第章微量元素地球化学岩浆作用模型.ppt
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1、20 五月 2023第章微量元素地球化学第章微量元素地球化学岩浆作用模型岩浆作用模型4.2 岩浆作用过程中微量元素分配岩浆作用过程中微量元素分配演化的定量模型演化的定量模型*24.2.1 岩浆形成过程中部分熔融的定量模型岩浆形成过程中部分熔融的定量模型4.2.2 岩浆结晶过程中结晶作用模型岩浆结晶过程中结晶作用模型2013/10/11自然体系如岩自然体系如岩浆浆作用中,作用中,元素在不同相元素在不同相间间的分配并的分配并非是静非是静态态的分配,的分配,而是而是动态动态演演进进式式的分配。的分配。例如例如橄橄榄榄石自玄武岩石自玄武岩浆浆中中结结晶晶(Ni在橄在橄榄榄石与熔体石与熔体间间的分配系数
2、的分配系数14),随着晶体内部随着晶体内部结结晶晶Ni将在晶体核将在晶体核心富集,心富集,同同时时使与之平衡的熔体中使与之平衡的熔体中Ni浓浓度降低度降低当晶体外当晶体外层层依次依次结结晶晶时时,尽管尽管Ni的分配系数的分配系数不不变变,但是在熔体中但是在熔体中Ni浓浓度愈来愈低的情况下度愈来愈低的情况下进进行分配的,行分配的,结结果不果不仅仅橄橄榄榄石晶体核心到石晶体核心到边缘边缘Ni浓浓度逐度逐渐变渐变低,低,而且而且熔体中的熔体中的Ni也随橄也随橄榄榄石晶出而愈益石晶出而愈益贫贫化化。32013/10/11F岩浆作用岩浆作用指岩浆形成、演化和固结成岩的一系列作指岩浆形成、演化和固结成岩的
3、一系列作用。用。岩浆作用过程中,往往经历岩浆作用过程中,往往经历部分熔融作用、部分熔融作用、同化混染、岩浆混合和结晶作用同化混染、岩浆混合和结晶作用等过程。等过程。F微量元素在矿物和熔体之间的分配可能导致在岩浆微量元素在矿物和熔体之间的分配可能导致在岩浆作用过程中微量元素的浓度变化达作用过程中微量元素的浓度变化达几个数量级几个数量级。因此,微量元素分配的定量研究可以用来作为岩因此,微量元素分配的定量研究可以用来作为岩浆演化高度灵敏的浆演化高度灵敏的指示剂指示剂。42013/10/11l如果在开放体系中,如果在开放体系中,岩浆分异通过以下两种过程岩浆分异通过以下两种过程进行进行:l与其它固体混染
4、物的与其它固体混染物的同化作用同化作用(Assimilation of an initially solid contaminant)l两种以上成分不同的岩浆的两种以上成分不同的岩浆的混合作用混合作用(Mixing of two or more contrasting magmas)52013/10/11岩浆作用岩浆作用*6源区部分熔融原始岩浆快速上升喷出地表火山岩火山岩结晶分异结晶分异同化混染同化混染侵入侵入上升的地幔柱头上升的地幔柱头软流圈软流圈岩石圈地幔岩石圈地幔中下地壳中下地壳2013/10/11研究微量元素在岩浆过程中的分配演化规律,仅仅研究微量元素在岩浆过程中的分配演化规律,仅仅依
5、靠简单的分配定律显然不够,依靠简单的分配定律显然不够,还必须研制出适还必须研制出适用于表征地质体系各类作用过程微量元素行为的用于表征地质体系各类作用过程微量元素行为的数数学模型学模型。径过努力,地球化学已径有了模拟多种岩浆作用过径过努力,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程中元素分配演化的定量模型。最常用的为最常用的为分离结分离结晶和部分熔融过程模型晶和部分熔融过程模型。这些模型都是以微量元素这些模型都是以微量元素在晶体相与熔体相之间的分配系数为基础的。在晶体相与熔体相之间的分配系数为基础的。72013/10/114.2.1岩浆形成过程中部分熔融的定量模型岩浆形成过程
6、中部分熔融的定量模型l微量元素一般原则也可用于岩浆部分熔融,说明随熔微量元素一般原则也可用于岩浆部分熔融,说明随熔融进行融进行Tr在形成岩浆中富集或贫化的趋势。三种端元在形成岩浆中富集或贫化的趋势。三种端元模式模式:l 批批次次或或平平衡衡熔熔融融(batch melting):部部分分熔熔融融过过程程中中熔熔体体与与残残余余固固相相发发生生连连续续再再平平衡衡,直直到到熔熔体体移移出出-平平衡衡部部分熔融。分熔融。l 分分馏馏熔熔融融(fractional melting):部部分分熔熔融融产产生生的的无无限限小量熔体连续地自残余相移出。小量熔体连续地自残余相移出。l 收收集集熔熔融融(co
7、llection melting):部部分分熔熔融融产产生生的的熔熔体体连连续续自自残残余余相相移移出出,聚聚集集于于一一个个岩岩浆浆房房中中,经经充充分分混混合最后得出一种平均成分。合最后得出一种平均成分。82013/10/114.2.1 岩浆形成过程中部分熔融的定岩浆形成过程中部分熔融的定量模型量模型F1.平衡部分熔融平衡部分熔融F2.定量模型假设定量模型假设F3.定量模型定量模型*92013/10/111.平衡部分熔融平衡部分熔融岩浆形成最常见和最可能的就是岩浆形成最常见和最可能的就是平衡部分平衡部分熔融(熔融(equilibrium melting),),在整个部在整个部分熔融过程中,
8、熔体与残留固体始终保持分熔融过程中,熔体与残留固体始终保持平衡,直到熔体离去,这种熔融又称平衡,直到熔体离去,这种熔融又称批次批次熔融、平衡熔融或一次熔融熔融、平衡熔融或一次熔融。102013/10/11 在整个部分熔融过程中在整个部分熔融过程中微量元素微量元素在固相在固相和液相之间的总分配系数始终保持不变;和液相之间的总分配系数始终保持不变;整个熔融过程中整个熔融过程中残余固相中各矿物相对残余固相中各矿物相对形成熔体的贡献比例保持不变。形成熔体的贡献比例保持不变。*112013/10/11推推导导出批次熔融定量模型出批次熔融定量模型:(5.1)CiL-元元素素i在在形形成成熔熔体体中中的的浓
9、浓度度,Ci0-i在在原原始始固固相相中中的的浓浓度度,D0-熔熔融融开开始始时时i在在母母岩岩矿矿物物集集合合体体与与熔熔体体之之间间的的总总分分配配系系数数,F-形形成成熔熔体体占占母母岩岩重重量量百百分分数数,反反映映部部分分熔熔融融程程度度(0到到1熔熔融融程程度度增增大大)。P-元元素素在在被被熔熔参参加加熔熔体体的的那那些些矿矿物物与与熔熔体体间间的的总分配系数。总分配系数。3.定量模型定量模型122013/10/11如果熔融如果熔融过过程中原始固相中某一程中原始固相中某一矿矿物物质质量百分数量百分数Wi0等于等于熔融后残余固相中熔融后残余固相中该该矿矿物的重量百分数物的重量百分数
10、Wi和和进进入到熔体中入到熔体中该矿该矿物相的重量百分数物相的重量百分数Pi,Wi0WiPi,则则D0DP,即如果各种,即如果各种矿矿物相的熔化物相的熔化是按照它是按照它们们在母岩中的在母岩中的标标准比例准比例进进行,熔化行,熔化过过程程中式中式D 中的中的Wi保持不保持不变变,或形成的熔体与母,或形成的熔体与母岩具有相同成分,岩具有相同成分,PD0,式,式(5.1)简简化化为为:或D0代替了代替了P,为为模式批次熔融模型模式批次熔融模型(modal melting)。(5.2)(5.3)132013/10/11地壳中要确定一种地壳中要确定一种岩岩浆浆形成的源岩及其形成的源岩及其矿矿物成分物成
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