| 摘 要： | 微量元素在矿物与熔体间的分布与其物质组成、矿物结构以及温度、压力等有关。为了研究温度和压力对角闪石-熔体间微量元素分配系数的影响,我们对采自豫西伊川-汝阳的含水玄武岩进行了熔融结晶实验。在中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压院重点实验室CS-3600t多顶砧压力机上完成了两个系列的实验:(1)温度系列,保持压力p=0.6 GPa和加热时间t=100 h不变,改变结晶温度(800~900℃)的实验;(2)压力系列,保持温度T=900℃和加热时间t=100 h不变,改变压力(0.6~2.6 GPa)的实验。结果显示,实验产物的固相主要为角闪石,另有少量磷灰石和尖晶石,得到的熔体为花岗闪长质成分。利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)测试实验产物中角闪石和熔体的微量元素,根据微量元素在平衡两相中分配的浓度比(即能斯特分配定律),我们计算了大离子亲石元素(LILE:Li,Be,Rb,Sr,Cs,Ba),稀土元素(REE:La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y),高场强元素(HFSF:Nb,Ta,Zr,Hf,Pb4+)以及过渡金属元素(Sc,V,Cr,Co)在各体系内角闪石-熔体间微量元素的分配系数。从实验结果的整体特征上来看,角闪石的LILE和LREE的分配系数小于1(DRb=0.35,DLa=0.48),说明二者相对富集于熔体中;而HREE的分配系数大于1(DLu=1.37),说明其相对富集于角闪石中;HFSF的分配系数较小(DNb=0.81),表明其在角闪石中呈亏损状态;而过渡金属元素在熔体中表现为强烈的亏损,如DV=~30。在温度系列的实验产物中,随着温度从800℃升至900℃,各微量元素的分配系数没有明显的变化规律,但是LILE、REE和HFSF的分配系数都较压力系列的值要大。在压力系列的实验产物中,随着压力从0.6 GPa升至2.6 GPa,大部分微量元素的分配系数与压力呈负相关关系,特别是LILE和HFSF,其分配系数随压力的升高而明显减小。表明压力对微量元素在角闪石-熔体间分布的影响比温度对其分布的影响更大,而且压力越大,熔体中相对越富集LILE等微量元素。微量元素在晶体中的分配主要受离子半径和电荷的控制。对于相同电价的微量元素,其分配系数与矿物的晶格参数呈非线性关系。晶格应变弹性模型可以实现这一非线性拟合,其理论公式如下式所示:Di=D0×exp-4πENAr0/2(ri-r0)2+1/3(ri-r0)3]/RT]。其中:NA为阿伏加德罗常数;R为气体常数;T为温度(单位是k);E为杨氏模量;ri为元素i的离子半径;r0为矿物晶格的最佳离子半径;Di为元素i的分配系数;D0为无应变分配系数。假设+3价的REE全部进入角闪石晶格中的M4位,将各实验产物中REE的分配系数利用上述公式进行非线性拟合,可得到角闪石的D0、r0和E。拟合结果显示,在0.6 GPa下,温度从800℃升至900℃,角闪石的晶格参数没有明显的变化规律;而在900℃下,随着压力从0.6 GPa升至2.6 GPa,角闪石M4位的r0=~0.89-0.92,E的范围是139~534 GPa,而D0由1.17增大至1.53。这可能与压力利于REE富集于晶体中有关,特别是HREE选择性富集于角闪石晶体中。由于非线性拟合曲线与实验值有良好的一致性,表明理论计算结果和实验结果具有比较好的对应关系。
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