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热液金属矿床成因研究过程中,观测与实验始终是密切结合的。上世纪70年代,平衡热力学的实验数据的快速积累,使人们用热力学理论计算可以预测和反演矿石和岩石的成因。但是,没有矿物-水溶液的反应速率数据,又没有与流体力学的结合,搞清楚矿石成因是困难的。七、八十年代,开始研究矿物与水溶液的反应动力学实验。科学家们开始瞄准了从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究的这个大方向。1992年我们建立地球化学动力学开放研究实验室。研究高温高压矿物与水反应速率,发现固液的开放体系的自组织现象。实验发现温度影响矿物的各个元素反应速率改变,发现在跨越水临界态时矿物与水反应速率涨落、在近临界的气-液两相不混溶区一些金属进入气相、超临界流体的氧化作用及特别的溶剂性能影响矿物溶解性质。实验证实:临界态区流体与矿石成因有关。水岩相互作用的反应动力学实验温度从低温到550度,揭示矿石的金属来源、迁移、金属与蚀变分带机制。一大批大于300度的矿物与水反应动力学实验在国际界是少有报道的。九十年代,超高压的科学发展,与同步辐射光源的技术进步的结合,使固体地球科学又迈向了地球深内部。我们发展了高温高压流体性质的原位直测(测量850℃水溶液)红外谱,发现深部流体的新性质:气液两相流体的新结构,在临界温度区(300~400℃),水分子氢键网络的破坏受压力影响不大(23MPa~3GPa),同时,出现水的高电导率。研发新仪器为开放-流动-非平衡的反应动力学实验与极端条件下物质性质的直接观测结合,在科学前沿领域开辟了创新道路。 相似文献
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实验研究岩石圈深部流体及相关科学问题 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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NaC1-H2O二元系是与矿石共生的溶液主要成分。使用水热金刚石窗口反应腔观察饱和溶液NaC1-H2O是一种研究含矿流体新方法。实验观测的NaC1-H2O溶液盐度S为32%~55%, 观察温度范围为25~850℃ ,压力为0.1~1000 MPa。这个温度-压力范围内可以看到超临界单一相,接近临界态的两相(L、V),和两相(L+V)不混溶区。L+V二相不混溶区的高温部分内,相性质极不稳定。可观察到一种“临界现象”。并且,NaCl-H2O溶液分离成为气相和液相两相时能看到一种特殊的溶液结构。实验观察不同盐度的NaC1-H2O临界态的目的在于认识与矿石共存的流体性质,含矿流体来源和超临界流体的成矿意义。把矿床内的矿物流体包体均一温度和盐度数据与用金刚石窗口观察的高温压下NaC1-H2O二元系相变化结果相对照,再进行矿石形成条件的热力学分析,可以深入认识矿石形成条件。还可以按热液的盐浓度和温度对热液矿床进行分类,可以进一步剖析矿石成因。 相似文献
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地球内部含矿流体NaCl-H_2O体系的实验观测 总被引：1，自引：0，他引：1
NaCl-H_2O二元系是与矿石共生的溶液主要成分。使用水热金刚石窗口反应腔观察饱和溶液NaCl-H_2O是一种研究含矿流体新方法。实验观测的NaCl-H_2O溶液盐度为32％～55％,温度为25～850℃,压力为latm(=101325Pa)至lGPa。在该温度-压力范围内可以看到超临界单一相,接近临界态的两相(L、V)和两相(L+V)不混溶区。并观察到35％盐度NaCl-H_2O溶液二相不混溶区的温度范围是253～720℃,50％盐度溶液二相不混溶区的温度范围是400～817℃。在二相不混溶区的高温部分内,相性质极不稳定。当升温路线与临界线十分贴近时,可观察到一种“临界现象”。实验观察到L-V两相界面几乎不停顿地“爆破”,界面分不清,即L和V不停地转变着。并且,NaCl-H_2O溶液分离成为气相和液相两相时能看到每个蒸气泡周围带电荷,这些蒸气泡由静电引力拉在一起,形成一种特殊的溶液结构。另外,观察不同盐度的NaCl-H_2O临界态的目的在于认识与矿石共存的流体性质、含矿流体来源和超临界流体的成矿意义。把矿床内的矿物流体包体的盐度数据与用金刚石窗口观察的高温压下NaCl-H_2O二元系变化结果相对照,再进行矿石形成条件的热力学分析,可以深入认识矿石形成条件。 相似文献
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中地壳的地球化学动力学和矿石成因 总被引：5，自引：0，他引：5
笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。 相似文献
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作者进行开放-流动体系的矿物与水溶液反应动力学实验,研究流动环境,远离平衡状态的矿物溶解反应动力学过程。实验表明降温和降盐度的溶液内溶解反应减弱,并且流动条件有利于沉淀。从而说明一些矿床形成过程中的流动体系和化学动力学控制因素。同时,矿物与水溶液的流动反应动力学实验揭示大量非线性动力学现象。 相似文献
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热液流体泵吸上侵管流动力学模拟及其预测意义 总被引：1，自引：0，他引：1
地球流体相在各种地质过程中的行为和作用 ,是地球物质科学的核心课题。通过对山西义兴寨脉状金矿热液流体上侵动力学的模拟计算证明 ,构造泵吸驱动的矿液流动具有有压管流的性质 ,并探索引入柏努利方程对其流动状态进行描述。论证了地质流体因其性质和所处地质环境的不同 ,可划分为多孔介质中的渗流和较宽阔裂隙中的管流 (流动 )两种。赋存于地壳中深部或由岩浆冷却分异形成的成矿流体 ,在张剪性断裂活动中 ,主要由构造泵吸机制驱使其上侵成矿。热液在相对封闭 (未喷出地表 )的较宽阔的断裂系统中受应力驱动上侵流动 ,其性质接近于流体力学中的有压管流 ,可以用柏努利方程进行描述。推导出了描述热液管流上侵动力学特征的柏努利方程关系式 ,表明热液的流速与所处构造压力差、流体的性质 (温度和密度等 ) ,以及流动通道的结构特征有关。对义兴寨脉状金矿进行的计算结果证明 ,热液上侵流速场的空间变化与金矿化分布格局相吻合 ,流体的高流速地段指示含矿石英脉密集区 ,因此具有成矿预测意义。针对热液管流上侵过程建立的动力学总方程中 ,每一个变量都有明确的地质意义 ,并可以在矿区实际测量 ;绘制的几组理论关系曲线有助于具体分析各种地质和地球化学条件对成矿的控制作用。 相似文献
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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。 相似文献
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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。 相似文献
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为了模拟庐枞火山盆地基底的水热反应和正长辉长岩-二长岩-正长岩与水相互作用,深入剖析深部流体携带金属来源的可能性,本文利用开放流动体系的叠层流动反应器实验研究25~435℃、23~35MPa条件下二长岩-正长岩与水相互作用的化学动力学过程。研究表明,造岩元素、成矿元素和痕迹元素,在低温至水临界态的升温过程中溶解产物在水中的浓度(或溶解速率)不断变化,它们的最大溶解速率出现在不同温度。主要元素Si、Al等最大溶解速率出现在300~400℃范围,即,在跨越水的临界温度时出现溶解速率的涨落。或者说,正长岩-H2O体系中元素的溶解速率主要是温度的函数,此外,压力也对大部分元素的溶解速率产生影响,但是,对于各元素溶解速率随温度而变化的基本规律影响不大。实验重要的发现:相当于中地壳的温度即300~400℃时反应很特殊。硅酸盐矿物的硅被强烈溶失和矿物岩石会垮塌。实验表明:相当于中地壳温度(300~400℃)发生的二长正长岩与水相互作用对庐枞火山盆地深部矿床形成产生重要影响。长期的含金属流体活动造成了金属矿石的形成。水/岩反应动力学过程的温度因素:不同金属元素的最容易溶解和沉淀温度的区别导致了金属-蚀变分带性。实验还揭示,纯水与二长正长岩的反应可以淋滤出大量有色金属元素,在溶液的浓度可以到几百×10~(-9),如Ni、Mn、Cu、Zn,它们从二长正长岩里被溶解释放速率也很高。以往,研究表明火山盆地铁矿的物质来源于围岩。这次实验研究显示:水与二长正长岩的反应同样影响着盆地金属矿的形成和盆地深部、上中地壳的流体性质。实验对于理解上中地壳发生的水岩相互作用也有普适性意义。 相似文献
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地质流体自然类型与成矿流体类型 总被引：16，自引：2，他引：16
水是地球上特征的地质流体 ,大部分矿床是在水热流体参与下形成的 ,但并不是所有流体都参与成矿。根据水的主要存在环境把水分为地质流体和成矿流体类型。各种环境广泛存在的水所构成的地质流体 ,又可细分为大气降水、盆地建造水、海水、岩浆水和变质水各种类型。研究认为成矿流体的形成主要与地质作用有关 ,是地质流体在特定环境特定演化阶段形成的特征产物。成矿流体则可划分为高温硅钾卤水、中温碳酸盐卤水及低温硫酸盐卤水。高温硅钾卤水中硅钾组分含量与温度、盐度成正相关关系 ,并且其中富含F-、B2 O3组分。这些特征与成矿作用中的高温钾化、硅化、萤石化及电气石化蚀变及热水沉积特征是一致的 ,高温成矿流体在演化过程中依次可以演变为中温或低温成矿流体。中温成矿流体以碳酸盐型流体为主 ,以富含Mn2 +,Fe2 +,Mg2 +的碳酸盐化合物为特征。低温成矿流体一般为硫酸盐型卤水 ,主要是Ba2 +,Sr2 +,Ca2 +的硫酸盐化合物 ,在海陆相各环境中广泛存在。大洋底部成矿流体是特殊环境下的地质流体类型 ,具有更广泛的温度区间 ,可以是从高温到中低温的系列流体类型 ,并且具有特殊地球化学组成。一般形成高温硅钾卤水与岩浆作用或变质作用有关 ,由于充分的水岩交代作用 ,可以获得较高的温度及足够的溶质组分 ; 相似文献
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金属矿床的成矿流体成分和流体包裹体 总被引：7，自引：1，他引：6
自然界中的成矿流体按其主要成分,可分为:(1)岩浆,即形成岩浆矿床的岩浆;(2)以H2O为主的流体(含Na Cl);(3)以CO2为主的流体。地壳中的流体类型很多,只有含一定金属元素含量的,并且达到一定浓度时才称为金属矿床的成矿流体。基于对矿床中流体包裹体和天然成矿流体中金属种类和含量的测定,这些金属矿床的成矿流体按金属元素含量可以分为五组,成矿流体可以来自岩浆、岩浆热液、大气降水、盆地卤水和变质流体等地质环境。 相似文献
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地幔流体及其成矿作用 总被引：50，自引：2，他引：50
地幔流体及其成矿作用的研究是当前地学界倍受关注的前沿课题。地幔流体是一种以CO2和H2 O为主、同时含有一定量的溶质成分、相对富集大离子等不相容元素的超临界流体 ,具有独特的溶解和输运能力 ,主要来源于俯冲板块的脱水、脱气作用和地核及地幔脱气作用。地幔流体在许多大型—超大型金属、非金属、油气矿床和矿集区形成过程中具有重要意义。地幔流体成矿作用主要表现为本身成矿、提供成矿物质、成矿流体和成矿热动力。地质构造背景、岩浆活动、矿床地质、矿床地球化学等方面的研究均可提供地幔流体成矿作用的证据。地幔流体成矿作用的主要特征是矿床具有深大断裂构造背景、伴随幔源岩浆活动、成矿物质和成矿流体具有幔源性、往往形成大型—超大型矿床和矿集区 相似文献
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金矿成矿流体特点及深-浅部流体相互作用成矿机制 总被引：24，自引：1，他引：24
以中国一些典型金矿研究资料为基础 ,结合前人关于深部流体研究成果 ,分析对比了金矿成矿流体和深部流体的特点 ,总结了深部流体参与金矿成矿作用的主要表现 ,然后计算了深部富气流体的能量传递效应和富水流体在不同深度上的密度变化规律。认为深部富气流体主要是向浅部输送大量热能和部分有利于成矿的物质 ,而浅部富水流体下渗提供足够的水体 ,二者在中地壳的“低速层”附近交汇 ,发生相互作用并作用于围岩 ,在有利条件下演化形成成矿流体 ,最终上升到地壳浅部沉淀成矿。 相似文献
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Classic porphyry Cu–Mo deposits are mostly characterized by close temporal and spatial relationships between Cu and Mo mineralization. The northern Dabate Cu–Mo deposit is a newly discovered porphyry Cu–Mo polymetallic deposit in western Tianshan, northwest China. The Cu mineralization postdates the Mo mineralization and is located in shallower levels in the deposit, which is different from most classic porphyry Cu–Mo deposits. Detailed field investigations, together with microthermometry, laser Raman spectroscopy, and O‐isotope studies of fluid inclusions, were conducted to investigate the origin and evolution of ore‐forming fluids from the main Mo to main Cu stage of mineralization in the deposit. The results show that the ore‐forming fluids of the main Mo stage belonged to an NaCl + H2O system of medium to high temperatures (280–310°C) and low salinities (2–4 wt% NaCl equivalent (eq.)), whereas that of the main Cu stage belonged to an F‐rich NaCl + CO2 + H2O system of medium to high temperatures (230–260°C) and medium to low salinities (4–10 wt% NaCl eq.). The δ18O values of the ore‐forming fluids decrease from 3.7–7.8‰ in the main Mo stage to ?7.5 to ?2.9‰ in the main Cu stage. These data indicate that the separation of Cu and Mo was closely related to a large‐scale vapor–brine separation of the early ore‐forming fluids, which produced the Mo‐bearing and Cu‐bearing fluids. Subsequently, the relatively reducing (CH4‐rich) Mo‐bearing, ore‐forming fluids, dominantly of magmatic origin, caused mineralization in the rhyolite porphyry due to fluid boiling, whereas the relatively oxidizing (CO2‐rich) Cu‐bearing, ore‐forming fluids mixed with meteoric water and precipitated chalcopyrite within the crushed zone at the contact between rhyolite porphyry and wall rock. We suggest that the separation of Cu and Mo in the deposit may be attributed to differences in the chemical properties of Cu and Mo, large‐scale vapor–brine separation of early ore‐forming fluids, and changes in oxygen fugacity. 相似文献
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地球中流体研究的一些热点 总被引：6，自引：2，他引：6
介绍了当前地球流体研究中的三个热点 :地幔柱 ,地壳中流体的大规模迁移和岩浆热液。地幔柱是以溢流玄武岩 ,地表的热点 ,大规模的碱性基性侵入体 ,大洋中脊的几何形状和蚀变作用来确定的。地壳中流体的大规模流动是当前研究的另一个重点 ,涉及到流体流动的尺度、速度和流体体系的持续时间以及不同地质构造单元和环境中流体的流动等方面。另一个热点是岩浆热液和成矿作用 ,涉及到研究岩浆热液的成分与Cu ,Mo和Au等矿床成矿作用的关系等。 相似文献
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