微量元素如稀土元素（REEs）等在矿物与熔体之间的分配系数，是探讨各种岩浆形成、演化过程的重要工具，它通常受温度、压力、组分和氧逸度等变量的影响。尖晶石是岩石中的常见重要矿物，与其有关的微量元素分配数据很少，且已有数据基本上都为常压数据。在高温高压条件下，尖晶石内部不同晶格位置的离子可以相互交换位置，这些晶格位置的大小随之发生改变，从而可以导致进入这些晶格位置的微量元素的分配行为发生变化。
最近，北京大学高温高压实验室刘曦研究员课题组成员刘丽萍等设计了一系列的高温高压实验，在不同的温－压条件下（3-6 GPa, 1500-1650 oC），他们成功合成了大颗粒镁铝尖晶石与大面积熔体共存体系，进而利用电子探针、电感耦合等离子质谱等分析手段，精确获得了尖晶石与共存熔体中微量元素含量数据，从而约束了这些微量元素高温高压条件下在尖晶石与硅酸岩熔体之间的分配行为。该研究获得的重要结果有：
（1）高温高压条件下尖晶石对REEs有显著的分异作用（图一）。前人研究表明，常压下稀土元素在尖晶石中均为不相容元素；本研究表明，高压下部分稀土元素的分配系数大于1（如重稀土元素Tm、Yb、Lu），而其他一些稀土元素的分配系数仍小于1（如轻稀土元素La、Ce、Pr等），也即高压下尖晶石对稀土元素具有显著的分异作用；
图1尖晶石中稀土元素的分配系数及Brice模型拟合结果
（2）相比于常压，高压下REEs、Nb、Ta、Ti等微量元素的分配系数有几个数量级的变化；
（3）高压下尖晶石对铁同位素具有分馏作用。
进一步分析表明，微量元素在尖晶石与硅酸岩熔体间分配行为的变化，主要得益于尖晶石中八面体位置与四面体位置发生离子互换而导致的晶格位置大小变化（图二）。由于橄榄石、辉石、石榴子石等重要矿物中的离子占位也随温度－压力发生变化，从而导致相应晶格位置大小发生改变，因此可以推测，这种离子占位变化也可能显著影响微量元素在这些矿物与硅酸岩熔体间的分配行为。
图2无序度、压力、温度对尖晶石结构的影响
以上研究成果近期发表在Solid Earth Sciences上。本研究受中国科学技术部国家重点研发计划项目“燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应”（No. 2016YFC0600408）、中国科学院战略性先导科技专项（B类）“地球内部过程与表层系统的联系”（No. XDB 18000000）、中国科学技术部国家科技基础条件平台项目（2013FY110900-3）的资助。
论文信息：
Liping Liu, Yunlu Ma, Wei Yan, Xi Liu. 2019. Trace element partitioning between MgAl2O4-spinel and carbonatitic silicate melt from 3 to 6 GPa, with emphasis on the role of cation order-disorder. Solid Earth Sciences, 4, 43-65.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.sesci.2019.05.002
