12微量元素地球化学

残余岩浆中
cil cio
= F(D-1)
100
瞬时结晶相中
ciR cio
= DF(D-1)
100
平均结晶相中
cis cio
=
1-FD 1-F
100
10
0.01
0.1 0.5
1
2
0.1
5
D = 10
0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
溶体减少
F
10
1
0.5
2
0.1
0.1 5 10
0.01
0.01
极低
极低
几无 骤升
缓降至1 缓升至1
3.岩浆过程中微量元素定量模型
结晶作用模型：
cil cio
= F(D-1)
当D1，cil/cio= 1/F。元素i在残
余岩浆中浓度主要与结晶程度有
关，可作为结晶分异Biblioteka Baidu度的指示。
如果D 1，cil/cio= 1。即元素i在 岩浆中和结晶相中的浓度都没有
大的变化。
因此，仅仅依靠简单的分配 定律显然不够，地球化学已 径有了模拟多种岩浆作用过 程中元素分配演化的定量模 型。最常用的为结晶分异和 部分熔融过程模型。
斜长石中的元素分带
3.岩浆过程中微量元素定量模型
3.1结晶分异过程 矿物从熔体中结晶的两种平衡方式:
1.晶体与熔体仅具表面平衡，所形成晶体具环带状构造。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
晶体增加
F
10
10
5
1
2 0.5
0.1
0.1
0.01
0.01
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
晶体增加
F
3.岩浆过程中微量元素定量模型
分异结晶作用的早期 残余岩浆
D1
迅速降低
D1
略升
分异结晶作用的晚期
D1
几无
D1
骤升
瞬时结晶相 平均结晶相
开始特高， 开始特高， 迅速降低 缓慢降低
K ol/m≈0 (橄榄石-熔体)、K opx/m≈0 (斜方辉石-熔体) （碱金属很难进入Ol和Opx）
K cpx/m=0.003(单斜辉石-熔体)、K pl/m=0.05(斜长石-熔体) 玄武岩中造岩矿物的组成比例为：
Opx：cpx：pl=0.05：0.60：0.35 由此计算获得的Rb总分配系数(岩石/熔体)为：
F=3.70%。
岩浆结晶程度F值已接近于0，表明理论上拉斑玄武岩经 结晶分异作用可满足碱性玄武岩Rb的含量要求，但此时 拉斑玄武岩已接近完成结晶作用。故大量碱性玄武岩的 形成不可能是经由拉斑玄武质岩浆结晶分异形成。
3.岩浆过程中微量元素定量模型
3.2部分熔融过程
如果熔融区滞留熔体，一直 与残留相保持某种程度的平 衡，称为平衡部分熔融过程
a、微量元素在晶体中扩散速度比在熔体中慢，且晶 体形成后很快离开熔体；
b、微量元素在熔体中扩散速度比晶体生长速度慢。
2.晶体在缓慢冷凝条件下结晶并与熔体始终保持平衡， 形成成分均一，没有环带的矿物。
前者为分离结晶作用，又称瑞利分馏作用；后者称平衡 结晶作用。
3.岩浆过程中微量元素定量模型
分离结晶过程的定量模型
如果熔体一产生就很快离开 熔融区，而移至别处汇聚， 称为分离部分熔融过程。
如果产生熔体的量，每达到 一定程度，就离开熔融区， 而移至别处汇聚，称为批式 部分熔融过程。
3.岩浆过程中微量元素定量模型
平衡部分熔融过程的定量模型：假设产生的全部熔体 与残留相保持平衡
岩浆 F
源岩
1-F
残留相
cio
cis
考虑源岩中微量元素i的量和岩浆+残留相中的量相等，可得方程：
cio= Fcil + (1-F) cis
3.岩浆过程中微量元素定量模型
3.岩浆过程中微量元素定量模型
平衡结晶作用 右图为不同分配系数
的微量元素在平衡结晶 过程中，熔体中元素含 量随F值的变化趋势。请 注意对比平衡与非平衡 过程中微量元素含量的 演化特点。
矿物结晶程度增加方向
3.岩浆过程中微量元素定量模型
结晶过程元素分配模型的研究意义——探讨岩石成因 拉斑玄武岩和碱性玄武岩（富集碱金属以及其它的不相 容元素）是常见的两类基性火山岩。 成因探讨：
上次课回顾
微量元素 稀溶液定律 能斯特分配定律、能斯特分配系 数、影响分配系数的因素、分配系 数的应用
五、微量元素地球化学-2
3.岩浆过程中微量元素定量模型
橄榄石自玄武岩浆中结晶，Ni将在晶体核心富集 （Ni在橄榄石与熔体间的分配系数≈14），同时使与之 平衡的熔体中Ni浓度降低。当晶体外层依次结晶时，由 于熔体中Ni浓度愈来愈低，结果出现橄榄石晶体从核心 到边缘，Ni浓度逐渐变低，而且熔体中的Ni也随橄榄石 晶出而愈益贫化。
当D 0.2-0.5，元素在岩浆结晶
的大部分阶段（除了岩浆结晶的
最晚期）变化都非常平稳，也可
以用来指示岩浆演化的进程。
3.岩浆过程中微量元素定量模型
平衡结晶作用
矿物与熔体连续再平衡，形成无环带晶体，用于描述平 衡部分熔融的方程式也适用于该过程：
Cil＝D(1
Ci0 F
)

F
以下面假定为前提: ① 整个结晶过程中晶体与熔体之间 具有表面平衡，且分配系数或总分配系数始终保持固 定; ② 自岩浆中结晶的矿物种类及其相对比例保持固定。 两种假定均偏离真实岩浆结晶过程。但解决实际问题 的效果令人满意。
设结晶的矿物与残余岩浆保持表面平衡，因此，结晶 过程符合Rayligh分馏定律：Xi熔体＝Xi0·F(D－1)
原始岩浆
cio
残余岩浆 cil 瞬时结晶相 ciR
平均结晶相 cis
cil cio
= F(D-1)
F
ciR cio
= DF(D-1)
cis cio
=
1-FD 1-F
1-F
3.岩浆过程中微量元素定量模型
DRb=0.0030.6+0.05 0.35=0.0193
若拉斑玄武岩经结晶分异作用，其残余岩浆中Rb的 含量水平能达到碱性玄武岩的Rb含量：
•应用瑞利方程(非平衡) : CiL/Ci0=FDi-1，得到F=5.87%
(式中CiL和Ci0分别等于18和1ppm，DRb=0.0193)，
•应用岩浆平衡结晶模型: CiL/Ci0=1/ [Di(1-F)+F] ，得到
1、碱性玄武岩是由拉斑玄武岩经结晶分异富集强 不相容的碱金属而形成的；
2、由于地幔岩浆侵入地壳时，可能因受到地壳的 混染而碱金属含量增高。
已知大洋拉斑玄武岩的Rb含量约为1ppm，而碱性玄武 岩Rb的平均含量为18ppm。在玄武岩中主要的造岩矿物 为橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和高钙斜长石。Rb在玄 武质岩石造岩矿物与熔体间的分配系数为：