Question

分配系数的影响因素

Answer 1

微量元素分配系数受体系成分、温度、压力、氧逸度等因素影响。

1.体系化学成分的影响

分析微量元素分配系数的资料可以发现：不同成分体系中，某一微量元素对同一种矿物的分配系数有较大的差别。实际上，体系成分对微量元素分配系数的影响包括两个方面：既有矿物自身成分的影响，也有与其平衡的熔体成分的影响。研究证明，Sr在斜长石与熔体间的分配系数随斜长石Na的含量增高和熔体酸性增强而增大（Sun等，1974）。哈特等证明，Ni在橄榄石与熔体间的分配系数随熔体的Fe/Mg比值增高而增大。因此，在使用分配系数时，必须注意所研究的体系成分是否与测定该分配系数的体系成分相近。

2.温度对分配系数的影响

由热力学可知，分配系数与温度的关系如下：

地球化学原理（第三版）

若温度变化不大，ΔH可视为常数时，上式积分后得到：

地球化学原理（第三版）

因此，若温度变化不大，ΔH可视为常数时，则分配系数与温度的倒数呈线形关系，这种函数关系是设计微量元素地质温度计的理论基础。

温度对分配系数的影响在很大程度上取决于元素和矿物的不同。例如，温度对于Sr在单斜辉石与熔体之间的分配系数的影响在1100～1200℃范围内就相对小些（Shimizn，1974；Sun and Williams et al.，1974），而Sr在斜长石和熔体间的分配系数在1200～1300℃温度范围内相对变化可达约70%（Weill等，1973；Sun and Williams et al.，1974）。因此，使用分配系数时，应尽量保证所研究体系与分配系数测定体系的条件相近。

3.压力对分配系数的影响

一般情况下，压力对微量元素的分配系数影响较小，因为微量元素在熔体和矿物相分配引起相的体积变化是极小的。例如，已有实验提供有关K、Rb、Sr和Ba在单斜辉石与熔体之间的分配系数随压力变化的证据，但该效应似乎显得过小。实验研究还初步表明，Th和U在透辉石和熔体间的分配系数（Seitz，1973）及REE（稀土元素）在石榴子石和单斜辉石间的分配系数在误差范围内似乎不受压力的影响。然而，微量元素在气相和矿物相间的分配受压力影响是十分明显的。例如，在相当于上地幔压力条件下，稀土元素在富水的蒸汽和石榴子石、单斜辉石、斜方辉石、橄榄石之间的分配系数为1～200，分配系数随压力（p_H）增加而迅速增大（图2-2）。压力和温度对分配系数的影响趋于相互抵消，即温度和压力对分配系数的影响是相反的。

图2-2 石榴子石、橄榄石分配系数与压力的关系

图2-3 斜长石D^Eu（对数坐标）对lg f_O图

4.氧逸度对分配系数的影响

对于某些变价的微量元素，如Eu和Ce等，氧逸度不仅能影响体系中Eu²⁺/Eu³⁺和Ce³⁺/Ce⁴⁺的比值，而且也影响它们的分配系数。例如，对于斜长石，氧逸度对Eu的分配系数的影响是很明显的（图2-3），氧逸度愈低，斜长石Eu的分配系数愈大。

综上所述，体系成分、温度、压力和氧逸度等对分配系数都有不同程度的影响，但在用分配系数讨论具体地球化学问题时，通常可以将其近似地视为常数。由于体系成分、温度对分配系数有较大影响，因此使用分配系数时，应尽量保证所研究体系与分配系数测定体系的成分、温度条件相近。