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。     

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.     

西藏隆子县恰嘎锑矿床流体包裹体及H、O、S同位素组成特征

西藏隆子县恰嘎锑矿位于藏南喜马拉雅特提斯造山带的中东部,属藏南江孜-隆子金锑多金属成矿带。综合研究该矿床的石英流体包裹体特征和H-O-S同位素的组成,发现其流体成矿过程包括:黄铁矿-石英阶段发育富液相包裹体(W型),均一温度集中在170～180℃,盐度w(NaCleq)为2.86%～7.17%,成矿压力平均为47.15MPa,成矿深度平均为1.57 km;石英-硫化物阶段主要发育富液相包裹体(W型),其次为CO2-H2O三相包裹体(C型),均一温度位于200～220℃区间,盐度w(NaCleq)为2.20%～5.11%,成矿压力平均为47.46 MPa,成矿深度平均为1.58 km。矿区总体上流体属含微量CO2气体的中低温、低盐度的NaCl-H2O热液体系。H-O和S同位素结果表明存在地幔流体参与成矿,其赋矿浅变质沉积岩地层也为成矿提供了部分成矿流体,以上研究证明,恰嘎锑矿属于多来源流体浅层中低温矿床。     

陕西穆家庄铜矿床后生成矿作用的流体地球化学证据

尽管秦岭泥盆系铅锌金多金属成矿带成矿作用均与热水喷流沉积作用有关，柞山地区却有别于风太地区，具有独特的铜矿成矿背景。流体包裹体研究揭示了后生成矿流体的两阶段流体演化过程：第一阶段的成矿流体为中温，中高盐度岩浆热液含CO2的NaCl—H2O流体。均一温度为190-265℃，盐度12．5～35．34(w1％NaCl)，压力12．8～21．3MPa，在同地寄主矿物中均一温度变化小，而盐度变化极大，是岩浆流体沸腾的产物；第二阶段成矿流体为中高温，中高盐度岩浆期后热液NaCl-H2O流体。均一温度为300～350℃，盐度7．4～41．59(w1％NaCl)，压力10．8～19．3MPa。反映了岩浆期后热液流体的二次沸腾。应用流体地球化学的综合方法(包裹体流体组成、演化)识别出后生交代流体性质。穆家庄铜矿的成矿流体第一阶段为岩浆水，第二阶段的成矿流体为岩浆水加部分地层水(建造水)。氢氧同位素分析也支持上述结论。     

云南南秧田钨矿床流体包裹体特征及其意义

对南秧田矽卡岩型钨矿床的石英和石榴石流体包裹体的岩相学特征研究表明,与成矿有关的包裹体主要有3类:富液相、富气相和含子晶的多相包裹体。石英包裹体均一温度范围为232～337℃,盐度w(NaCl)=0.53%～9.98%;石榴石包裹体的均一温度范围为228～306℃,盐度w(NaCl)=6.45%～14.04%。激光拉曼探针分析表明,南秧田白钨矿的成矿流体中气相成分以H2O为主,含少量CO2、CH4、H2S和N2等气体,液相成分以H2O为主,属NaCl-H2O流体体系。成矿溶液的密度为0.72～0.87g/cm3,表明形成这种矽卡岩型矿床的成矿流体均属于中温、低盐度、低密度的流体。成矿压力为18～32MPa,成矿深度约为0.6～1.2km。石英包裹体水的δD为-72.16‰～-65.10‰,δ18O为7.98‰～8.45‰,钨矿床中硫化物δ34S为6.6‰。成矿流体主要来自燕山晚期的岩浆热液作用。     

广西东桃铅锌矿床流体包裹体研究

广西东桃铅锌矿床流体包裹体类型主要有单相盐水溶液包裹体(LH2O),气液两相盐水溶液包裹体(LH2O VH2O)和单相气体包裹体(VH2O)3类;结合矿床地质特征,根据流体包裹体均一温度可将成矿作用分为3个阶段:①层状-条带状矽卡岩化铅锌矿成矿阶段;②似层状-浸染状绿帘石化铅锌矿成矿阶段;③脉状碳酸盐化铅锌矿成矿阶段.测得均一温度范围为90～355°C,最佳成矿温度为205～260°C,属中低温矿床,为矿区的主要成矿阶段;根据流体包裹体的盐度、均一温度资料获得矿化深度为0.66～1.20 km,成矿流体的盐度w(NaCl)为7.2%～16.5%,成矿流体成分具有w(Na )＞w(K )、w(Cl-)＞w(F-)的特征.低盐度的NaCl-H2O体系,可能主要来源于古海水.矿石铅同位素组成反映其物质来源主要为壳源,而矿石硫同位素值[δ(34S)为-6.3‰～-2.9‰]反映硫主要来自沉积物中的硫酸盐和生物硫.     

西藏甲玛铜多金属矿床流体包裹体特征及地质意义

甲玛矿床是位于西藏冈底斯成矿带中段的超大型铜多金属矿床。成矿相关岩体和主矿体中的流体包裹体岩相学、显微测温、激光拉曼探针及扫描电镜/能谱分析结果表明:与成矿有关的流体包裹体主要有富液相、富气相和含子矿物三相包裹体;流体包裹体均一温度变化范围为225～500℃,流体盐度(w(NaCl))平均值为36.2%,成矿流体主要为一种中高温、高盐度的NaCl-H2O体系;气相成分除H2O外,富含CH4、H2S、CO2、N2等不混溶体系。CH4、C2H4、C3H6等有机质的出现,说明成矿物质形成于还原环境中。据成矿压力估算成矿深度为2.2～8.3km,流体密度平均为0.89～0.98g/cm3。结合包裹体中的氢氧同位素测试结果认为,成矿流体主要来源于岩浆水,后期有大气降水的参与。含子矿物多相包裹体与不同气相充填度的液相包裹体、气相包裹体共存,且均一温度相近,而盐度相差很大,表明成矿流体经历了沸腾作用。     

辽宁青城子姚家沟斑岩型钼矿流体包裹体

姚家沟钼矿是辽宁青城子矿田中近年来发现的钼矿床,位于华北克拉通北缘,燕辽钼成矿带内。姚家沟花岗斑岩岩体中发现的脑状石英细脉(UST)和石英眼是岩浆出溶热液的直接证据。该矿床蚀变分带特征明显,辉钼矿化主要发育在钾化带及矽卡岩化带中。对姚家沟岩体和钾化钼矿带的5期流体活动进行流体包裹体显微观测表明,其流体包裹体类型丰富,包括单相水包裹体(PW)、两相水包裹体(W)、三相CO_2包裹体(C)、纯CO_2包裹体(PC)和含子矿物包裹体(S),S型流体包裹体中子矿物有赤铁矿、黄铜矿和其他未知矿物,但没有石盐子晶。该矿床流体演化为:1)早期石英眼(均一温度为211.4~515.4℃,盐度(w(NaCl))为0.8%~19.2%)的高中温中低盐度富CO_2体系;2)成矿期石英脉(均一温度为179.5~424.5℃,盐度为2.4%~21.5%)的高中温中低盐度NaCl-H_2O-CO_2体系;3)后期石英脉(均一温度为167.8~353.3℃,盐度为3.4%~15.8%)的中低温中低盐度NaCl-H_2O-CO_2体系;4)晚期方解石脉(均一温度为132.5~234.1℃,盐度为0.9%~11.2%)的中低温中低盐度NaCl-H_2O体系;5)UST(均一温度为158.6~381.7℃,盐度为1.6%~21.5%)为中低温中低盐度NaCl-H_2O-CO_2体系,该期可能与钼矿化关系不大,代表另一期侵位更浅的岩浆出溶热液。流体不混溶、围岩蚀变以及流体混合作用导致流体温度、压力降低,CO_2逸失,体系还原性增强,是成矿金属元素沉淀的主要机理。用等容线相交法对成矿期捕获压力进行估算,为124~180 MPa,对应深度为4.6~7.0km,与同成矿带其他钼矿比较,相对较深。     

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。     

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。     

中高盐度NaCl-H_2O溶液包裹体3种存在形式(T_h＞T_m、T_h=T_m、T_h＜T_m)的形成机制及捕获时的物化条件研究

首次提出均一捕获的中高盐度NaCl-H_2O溶液包裹体出现的3种类型(T_h>T_m、T_h=T_m、T_h|△V_s|,即在NaCl饱和曲线上温度小于Tr点温度(|△_l|=|△V_s|时的温度)段捕获包裹体的T_h=T_m,T_h或T_m为其捕获时温度。当包裹体的|△_l|≤|△V_s|,即在NaCl饱和曲线上温度大于或等于Tr点温度段捕获的包裹体的T_hT_m,T_h是该类包裹体捕获的最低温度。在温度和密度均大于Tr点的等容线上捕获的包裹体的T_h相似文献   

异极矿热相变过程的高温原位拉曼光谱

利用高温拉曼光谱技术,对异极矿进行了原位拉曼光谱的测试和研究。结果表明,异极矿加热至800 K时,与结晶水(H₂O)中O-H伸缩振动对应的3 470 cm^-1特征拉曼谱峰消失,但标志硅酸盐骨架[Si₂O^₇] (Q1)结构的特征谱峰926 cm^-1未受影响,表明结晶水的丢失并不影响异极矿的整体结构。当加热至1 050 K,反映结构水O-H伸缩振动的特征峰3 580 cm^-1消失,与Q1结构单元Si-Onb对称伸缩振动相对应的特征峰926 cm^-1强度逐渐减小,并出现与Q0相对应的852.4 cm^-1特征峰。这表明加热到1 050 K时,异极矿开始出现相变。当升温达1 100 K以上,结构水(OH)的特征谱峰(3 580 cm^-1)消失,与Si-Onb对称伸缩振动对应的特征拉曼谱峰变为855 cm^-1,这标志着异极矿原有的Q1结构已完全转变为硅锌矿的Q0结构 ([SiO₄]结构),也就是说异极矿已完成向硅锌矿的转变。     

内蒙古白乃庙矿田十四万金矿床流体包裹体研究

十四万金矿床是白乃庙矿田徐尼乌苏金矿化带内重要的石英脉型金矿,矿体产于EW向韧性剪切带的次级NE向断裂.成矿过程划分为3个阶段:早阶段形成无矿石英脉,石英遭受明显压应力作用,包裹体类型包括富水溶液型、富碳质型、纯碳质型,包裹体均一温度为260～420℃,平均盐度6.78%NaCl eqv;中阶段为硫化物-方解石-绿泥石-绢云母-细粒石英组合,充填早阶段石英的裂隙,未遭受明显应力作用,包裹体类型为富水溶液型和纯碳质型,包裹体均一温度为140～260℃,平均盐度7.22%NaCl eqv;晚阶段形成方解石脉,仅有富水溶液型包裹体,包裹体均一温度为140～180℃,平均盐度2.15%NaCl eqv.激光拉曼测试结果表明包裹体气相成份主要为CO_2、CH_4和少量N2.早阶段成矿流体为富碳质流体,成分为CH_4+CO_2+H_2O,中阶段流体为富水流体,成分为H_2O+CH_4,早、中阶段均发生了流体沸腾作用,早阶段强烈的沸腾作用使流体CO_2和CH_4含量降低,中阶段方解石沉淀使CO_2含量进一步降低,并导致了硫化物沉淀和金矿化.十四万金矿床流体包裹体特征、矿床地质特征均与造山型矿床一致,为造山型金矿,成矿流体可能源于徐尼乌苏组浅变质作用产生的变质流体,成矿构造背景可能为二叠纪末-三叠纪初华北板块与西伯利亚板块间的陆陆碰撞造山体制.     

中高盐度NaCl-H_2O溶液包裹体3种存在形式(T_h》T_m、T_h=T_m、T_h 时的物化条件研究

首次提出均一捕获的中高盐度NaCl-H_2O溶液包裹体出现的3种类型(T_h>T_m、T_h=T_m、T_h<T_m)主要取决于包裹体捕获时的相态(均一相与不均一相)及包裹体捕获后降温和升温过程中引起的ΔV_l(NaCl-H_2O饱和溶液容积的变化)与ΔV_s(盐晶容积的变化)之间的关系.在均一捕获NaCl-H_2O饱和溶液时,当包裹体的|ΔV_l|>|ΔV_s|,即在NaCl饱和曲线上温度小于Tr点温度(|ΔV_l|=|ΔV_s|时的温度)段捕获包裹体的T_h=T_m,T_h或T_m为其捕获时温度.当包裹体的|ΔV_l|≤|ΔV_s|,即在NaCl饱和曲线上温度大于或等于Tr点温度段捕获的包裹体的T_h<T_m,T_m是其捕获温度,T_h与捕获时的压力呈负相关关系.在均一捕获不饱和NaCl-H_2O溶液时,即温度大于饱和点温度,密度小于饱和点密度区间捕获的包裹体的T_h>T_m,T_h是该类包裹体捕获的最低温度.在温度和密度均大于Tr点的等容线上捕获的包裹体的T_h<T_m,其T_m是该类包裹体捕获的最低温度,T_h与捕获时的压力呈负相关关系,在温度小于T_r点的等容线上捕获的包裹体的T_h=T_m,其T_h或T_m是该类包裹体捕获的最低温度.在不均一捕获NaCl-H_2O饱和溶液时, T_h与T_m高于或等于捕获温度,T_h与T_m的关系决定于捕获时盐晶和气泡的容积比.通过热力学计算还确定了气液平衡标准条件(1个大气压、25 ℃)下Tr点温度为335 ℃.提出通过计算不同温压条件下的Tr点值、常温常压下的V_l、V_g、V_s之间的比值来区分该类包裹体的捕获环境(均一相与不均一相).     

Raman Micro-Spectroscopic Study of Sulfate Ion in the System Na2SO4 – H2O

This work aims to quantify sulfate ion concentrations in the system Na₂SO₄-H₂O using Raman micro-spectroscopy.Raman spectra of sodium sulfate solutions with known concentrations were collected at ambient temperature（293 K） and in the 500 cm^₁-4000 cm^-1 spectral region.The results indicate that the intensity of the SO₄^2- band increases with increasing concentrations of sulfate ion.A linear correlation was found between the concentration of SO₄^2-（c） and parameter I₁,which represents the ratio of the area of the SO₄^2- band to that of the O-H stretching band of water（A_s/A_w）:I₁=-0.00102+0.01538 c.Furthermore,we deconvoluted the O-H stretching band of water(2800 cm^-1-3800 cm^-1) at 3232 and 3430 cm^-1 into two sub-Gaussian bands,and then defined Raman intensity of the two sub-bands as A_Bi(3232 cm^-1) and A_B2(3430 cm^-1),defined the full width of half maximum（FWHM） of the two sub-bands as W_B1(3232 cm^-1) and W_B2(3430 cm^-1).A linear correlation between the concentration of SO₄^2-（c） and parameter I₂,which represents the ratio of Raman intensity of SO₄^2-（A_s）(in 981 cm^-1) to(A_B1+A_B2),was also established:I₂=-0.0111+0.3653 c.However,no correlations were found between concentration of SO₄^2-（c） and FWHM ratios,which includes the ratio of FWHM of SO₄^2-（W_s） to W_B1 W_B2 and W_B1+B2(the sum of W_B1 and W_B2),suggesting that FWHM is not suitable for quantitative studies of sulfate solutions with Raman spectroscopy.A comparison of Raman spectroscopic studies of mixed Na₂SO₄ and NaCI solutions with a constant SO₄^2- concentration and variable CI^- concentrations suggest that the I\ parameter is affected by CI^-,whereas the I₂ parameter was not.Therefore,even if the solution is not purely Na₂SO₄-H₂O,SO₄^2- concentrations can still be calculated from the Raman spectra if the H₂O band is deconvoluted into two sub-bands,making this method potentially applicable to analysis of natural fluid inclusions.     

从流体包裹体特征探讨泥堡金矿成因

泥堡金矿床据脉石矿物和萤石的包裹体研究,包裹少而小,类型较为简单。综合包裹体各项参数和气液成分分析认为,成矿流体属NaCl-H_2O体系的富K~ 的、弱酸性溶液,具有较高密度、较低盐度和中-低温度的特点。结合硫和氢氧同位素测定结果,成矿流体是燕山运动阶段的地表水沿断裂深循环,特别是在富K、富Au的凝灰岩中往复循环作用形成的。当各种条件具备时即可卸载成矿,成矿的最佳位置就是沿P_(2-3)β_1与P_2m~(dc)之间沉积间断面发生的层间滑动构造带。     

Raman spectroscopy at high pressure and high temperature. Phase transitions and thermodynamic properties of minerals

An outline of recent developments in Raman spectroscopy at high pressure, high temperature and combined high pressure and high temperature is presented. The instrumental and technical aspects of Raman spectroscopy, and coupling of diamond anvil cells and miniature furnaces to Raman microspectrometers are discussed. Some potential pitfalls, such as the thermal pressure in laser heated diamond anvil cells or the thermal radiation during high-temperature measurements, are presented. Special emphasis is given on processing of high-temperature Raman data. New recently discovered phase transformations in the SiO₂ system (quartz→ quartz II, pressure-induced amorphization of quartz) and structural changes in SiO₂ glass and melt are used to infer the capability of in-situ Raman spectroscopy for determining the microscopic behaviour of minerals, melts and glasses under extreme pressure and temperature conditions. Finally, it is shown how vibrational mode anharmonicity can be obtained from the pressure- and temperature-induced shifts of Raman modes. This anharmonicity can be introduced into the vibrational modeling of the thermodynamic properties (entropy and equation of state) of minerals. The example of calcite is briefly discussed.     

江西铜坑嶂斑岩钼矿床成矿流体特征与成矿作用研究

江西铜坑嶂钼矿是新近发现的中型斑岩型钼矿,矿体主要分布在白垩纪花岗斑岩体内。根据矿物组合和穿插关系可将该矿床分为三个矿化蚀变阶段:钾硅酸盐化阶段、萤石-黑云母(白云母)-钾长石-辉钼矿阶段和绢云母-石英-碳酸盐阶段。流体包裹体研究表明早阶段成矿流体为富含碱质、挥发份的高氧化性岩浆流体,该成矿流体形成压力较大(约1000bar),温度较高(550～>600℃之间)并发生了沸腾作用,分离出高盐度多相流体包裹体和富气相低盐度包裹体。随着温度的降低(420～440℃之间)和压力的持续释放(320～360bar)成矿流体再次沸腾并导致了钼矿的沉淀。晚阶段与绢云母化等蚀变有关的脉体中大量存在的高盐度(29.58%～44.12%NaCleqv)流体包裹体指示岩浆流体为该蚀变作用的主导,该阶段少数石英脉中富液相包裹体的广泛发育可能与岩浆水和大气降水的混合作用有关。激光拉曼和扫描电镜实验在早阶段流体中检测到Fe3O4、SO2,表明该阶段流体氧化性较高,钾长石化发育,属碱性环境。主成矿阶段流体中还原性气体CH4等的存在,以及辉钼矿与蚀变白云母共生,揭示出该阶段处于相对还原的酸性环境,亦表明氧逸度、pH值变化可能共同导致了钼的沉淀。