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。     

临界区流体与矿物和岩石在地球内部极端条件下的反应

极端条件下水热化学反应是一个新的科学问题。借助于高温超高压原位直接测量方法、各种谱学方法和同步辐射光源技术研究地球内部流体物质相互作用,可以获得反应过程的产物的分子-原子尺度信息,这些信息可以提供认识极端条件下水和矿物(岩石)反应动力学的新实验途径。地球内部的流体性质随所处高温高压条件发生变化。水的密度、介电常数等物理参数随温度压力变化而改变,在临界态会出现突变。水的性质的剧变会影响水与岩石(矿物)相互作用。文中报道了在极端条件下(20～435℃和23～35MPa)实验测量矿物(钠长石、辉石、石英和阳起石等)和岩石(玄武岩、正长岩)在水溶液里的溶解反应速率的研究结果,发现矿物里各种不同类型金属离子与水反应的速率不同,随温度变化而改变。在升温过程中,进入临界态时,矿物(岩石)与水反应出现一次反应速率的涨落。在恒压升温过程中(临界压力,或略高于临界压力),硅酸盐矿物溶解速率会逐步升高,如硅近临界区(300℃)抵达最大值,然后随升温溶解反应速率减低。地球内部的流体由深处上升到浅处,会从超临界区域进入近临界的气与液的两相不混溶区域。含金属流体里的金属会在气相与液相分离时出现再分配。实验表明:金属Au、Cu、Sn、W、Zn会进入气相,气体可以迁移金属。事实说明:地球内部流体结构和性质从深到浅在不断变化,在跨越临界区时的水的性质异常变化会导致水与矿物(岩石)反应动力学涨落,并且促使金属在临界区出现沉淀和在气液相分离过程中进行再分配及迁移。     

地球深部流体临界区和水岩相互作用化学动力学

通常,国际一些科学家把地球深部(压力为临界压力以上)300～500 ℃范围称为水溶液的近临界和临界区.     

用金刚石压砧实验研究极端条件下水热系统

极端条件下的物质,通过使用金刚石压砧与各种谱学仪器(红外、激光拉曼、X光等),尤其是配合同步辐射光源的实验技术,在高温超高压下原位实验研究取得了突破性成果.     

地球内部流体研究评介

地球内部流体研究评介王小龙（中国地质大学《地学前缘》编辑部北京１０００８３）关键词地球内部流体，宏观构造，圈层流体，变质流体ＣＯ２长期以来，地球科学仅仅限于用地壳固体物质的研究来建立和发展其知识和概念。然而愈来愈多的事实表明，流体在地球内部广泛存在，...     

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     

地球内部流体系统科学统一理论

从当前人类面临的重大而紧迫的全球性资源、环境、减灾问题的挑战出发，论述了地球内部流体研究在三大领域中的地位和作用。地球内部流体系统科学统一理论从科学系统观出发，在研究思路上坚持多门学科间大跨度交叉，立足于层次性、全球性和统一性的整体观，并以地球系统科学为理论基础，从而具有在更高层次上进行综合学科研究的特点和时空有序多层结构的研究领域。最后，阐述了从定性到定量的系统学、非线性科学的方法学和方法论。同时，地球内部流体与成矿作用，与环境、灾害及全球变化，地球内部流体的实验研究和动力学研究以及地球内部流体的探测，是统一理论研究的主题。     

地球内部水与无机成烃

地球内部水是广泛存在的,由于高温高压作用使其具有独特的物理和化学性质,它对于烃类物质生成和运移都具有重要的意义。在地球内部,水与无机矿物作用产生H2或者O2,对C-O-H流体平衡存在影响,这是烃类物质形成和稳定的重要因素。地球内部高温高压水热流体一方面为有机反应提供高效的介质,另一方面它直接作为反应物与碳酸盐和金属碳化物反应生成烃类物质。对于地球早期有机物形成和水热条件下有机物的主要合成反应——费托反应,其重要的成烃物质H2主要由水与矿物作用产生,这是目前较为认同的地球内部无机成烃的重要方式。     

高压地学研究进展--第十届全国高压学术讨论会简介

从高压技术,地球深部物质组成、状态,高压物性和地球内（深）部流体等方面评述了第十届全国高压学术讨论会及在高压地学方面的进展,同时提出了在高压地学领域需加强研究的若干问题：①综合利用和改进实验技术;②加强超临界流体研究;③高压地质学的发展与其它学科紧密结合;④重视将高压研究的理论与实践相结合,更好地为国民经济建设服务。     

地球深部物质的某些物性测量方法研究

文中介绍了地球深部物质实验室近 2 0年来开展高温高压下地球深部物质物性实验研究过程中 ,在测量方法方面的进步和应用情况。这些测量方法包括了高温、高压下弹性的超声测量方法、高温高压下电性的测量方法、高压差热分析法和高压下热学Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ参数的测量方法诟呶赂哐瓜卵沂涂笪锏牡猿饬恐?,我们由超声脉冲透射方法改进为超声脉冲透射反射法 ,克服了样品室中压力和温度梯度对样品的影响。在高温高压下岩石和矿物的电学性质测量中 ,我们由直流法发展为阻抗谱法 ,不仅克服了样品极化对测量结果的影响 ,还可以获得离子在溶液中的多种物理化学参数 ,以及监测含水矿物在高温高压下的脱水动力学特征。在固体传压介质中建立的高压热学Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ参数的测量方法 ,由于升压速率比较小且叶蜡石在高压下的热导系数增大 ,其测量结果需要进行校正 ,其测量方法有待进一步改进。     

超高压高低温钻井液流变仪的研究现状及应用前景

分析了新钻探形势下对钻井液流变性测试仪器的技术要求,介绍了当前主流进口高温高压流变仪的研发及应用现状,介绍了由我国自主研发的超高压高低温钻井液流变仪Explore 97的研究进展、主要功能、技术优势和应用领域,并与Fann iX77型流变仪进行了技术对比。     

H2O-CH4-H2-CO2-CO-O2在高温、高压和高密度条件下的状态方程

为了计算高温,高压和高密度流体的热力学性质,提出了一个具有19个参数的维里型状态方程,其中参数与温度间的函数关系采用由Sutherland位能函数导出的维里系数近似式。除临界点附近以外,在已报道的pVT数据所覆盖的大部分超临界区域内,该方程均可适用。用该方程对H2O,CH4,H2,CO2,CO和O2等流体pVT关系的计算结果令人满意,其中pVT上限分别为：91-610GPa,1.6-11.0cm^3/mol,4000-5000K。计算体积的平均偏 小于0．8％,最大偏差小于5．4％。     

Experimental study on liquid immiscibility of lamprophyre-sulfide melt at high temperature and high pressure and its geological significance

With lamprophyre and pyrite from the Laowangzhai gold deposit, Yunnan Province, China, as starting materials, and at pressures from 1.5 to 3.0 GPa and temperatures from 1160 to 1560℃ , an experimental study was carried out on the liquid immiscibility of lamprophyre-sulfide melt at high temperature and ultra-high pressure in the DS-29A cubic 3600T/6-type high pressure apparatus. Results showed that the liquid immiscibility of lampro-pyre-sulfide melt in the magmatic system would happen during the early magma...     

超高温高压流变仪的研发及应用

随着我国能源勘探及地球深部探测等向深部发展,深井越来越多,地层温度、压力越来越高。保证高温高压状态下钻井液流变性能的稳定是深井安全钻进的必要前提,测定钻井液高温高压流变性是评价和优选钻井液体系最基础的工作。依托国家科技部重大仪器设备开发专项,通过对压力控制系统、温度控制系统、剪率控制系统、粘度检测系统等方面技术难题的攻关,研制成功了国内首台超高温高压流变仪。该仪器可在高温高压及低温高压条件下对钻井液、完井液、压裂液等样品的流变性进行高精度测量。     

应用于地球深部物质科学研究的静态超高压实验技术

三十多年来静态超高压实验技术已发展成为实验压力、温度范围分别为1～550GPa,-256°～3500℃,主要应用于下地壳、地幔及地核物质的物理和化学性质研究,并已取得大量研究成果的一项实验技术。本文简要介绍了该项实验技术与地学领域其它高温高压实验技术的区别,以及静态超高压实验装置的两大系列——金钢石压腔装置和大腔体高压装置的特点和应用情况。并对这两大系列实验技术的发展前景和我国应有的对策进行了评述。