气体混合炉中氧逸度控制

氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。     

贵州水银洞金矿床成矿流体不混溶的包裹体证据

通过对水银洞金矿床中流体包裹体的观测和热力学参数计算,探讨了成矿流体不混溶的热力学条件。研究结果表明,该矿床石英中的流体包裹体分为H_2O包裹体、CO_2包裹体和CO_2-H_2O包裹体三大类,并以富含CO_2-H_2O包裹体为特征,CO_2-H_2O包裹体可进一步划分为富H_2O相CO_2-H_2O包裹体和富CO_2相CO_2-H_2O包裹体。加热时富H_2O相CO_2-H_2O包裹体完全均一成H_2O相;而富CO_2相CO_2-H_2O包裹体完全均一成CO_2相,而且二者的完全均一温度和完全均一压力一致,说明它们是同时期捕获的CO_2-低盐水不混溶流体包裹体组合。它们形成时的热力学条件是:形成温度236℃,形成压力324 bar(1bar=10~5Pa);共存两相流体密度:低盐水相0.900 g/cm~3,CO_2相0.314 g/cm~3;共存两相中CO_2的摩尔分数:低盐水相0.0376,CO_2相0.7337;水溶液含盐度w(NaCl)约为1.3%。     

魁北克奥卡杂岩中的方镁石-白云石-方解石碳酸岩及挥发分的计算

魁北克奥卡杂岩碳酸岩岩脉中的共结矿物组合:方解石-白云石-方镁石-磷灰石-镁橄榄石-镁铁尖晶石-辉锰矿,在假定气体饱和情况下,缓冲了C-O-H-S-F体系中各种气体的逸度 (或分压)。推断的共结点(640℃,100MPa),主要气体及其分压MPa如下:H_2O,88.2;CO_2,11;H_2,0.46;H_2S,0.27;CO,0.05;CH_4,0.01。氧逸度接近QFM缓冲剂,logf(O_2)=-18.6;而硫逸度接近QFM—磁黄铁矿缓冲剂,logf(S_2)=-0.59;氟逸度低,logf(F_2)=-43.9;这种结果与缺乏萤石而含有磷灰石的情况相一致。虽然曾发表的实验结果中未准确测定气体相组分,但富水气体相的存在与合成碳酸岩系实验结果相符。     

气体在水溶液中的溶解度模型研究进展

CH_4、C_2H_6、CO_2、H_2S、N_2等气体是很多富水地质流体的重要组成部分。从模型的研究方法上,气体溶解度模型大体上又可分为:(1)γ-φ(活度-逸度模型)。模型中的活度系数方程用于表达液相行为,而气相组分的逸度系数由状态方程计算。(2)φ-φ模型。使用某一状态方程同时描述液相和气相的性质。对Duan的模型进行讨论,通过Duan的公式计算CH_4和CO_2在水溶液中的溶解度。按照水溶液中溶解的气体组分数量,又可将气体溶解度模型划分为两类:(1)单组分气体溶解度模型。(2)混合气体溶解度模型。研究者们开发的各种模型适用的温度压力和盐度范围各不相同,精度大小也有差异。     

岩浆包裹体挥发组分的研究

对浙江省桐庐、寿昌中生代火山杂岩石英晶屑及斑晶中单个岩浆包裹体收缩气泡内的挥发组分,借助激光喇曼探针进行分析,定量给出的有CO_2、CH_4、H_2O、N_2、CO、H_2、H_2S、SO_2。 结合岩浆包裹体显微测温、测压和化学成分数据,计算了单个包裹体被捕获时的P_总、f_(O_2)、f_(CO_2)、f_(CH_4)、f_(H_2O)、f_(CO)和f_(H_2)等物理化学参数。并据此讨论了桐庐、寿昌中生代火山岩浆演化中的某些物理化学条体。 研究表明,此类研究已经成为现代岩浆岩石学,特别是现代火山岩石学研究中一个必不可少的新兴领域,它可以帮助我们重溯天然岩浆结晶演化的物理化学历史。     

甘肃干沙鄂博稀土矿床熔体和流体包裹体对成矿的制约

甘肃天祝干沙鄂博稀土矿床产于霓辉正长岩和霓辉正长斑岩中,矿体形态呈不规则脉状、透镜状和板状。成矿过程可分为岩浆期、岩浆-热液期、热液期和表生期,其中岩浆-热液期为主要成矿期。本矿床中的包裹体有熔体包裹体、流体-熔体包裹体、H_2O包裹体、CO_2包裹体、CO_2-H_2O包裹体、含子矿物H_2O包裹体和含子矿物CO_2-H_2O包裹体7类,并以富含流体-熔体包裹体、CO_2-H_2O包裹体为显著特征。包裹体组合从熔体包裹体→流体-熔体包裹体、H_2O包裹体、CO_2包裹体和CO_2-H_2O包裹体→H_2O包裹体的变化,反映本矿床的形成经历了从岩浆→岩浆+热液→热液的演化过程。岩浆期熔体包裹体均一温度为780℃;岩浆-热液期均一温度为191~700℃,盐度为5.26%~22.24%,属中低盐度,成矿压力为68~95 MPa,相应的成矿深度为2.6~3.6 km;热液期均一温度为129~225℃,盐度为0.35%~7.73%,为低盐度。从岩浆期到岩浆-热液期再到热液期,温度逐渐降低,矿化作用主要发生在岩浆-热液期,属中高温、中深成岩浆-热液过渡型矿床。     

浙江中部火山岩地区金矿床流体包裹体的研究

本文主要记述了治岭头、八宝山和庄山三个矿区,通过与金矿有关的流体包裹体的研究,阐明了成矿的物理化学条件和矿床的成因。它们的成矿温度主要集中于140～330℃,为低温矿床。成矿的压力集中于12～41MPa,成矿深度约为0.3～1.2km。气体组分的还原参数较低,平均为0.4,fo_2约为10~(-32)～10~(-41),成矿溶液富水和CO_2。治岭头成矿溶液为NaCl-KCl-CaSO_4-H_2O体系,而八宝山为KCl-NaCl-CaSO_4-H_2O体系,属于弱酸性。成矿溶液的含盐度为(0.7～2.5)wt%NaCl,属于低盐度,其密度值为0.7～0.85g/c1m~3。流体包裹体氢氧同位素δD(‰)为-58.5至91.1,δ~(18)O_(H_2O)(‰)为+3至-9,成矿溶液主要由大气降水(或地下水)和岩浆热液混合组成。     

丫他金矿床流体来源及演化:流体包裹体和稳定同位素证据

为探讨丫他金矿床成矿流体的特征和矿床成因,对热液成矿阶段中石英中的流体包裹体进行了岩相学、显微测温、激光拉曼分析以及H、O同位素研究。结果表明,丫他金矿床中存在H_2O包裹体、CO_2-H_2O包裹体和CO_2包裹体三类流体包裹体;其中同一阶段同一视域中富H_2O相CO_2-H_2O包裹体在加热中完全均一到H_2O相,以及富CO_2相CO_2-H_2O包裹体完全均一到CO_2相,它们的均一温度和形成压力基本一致,说明同时捕获了富CO_2和富H_2O两种流体;流体包裹体的H、O同位素组成特征显示,成矿流体主要来源为大气降水或与大气降水有关的盆地流体;热液成矿阶段流体发生相分离,CO_2-H_2O不混溶作用导致热液中Au的溶解度迅速降低并沉淀形成矿床。     

赣南五里亭岩体晶质铀矿中铀离子价态及岩浆氧逸度计算

晶质铀矿是花岗岩中广泛产出的副矿物,其铀离子价态的变化及比例关系,对于岩浆氧逸度具有一定的指示意义。笔者利用硅酸盐熔浆中U~(6+)-U~(4+)的平衡关系,推导出花岗岩副矿物——晶质铀矿的氧逸度计热力学计算方程,以及氧逸度(f O2)、温度(T)和不同价态铀离子比值(U~(6+)/U~(4+))的对数关系。以赣南五里亭花岗岩体为例,借助X射线光电子能谱分析,获得U~(6+)与U~(4+)的比例关系(U~(6+)/U~(4+)=0.30～0.46);利用晶质铀矿氧逸度计热力学方程,计算出该岩体形成时的平均氧逸度(为FMQ+0.58)。在温度(T)与氧逸度(lg f O2)协变图中,该结果靠近矿物反应缓冲线(FMQ),显示岩浆为弱还原性。因此,晶质铀矿U~(6+)/U~(4+)氧逸度计算结果能够代表岩浆源区的氧逸度特征,可作为常规氧逸度计算方法的一种有效补充。     

邯邢地区中生代侵入岩中磷灰石的成因矿物学研究

氧逸度为有效的氧分压,是实验岩石学中重要的研究课题,岩浆的氧逸度是继温度、压力、浓度等影响成岩成矿过程的关键性物理化学参数。本文利用磷灰石的氧逸度计,对邯邢地区六大主要岩体的岩浆氧逸度进行了计算。研究结果显示,样品中的磷灰石主要为羟-氟磷灰石,磷灰石的形态、成分和结构特征指示其为岩浆成因。磷灰石中的Mn元素在晶格中有两种方式,多以Mn3＋和Mn5＋的方式进入晶格。磷灰石氧逸度计计算的logfo2为-12.31~-9.75,均值-11.02。参考与磷灰石共生角闪石的形成温度,认为邯邢地区岩浆岩普遍具有较高的氧逸度。根据磷灰石氧逸度值与矿床规模的填图结果,认为并非氧逸度越高越有利于邯邢式铁矿的形成。结合矿物学填图等值线闭合的趋势,进而推断邯邢地区中部的符山和武安岩体深部可能仍存在较好的找矿远景。     

胶东蓬莱金矿区流体包裹体和氢氧同位素地球化学研究

蓬莱地区金矿床以石英脉型为主,其次是蚀变岩型;成矿条件与著名的玲珑金矿床相似。金主要产于黄铁矿和多金属硫化物石英脉中。流体包裹体研究表明,金矿床中主要存在两种类型的流体包裹体:CO_2-H_2O 包裹体和中低盐度的NaCl-H_2O 溶液包裹体。CO_2-H_2O 包裹体气相以 CO_2为主,可含少量 CH_4、H_4S、CO。其中,黄铁绢英岩的石英中含有丰富的CO_2-H_2O 包裹体,而黄铁矿石英脉和多金属硫化物石英脉中富 CO_2与富 H_2O 的 CO_2-H_2O 包裹体共存。显微测温结果显示,黄铁绢英岩中的 CO_2-H_2O 包裹体的均一温度范围为230℃～300℃;而黄铁矿和多金属硫化物石英包裹体的均一温度为220℃～390℃,鉴于这些包裹体是从不混溶的 CO_2-H_2O 流体中捕获的,因此它们的温度下限220℃～250℃左右,应该看作是它们的形成温度。成矿早期流体为富含挥发份(流体密度0.92～0.985g/cm~3)、中低盐度(4.15%～5.23%NaCl eqv)的流体;到主成矿期逐渐演化为温度升高,盐度变化范围大(1.02%～15.5%NaCl eqv),水溶液以 NaCl 为主,气体仍以 CO_2为主,但可含少量的 CH_2、H_2S、CO 及有机质等的流体(流体密度0.32～0.99g/cm~3);成矿期后的流体盐度、温度及 CO_2含量降至最低。本区矿床中石英的δ~(18)O 值变化在13.8‰～18.3‰,成矿流体的δ~(18)O 值在4.9‰～10.9‰之间,流体包裹体中δD变化范围很小,从-78‰变化到-101‰,主要集中在-78‰～-88‰之间。由此表明成矿流体以岩浆水为主,伴有大气降水的参与。在主成矿期成矿流体表现出明显的多期、多来源特征。温度降低和流体不混溶是导致金等成矿元素沉淀和富集的重要机制。     

厄立特里亚Koka金矿床成矿流体特征及其地质意义

厄立特里亚Koka金矿床产于努比亚地盾新元古代浅变质岩系中,矿体主要赋存于Koka微晶花岗岩内,受剪切构造控制,是在该国发现的大型造山型金矿床。矿床含金石英脉中石英中赋存的原生流体包裹体分为富CO_2包裹体、CO_2-H_2O包裹体和H_2O包裹体共3种类型,以大量发育富CO_2包裹体与CO_2-H_2O包裹体为特征。成矿流体具有富CO_2、中低温(210～360℃)、中低盐度(w(NaCl_(eq))=2.24%～8.51%)的特征。流体中阳离子主要为Na~+与少量K~+,阴离子为Cl~-与少量SO_4~(2-),气相成分主要为CO_2与H_2O,基本不含其他气体组分,流体属于NaCl-H_2O-CO_2体系。成矿流体密度变化范围较大(0.597～0.969 g/cm~3),其中高密度的富CO_2包裹体捕获的最小P-T条件为260～360℃、100～270 MPa,形成于区域变质作用时期。成矿流体的δD_(V-SMOW)范围为-57‰～-50.1‰,δ~(18)O_水范围为1.4‰～3.2‰,表明Koka金矿床成矿流体主要来源于变质热液,并伴有大气降水的混入。成矿流体中CO_2-H_2O包裹体气相分数变化范围很大(15%～80%),与之共生的H_2O包裹体具有相似的盐度以及较低的均一温度,表明初始的CO_2-H_2O型流体发生了不混溶作用,导致相分离,产生的大量富CO_2流体,并使金大量沉淀。     

胶东牟平邓格庄金矿床流体包裹体研究

邓格庄金矿是胶东牟平-乳山金成矿带内第二大石英脉型金矿,金主要产于黄铁矿和多金属硫化物石英腑/细脉中。流体包裹体研究表明,邓格庄金矿不同蚀变带岩石和各成矿阶段金矿石中的流体包裹体主要有三种类型:H_2O-CO_2包裹体、CO_2-H_2O±CH_4包裹体和 H_2O 溶液包裹体。早期乳白色石英中主要赋存原生的 H_2O-CO_2包裹体和次生的 CO_2-H_2O±CH_4包裹体;成矿期黄铁矿石英脉和多金属硫化物石英脉中的 CO_2-H_3O±CH_4包裹体主要为原生,随机分布,气液比变化较大,有时出现不同相比例的包裹体共存现象,而 H_2O 溶液包裹体明显沿愈合裂隙分布;在成矿晚期的石英和方解石中主要发育原生 H_2O 溶液包裹体。显微测温结果显示,成矿前(第1阶段)H_2O-CO_2包裹体的完全均一温度(T_(h,TOT),至液相)为254℃至365℃,成矿期(第Ⅱ和Ⅲ阶段)CO_2-H_2O±CH_4包裹体的完全均一温度(T_(h,TOT),至液相)为195～317℃,成矿后(第Ⅳ阶段)H_2O 溶液包裹体的均一温度(T_(h,TOT);至液相)为156～219℃。成矿的初始流体富 CO_2,主成矿期有 CH_4流体加入,成矿晚期则演化为低温的水溶液流体。水/岩反应及流体不混溶可能是邓格庄金矿金沉淀的主要原因。     

内蒙古安家营子金矿流体包裹体及氢氧硫同位素研究

安家营子金矿位于华北克拉通北缘赤峰地区,是典型的脉状金矿床。流体包裹体主要包括三类:富CO_2包裹体、CO_2-H_2O包裹体和水溶液包裹体。成矿早期(Ⅰ)以富CO_2包裹体为主,主成矿期(Ⅱa)以CO_2-H_2O包裹体和H_2O溶液包裹体为主,主成矿期(Ⅱb)均为H_2O溶液包裹体。包裹体测温结果显示主成矿期三个阶段的包裹体均一温度具有300℃～370℃的峰值,盐度为0～11%的范围,未出现明显的温度和盐度波动。但是流体CO_2含量发生了明显的变化,从成矿早期富CO_2演化为主成矿期含少量CO_2,表明温度并不是金沉淀的主要因素,沸腾起到了重要作用。氢氧同位素表明成矿流体主要来自岩浆水,但是受到了明显天水混合以及沸腾体系瑞丽分馏作用的影响,结合硫同位素的结果,表明成矿物质可能主要来自岩浆。富挥发分流体的沸腾作用可能是安家营子金矿成矿的主要因素。     

冷冻法确定矿物包裹体的流体成分

1950年叶尔马可夫奠定了冷冻法的研究基础.1962年E.洛德提出了冷冻台的结构并讨论了NaCl-H_2O体系相图.1971年武内寿久弥讨论了CO_2-H_2O体系的温压关系.1975年李兆麟发表了液氮冷台和NaCl-H_2O冷冻曲线.1978年笔者等设计了显微镜半导体冷冻台,并进行了NaCl-H_2O体系实验. 矿物包裹体分析资料表明,其成分中主要阴离子有:Cl~-,HCO_3~-,SO_4~(2-),F~-等;主要阳离子有:Na~+,K~+,Ca~(2+),Mg~(2+);气体成分主要是CO_2,H_2S,CH_4,N_2,     

C-H-O-N体系挥发分的拉曼定量分析:压力、温度和流体组成的影响

拉曼光谱是定量分析流体包裹体中挥发分组成和压力的重要手段,而这又是恢复流体捕获温度、压力的前提。本文收集了CH_4-N_2、CH_4-N_2-H_2O和CH_4-N_2-CO_2-CO体系在21～350℃和1～60 MPa条件下的原位拉曼光谱,获取了CH_4、N_2、CO_2和CO特征拉曼光谱的峰位和峰面积等光谱参数,并以上述体系为例,探讨了应用拉曼光谱定量分析C-H-O-N体系挥发分组成的关键技术问题,即压力、温度和流体组成对分析结果的影响。首先,在温度恒定的条件下,v_1-CH_4、v_1-N_2、(v_1-2v_2)-CO_2高频峰和v_1-CO峰位随着压力的升高而发生负向偏移。在压力恒定的条件下,v_1-CH_4、(v_1-2v_2)-CO_2峰位随温度升高向高频偏移,但v_1-N_2和v_1-CO峰位随温度变化未发生明显偏移,因而可以应用这些组分的特征峰位来反映流体压力。其次,CH_4、CO_2和CO相对于N_2的拉曼定量因子随压力升高而增大,分别在大于10 MPa、10 MPa和2.5 MPa以上达到稳定值。温度对CH_4和CO的定量因子影响不显著,但CO_2的定量因子随温度升高明显降低。水对CH_4定量因子影响仅在低压条件下显著,在200℃以下的高压条件下影响较弱。最后,以含未知CH_4/N_2比例的CH_4-N_2混合气体的熔融毛细硅管合成包裹体为例,提出了应用拉曼光谱定量分析流体包裹体中复杂挥发分比例和内压的一般方法。受实验条件和仪器设置的影响,各个实验室测定的拉曼定量因子存在较大差异,在应用拉曼光谱定量分析包裹体挥发分组成时应予以注意。     

C—O—H体系高温高压流体相组成的热力学研究

本文在C－O－H体系流体相平衡基础上,利用现有的热力学数据和新的p－V－T资料,在pT=∑pi假定下,计算了高温、高压条件下流体相组成。结果表明,该体系主要存在五种流体相,在不同温压条件下各流体相所占比例不同。在相对较低的温、压条件下,CH4是体系中占主要的流体相（约占70％）,且随温、压和氧逸度的升高,它所占比例却明显降低,所获结果为探讨无机成因天然气形成的可能性、存在的量比和稳定存在的物理化学条件提供了充分的理论依据。     

陕西柞水银硐子银铅矿床成矿物理化学条件研究

在地质-地球化学研究的基础上,本文运用热力学原理研究成矿作用的物理化学条件。通过矿物包裹位测温、测盐度研究,应用闪锌矿压力计,运用热力学计算,获得两个成矿阶段的成矿温度、成矿压力、成矿的pH、Eh,以及硫逸度和氧逸度,成矿溶液的盐度。认为导致成矿金属元素沉淀富集成矿的因素是含矿流体加入了还原硫及pH的升高,成矿过程总体是在比较还原的条件下进行的。     

地幔氧逸度的时空变化

地幔氧逸度是反映地幔氧化还原程度的参量,由温度、压力、岩石化学成分、矿物结构等共同作用控制。目前对上地幔氧逸度的研究主要针对镁橄榄石-磁铁矿-石英体系、含角闪石的橄榄岩体系和玄武岩(熔体)体系,通过实验岩石学方法进行。地幔氧逸度在垂直深度上随深度增加而减小受到普遍认可。天然样品和理论研究认为,岩石圈地幔底部的软流圈氧逸度高于上部岩石圈地幔,垂直方向上地幔氧逸度存在逆梯度,地幔过渡带相对上地幔可能也存在类似情况;水平方向上,不同构造环境、相似构造环境的不同地区氧逸度之间的差异都指示地幔氧逸度存在水平不均一性。不同圈层之间物质交换和氧逸度变化的关系是氧逸度未来研究的重点之一。俯冲带是研究圈层之间物质交换和氧逸度变化关系的天然实验室,同时氧逸度反过来也影响着各种挥发性元素(如C、S等)在不同圈层之间的赋存形式和循环通量。     

内蒙古红花沟金矿床的流体包裹体研究

含金石英脉产于角闪斜长片麻岩的内蒙古红花沟和莲花山金矿床。石英中流体包裹体以气液比为(5～30)%的两相H_2O包裹体为主,很少见到富气H_2O包裹体,有少量CO_2-H_2O包裹体,其初熔温度为-56.6～-56.3℃,CO_2临界温度平均为+16.1℃,CO_2水合物消失温度为+5.6℃。成矿流体主要为含少量CO_2的均一的NaCl-H_2O溶液。盐度平均为(4.75～6.73)wt%NaCl,包裹体δD为(-85.5～-97.7)‰,δ~(18)O_(H_2O)为(-2.0～+2.1)‰,δ~(13)C_(co_2)为(-8.3～-2.2)‰,表明成矿流体来源于岩浆水和天水。引起金氯络合物分解的主要因素是温度的变化,成矿过程中多量天水的渗入,使体系温度下降至180～240℃,并导至溶液由酸性向中性(pH=5～6)转化,在f_(02)约为10~(-35)～10~(-41)Pa,Eh约为0.5时,产生自然金的沉淀,