白磷钙石/硅酸盐熔体间REE，U和Th等微量元素分配的实验及理论研究

月岩中90～95% 的REE、 U和Th 都集中于白磷钙石中，它是解开月球KREEP 成因之谜及揭示月球早期岩浆洋分异演化及月壳的形成的关键。本项目拟对白磷钙石/硅酸盐熔体间REE、 U和Th等微量元素的分配这一国际研究空白展开系统的实验及理论研究； 分别建立白磷钙石在硅酸盐熔体中的溶解度、微量元素、及Fe-Mg 分配的热力学理论模型。

基于对矿物和熔体中元素和其它要素扩散速率实验结果，对于多相岩浆岩体系，我们提出了一个“共存的分异结晶和平衡结晶”（CFEC）新理论模型。我们推导出一系列的热力学方程用来描述元素或同位素在分异固相、平衡固相、熔体、液相、气相已及岩浆中溶度值的变化，作为CFEC模型分配系数和质量分数之函数基础。CFEC模型的广义性和方程标准性毋庸置疑，它不仅适用于单一的分异结晶作用或平衡结晶作用，而且适用于地质上意义更大的两种结晶作用共存的情况。给定某个赋存于不同的矿物中，或赋存在不同粒径的相同矿物相中的元素，分异结晶作用和平衡结晶作用共存于岩浆岩体系中，是我们目前对于CFEC模型的一个基本定义。CFEC模型在现实自然界中比单一的分异结晶或平衡结晶要更具普遍性。因此元素在多样化的物理化学条件下之间相互作用时的扩散速率是多样化的；在岩浆中的滞留时间和生长速率也是多样化的；在同一矿物相和不同矿物相中的粒径大小也是多样化的。对于Bishop凝灰岩熔体中微量元素含量显著而系统性的多样性，长久以来一直困扰着研究人员，而已有的分异结晶和平衡结晶模型都无法厘清出现该特殊状况之根本原因。我们新建的CFEC模型则能够比分异结晶模型更好的解释为什么元素会出现这种系统性的分散相关性趋势，即他们并非局限于单一的结晶体系，而是二者共存。