微量元素的概念与性质学习教案

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。范围内范围内. 第1页/共41页第二页，共41页。第2页/共41页第三页，共41页。ai拉乌尔定律（理想的）非理想亨利定律1.000 (=)*i0Jii+ RT lnk1.0RT ln k Ji 0ixi第3页/共41页第四页，共41页。ai拉乌尔定律（理想的）非理想亨利定律1.000 (=)*i0Jii+ RT lnk1.0RT ln k Ji 0ixiai拉乌尔定律（理想的）非理想亨利定律1.000 (=)*i0Jii+ RT lnk1.0RT ln k Ji 0ixi第4页/共41页第五页，共41页。 ai=KXi式

2、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。KDKD称分配系数。称分配系数。第6页/共41页第七页，共41页。第7页/共41页第八页，共41页。第8页/共41页第九页，共41页。第9页/共41页第十页，共41页。大，其中大，其中Yb的分配系数可从玄的分配系数可从玄武质熔体的武质熔体的 4.03增大到流纹质熔体的增大到流纹质熔体的40。第1

3、0页/共41页第十一页，共41页。斜长石00.511.522.5CeNdSmEuGdDyErYbLu元素分配系数流纹岩浆玄武岩浆第11页/共41页第十二页，共41页。单斜辉石00.511.522.5CeNdSmEuGdDyErYbLu元素分配系数流纹岩浆玄武岩浆第12页/共41页第十三页，共41页。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： 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。 BRTHRTHDKTKDPln)ln(2第13页/共41页第十四页，共41页。3

4、. 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。RTVoTPK)ln(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

5、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41页第十七页，共41页。第17页/共41页第十八页，共41页。第18页/共41页第十九页，共41页。第19页/共41页第二十页，共41页。第20页/共41页第二十一页，共41页。第21页/共41页第二十二页，共41页。第

6、22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

7、- n n0- n 区间积分，得：区间积分，得： ln(n/n0)=1/(KD-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/F第23页/共41页第二十四页，共41页。0.81.00.60.400.281064210分离结晶作用CliC0iD=1D=1.1D=

8、2D=10D=0D=0.5F()残余熔体占原始熔体的百分数分离结晶分离结晶(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(

9、jijng)程度）程度）第25页/共41页第二十六页，共41页。1.08106420平衡结晶作用CilC0iF()残余熔体占原始熔体的百分数D=010.520100.80.60.40.2平衡结晶平衡结晶(jijng)作用过程中不同作用过程中不同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

10、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，D D总体分配系数总体分配系数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)模型第28页/共41页第二十九页，共41页。(二)

11、 部分(b fen)熔融作用模型第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页第三十一页，共41页。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。第33页/共41页第三十四页，共41页。1.5200.51LaSm051012La10-6分离结晶作用平衡部分熔融作用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