由多相组成，此时在岩浆过程中，体系通常由多相组成，此时n n元素元素元素元素 i i i i 的分配系数用总体分配系数（的分配系数用总体分配
10、系数（的分配系数用总体分配系数（的分配系数用总体分配系数（DDDD）来表示：）来表示：）来表示：）来表示：n n n n n n n n Di=Wi KDi Di=Wi KDi Di=Wi KDi Di=Wi KDin nj=1j=1j=1j=1n n式中式中式中式中 j j j j 表示体系中的相表示体系中的相表示体系中的相表示体系中的相;W;W;W;W为相的质量分数为相的质量分数为相的质量分数为相的质量分数;第8页/共41页第九页，共41页。三三 分配分配(fnpi)(fnpi)系数的测定及其影系数的测定及其影响因素响因素（一）微量元素分配系数的测定（一）微量元素分配系数的测定（一）微量元
11、素分配系数的测定（一）微量元素分配系数的测定1 1 直接测定法：直接测定法：直接测定法：直接测定法：直接测定火山熔岩中的斑晶和基质，基质代表与斑晶直接测定火山熔岩中的斑晶和基质，基质代表与斑晶直接测定火山熔岩中的斑晶和基质，基质代表与斑晶直接测定火山熔岩中的斑晶和基质，基质代表与斑晶平衡平衡平衡平衡的熔体。由于斑晶矿物常含有环带或隐环带，与基质并的熔体。由于斑晶矿物常含有环带或隐环带，与基质并的熔体。由于斑晶矿物常含有环带或隐环带，与基质并的熔体。由于斑晶矿物常含有环带或隐环带，与基质并非非非非完全处于平衡，所以该方法获得的分配系数为似分配系完全处于平衡，所以该方法获得的分配系数为似分配系完全
12、处于平衡，所以该方法获得的分配系数为似分配系完全处于平衡，所以该方法获得的分配系数为似分配系数数数数2 2 实验测定法实验测定法实验测定法实验测定法通过实验使矿物与熔体或溶液在一定通过实验使矿物与熔体或溶液在一定通过实验使矿物与熔体或溶液在一定通过实验使矿物与熔体或溶液在一定P P、T T条件下达到条件下达到条件下达到条件下达到平衡，测定微量元素在两相中的浓度，得出分配系数平衡，测定微量元素在两相中的浓度，得出分配系数平衡，测定微量元素在两相中的浓度，得出分配系数平衡，测定微量元素在两相中的浓度，得出分配系数该方法存在的主要问题是难于证明两相间是否达到扩该方法存在的主要问题是难于证明两相间是否
13、达到扩该方法存在的主要问题是难于证明两相间是否达到扩该方法存在的主要问题是难于证明两相间是否达到扩散平衡，实验扩散速率与自然过程是在不同散平衡，实验扩散速率与自然过程是在不同散平衡，实验扩散速率与自然过程是在不同散平衡，实验扩散速率与自然过程是在不同(b tn)(b tn)时间尺度时间尺度时间尺度时间尺度内进行的。内进行的。内进行的。内进行的。第9页/共41页第十页，共41页。（二）影响（二）影响(yngxing)(yngxing)分配系数的分配系数的因素因素1 体系成分的影响体系成分的影响 根据目前根据目前(mqin)积累的资料，积累的资料，不同成分体系中，同不同成分体系中，同 种矿物的某些
14、元素的分配系数有种矿物的某些元素的分配系数有较大的差别较大的差别 如如Sr在斜长石与熔体间、在斜长石与熔体间、Yb在石在石榴石与熔体榴石与熔体间的分配系数均随熔体酸性程度间的分配系数均随熔体酸性程度的增大而增的增大而增 大，其中大，其中Yb的分配系数可从玄武的分配系数可从玄武质熔体的质熔体的 4.03增大到流纹质熔体的增大到流纹质熔体的40。第10页/共41页第十一页，共41页。第11页/共41页第十二页，共41页。第12页/共41页第十三页，共41页。（二）影响分配（二）影响分配(fnpi)(fnpi)系数的因素系数的因素2、温度的影响、温度的影响 分配系数与温度的关系：分配系数与温度的关系
15、：在温度变化范围在温度变化范围(fnwi)不大，不大，H视为常数时，视为常数时，分配分配 系数与温度的倒数呈线性关系。系数与温度的倒数呈线性关系。第13页/共41页第十四页，共41页。（二）影响分配系数（二）影响分配系数(xsh)(xsh)的因素的因素3.压力对分配压力对分配(fnpi)系数的影系数的影响响 压力对分配压力对分配(fnpi)系数的影响系数的影响相较小。相较小。第14页/共41页第十五页，共41页。第15页/共41页第十六页，共41页。（三）微量元素在岩浆作用(zuyng)中的指纹效应在岩浆体系中，不同性质的微量元素优先选择在在岩浆体系中，不同性质的微量元素优先选择在某种矿物或熔
16、体中富集。某种矿物或熔体中富集。如斜长石对如斜长石对SrSr和和EuEu，云母对，云母对RbRb和和Ba,Ba,钾长石对钾长石对BaBa、橄榄石对、橄榄石对NiNi、单斜辉石对、单斜辉石对CrCr、石榴石对、石榴石对YbYb金红石对金红石对NbNb、TaTa等均具有极大等均具有极大(j d)(j d)的分配系数的分配系数.当上述矿物从岩浆中分离时就会产生对应元素在当上述矿物从岩浆中分离时就会产生对应元素在熔体中的贫化，反之则会在熔体中不断富集。岩熔体中的贫化，反之则会在熔体中不断富集。岩浆部分熔融过程与结晶过程的元素富集贫化效应浆部分熔融过程与结晶过程的元素富集贫化效应相反。相反。第16页/共
17、41页第十七页，共41页。玄武岩矿物玄武岩矿物-熔体熔体(rn(rn t)t)分配系数分配系数(White,199(White,1995)5)第17页/共41页第十八页，共41页。微量元素常用(chn yn)名词1.1.1.1.不相容元素：总分配系数不相容元素：总分配系数不相容元素：总分配系数不相容元素：总分配系数(xsh)D(xsh)D(xsh)D(xsh)D 1 1 1 1 的元素称不相容的元素称不相容的元素称不相容的元素称不相容元素元素元素元素2.2.2.2.强不相容元素：总分配系数强不相容元素：总分配系数强不相容元素：总分配系数强不相容元素：总分配系数(xsh)D(xsh)D(xsh)
18、D(xsh)D 0.06 0.06 0.06 0.06的元素称强的元素称强的元素称强的元素称强不相不相不相不相 容元素。容元素。容元素。容元素。3.3.3.3.相容元素：总分配系数相容元素：总分配系数相容元素：总分配系数相容元素：总分配系数(xsh)D(xsh)D(xsh)D(xsh)D1 1 1 1的元素称相容元素。的元素称相容元素。的元素称相容元素。的元素称相容元素。4.4.4.4.强相容元素：总分配系数强相容元素：总分配系数强相容元素：总分配系数强相容元素：总分配系数(xsh)D(xsh)D(xsh)D(xsh)D 1 1 1 1的元素称强相容的元素称强相容的元素称强相容的元素称强相容元
19、素元素元素元素5.5.5.5.大离子亲石元素（大离子亲石元素（大离子亲石元素（大离子亲石元素（LILLILLILLIL）：离子半径较大的元素）：离子半径较大的元素）：离子半径较大的元素）：离子半径较大的元素 (K (K (K (K、RbRbRbRb、SrSrSrSr、BaBaBaBa、CsCsCsCs、LREELREELREELREE等等等等)。6.6.6.6.高场强元素（高场强元素（高场强元素（高场强元素（HFSHFSHFSHFS）：具有高离子电荷的元素，离子电）：具有高离子电荷的元素，离子电）：具有高离子电荷的元素，离子电）：具有高离子电荷的元素，离子电 位位位位3 3 3 3。如。如。如
20、。如 Nb Nb Nb Nb、TaTaTaTa、ZrZrZrZr、HfHfHfHf、P P P P、HREE HREE HREE HREE等。等。等。等。第18页/共41页第十九页，共41页。第四章第四章 微量元素地球化学微量元素地球化学(d qi hu xu)(d qi hu xu)第二节第二节第二节第二节 岩浆作用地球化学岩浆作用地球化学岩浆作用地球化学岩浆作用地球化学一一一一 岩浆作用的微量元素定量模型岩浆作用的微量元素定量模型岩浆作用的微量元素定量模型岩浆作用的微量元素定量模型(mxng)(mxng)(mxng)(mxng)(一一一一)结晶作用模型结晶作用模型结晶作用模型结晶作用模型(
21、mxng)(mxng)(mxng)(mxng)1 1 1 1、分离结晶作用、分离结晶作用、分离结晶作用、分离结晶作用 2 2 2 2、平衡结晶作用、平衡结晶作用、平衡结晶作用、平衡结晶作用 第19页/共41页第二十页，共41页。一一 岩浆作用岩浆作用(zuyng)(zuyng)的微量元素定量模的微量元素定量模型型(一一)结晶作用结晶作用(zuyng)(zuyng)模型模型 n n分离结晶分离结晶分离结晶分离结晶(jijng)(jijng)作用：作用：作用：作用：n n元素元素元素元素i i仅在晶体与熔体的表面达到表面平衡，或晶仅在晶体与熔体的表面达到表面平衡，或晶仅在晶体与熔体的表面达到表面平
22、衡，或晶仅在晶体与熔体的表面达到表面平衡，或晶n n体形成后很快地离开熔体，使元素在熔体与晶体体形成后很快地离开熔体，使元素在熔体与晶体体形成后很快地离开熔体，使元素在熔体与晶体体形成后很快地离开熔体，使元素在熔体与晶体间间间间n n不能达到平衡，这种结晶不能达到平衡，这种结晶不能达到平衡，这种结晶不能达到平衡，这种结晶(jijng)(jijng)作用称为分离作用称为分离作用称为分离作用称为分离结晶结晶结晶结晶(jijng)(jijng)作用。作用。作用。作用。n n平衡结晶平衡结晶平衡结晶平衡结晶(jijng)(jijng)作用：作用：作用：作用：n n熔体在缓慢冷却条件下结晶熔体在缓慢冷却
23、条件下结晶熔体在缓慢冷却条件下结晶熔体在缓慢冷却条件下结晶(jijng),(jijng),并与熔体并与熔体并与熔体并与熔体始终保持平始终保持平始终保持平始终保持平n n衡，称为平衡结晶衡，称为平衡结晶衡，称为平衡结晶衡，称为平衡结晶(jijng)(jijng)作用。作用。作用。作用。第20页/共41页第二十一页，共41页。(一一)结晶结晶(jijng)(jijng)作用模型作用模型1.1.分离结晶作用定量模型分离结晶作用定量模型分离结晶作用定量模型分离结晶作用定量模型一个包含不同组分的总摩尔数为一个包含不同组分的总摩尔数为一个包含不同组分的总摩尔数为一个包含不同组分的总摩尔数为n n的有限岩浆
24、的有限岩浆的有限岩浆的有限岩浆(ynjing)(ynjing)库，库，库，库，其中其中其中其中y y摩尔的微量元素摩尔的微量元素摩尔的微量元素摩尔的微量元素 i i 的摩尔分数为的摩尔分数为的摩尔分数为的摩尔分数为:Xi=y/nXi=y/n当体系发生含有元素当体系发生含有元素当体系发生含有元素当体系发生含有元素i i的矿物的分离结晶作用时，的矿物的分离结晶作用时，的矿物的分离结晶作用时，的矿物的分离结晶作用时，由于晶体与熔体间始终未达到平衡，在一个短时间由于晶体与熔体间始终未达到平衡，在一个短时间由于晶体与熔体间始终未达到平衡，在一个短时间由于晶体与熔体间始终未达到平衡，在一个短时间之后，之后
25、，之后，之后，熔体中的总摩尔数变为：熔体中的总摩尔数变为：熔体中的总摩尔数变为：熔体中的总摩尔数变为：n-dn n-dn 熔体中元素熔体中元素熔体中元素熔体中元素i i 的摩尔数变为：的摩尔数变为：的摩尔数变为：的摩尔数变为：y-dyy-dy第21页/共41页第二十二页，共41页。此时晶体中元素此时晶体中元素 i i 的摩尔浓度的摩尔浓度(nngd)(nngd)为：为：Xi Xi晶体晶体=dy/dn=dy/dn 熔体中元素熔体中元素 i i 的摩尔浓度的摩尔浓度(nngd)(nngd)为：为：Xi Xi熔体熔体=(y-dy)/(n-dn)=(y-dy)/(n-dn)将上式写成亨利定律的表达形式
26、：将上式写成亨利定律的表达形式：Xi Xi晶体晶体/Xi/Xi熔体熔体=KD=KD Xi Xi晶体晶体=dy/dn=KD Xi=dy/dn=KD Xi熔体熔体 Xi Xi熔体熔体=(y-dy)/(n-dn)=(y-dy)/(n-dn)与熔体中元素与熔体中元素i i的摩尔数的摩尔数 y y 相比，相比，dydy可以忽略不计可以忽略不计与熔体中元素的总摩尔数与熔体中元素的总摩尔数n n相比，相比，dndn可以忽略不计可以忽略不计 则：则：Xi Xi熔体熔体y/n y/n 或或 y=n Xi y=n Xi熔体熔体1.1.分离结晶作用定量分离结晶作用定量(dngling)(dngling)模型模型第2
27、2页/共41页第二十三页，共41页。由由 y=n Xi y=n Xi熔熔 对对 n n 微分微分:dy/dn=n d Xi dy/dn=n d Xi熔体熔体/dn+Xi/dn+Xi熔体熔体 将将 dy/dn=KD Xi dy/dn=KD Xi熔体熔体 代入上式得：代入上式得：KD Xi KD Xi熔体熔体=n dXi=n dXi熔体熔体/dn+Xi/dn+Xi熔体熔体 整理得整理得:1/Xi:1/Xi熔体熔体(KD-1)dXi(KD-1)dXi熔体熔体=1/n dn=1/n dn 对对Xi0-XiXi0-Xi熔体；熔体；n0-n n0-n 区间积分，得：区间积分，得：ln(n/n0)=1/(K
28、D-1)ln(Xi ln(n/n0)=1/(KD-1)ln(Xi熔体熔体/Xi0)/Xi0)去对数去对数(du sh)(du sh)，整理得：，整理得：Xi Xi熔体熔体/Xi0=(n/n0)(KD-1)=F KD-1/Xi0=(n/n0)(KD-1)=F KD-1（瑞（瑞利方程）利方程）当当KD1KD1时，时，Xi Xi熔体熔体/Xi0=1/F/Xi0=1/F1.1.分离结晶作用定量分离结晶作用定量(dngling)(dngling)模型模型第23页/共41页第二十四页，共41页。分离结晶分离结晶(jijng)过程中不同过程中不同D值微量元素浓度在残余熔体中的变化值微量元素浓度在残余熔体中的
29、变化 第24页/共41页第二十五页，共41页。2.平衡结晶平衡结晶(jijng)作用模型作用模型根据平衡结晶根据平衡结晶(jijng)作用条件，作用条件，推导的微量元素定推导的微量元素定量模型为：量模型为：CLi=C0i/D(1-F)+F CLi为残余熔体中元素为残余熔体中元素i的浓度，的浓度，C0i为初始熔为初始熔体元素体元素i的浓度；的浓度；D 总体分配系数；总体分配系数；F 残余熔残余熔体分数（体分数（1-F结晶结晶(jijng)程度）程度）(一一)结晶作用结晶作用(zuyng)(zuyng)模型模型第25页/共41页第二十六页，共41页。平衡结晶平衡结晶(jijng)作用过程中不同作用
30、过程中不同D值微量元素浓度在残余熔体中的变化值微量元素浓度在残余熔体中的变化 第26页/共41页第二十七页，共41页。1.1.平衡实比熔融平衡实比熔融熔体与残余固相连续地再平衡，直到熔体移出。熔体与残余固相连续地再平衡，直到熔体移出。模型定量表达式模型定量表达式:CLi=C0i/D+F(1-P)CLi=C0i/D+F(1-P)F F熔融程度，熔体占源岩的质量熔融程度，熔体占源岩的质量(zhling)(zhling)比例数。比例数。P=PKD/L+PKD/L+PKD/L+.P=PKD/L+PKD/L+PKD/L+.KDKD每个矿物和熔体之间的分配系数，每个矿物和熔体之间的分配系数，DD总体分配系
31、数总体分配系数PP、PP等为每种矿物对熔体的贡献量，提供的熔体占等为每种矿物对熔体的贡献量，提供的熔体占全部熔体的质量全部熔体的质量(zhling)(zhling)百分数。百分数。(二)部分熔融作用(zuyng)模型第27页/共41页第二十八页，共41页。(二)部分熔融作用(zuyng)模型当熔融过程中矿物的比列不变时。当熔融过程中矿物的比列不变时。当熔融过程中矿物的比列不变时。当熔融过程中矿物的比列不变时。模型模型模型模型(mxng)(mxng)表达为：表达为：表达为：表达为：CLi=C0i/DO+F(1-DO)CLi=C0i/DO+F(1-DO)汉森汉森汉森汉森19821982认为，在平衡
32、部分熔融过程中，熔体始终与残余固相处于平认为，在平衡部分熔融过程中，熔体始终与残余固相处于平认为，在平衡部分熔融过程中，熔体始终与残余固相处于平认为，在平衡部分熔融过程中，熔体始终与残余固相处于平衡中，不管中间过程矿物的比例如何变化，制约熔体微量元素组成的是衡中，不管中间过程矿物的比例如何变化，制约熔体微量元素组成的是衡中，不管中间过程矿物的比例如何变化，制约熔体微量元素组成的是衡中，不管中间过程矿物的比例如何变化，制约熔体微量元素组成的是与熔体分离时的残余固相和熔融程度与熔体分离时的残余固相和熔融程度与熔体分离时的残余固相和熔融程度与熔体分离时的残余固相和熔融程度F F，其模型，其模型，其模
33、型，其模型(mxng)(mxng)可简化为可简化为可简化为可简化为:CLi=C0i/D+F(1-D)CLi=C0i/D+F(1-D)第28页/共41页第二十九页，共41页。(二)部分(b fen)熔融作用模型2.2.分离熔融模型分离熔融模型分离熔融模型分离熔融模型熔融产生的无限小量熔体连续的从残余熔融产生的无限小量熔体连续的从残余熔融产生的无限小量熔体连续的从残余熔融产生的无限小量熔体连续的从残余(cny)(cny)固固固固相中移走相中移走相中移走相中移走,称为分离熔融。称为分离熔融。称为分离熔融。称为分离熔融。定量模型：定量模型：定量模型：定量模型：CLi/C0i=1/Do(1-PF/Do)
34、(1/P-1)CLi/C0i=1/Do(1-PF/Do)(1/P-1)实比熔融时：实比熔融时：实比熔融时：实比熔融时：CLi/C0i=1/Do(1-F)(1/Do-1)CLi/C0i=1/Do(1-F)(1/Do-1)在实际应用中，矿物比例的变化是较难确定的，一在实际应用中，矿物比例的变化是较难确定的，一在实际应用中，矿物比例的变化是较难确定的，一在实际应用中，矿物比例的变化是较难确定的，一般多采用实比平衡部分熔融模型。般多采用实比平衡部分熔融模型。般多采用实比平衡部分熔融模型。般多采用实比平衡部分熔融模型。第29页/共41页第三十页，共41页。分离分离(fnl)结晶结晶第30页/共41页第三
35、十一页，共41页。二二 岩浆作用岩浆作用(zuyng)(zuyng)判别的基本原理判别的基本原理(一一一一)元素丰度元素丰度元素丰度元素丰度-元素比值判别图解元素比值判别图解元素比值判别图解元素比值判别图解1.1.1.1.平衡部分熔融作用：平衡部分熔融作用：平衡部分熔融作用：平衡部分熔融作用：CLH=C0H/D+F(1-D)=C0H/FCLH=C0H/D+F(1-D)=C0H/FCLH=C0H/D+F(1-D)=C0H/FCLH=C0H/D+F(1-D)=C0H/FCLM=C0M/DM+F(1-DM)=C0M/(DM+FCLM=C0M/DM+F(1-DM)=C0M/(DM+FCLM=C0M/D
36、M+F(1-DM)=C0M/(DM+FCLM=C0M/DM+F(1-DM)=C0M/(DM+F）CLH/CLM=C0HCLH/CLM=C0HCLH/CLM=C0HCLH/CLM=C0H（DM+F)/(C0M F)DM+F)/(C0M F)DM+F)/(C0M F)DM+F)/(C0M F)=C0HDM/(C0MF)+C0HF/(C0MF)=C0HDM/(C0MF)+C0HF/(C0MF)=C0HDM/(C0MF)+C0HF/(C0MF)=C0HDM/(C0MF)+C0HF/(C0MF)=(C0H/C0M)DM/(C0H/CLH)F+C0H/C0M(=(C0H/C0M)DM/(C0H/CLH)F
37、+C0H/C0M(=(C0H/C0M)DM/(C0H/CLH)F+C0H/C0M(=(C0H/C0M)DM/(C0H/CLH)F+C0H/C0M(常数常数常数常数)=CLH(DM/C0M)+C0H/C0M =CLH(DM/C0M)+C0H/C0M =CLH(DM/C0M)+C0H/C0M =CLH(DM/C0M)+C0H/C0M CLH/CLMCLH/CLMCLH/CLMCLH/CLM对对对对CLHCLHCLHCLH为一斜率为一斜率为一斜率为一斜率(xil)(xil)(xil)(xil)为为为为DM/C0M,DM/C0M,DM/C0M,DM/C0M,截距为截距为截距为截距为C0H/C0MC0H
38、/C0MC0H/C0MC0H/C0M的直线。的直线。的直线。的直线。第31页/共41页第三十二页，共41页。2.2.分离结晶作用：分离结晶作用：CLH=C0H/F CLH=C0H/F CLM=C0M/F CLM=C0M/FCLH/CLM=C0H/C0M=CLH/CLM=C0H/C0M=常数常数(chngsh)(chngsh)CLH/CLM CLH/CLM对对CLHCLH作图为一水平直线作图为一水平直线,分离结晶分离结晶条件下熔体的条件下熔体的CLH/CLMCLH/CLM等于母岩浆的比值等于母岩浆的比值.第32页/共41页第三十三页，共41页。(二二二二)强不相熔元素强不相熔元素强不相熔元素强不
39、相熔元素-强相熔元素丰度判别图解强相熔元素丰度判别图解强相熔元素丰度判别图解强相熔元素丰度判别图解 强不相容强不相容强不相容强不相容(xin rn)(xin rn)元素总是在熔体中得到最元素总是在熔体中得到最元素总是在熔体中得到最元素总是在熔体中得到最大富集大富集大富集大富集.分离结晶作用中强相容分离结晶作用中强相容分离结晶作用中强相容分离结晶作用中强相容(xin rn)(xin rn)元素含量快元素含量快元素含量快元素含量快速降低速降低速降低速降低;部分熔融过程中强相容部分熔融过程中强相容部分熔融过程中强相容部分熔融过程中强相容(xin rn)(xin rn)元素具有高元素具有高元素具有高元
40、素具有高含量含量含量含量,随熔融程度降低含量缓慢降低随熔融程度降低含量缓慢降低随熔融程度降低含量缓慢降低随熔融程度降低含量缓慢降低.在元素在元素在元素在元素-元素丰度判别图解中元素丰度判别图解中元素丰度判别图解中元素丰度判别图解中,分离结晶作用早期分离结晶作用早期分离结晶作用早期分离结晶作用早期曲线近似平行强相容曲线近似平行强相容曲线近似平行强相容曲线近似平行强相容(xin rn)(xin rn)元素坐标轴元素坐标轴元素坐标轴元素坐标轴,晚晚晚晚期曲线平行强不相容期曲线平行强不相容期曲线平行强不相容期曲线平行强不相容(xin rn)(xin rn)元素坐标轴元素坐标轴元素坐标轴元素坐标轴;部分
41、熔融作用曲线近似平行强不相容部分熔融作用曲线近似平行强不相容部分熔融作用曲线近似平行强不相容部分熔融作用曲线近似平行强不相容(xin(xin rn)rn)元素坐标轴分布元素坐标轴分布元素坐标轴分布元素坐标轴分布,不相容不相容不相容不相容(xin rn)(xin rn)元素元素元素元素具有高含量具有高含量具有高含量具有高含量.第33页/共41页第三十四页，共41页。平衡部分熔融作用与分离结晶(jijng)作用的La/Sm判别图解（据M.Treuil等，1975）1.冰岛样品；2.Bcykiancs洋中脊样品第34页/共41页第三十五页，共41页。(三三)元素元素-比值和元素比值和元素-元元素岩浆
42、作用判别图解素岩浆作用判别图解(tji)(tji)的应用条件的应用条件藏北新生代白榴石碧玄岩藏北新生代白榴石碧玄岩-响岩岩浆作用判别图响岩岩浆作用判别图解解(tji)(tji)火车头山鱼鳞(yln)山第35页/共41页第三十六页，共41页。微量元素定量模型应用讨论：微量元素定量模型应用讨论：1.选择总体分配系数最大和最小的元素作选择总体分配系数最大和最小的元素作图，对判别分离结晶作用和部分熔融图，对判别分离结晶作用和部分熔融(rngrng)作用最有说服力，为什么？作用最有说服力，为什么？2.分离结晶作用和部分熔融分离结晶作用和部分熔融(rngrng)作作用判别时，应尽可能采集到接近初始岩浆用判
43、别时，应尽可能采集到接近初始岩浆成分的样品，因为分离结晶作用在早期结成分的样品，因为分离结晶作用在早期结晶过程中与部分熔融晶过程中与部分熔融(rngrng)作用差别作用差别最明显，为什么？最明显，为什么？第36页/共41页第三十七页，共41页。在花岗岩和许多英安质火山岩中，在花岗岩和许多英安质火山岩中，LaLa不是不是随酸度增大而增高，而是出现降低的趋势。随酸度增大而增高，而是出现降低的趋势。此时，不能用上述此时，不能用上述La/Sm-LaLa/Sm-La图解的投影图解的投影(tuyng)(tuyng)特征判别岩浆作用，为什么？特征判别岩浆作用，为什么？第37页/共41页第三十八页，共41页。
44、(四四四四)部分熔融实际计算中存在的不确定因素：部分熔融实际计算中存在的不确定因素：部分熔融实际计算中存在的不确定因素：部分熔融实际计算中存在的不确定因素：CLi=C0i/D+F(1-D)CLi=C0i/D+F(1-D)CLi=C0i/D+F(1-D)CLi=C0i/D+F(1-D)在这个定量模型中，可获得的变量有在这个定量模型中，可获得的变量有在这个定量模型中，可获得的变量有在这个定量模型中，可获得的变量有CLiCLiCLiCLi、KDKDKDKD、未、未、未、未知变量：知变量：知变量：知变量：C0iC0iC0iC0i、DDDD（矿物种类与含量（矿物种类与含量（矿物种类与含量（矿物种类与含量
45、(hnling)(hnling)(hnling)(hnling)）、）、）、）、F F F F，可以看出，在上述等式中同时存在三个未知变，可以看出，在上述等式中同时存在三个未知变，可以看出，在上述等式中同时存在三个未知变，可以看出，在上述等式中同时存在三个未知变量，对分离结晶作用的岩浆体系，量，对分离结晶作用的岩浆体系，量，对分离结晶作用的岩浆体系，量，对分离结晶作用的岩浆体系，CLICLICLICLI、也是一个、也是一个、也是一个、也是一个不确定变量，因此，对这样的岩浆体系不可能给出不确定变量，因此，对这样的岩浆体系不可能给出不确定变量，因此，对这样的岩浆体系不可能给出不确定变量，因此，对这
46、样的岩浆体系不可能给出唯一解，它需要相邻学科给出约束。通常涉及到的唯一解，它需要相邻学科给出约束。通常涉及到的唯一解，它需要相邻学科给出约束。通常涉及到的唯一解，它需要相邻学科给出约束。通常涉及到的有：实验岩石学、地球物理、地幔包体、地幔交代有：实验岩石学、地球物理、地幔包体、地幔交代有：实验岩石学、地球物理、地幔包体、地幔交代有：实验岩石学、地球物理、地幔包体、地幔交代作用研究的认识。作用研究的认识。作用研究的认识。作用研究的认识。第38页/共41页第三十九页，共41页。实验岩石学约束：实验岩石学约束：各种条件下的熔融各种条件下的熔融(rngrng)实验，不同实验，不同类型岩浆产出的源岩、地
47、幔包体、深源包类型岩浆产出的源岩、地幔包体、深源包体提供的可能源区组成。地幔交代程度确体提供的可能源区组成。地幔交代程度确定源区元素富集的上限浓度。定源区元素富集的上限浓度。尽管存在上述不确定变量，但模型仍然对熔尽管存在上述不确定变量，但模型仍然对熔融融(rngrng)过程给出了最大的约束。一过程给出了最大的约束。一般处理方法是给定未知变量，模拟对比已般处理方法是给定未知变量，模拟对比已知元素浓度，求解知元素浓度，求解CLi 或者由或者由CLi 求解求解F、或、或C0i第39页/共41页第四十页，共41页。由定量模型可知，给定一个由定量模型可知，给定一个(y)F值，可值，可以有一个以有一个(y)C0i值与其对应，因此，要值与其对应，因此，要使模型结果可信，就必须选择一些性质特使模型结果可信，就必须选择一些性质特殊的元素，对不同对象采用的元素不同，殊的元素，对不同对象采用的元素不同，REE是目前应用最多的元素。是目前应用最多的元素。有时结果不唯一，但可提供重要的成因约束，有时结果不唯一，但可提供重要的成因约束，如如HREE。第40页/共41页第四十一页，共41页。