1、 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 讲课重点：讲课重点：地幔岩部分熔融模型与玄武岩浆、花岗岩浆的形成；地幔岩部分熔融模型与玄武岩浆、花岗岩浆的形成；岩浆结晶中主要元素的地化行为和微量元素的分配定量模型。岩浆结晶中主要元素的地化行为和微量元素的分配定量模型。主要内容：7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆的形成地幔物质的部分熔融与玄武岩浆的形成 7.1.1 7.1.1 地幔的部分熔融地幔的部分熔融;7.1.2;7.1.2 地幔岩部分熔融模型和批次熔融、分馏熔融地幔岩部分熔融模型和批次熔融、分馏熔融 7.2 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因地壳物质的部分熔融与花岗岩成因 7
2、.2.1 7.2.1 地壳物质形成花岗岩的证据和地壳物质部分熔融实验地壳物质形成花岗岩的证据和地壳物质部分熔融实验 7.2.2 7.2.2 花岗岩浆的形成及成因分类花岗岩浆的形成及成因分类;7.2.3;7.2.3 部分熔融与陆壳的演化部分熔融与陆壳的演化 7.3 7.3 硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用 7.3.1 7.3.1 岩浆的成分岩浆的成分;7.3.2;7.3.2 硅酸盐熔体的聚合作用与结构模型硅酸盐熔体的聚合作用与结构模型 7.3.3 7.3.3 岩浆中主要阳离子的结构作用岩浆中主要阳离子的结构作用 7.4 7.4 微量元素在岩浆结
3、晶中的定量模型微量元素在岩浆结晶中的定量模型-瑞利分馏定律瑞利分馏定律 7.4.1 7.4.1 微量元素在岩浆结晶中的定量模型微量元素在岩浆结晶中的定量模型-瑞利分馏定律公式瑞利分馏定律公式 7.4.2 7.4.2 微量元素微量元素BaBa、CuCu、MnMn、CaCa、ScSc、CoCo、CrCr、NiNi在岩浆结晶时的行为在岩浆结晶时的行为 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成 7.1.1 地幔物质的部分熔融地幔物质的部分熔融 7.1.1.1 7.1.1.1 部分熔融定义部分熔融定义在地球深处某些热量
4、聚集的部位在地球深处某些热量聚集的部位,固相岩石由冷到热慢慢升温固相岩石由冷到热慢慢升温,易熔组分先熔易熔组分先熔,形成岩浆形成岩浆,难熔组分残留为固相难熔组分残留为固相,在很大范围内处在很大范围内处于半熔状态于半熔状态,称为部分熔融。称为部分熔融。7.1.1.2 与部分熔融有关的问题与部分熔融有关的问题:(1)热量来源热量来源地球的内能：包括放射同位素衰变能、地球分异地球的内能：包括放射同位素衰变能、地球分异的位能等等。的位能等等。(2)岩浆产生的地质条件岩浆产生的地质条件构造断裂：减压带，岩浆上升通道。构造断裂：减压带，岩浆上升通道。(3)岩浆成分岩浆成分易熔组分易熔组分Si、Al、K、N
5、a和和H2O，6500C开始熔开始熔融；难熔组分融；难熔组分Mg、Fe、Ca、Ti、P，10000C 以上熔融。以上熔融。(4)母岩含水和母岩含水和CO2含水降低熔融温度和岩浆粘度。含水降低熔融温度和岩浆粘度。(5)压力压力_干压干压;水压水压.(6)(6)地球没有统一的地球没有统一的”岩浆源岩浆源”每一股岩浆都有自己的特殊每一股岩浆都有自己的特殊性性即因部分熔融程度即因部分熔融程度、构造部位、构造部位、压力压力、温度、母岩成分等不同、温度、母岩成分等不同.7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.1 地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成地幔物质的部分熔融与玄武岩浆形成 7.1.1
6、.3 地幔岩分异出玄武岩浆的证据地幔岩分异出玄武岩浆的证据:(1)(1)美国夏威夷和苏联勘察加半岛进行环太平洋火山活动的地美国夏威夷和苏联勘察加半岛进行环太平洋火山活动的地球物理测量球物理测量,地震波计算出的地震源为地震波计算出的地震源为 6060 70 KM 70 KM处处(固体固体岩石岩石),),岩浆源应深于地震源，超出莫霍面岩浆源应深于地震源，超出莫霍面,来自来自606090 KM90 KM的上地幔。的上地幔。(2)(2)夏威夷火山熔点测温为夏威夷火山熔点测温为100010001500 1500 0 0C C，用地热增温率计算，用地热增温率计算大于大于40KM40KM。(dT/dH)=1
7、(dT/dH)=10 0C/33M:20KMC/33M:20KM-600 6000 0C C；100KM100KM-140014000 0C C；500KM500KM-180018000 0C C；地心地心-2000-50002000-50000 0C C。测得火山喷出的玄武岩浆来自地下测得火山喷出的玄武岩浆来自地下606090 KM 90 KM 处处.7.1.1.37.1.1.3(3)(3)世界各地大量玄武岩中有二辉橄榄岩包体世界各地大量玄武岩中有二辉橄榄岩包体,后者为地幔岩成后者为地幔岩成 分。分。(4)(4)基性岩、超基性岩分布于超壳大断裂带附近基性岩、超基性岩分布于超壳大断裂带附近上地
8、幔物质上上地幔物质上 侵通道。侵通道。(5)5)同位素证据同位素证据:玄武岩中玄武岩中3434S=1.3S=1.3;(8787Sr/Sr/8686Sr)=0.701Sr)=0.7010.706.0.706.(6)6)玄武岩中微量元素玄武岩中微量元素:Nb:Nb Ta;Zr Ta;Zr Hf;Hf;U U Th;Hree Th;Hree Lree.Lree.(7(7)实验证明玄武岩浆产生于实验证明玄武岩浆产生于:T=1000-1200;:T=1000-1200;P=30-80 Kb;P=30-80 Kb;H=30-150 KM.H=30-150 KM.岩浆产生岩浆产生7.1.1.37.1.1.3
9、俯冲带岩浆产生俯冲带岩浆产生 7.1.1.4 林伍德模式林伍德模式:地幔岩地幔岩 =3=3橄榄岩橄榄岩 +1+1玄武岩玄武岩 成分成分:橄榄石橄榄石 70%;70%;辉石辉石 20%;20%;长石长石 10%.10%.7.1.1.5 地幔岩部分熔融举例地幔岩部分熔融举例：2MgSiO3(顽火辉石顽火辉石)Mg2SiO3(残留相残留相)+SiO2(熔体相熔体相)1557 0C 1910 0C 690 0C残留相残留相 D 1,相容元素相容元素,难熔组分难熔组分.如如:橄榄石橄榄石、斜方辉石等斜方辉石等;熔体相熔体相_ D P1H2O有水参与的熔融情况有水参与的熔融情况(以斜长岩为例以斜长岩为例)
10、P2干干初熔初熔1100 750全熔全熔11501200钠长石钙长石相图(有水参与时熔点降低有水参与时熔点降低)7.1.2.6钠长石-钙长石相图钠长石 钙长石P2(H2O)P1(H2O)P1(H2O)TP2(H2O)有水参与时有水参与时,水压越大熔点降低越多水压越大熔点降低越多岩石岩石/球粒陨石球粒陨石 100 10 1 部分熔融程度与岩石成分部分熔融程度与岩石成分对原始物质进行对原始物质进行1%、10%、50%熔融实验熔融实验产生的熔体产生的熔体(L)和残余固相和残余固相(R)中稀土模式中稀土模式L1%L10%L50%原始物质R10%R50%La CePrNdPmSmEuGdTbDyHoEr
11、TmYbLu7.1.2.7夏威夷玄武岩的稀土模式夏威夷玄武岩的稀土模式部分熔融程度与岩石成分部分熔融程度与岩石成分La Pr Pm Eu Tb Ho Tm Lu夏威夷玄武岩的稀土模式夏威夷玄武岩的稀土模式1000 100 107.1.2.8岩石岩石/球粒陨石球粒陨石黄长霞石岩黄长霞石岩1%富辉橄榄岩富辉橄榄岩10%橄榄拉斑玄武岩橄榄拉斑玄武岩50%地幔部分熔融的三元相图地幔部分熔融的三元相图7.1.2.97 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因地壳物质的部分熔融与花岗岩成因 7.2.1 地壳物质形成花岗岩的证据和地壳物质部分熔融实验地
12、壳物质形成花岗岩的证据和地壳物质部分熔融实验 7.2.1.1 7.2.1.1 证据证据(1)野外观察野外观察:A.花岗岩只在大陆有花岗岩只在大陆有,大陆花岗岩不与玄武岩大陆花岗岩不与玄武岩共生共生;B.海相玄武岩不与花岗岩共生海相玄武岩不与花岗岩共生;目前仅在冰岛和格凌兰发现大基性岩岩基可分异少量的花目前仅在冰岛和格凌兰发现大基性岩岩基可分异少量的花岗闪长岩岗闪长岩,但没有真正的花岗岩但没有真正的花岗岩.C.有的花岗岩有层理有的花岗岩有层理,个别有化石个别有化石,与围岩呈渐变关系与围岩呈渐变关系.D.花岗岩以花岗岩以“岩基岩基”、“岩珠岩珠”出现出现,没有没有“底底”和岩浆上和岩浆上涌通道涌通
13、道.E.月球和其它行星只有玄武岩月球和其它行星只有玄武岩,没有花岗岩没有花岗岩.F.构造环境构造环境:玄武岩玄武岩-拉张环境拉张环境,例如洋脊玄武岩例如洋脊玄武岩,玄武岩占玄武岩占喷发喷发 岩的岩的 98%;花岗岩花岗岩-挤压环境挤压环境,与造山带有关与造山带有关.(2)同位素证据同位素证据:玄武岩玄武岩 8787 Sr/86 Sr=0.702-0.706 花岗岩花岗岩 8787 Sr/86 Sr=0.705-1.003(3)实验证明实验证明:粘土岩粘土岩、杂砂岩熔体可以形成花岗岩成分杂砂岩熔体可以形成花岗岩成分.7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 7.2 地壳物质的
14、部分熔融与花岗岩成因地壳物质的部分熔融与花岗岩成因 7.2.1.2 7.2.1.2 地壳物质的部分熔融实验地壳物质的部分熔融实验 实验实验 (1):温克勒和普拉坦温克勒和普拉坦(1968):原料原料:德国荷皮因格姆矿床的制瓦粘土德国荷皮因格姆矿床的制瓦粘土;成分成分:伊利石伊利石-60%;石英石英-24%;高岭土高岭土5-10%;蒙脱石蒙脱石少量少量.实验实验:制瓦粘土在制瓦粘土在7150C、PH2O=2108 Pa a时开始熔化时开始熔化 温度温度 715 715 0C 矿物矿物 细晶岩细晶岩 熔融程度熔融程度 0 0%725-730 725-730 0C 花岗岩花岗岩 780 780 0C
15、 花岗闪长岩花岗闪长岩 50-55 50-55%实验实验(2):原料原料:德国西捷麦列尔河谷采石场的杂砂岩德国西捷麦列尔河谷采石场的杂砂岩;成分成分:斜长石斜长石-30%;石英石英 34%;白云母白云母-20%;绿泥石绿泥石12%;碳酸岩碳酸岩1%;金属矿物金属矿物-4%.实验结果实验结果(见下表见下表):地壳物质部分熔融实验地壳物质部分熔融实验温 度690 0C710 0C730 0C750 0C780 0C组 分石 英41.5 细细36.032.035.038.5 钾长石37.5 晶晶19.016.514.613.5 钠长石21.5 岩岩38.841.439.837.2 钙长石 0 3.2
16、 3.1 5.2 4.8 黑云母 0 0.5 2.0 1.3 2.0 矽线石 0 0 5.0 4.5 4.0熔熔 体体23.0%48.0%59.0%68.0%73.0%熔体组分的百分含量7.2.1.2花岗闪长岩花岗闪长岩7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因地壳物质的部分熔融与花岗岩成因 7.2.2 7.2.2 花岗岩浆形成花岗岩浆形成 7.2.2.1 7.2.2.1 成因分类成因分类 1)1)玄武岩浆分异出花岗岩玄武岩浆分异出花岗岩(幔源幔源):1928:1928年年,鲍文根据对玄武岩鲍文根据对玄武岩浆结晶过程的地质观测和实验研究
17、浆结晶过程的地质观测和实验研究,提出著名反应原理提出著名反应原理暗色暗色矿物和浅色矿物的反应系列矿物和浅色矿物的反应系列,并据此推断花岗岩由玄武岩浆经并据此推断花岗岩由玄武岩浆经结晶分异而形成的结晶分异而形成的.实例实例:格陵兰的斯盖嘠和加拿大的格陵兰的斯盖嘠和加拿大的MUSKOXMUSKOX巨大侵入体分异出巨大侵入体分异出少量花岗闪长岩少量花岗闪长岩.2)2)地壳物质部分熔融地壳物质部分熔融:已经形成地壳的固体岩石部分熔融已经形成地壳的固体岩石部分熔融.3)花岗岩化花岗岩化:是超变质混合岩化区域变质的交代变质成因是超变质混合岩化区域变质的交代变质成因.按花岗岩形成的构造部位按花岗岩形成的构造
18、部位 成因方式和特征矿物分类成因方式和特征矿物分类:例如例如:I 型型、S型、型、M 型、型、A型型;钛铁矿型和磁铁矿型等钛铁矿型和磁铁矿型等;7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因地壳物质的部分熔融与花岗岩成因 7.2.2 7.2.2 花岗岩浆形成花岗岩浆形成 7.2.2.2 7.2.2.2 成因分类的元素特征成因分类的元素特征 M M型型大洋岛孤型斜长花岗岩为主（与岛弧火山岩共生）大洋岛孤型斜长花岗岩为主（与岛弧火山岩共生）（8787Sr/Sr/8686SrSr）0.7040.704；（AlAlK KNa+Na+CaCa）1.0
19、 1.0；斑岩型斑岩型Cu.AuCu.Au矿化矿化 活动大陆板块边缘型活动大陆板块边缘型科迪勒拉科迪勒拉I I型型（8787Sr/Sr/8686SrSr）0.706 0.706；（AlAlK KNa+Na+CaCa）1.051.05；与辉长岩共生的英云闪长岩或二长花岗岩，斑岩型与辉长岩共生的英云闪长岩或二长花岗岩，斑岩型CuCu、MoMo矿化矿化（或与安山岩或英安岩共生）（或与安山岩或英安岩共生）造山期后隆起型造山期后隆起型加里东加里东I I型型 0.705 0.705（8787Sr/Sr/8686SrSr）0.7090.709；（；（AlAlK KNa+Na+CaCa）1 1；花岗闪长岩和花
20、岗岩为主，矿化通常不强。花岗闪长岩和花岗岩为主，矿化通常不强。7.2.2.27.2.2.2克拉通褶皱带和大陆碰撞型克拉通褶皱带和大陆碰撞型S S型型（8787Sr/Sr/8686SrSr）0.708 0.708；（AlAlK KNa+Na+CaCa）1.051.05；过铝质花岗岩组合，云英岩型和脉型过铝质花岗岩组合，云英岩型和脉型W W、SnSn矿化矿化稳定褶皱带和克拉通穹隆和裂谷型稳定褶皱带和克拉通穹隆和裂谷型A A型型（8787Sr/Sr/8686SrSr）0.7030.7030.7120.712，变化范围大；，变化范围大；（AlAlK KNa+Na+CaCa）过碱性的，相对富过碱性的，相
21、对富F F。Nb-Fe矿矿 SnO2和萤石和萤石CaF2矿化矿化 花岗岩分类特征花岗岩分类特征(续续)花岗岩分类特征花岗岩分类特征7.2.2.67 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.2 7.2 地壳物质的部分熔融与花岗岩成因地壳物质的部分熔融与花岗岩成因 7.2.3 7.2.3 部分熔融与陆壳的演化部分熔融与陆壳的演化 7.2.3.1 7.2.3.1 地壳热流值地壳热流值7.2.3.2陆壳形成模式陆壳形成模式大陆增生模式大陆增生模式地壳地壳(体积体积%)年龄(109年)陆壳增长的三种模陆壳增长的三种模式式 7.2.3.37.2.3.4壳幔混合壳幔混合全球大陆增生全球大陆增生
22、7.2.3.5北美大陆增生北美大陆增生7.2.3.6北美北美大陆增生7.2.3.7中国陆壳年龄中国陆壳年龄7.2.3.8华南陆壳年龄华南陆壳年龄7.2.3.9华南陆壳年龄华南陆壳年龄7.2.3.10陆壳演化陆壳演化7.2.3.11陆壳演化陆壳演化7.2.3.12陆壳元素演化陆壳元素演化7.2.3.13陆壳元素演化陆壳元素演化7.2.3.14陆壳陆壳元素演化元素演化7.2.3.16华南元素演化华南元素演化7.2.3.17华南元素演化华南元素演化7.2.3.18华南华南元素演化元素演化7.2.3.19地壳运动地壳运动(海底扩张海底扩张)7.2.3.20地壳运动地壳运动(大陆飘移大陆飘移)7.2.3
23、.20地壳运动地壳运动(大陆飘移大陆飘移)7.2.3.21地壳运动地壳运动(岛链岛链)7.2.3.22地壳运动地壳运动(海底扩张海底扩张)7.2.3.23 7 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.3 7.3 硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用硅酸盐熔体结构与岩浆中主要阳离子的结构作用 7.3.1 7.3.1 岩浆成分岩浆成分7.3.1.1 元素成分元素成分1)八种造岩元素八种造岩元素:O O、SiSi、AlAl、FeFe、MgMg、CaCa、NaNa、K K占岩浆的占岩浆的 90%90%以上。以上。2)2)微量元素：微量元素：1-0.1%1-0.1%的有的有:P
24、P、TiTi、H H、MnMn、S S、BaBa、SrSr、RbRb、CsCs、LiLi、ScSc、ZrZr、W W、SnSn、NbNb、CeCe、LaLa、V V、CrCr、NiNi、CoCo、CuCu、ZnZn、PbPb 0.1%1 1 时时:全部全部AlAl3+3+和与和与AlAl3+3+数目相等的数目相等的K K+Na+Na+进入四面体进入四面体,为为造网离子造网离子;当当(K(K+Na+Na+)/Al)/Al3+3+1 1 时时:与与K K+Na+Na+数目相等的数目相等的AlAl3+3+进进 入四面体入四面体,为为造网离子造网离子;其余其余AlAl3+3+为变网离子为变网离子.3)
25、Fe3)Fe3+3+-四配位四配位(造网离子造网离子););六配位六配位(变网离子变网离子)4)Fe4)Fe2+2+、MgMg2+2+、CaCa2+2+、NaNa+、K K+-全部全部变网离子变网离子 7.3.2.2 硅硅酸岩熔体的酸岩熔体的聚合的结构模型聚合的结构模型:1)1)群聚态组群聚态组:是指岩浆熔体内复杂的絡阴离子团有序结构的局是指岩浆熔体内复杂的絡阴离子团有序结构的局部区域部区域(近程有序近程有序),),其内部结构与晶体结构相似其内部结构与晶体结构相似,边缘有序度低边缘有序度低且与熔体处于动态平衡中且与熔体处于动态平衡中.2)2)硅氧四面体群聚态组硅氧四面体群聚态组结构结构(后后7
26、.17.1表表):):形成岩浆岩中广泛的硅酸形成岩浆岩中广泛的硅酸盐矿物盐矿物3)3)桥氧桥氧、非桥氧、自由氧和极化、脱极化、非桥氧、自由氧和极化、脱极化:M Me e-O-M-O-Me e 自由氧自由氧 极化极化 S Si i-O-M-O-Me e 非桥氧非桥氧 S Si i-O-S-O-Si i 桥氧桥氧 脱极化脱极化4)4)金属氧化群聚态组金属氧化群聚态组:形成岩浆岩中广泛分布的副矿物。形成岩浆岩中广泛分布的副矿物。M Me eN+N+XO+XO2-2-=(=(M MeOeOX X )-2X+N-2X+N 高价元素可形成金属氧化高价元素可形成金属氧化群聚态组群聚态组:P P、TiTi、Z
27、rZr、H Hf f、W W、SnSn、NbNb、T Ta a 硅氧四面体7.3.3.3.3 岩浆中主要岩浆中主要阳离子的结阳离子的结构作用构作用7.3.3.17.3.3.1硅氧四面体硅氧四面体硅氧四面体硅氧四面体7.3.3.2晶格能7.3.3.3 7 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.4 7.4 微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型-瑞利分馏定律瑞利分馏定律7.4.1 瑞利分馏定律瑞利分馏定律 7.4.1.1 7.4.1.1 公式推导公式推导:体系中微量元素体系中微量元素Tr的摩尔份数为的摩尔份数为:XTr =Y(Tr组分组分mol)/
28、n(所有组分所有组分mol)当含当含Tr的矿物晶出时的矿物晶出时,新生晶体中的新生晶体中的Tr浓度为浓度为:XTr晶晶=dY(新生晶体中新生晶体中Tr mol)/dn(新生晶体中所有组分新生晶体中所有组分mol)XTr晶晶=KD.XTr熔体熔体=(dY/dn)=(dY/dn)-(1)而残余熔浆中而残余熔浆中Tr浓度为浓度为:XTr残熔残熔=(Y-dY)/(n-dn)=Y/n -(2)(2)式变形为式变形为:Y=n.XTr熔体熔体 -(3)(3)式两边微分式两边微分:dY=d(n.XTr熔体熔体)=n.d XTr熔体熔体+XTr熔体熔体.dn -(4)将将(4)式两边除以式两边除以 dn得得:(
29、dY/dn)=(n.dX(dY/dn)=(n.dXTrTr熔熔/dn)+X/dn)+XTrTr熔熔 -(5)(5)将将(5)(5)式代入式代入(1)(1)式得式得:K KD D.X.XTrTr熔熔 =(dY/dn)=(n.dX=(dY/dn)=(n.dXTrTr熔熔/dn)+X/dn)+XTrTr熔熔 -(6)(6)整理整理(6)(6)式式K KD D.K.KD D.X.XTrTr熔熔 -X-XTrTr熔熔 =n.d X=n.d XTrTr熔熔 /dn/dn (K (KD D 1).X1).XTrTr熔熔 =n.dX=n.dXTrTr熔熔/dn/dn dn/n=(d Xdn/n=(d XTrT
30、r熔熔 )/(K)/(KD D 1).X1).XTrTr熔熔 -(7)(7)7.4.1.1对对(7)(7)式积分式积分:左左 =0 01 1 dn/n=ln n dn/n=ln n1 1 ln nln n0 0 =ln(n =ln(n1 1/n/n0 0)右右 =0 01 1 dX dXTrTr熔熔 /(K/(KD D 1).X1).XTrTr熔熔 =1/(K1/(KD D 1)1).ln(X.ln(XTrTr熔熔 /X/XTrTr0 0熔熔)；左左 =右右 ln(nln(n1 1/n/n0 0)=)=1/(K1/(KD D 1)1).ln(X.ln(XTrTr熔熔 /X/XTrTr0 0熔熔
31、)(n(n1 1/n/n0 0)(KD(KD 1)1)=X=XTrTr熔熔 /X/XTrTr0 0熔熔 -(8)-(8)令令(n(n1 1/n/n0 0)=F,)=F,则则(8)(8)式为式为:F F(KDKD 1)1)=X=XTrTr熔熔 /X/XTrTr0 0熔熔 X XTrTr熔熔 =X=XTrTr0 0熔熔.F F(KD(KD 1)1)-瑞利分馏定律公式瑞利分馏定律公式X XTrTr晶晶=K KD D *X XTrTr熔熔 =K KD D *X XTrTr0 0熔熔.F F(KD(KD 1)1)在上述基础上，在上述基础上，shaw(1970)shaw(1970)等导出了微量元素在部分等
32、导出了微量元素在部分熔融的定量模型：熔融的定量模型：X XTrTr熔熔 /X/XTrTr0 0熔熔=1/D=1/D（1-F1-F）+F+F7.4.1.1 7 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.4 7.4 微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型-瑞利分馏定律瑞利分馏定律 7.4.2 微量元素微量元素BaBa、CuCu、MnMn、CaCa、ScSc、CoCo、CrCr、NiNi在岩浆结晶时的行为在岩浆结晶时的行为 7.4.2.1 熔融熔融和和结晶图结晶图7.4.2.2 岩浆结晶分异过程岩浆结晶分异过程中微量元素的分配中微量元素的分配Cl/C0=
33、F(D-1)Cs/C0=D*F(D-1)微量元素结晶次序7.4.2.3 晶体场理论对微量元素晶出行为的制约：晶体场理论对微量元素晶出行为的制约：结晶次序结晶次序:在岩浆结晶过程中，八面体择位能OSPE大的过渡金属离子优先进入矿物晶格中lgRlgRFe 7 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.4 7.4 微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型-瑞利分馏定律瑞利分馏定律 7.4.3 岩浆岩中元素结晶特征岩浆岩中元素结晶特征 7.4.3.1 超基性岩和基性岩超基性岩和基性岩 1）根据）根据d能原理，首先晶出的是能量大的元素能原理，首先晶出的是能量大
34、的元素:早早 OSPE值大值大 晚晚 小小 2）原子序数为偶数：）原子序数为偶数：8O、12Mg、14Si、16S、20Ca、22Ti、24Cr、26Fe 28Ni 78Pt，占，占97%，超基性岩尤突出；基性岩，超基性岩尤突出；基性岩中中Na、Al、K加入长石晶格，奇数元素增加。加入长石晶格，奇数元素增加。3）4Q型：原子核稳定性大型：原子核稳定性大-16O、24Mg、28Si、32S、40Ca、48Ti、52Cr、56Fe等。等。4）电价为偶数价，尤以）电价为偶数价，尤以2+为主：如：为主：如：Mg2+、Fe2+、Ni2+、Ca2+、Si4+、Ti4+及及O-2、S-2等，等，奇数化合价元
35、素较少奇数化合价元素较少 Na+、K+、Al3+5）超基性岩和基性岩浆的结晶是在缺氧条件下，故变价元素）超基性岩和基性岩浆的结晶是在缺氧条件下，故变价元素为低价：为低价：Fe2+、Ti3+、V3+、Cr3+。这时铁形成硫化物为磁黄铁矿这时铁形成硫化物为磁黄铁矿FeS,而不是黄铁矿而不是黄铁矿FeS2,有自然有自然碳（金刚石）碳（金刚石）C0.6）类质同象类质同象极为发育：（高温条件完全类质同象）极为发育：（高温条件完全类质同象）等价类质同象等价类质同象：橄榄石中：橄榄石中 FeFe2+2+MgMg2+2+；NiNi2+2+Co+Co2+2+FeFe2+2+Mg+Mg2+2+;普通辉石普通辉石
36、MnMn2+2+FeFe2+;2+;PtPt元素相互置换等。元素相互置换等。异价类质同象异价类质同象：橄榄石中：橄榄石中 ScSc3+3+MgMg2+;2+;磁铁矿中磁铁矿中 NiNi2+2+V V3+3+Mg Mg2+2+Fe Fe2+2+FeFe3+;3+;钛铁矿中钛铁矿中 NbNb5+5+TiTi4+4+7 7）聚集）聚集FeFe族元素：族元素：ScSc3+3+、TiTi、V V、CrCr、MnMn、Fe CoFe Co、Ni Ni 变价离子变价离子,不对称性不对称性,染色性高，顺磁性强，颜色很深（染色性高，顺磁性强，颜色很深（RuRu、RhRh、PdPd、OsOs、IrIr、PtPt）
37、.7.4.3.1 8 8）矿物晶格能大，耐高温，高硬度。化学性质稳定：）矿物晶格能大，耐高温，高硬度。化学性质稳定：耐高温：刚玉、铬铁矿、钛铁矿耐高温：刚玉、铬铁矿、钛铁矿 高硬度：金刚石、尖晶石、铬铁矿高硬度：金刚石、尖晶石、铬铁矿 化学性质稳定：金刚石、刚玉、铂族元素、化学性质稳定：金刚石、刚玉、铂族元素、AuAu等等 9 9）超基性、基性岩中）超基性、基性岩中MgO/FeOMgO/FeO与矿化与矿化：MgO/Fe 14MgO/Fe 146.5 6.5 镁质超基性岩镁质超基性岩 C Cr(尖晶石尖晶石)、ptpt矿化矿化 6.5-2 6.5-2 铁质超基性岩铁质超基性岩 CuCu、NiNi
38、、ptpt矿化矿化 2 20.2 0.2 富铁超基性岩富铁超基性岩 FeFe、ptpt矿化矿化 2 2 铁质基性岩铁质基性岩 FeFe矿矿 硫化物硫化物88%88%0.5 0.5 富富FeFe质基性岩质基性岩 氧化物氧化物(Fe(Fe3+3+较高的较高的EhEh值值)7.4.3.1 7 7 硅酸盐熔融体系的地球化学硅酸盐熔融体系的地球化学 7.4 7.4 微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型微量元素在岩浆结晶分异中的定量模型-瑞利分馏定律瑞利分馏定律 7.4.3 岩浆岩中元素结晶特征岩浆岩中元素结晶特征 7.4.3.2 酸性岩酸性岩1 1）除）除O O、SiSi以外、原子序数为偶数和电价为偶数的
39、元素大以外、原子序数为偶数和电价为偶数的元素大 大降低，如大降低，如Fe2+Fe2+、MgMg2+2+、CaCa2+2+；奇数序和奇价元素大大增加：如奇数序和奇价元素大大增加：如AlAl3+3+.K.K+2 2）化合价岐化现象：）化合价岐化现象：低价低价:Li:Li+、BeBe2+2+、F F-1-1、NaNa+1+1、K K+1+1、RbRb+1+1、CsCs+1+1、BaBa+2+2高价高价:Ree:Ree3+3+、ZrZr4+4+、HfHf4+4+、NbNb5+5+、TaTa5+5+、U U+6+6、ThTh4+4+、W W6+6+、SnSn4+4+3 3）碱金属）碱金属K K、RbRb
40、、CsCs含量和含量和SiSi含量升高含量升高；4 4）易挥发性化合物含量升高：）易挥发性化合物含量升高：F F-、ClCl-、OHOH-、P P等等5 5）矿物熔点低主要矿物：长石、石英、黑云母、白云母）矿物熔点低主要矿物：长石、石英、黑云母、白云母6 6）副矿物种类多：锆石、磷灰石、榍石、褐帘石、独居石、）副矿物种类多：锆石、磷灰石、榍石、褐帘石、独居石、电气石、电气石、锡石、萤石、金红石、磁铁矿锡石、萤石、金红石、磁铁矿.7.4.3.2思考题：思考题：一一.名词解释：名词解释：1.1.部分熔融部分熔融 2.2.批次熔融批次熔融 3.3.分馏熔融分馏熔融 4.4.花岗岩化作用花岗岩化作用
41、5.5.群聚态组群聚态组 6.6.桥氧、非桥氧、自由氧桥氧、非桥氧、自由氧 7.7.岩浆的结晶分异岩浆的结晶分异 作用作用;8.8.八面体择位能八面体择位能 二二.试述地幔岩部分熔融与玄武岩浆成因机制试述地幔岩部分熔融与玄武岩浆成因机制;三三.简述各类花岗岩的一般特征简述各类花岗岩的一般特征;四四.叙述主要元素叙述主要元素O O、SiSi、AlAl、FeFe、MgMg、CaCa、NaNa、K K在岩浆结晶在岩浆结晶 过程中的行为。过程中的行为。五五.推导微量元素在岩浆分异结晶中的定量模型推导微量元素在岩浆分异结晶中的定量模型-瑞利分馏瑞利分馏 定律公式定律公式,并叙述微量元素并叙述微量元素Ba
42、Ba、CuCu、MnMn、GaGa、ScSc、CoCo、CrCr、NiNi在部分熔融过程中的行为。在部分熔融过程中的行为。花岗岩化作用花岗岩化作用:一般发生在大规模的造山带，并与中、高级区域变质作用伴生；一般发生在大规模的造山带，并与中、高级区域变质作用伴生；花岗岩化作用最重要的机制是交代作用花岗岩化作用最重要的机制是交代作用.作用的过程为作用的过程为:由于上地幔的去气、去由于上地幔的去气、去碱、去硅作用，以及温度、压力显著升高的下部地壳中水、钾、钠、硅等的活化碱、去硅作用，以及温度、压力显著升高的下部地壳中水、钾、钠、硅等的活化转移转移,形成形成“岩汁岩汁”。“岩汁岩汁”，借助裂隙和孔隙，向
43、上和向周围扩散。进，借助裂隙和孔隙，向上和向周围扩散。进行交代结晶作用，使原有岩石中花岗岩质成分不断增加，总成分逐步接近花岗岩。行交代结晶作用，使原有岩石中花岗岩质成分不断增加，总成分逐步接近花岗岩。花岗岩化作用常常是不均匀的，因此形成条带状、网脉和斑杂状等构造；结构上花岗岩化作用常常是不均匀的，因此形成条带状、网脉和斑杂状等构造；结构上常具变斑状、蠕虫状、残留状等交代结构。矿物成分上可以有变质矿物的残留。常具变斑状、蠕虫状、残留状等交代结构。矿物成分上可以有变质矿物的残留。因此因此,花岗岩化作用的不均一性，可形成各种混合花岗岩。花岗岩化作用的不均一性，可形成各种混合花岗岩。岩浆的结晶分异作用
44、岩浆的结晶分异作用:指硅酸盐熔融体在冷却过程中，因熔融组分的熔点不同而指硅酸盐熔融体在冷却过程中，因熔融组分的熔点不同而分别结晶析出、形成系列其矿物和化学成分不同的岩石的地质作用；其最基本的分别结晶析出、形成系列其矿物和化学成分不同的岩石的地质作用；其最基本的模型为鲍温反应系列，另外还受挥发份、压力、氧逸度、微量元素的分异规律模型为鲍温反应系列，另外还受挥发份、压力、氧逸度、微量元素的分异规律等控制。等控制。以下三个概念是指硅酸盐熔体中氧的结构状态以下三个概念是指硅酸盐熔体中氧的结构状态。桥氧桥氧：是连结两个：是连结两个S Si i-O-O四面体的氧，与两个四面体的氧，与两个S Si i4+4+或取代或取代S Si i4+4+的四次配位阳离子相联。的四次配位阳离子相联。表示为表示为S Si i-O-S-O-Si i 或或O O0 0非桥氧非桥氧：是联结一个：是联结一个S Si i4+4+和一个非和一个非四次配位阳离子的氧，表示为四次配位阳离子的氧，表示为S Si i-O-M-O-Me e或或O O-；自由氧自由氧：是连结两个非：是连结两个非四次配位阳离子四次配位阳离子的氧，表示为的氧，表示为M Me e-O-M-O-Me e或或O2O2-
