上地幔超高压流体的金刚石压砧实验研究

地球深部流体主要是NaCl-H2O溶液,越到地球深部,它赋存的温度、压力越高,性质状态也不断变化,反之,亦然。当NaCl-H2O流体进入和脱离(上升过程)超临界状态时,其性质会发生截然不同的变化,影响着各种地质过程。使用金刚石压砧在高温高压下原位观测流体的实验,用谱学方法,结合同步辐射光源技术,成为定量化研究地球深部高温超高压流体的有效方法。作者使用同步辐射光源的红外谱研究了10GPa下的NaCl-H2O溶液;在地球化学动力学实验室研究了3GPa,650℃下的NaCl-H2O溶液红外谱,此测量方法可以提供温度压力和体积等数据,能研究其状态。NaCl-H2O溶液红外谱表明水分子主要振动谱受压力和温度影响是不同的。压力增加促使水分子主要振动谱向低波数变化。但是温度增加的效应相反。常温高压下水被压缩,结晶向紧密堆积变化。高温高压下的水有气、液、固和超临界流体各相。水分子间的氢键在近临界态开始减弱,氢键网络被破坏。     

地球内部极端条件下流体和物质相互作用:透过金刚石窗口探测地球深部流体

报道关于地球内部极端条件下的流体实验研究的最新进展。使用金刚石压砧结合各种谱学方法及同步辐射光源技术,在高温超高压条件下原位直接测量物质的结构和性质,已经获得分子-原子尺度信息新的实验数据。本项工作使用金刚石压砧对高压(10GPa)和高温高压(800℃,3GPa)条件下的NaCl-H2O进行红外谱原位直测,研究了高压和高温高压下水分子结构,发现水分子的O—H振动特征峰频率随温度向高波数变化,而且,在临界态区域时水分子间的氢键网格被破坏。实验说明:地球内部流体性质由深到浅不断变化,如水的密度、介电常数等物理参数随温度压力而改变,在临界态出现突变。这些变化可以用高压高温的物质的各种谱学特征来表征。水的性质与它的分子结构、分子振动有关。在跨越临界区时水的性质异常涨落是由水分子结构异常变化、分子振动形式变化和氢键网格破坏所导致的。从分子尺度认识地球内部流体在极端条件下的性质和高压原位实验观测有助于我们进一步了解地球深部物质的性质及其相互作用,有助于认识深部过程。     

地球内部高温超高压流体的水热金刚石压砧原位观测

地球内部极端条件下流体原位观测实验研究有了巨大进展。使用金刚石压砧结合各种谱学方法及同步辐射光源技术,在高温超高压条件下原位直接测量水和水合物结构性质,已经获得关于地球内部流体的分子-原子尺度信息的新实验数据。本次研究通过金刚石压砧对高压(10GPa)和高温高压(800℃/3GPa)NaCl-H_2O和NaCl-D_2O-H_2O的红外谱原位直测,研究了高压和高温高压下水分子结构。发现高压高温水分子OH振动频率随温度升高向高波数变化,而且,在临界态区域时水分子间的氢键网络破坏。水分子OH振动频率随盐度升高向高波数变化。水分子的其它方式运动的频率也随温度改变。实验说明了水分子在极端条件下的结构和运动方式。地球内部由深到浅,不同深度上的流体性质不断变化,如水的密度、介电常数等物理参数随温度压力改变,水的性质在临界态会出现突变。这些变化可以用高压高温的水的各种谱学特征来表征。水的性质取决于水的分子结构(键态)、分子振动方式。在跨越临界区时的水性质异常涨落与水分子结构变化、分子振动形式变化和氢键网络破坏有关。高温超高压流体原位红外谱观测实验是从分子尺度认识地球内部流体性质。水分子尺度的信息有利于我们深入理解地球深部流体性质、活动及物质相互作用,有利于理解岩石圈和地球深内部过程。     

高温高压下NaCl-H2O体系的Raman光谱分析: 一种新的流体包裹体盐度测定方法

利用水热金刚石压腔研究了高温高压下0.0%、5.0%、10.0%和20.0%的NaCl-H2O体系的Raman光谱,研究结果发现:对于盐度一定的NaCl-H2O体系,当压力不变时,水的Raman伸缩谱峰的波数变化量△v(O-H)随温度的升高而不断增加;当压力不同时,△v(O-H)随温度的变化关系(偏移斜率S)不受压力的影响,而只与盐度相关.利用该性质可以用来确定流体包裹体的盐度(W),其计算公式如下:W=123.25S2-128.11S+32.40,误差为0.46%.     

关于NaCl-H2O体系临界参数计算方法的修正

超临界地质流体对金属成矿元素具有超强的萃取和搬运能力,目前已引起地学界的极大兴趣和重视。在地壳环境中,NaCl-H2O体系是最重要的二组分流体,许多热液成矿作用和变质作用均发生在该体系中。为了研究超临界地质流体对热液成矿过程的重要作用。就必须要首先查明NaCl-H2O体系的临界参数。本文在总结前人研究结果的基础上提出了关于NaCl-H2O体系临界参数的一组计算方程。     

实验研究岩石圈深部流体及相关科学问题

实验研究地球岩石圈深部流体和对地球深部流体的观测发现,水溶液在跨越临界态时有许多特殊性质。使用水热金刚石压钻在200～800MPa,300～700℃条件下,可观测到：NaCl-H2O溶液两相不混溶相区的结构和近临界态现象。测量高温高压下NaCl溶液的电导率,在近临界和跨越临界态时发现最大电导率值。在对大洋中脊热水观测中可发现大多数喷口是在2200m深。喷口正在近临界态条件下喷出含矿流体。这些临界态研究对于重新分析岩石圈的地球物理测量结果和对认识大陆岩石圈内流体性质有很大意义。     

地球深部流体演化与矿石成因

文中重点讨论含矿NaClH2 O溶液在从高温、高压向低温、低压条件改变时性质变化对矿石形成过程的影响。通过对含矿NaClH2 O溶液的实验观测获得对地球深部流体性质的新认识。地球深部的NaClH2 O流体大多处于超临界态流体 ,在上升过程中经减压降温后 ,通过临界态 ,进入低于临界态的热液状态。流体在这一跨越临界态的转变过程中造成了大多数矿石的沉淀。自然界里的许多矿石是在开放流动体系和在非平衡的化学动力学过程中形成的。开放流动体系矿物与水的反应动力学实验 ,证明一些矿石可能形成于流动热液。跨越临界态这一转变过程中的矿物水反应动力学实验结果表明了反应速率的大涨落。地球深部流体在上升过程中的性质演化、流动体系和非均相反应动力学是现代矿石成因研究的 3个关键问题     

塔里木盆地北缘古岩溶充填物包裹体特征

塔里木盆地北缘露头区奥陶系碳酸盐岩中的古岩溶发育经历了从裸露到埋藏、从淡水作用到热液作用以及从湿润气候到干燥气候的变化,多期次古岩溶作用的叠加导致了充填物地球化学特征的差异性。古岩溶充填物主要有机械沉积充填物、化学淀积充填物和塌积充填物三大类。方解石和萤石包裹体的物理特征、化学相、盐度、均一温度和化学成分均具有多样性,其综合化学特性可划分为四种类型: ①低温、低盐度、NaCl-H2O型; ②低温、高盐度、NaCl-H2O-CaCl2 型;③中温、中盐度NaCl-H2O-MgCl2 型;④高温、中盐度、CO2-NaCl-H2O型。      

人工合成包裹体的实验研究及其在激光拉曼探针测定方面的应用

利用愈合人工水晶裂隙合成人工流体包裹体的技术，在0．5～1kb，350～800℃的范围内，对纯H2O体系、NaCl-H2O体系、KCl—H2O体系进行了人工合成包裹体实验研究。并对这些合成的包裹体进行了详细的测温学研究，证实了合成包裹体是母液成分的真实代表，完全可以用来做为自然界包裹体研究的标样。同时利用合成包裹体采集了均一、和冷冻状态下的拉曼谱，讨论了合成包裹体在激光拉曼探针测定方面的某些可能的应用。研究表明，合成包裹体是了解包裹体的形成机理和进行地质流体性质研究的一种十分有效的手段，在地质流体和实验地球化学研究领域有着广阔的应用前景。     

NaCl-H2O-CO2体系人工合成流体包裹体实验研究

NaCl- H2O-CO2体系流体是热液成矿系统中最常见的流体之一,针对该体系相关特征的研究对理解热液矿床的成矿机制和过程、成矿流体特征等具有重要的理论和实际意义.本文利用愈合人工水晶裂隙的技术,开展100 MPa、800℃条件下NaCl-H2 O-CO2体系流体的人工合成包裹体实验,并对其物理化学性质进行了初步探讨.通过对合成的包裹体进行岩相学观察、显微测温以及喇曼光谱分析,结果表明,在实验温压条件下合成的包裹体捕获了既定组成的流体;人工合成NaCl- H2O-CO2体系流体包裹体与天然流体包裹体具有相似的特征,可以作为天然包裹体的参照物应用于流体包裹体及地质流体的研究,特别是在评价CO2在热液矿床成矿过程中的作用方面,NaCl-H2O-CO2体系人工合成包裹体具有广阔的应用前景.     

江西大吉山钨多金属矿床流体包裹体研究

大吉山钨矿床是赣南地区的一个大型钨多金属矿床,由石英脉型钨矿体和花岗岩浸染型钨、钽、铌、铍矿体构成.在详细的岩相学观察的基础上,文章采用“流体包裹体组合”法,对石英脉型矿体和花岗岩浸染型矿体石英中的流体包裹体进行了显微测温和拉曼探针分析.研究表明,与石英脉型矿体成矿相关的流体为中-高温、中-低盐度的NaCl-H2O-CO2-CH4±N2体系,与花岗岩浸染型矿体成矿相关的流体为高温、中-低盐度的NaCl-H2O±CO2±CH4体系,两者流体的性质不同.笔者认为,在流体体系冷却过程中,所发生的以CO2逸失为特征的流体不混溶作用是石英脉型矿体的主要形成机制,而花岗岩浸染型矿体中金属元素的沉淀则主要由流体体系的冷却作用所致,这两类矿体的成矿流体的来源可能不同.     

高温高压下Mg2SiO4-MgAlO4体系相变的实验研究

采用多顶砧高压实验装置研究了Mg2SiO4-MgAl2O4体系在压力为22 GPa,温度为1550～1750℃条件下的相变,并考查了Al2O3在γ相中的固溶度.结果表明,随着体系中MgAl2O4组分含量的增加,相组合发生了变化,依次为γ相+镁铝硅酸盐固溶体+方镁石→镁铝硅酸盐固溶体+方镁石→镁铝硅酸盐固溶体+方镁石+刚玉固溶体;镁铝硅酸盐固溶体具有石榴子石结构,其化学成分随着体系中共存相的改变而有所变化;Al2O3在γ相中的固溶度很低(其重量百分比＜0.8%),因此,在Mg2SiO4-MgAl2O4体系中Al2O3可能对γ相超尖晶石分解转变的压力不会有很大的影响.     

毒砂的等温状态方程研究

毒砂具有较宽的As/S值范围,不仅可用作为地质温度计,也是成矿作用的良好指示剂[1,2].目前关于毒砂的研究主要侧重于对称性、双晶、晶体结构及相态变化的研究,而对于高压条件下毒砂的状态方程的研究尚未见报道.由于对毒砂的内部结构及其弹性的研究对了解含砷矿物在地球深部的存在形式有重要意义,因此,本文在金刚石压腔装置(DAC)上采用同步辐射角度色散X射线衍射(ADXD)技术研究天然毒砂的原位高压结构,以期获得毒砂结构在高压下的变化.     

滇西沧源铅锌多金属矿集区流体包裹体研究

滇西沧源铅锌多金属矿集区位于中缅边境的金腊-金厂一带,是云南省地质矿产局和地质矿产资源股份有限公司新近探明和开发的一个新的资源地.文章通过对矿集区脉石矿物中流体包裹体的类型、特征、成矿温度、盐度、密度、成矿压力以及流体包裹体中气液相成分和C、H、O同位素地球化学方面的分析,探讨了流体性质、来源及矿床成因.结果表明,该区流体主要属于NaCl-H2O体系和NaCl-CO2-H2O体系,均一温度主要集中在160～320℃之间,盐度W(NaCleq)在0～20%左右,由成矿压力推算的成矿深度在0.7～11.5 km内.由此推测成矿流体主要是经深部循环演化了的大气降水与岩浆水的混合流体.     

常温高压条件天然水锰矿同步辐射X射线衍射实验

地球内部含水矿物的相关实验研究与名义上无水矿物的研究一样,对于正确理解地球内部水的分布与循环以及地球内部的物理化学性质和地球动力学性质具有同样重要的意义。同时,地球内部的水在地球演化中也起着非常重要的作用,它不仅会影响地球内部矿物岩石的物理化学性质,而且还对地球深部矿物岩石的电学性质,弹性性质等地球物理学性质以及板块运动,地幔对流及出现地震波不连续面等地球物理过程有着重要的影响。水锰矿,化学式为Mn O(OH),单斜晶系,为锰的氢氧化物矿物。到目前为止,对于水铝石(δ-Al OOH),纤铁矿(ε-FeO OH)等氢氧化物矿物在高压条件下的稳定性以及弹性性质的研究已较为广泛,但是对于与之具有相似拓扑结构的水锰矿(γ-Mn OOH)的高压弹性性质的相关研究却很少。同时,截至到目前,水锰矿的空间群结构也没有获得统一的认识。基于水锰矿高压下弹性性质以及晶体结构研究的重要性,本文利用金刚石压腔高压装置(DAC)和同步辐射角度色散X射线衍射技术,在室温、最高压力达12.74 GPa条件下,对天然的粉末水锰矿样品进行了原位高压X射线衍射研究。在0~12.74 GPa压力范围内未发现天然水锰矿发生相变。通过三阶Brich-Murnaghan状态方程对获得的不同实验压力条件下的晶胞参数和晶胞体积数据进行状态方程拟合,得到了空间群为P21/c的水锰矿的零压体积V0=135.46(4)3,零压下的等温体积模量K0=86(2)GPa,体积模量的压力导数K’0=6.8(6)。同时获得了天然水锰矿各个轴向的体积模量分别为:Kao=93(4)GPa,Kb0=62(5)GPa,Kc0=82(4)GPa,说明天然水锰矿为轴向压缩各向异性矿物,其中a轴最难压缩,c轴其次,b轴最易压缩。同时,通过与前人B21/d空间群水锰矿实验结果的对比,本文认为二者在各轴向上压缩性质的差异可能为氢键位置的不同所导致的。另外,将水锰矿的体积模量值分别与水锰矿脱水产物相-软锰矿(β-Mn O2)和与水锰矿具有相似拓扑结构的M3+OOH型氢氧化物进行了对比。我们认为氢键的存在以及水含量上的差异可能是造成水锰矿与软锰矿在体积模量上差异巨大的原因,而水锰矿与不同的M3+OOH型结构氢氧化物在压缩性质上的差别则可能由中心原子电负性的差异所导致。中心原子电负性的差异形成不同强度的化学键,进而造成它们压缩性质的差异。     

Geochemical Characteristics of the Ore-forming Fluids of the Haigou Gold Deposit, Jilin

The quartz in the Haigou gold deposit contains a great abundance of three-phase CO2-NaCl-H2O and two-phase CO2-rich inclusions, which are associated with two-phase NaCl-H2O ones. The ore-forming fluids, which were rich in CO2, are classified into two types with two different sources: the high-salinity CO2-rich NaCl-H2O fluid derived from magmatic hydrothermal solution, and the low-salinity NaCl-H2O fluid from ancient meteoric water. The optimum conditions for gold mineralization are 220-300℃ for the temperature, 4-20 MPa for the fluid static pressure, 1-3 km for the mineralization depth, 2-7 w (NaCl)/10-2 for the fluid salinity, and 0.644 g/cm3 for the total density. The fluid was in a critical or supercritical state at the initial stage of mineralization, and it boiled and was unmixed with CO2 and NaCl-H2O in the climax of mineralization, leading to the decomposition of Au-chlorine complexes and the bulk precipitation of Au.The type, association, homogenization temperature and composition (CO2/H2O val     

角闪石高温高压实验研究进展及其地球物理意义

高温高压实验作为地球科学研究的重要方向之一,通过模拟地球深部的温度和压力条件,了解地球深部物质的物理化学性质、地球内部结构和动力学演化。角闪石属于双链硅酸盐矿物,为地幔岩石圈的重要组成,广泛分布在海洋地壳、俯冲板块、变质岩和火成岩中。作为俯冲带的重要含水矿物,角闪石的广泛分布和高温高压下的脱水对于理解俯冲带水含量以及水迁移具有重要作用,同时在俯冲带的地震活动、高电导率异常、地震波速异常和岩浆活动中扮演重要角色。在过去的近百年时间里,国内外学者对角闪石高温高压物理化学性质进行了大量的研究。角闪石具有非常复杂的元素组成和结构特征,由此也导致了不同角闪石物理化学性质存在显著不同,包括脱水与脱羟基反应中元素迁移的差异、角闪石形成与分解过程中碱性元素(K+Na)和H2O含量对热稳定的影响、不同空间群结构下的高压结构相变、原位条件下不同结晶方向的电导率异常、不同结晶学优选方位(CPO)下的波速异常等。已有的研究对于角闪石的物理化学性质以及其在俯冲带中发挥的作用有了比较清楚的认识,但仍然有许多问题需要进一步研究,如角闪石的高压脱水动力学、热物性和变形机制等。     

当今岩石圈研究中的一些主要成就与新动向

本文基于近年来高速电子计算机在地球科学中的广泛应用和岩石圈结构与性质研究中所取得的成就,阐述了岩石圈结构的变异、性质及其在地球科学发展中的作用与意义.文中讨论了:1.数值计算与反演理论的发展;2.大陆岩石圈研究中的地震反射成就;3.岩石圈的物理与力学性质;4.自然灾害与全球变化.     

赣南西华山钨矿床流体包裹体研究

文章选取含矿石英脉石英中流体包裹体为研究对象,在详细岩相学观察的基础上,将西华山钨矿床流体包裹体分为NaCl-H2O包裹体(Ⅰ型)、NaCl-H2O-CO2包裹体(Ⅱ型)和纯液相CO2(Ⅲ型)包裹体三种类型,采用激光拉曼光谱测试技术对Ⅰ型和Ⅱ型流体包裹体进行成分分析,对NaCl-H2O包裹体(Ⅰ型)利用流体包裹体组合(FIA)的方法进行重点研究。结果表明:西华山钨矿床成矿流体气相成分主要为CO2,存在少量的CH4和N2挥发分气体,成矿流体液相成分主要为H2O和CO2,部分CO2溶解于H2O;根据均一温度的特点将西华山钨矿床成矿流体分为四期,前三期为成矿期热液活动,形成原生包裹体;最后一期为成矿期后热液活动,形成次生包裹体。     

新疆加曼特金矿流体包裹体特征及成因证据的分析方法研究

通过对新疆加曼特金矿床矿脉中石英、闪锌矿、方解石内发育的流体包裹体进行显微测温分析,计算得出流体的盐度和密度;同时采用激光拉曼光谱对单个流体包裹体的成分进行分析。结果表明,加曼特金矿流体包裹体激光拉曼图谱上显示仅有H2O峰,成矿流体属NaCl-H2O体系;均一温度主要集中在180～260℃,盐度在0.17%～12.52%,密度为0.49～0.97 g/cm3,初步认为该矿床应属于浅成低温热液型矿床,成矿流体显示低温、低盐度和低密度的性质。