高温高压下水流体pH值测量

高温高压下水流体的pH值是影响矿物-水流体相互作用平衡和动力学过程的一个重要参数。确定高温高压流体pH的方法主要包括电位势测量、化学分析与热力学计算及电导率方法。电位势测量在化学领域应用广泛,也被用来测量了洋中脊的热液流体的pH值。人们尝试了各种形式的电极,如氢电极、钯氢化物电极、金属-金属氧化物电极和钇稳定的氧化锆(YSZ)电极。玻璃电极只取得了有限的成果,通常用来测量常温及低温下的流体的pH值。对金属-金属氧化物电极在较宽的温度范围内进行了研究,但它需要利用合适的参比溶液来校正,与玻璃电极一样都表现出较大的偏移和误差以及不可回测性。陶瓷薄膜电极,如钇稳定的氧化锆(YSZ)电极,为测量相对较高温度下的pH值提供了一个可靠的方法。利用高温淬火水的化学分析和常温下的pH的测量,通过求解络合反应质量平衡与所有组分质量平衡的联立方程,来计算指定温度压力下pH值和水溶液种类的分布,是获得高温pH值的另一个重要而常用的方法,但热力学数据中的数值误差和不确定性以及分析误差能够影响计算出的高温溶液的pH值的精度。对高温高压超临界水流体的电导测量已经取得很大的成就,它被用来作为确定溶液内部离子反应平衡常数的一种最常用的方法,通过获得的这些反应的平衡常数,就可以得到在高温高压下流体的就位物质组成,这个方法可以测量更高温度压力下流体的pH值。     

高温高压下电解质溶液热力学性质的研究进展

高温高压下电解质溶液热力学性质的研究不仅对探讨地球内部流体的作用具有重要意义，而且在很多实际工业过程中也都有广泛应用。本综述了近10年来高温高压下电解质溶液热力学参数的实验测量和理论计算的进展，实验设备还有待进一步的改进和完善，以获得更高温度和压力下的数据，理论计算不仅有待于实验的发展，也与溶液的结构理论密切相关。     

云母,黄玉中F—OH交换平衡及云母＋黄玉组合形成的温度和共存流体组…

本文根据前人关于云母和黄玉的Ｆ－ＯＨ交换实验成果，分别建立了云母和黄玉的Ｆ－ＯＨ交换平衡常数方程，并系统阐述了推导这些方程的热力学原理以利用它们来估算云母＋黄玉平衡组合形成温度和共存流体组成的方法，最后讨论了这一方法的适用条件和存在问题。     

高温高压下水的剪切粘滞度的平衡分子动力学计算

本项工作用ＴＩＰ４Ｐ模型对水分子进行了平衡分子动力学模拟。根据Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ理论,计算了温度从６５２Ｋ到８１４Ｋ,密度从０．５３６０ｇ／ｃｍ３到０．８６３８ｇ／ｃｍ３六个不同温度和密度水的剪切粘滞度,并和实验值进行了对比。在所计算的温度和密度范围,平衡分子动力学计算结果与实验值的平均绝对值差别为１５％,好于使用非平衡分子动力学方法获得的粘滞度值。平衡分子动力学的方法将是获得地学中高温高压下流体输运性质的重要途径。     

地幔流体组成

地幔流体是当今地球科学研究中的前沿领域之一 ,具有重要的研究价值。文中总结了地幔流体组成研究的手段、实验方法及近年来的进展 ,探讨了目前存在的问题 ,认为当前需进一步工作的领域有 :(1)确定适宜于地幔流体组成测定的实验方法 ,以便进行全球数据对比 ;(2 )开展不同类型地幔源区中地幔流体稀有气体同位素体系与PbSrNdHfOs同位素体系的对比性研究 ;(3)对不同构造单元中的地幔流体进行研究 ,建立不同端员地幔源区的地幔流体组成和稳定同位素制约因素 ;(4 )研究壳幔相互作用过程中的地幔流体 ,确定地幔流体中再循环地壳组分的鉴别标志 ;(5)在全球范围内探讨地质历史时期地幔流体的组成、性质、运移及演化规律 ;(6 )开展幔源H2 及烃类的研究 ,为非生物成因天然气理论及勘探提供依据。     

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。     

氢氧同位素体系成矿流体示踪若干问题

综合分析国内外氢氧同位素研究进展结合部分热液矿床成矿流体的氢氧同位素示踪体系的可靠性,认为该方法存在以下问题:(1)通过石英矿物δ18 O计算流体的δ18O,同位素平衡温度厘定具有主观性,并且石英与流体之间的同位素平衡状态是否达到很难确定。同样的石英矿物δ18 O通过不同的平衡温度计算,得到不同的流体δ18 O,得出晚期大气降水混合的模糊认识;(2)石英中除流体包裹体外,由于晶格结构缺陷而含有部分结构水。在热爆裂法提取流体包裹体时石英中结构水的释放严重影响石英中流体包裹体δD测试结果。大量的已发表数据没有明确指定热爆裂温度,因此无法评价石英结构水对测试结果的影响程度;(3)石英作为流体包裹体寄主矿物对流体包裹体封闭性不佳,流体包裹体捕获后容易与外界流体发生物质交换,使流体包裹体δD不能代表成矿流体同位素组成,这直接挑战了石英作为寄主矿物进行流体包裹体δD测定的可靠性;(4)通过含差劲基热液蚀变矿物δD计算成矿流体δD,由于高温下压力对D/H分馏的影响难以定量评价,已有平衡方程大多忽略压力对D/H同位素分馏的影响,使得计算结果意义不明确。因此硫化物中流体包裹体的δD-δ18 O系统测试,需要辅以微量气体比值、H...     

湘中锡矿山超大型锑矿床的碳、氧同位素体系

本文系统地研究了锡矿山锑矿床的围岩、蚀变围岩和热液成因方解石的碳、氧同位素组成。研究表明，相对于区域地层，矿区灰岩明显亏损^18O；围岩蚀变过程中，围岩的δ^18O值趋于减小并有明显的空间变化趋势。不同期次方解石的碳、氧同位素特征明显不同：成矿早期显示出深特征；成矿晚期方解石的碳、氧同位素组成呈正相关，为水－岩反应和温度降低耦合作用所致；成矿期后方解石的碳、氧同位素组成呈明显的负相关，这种方解石的沉淀介质成成矿流体明显不同。水－岩反应的理论模拟显示，成矿流体不可能为未经深部循环的大气降水；成矿流体中的可溶性碳以H2CO3为主；早期成矿流体的δ^13C、δ^18O分别为－6‰、＋10‰，晚期成矿流体的δ^13C、δ^18O分别为0‰、4‰。     

云母、黄玉中F-OH交换平衡及云母+黄玉组合形成的温度和共存流体组成Ig(f_(H_2O)/f_(HF))的估算

本文根据前人关于云母和黄玉的F－OH交换实验成果，分别建立了云母和黄玉的F－OH交换平衡常数方程，并系统阐述了推导这些方程的热力学原理以及利用它们来估算云母＋黄玉平衡组合形成温度和共存流体组成的方法，最后讨论了这一方法的适用条件和存在问题。     

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。     

地幔流体的前缘研究

地幔流体是与地幔环境处于平衡的气体和挥发分。其主要化学组分为碳、氢、氧、氮、硫（ＣＨＯＮＳ）。它以富于地球内部原始组分为特征，但也包含部分再循环组分。地幔挥发分在弱还原条件下主要为ＣＯ２－Ｈ２Ｏ，强还原环境则以ＣＨ４－Ｈ２Ｏ－Ｈ２为主。地幔流体地球化学的重要性质为：（１）易溶于硅酸盐熔体；（２）净化作用；（３）再沉淀作用。近年来，有关地幔流体中稀有气体和挥发分的起源、分布及同位素组成等前缘领域的研究已取得重要进展。当前拟优先探索的问题包括气体裂化与金刚石成因，非生物成因地幔烃，地幔流体与成矿作用，以及地幔挥发分注入与地壳重熔等。     

CaSiO_3-钙钛矿的热力学状态方程

<正>地震学观测对了解地球深内部的结构、物质组成具有重要意义。高温高压矿物学实验为理解地震学观测,确定地球内部的物质组成提供重要的实验依据。我们的研究集中在利用高温高压实验手段,为描绘下地幔的密度和速度结构提供更为准确的实验数据。该项研究的对象是下地幔最为重要的矿物之一——CaSiO3-钙钛矿。CaSiO3-钙钛矿在下地幔的体积分数约为8%。因高温高压原位实验研究的缺乏,致使我们无法准确获取温度对热力学状态方程影响的信息     

CH4—H2O体系流体包裹体拉曼光谱定量分析和计算方法

CH4—H2O体系流体包裹体研究对含油气盆地流体分析和成矿流体研究都有重要的意义。本文详细介绍了H2O、CH4和CH4—H2O体系的拉曼光谱特征及分子作用，分析了CH4—H2O体系热力学特征，同时对CH4—H2O体系流体包裹体拉曼光谱定量分析和计算的方法及步骤进行了叙述。利用人工合成流体包裹体建立甲烷浓度与拉曼特征峰面积比值之间的校正曲线是实现CH4—H2O体系流体包裹体定量分析的基础。盐度对包裹体定量分析的影响最为显著，在恒定甲烷浓度下，甲烷与水的拉曼峰面积比值随着盐度增加而减少。对于流体包裹体封闭体系，随温度升高，液相甲烷浓度增大。校正曲线必须包含对温度和盐度的校正。石英主矿物性质和方位对甲烷浓度定量分析的影响可以忽略。实验研究表明，原位拉曼光谱技术是准确获取流体包裹体中甲烷水合物生成条件的一种有效方法。因此，基于拉曼光谱分析和显微测温分析结果，采用热力学模型可以定量计算CH4—H2O体系流体包裹体的相关参数。     

松潘—甘孜造山带中丹巴地区变质岩的流体包裹体研究

对丹巴地区动热变质岩石英中的流体包裹体研究表明，第一类型包裹体为高密度CO2包裹体，与深层滑脱作用密切相关，其温度、压力可代表变质峰期的温压条件。第二类型包裹体为CO2－H2O包裹体，H2O含量增加，与变质峰期后的抬升作用有关。第三类型包裹体为NaCl－H2O包裹体，以H2O为主，与抬升作用引起的退变质作用有关。其形成温度依次降低，说明它们是在变质作用的不同阶段捕获的。     

实验岩石学发展现状与趋势

实验岩石学通过高温高压实验来模拟地球内部状态,正演研究矿物、岩石及其组分的物理化学行为,与天然矿物和岩石样品反演研究相互补充. 从20世纪初美国卡内基研究所建立地球物理实验室算起,实验岩石学已经历了100多年的发展,在认识地球内部状态和过程以及矿物和岩石成因方面发挥了重要作用. 我国实验岩石学研究开展约50年,进入21世纪以来在实验平台和创新性研究成果方面取得了显著进步. 在学科发展趋势方面,实验岩石学表现出以下6方面的特点:（1）新的高温高压实验技术不断涌现;（2）实验与分析测试技术高度融合;（3）实验模拟与计算模拟相结合;（4）从热力学平衡扩展到动力学研究;（5）从干体系扩展到对挥发分和流体的深入研究;（6）应用场景从固体地球扩展到类地行星. 通过进一步开发或改进高温高压实验技术,加强与分析测试技术以及计算技术的结合,实验岩石学有望在破解地球内部流体的性质和作用、地幔演化和岩浆分异、变质反应速率和机制、类地行星形成与演化等重要科学问题方面作出关键贡献.      

云南墨江含金脆—韧剪切构造带中显微构造的矿物地球化学研究

墨江－元江镍金矿床是哀牢山构造－成矿带上一个十分典型和重要的矿床，在野外实测构造岩石地层层序、矿物学详细填图的基础上，采用X射线粉晶衍射分析、扫描电镜、电子探针微区分析及矿物－构造－地球化学等方法，对墨江镍金矿床中含金脆－韧性剪切构造带的物质组成进行详细研究。显微构造的矿物地球化学研究是一种构造筛分新方法。脆性构造主要表现为含镍金石英脉－硅质岩－黄铁矿硅质岩中普遍发育碎裂岩化及裂隙，碎裂岩化－裂隙构造是深源热流体叠加成矿的储矿构造和运移上升通道，脆性剪切变形过程中伴有粘土化蚀变，粘土矿物主要有铬水云母、铬高岭石、多水铬高岭石、绿铬高岭石、铬蒙脱石、铬迪开石、铬埃洛石和绿鳞石等。在含金脆－韧剪切构造带中，铬绢云母－铬水云母－铬伊利石系列和铬绿泥石的矿物具（脆）韧剪切变形特征，在韧剪切变形过程中伴有强烈的热流体以及H2O为主要组分的矿化剂作用。     

江西角山多金属矿床水—岩反应及成矿流体来源的讨论

本文以银山矿床的地质地球化学特征为依据，以水－岩反应及其同位素交换为出发点，对前人关于该矿床成矿流体主要来自岩浆水的结论提出质疑。根据流体例和蚀变岩石的氧同位素组成进行了水－岩氧同位素交换的反演计算，表明银山矿床成矿流体应来源于大气降水，是大气降水在深处较高温度和低Ｗ／Ｒ幽会下与千枚岩之间发生的水－岩反应的产物。岩浆活动主要为成矿作用提供了热源。     

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。     

江西银山多金属矿床水—岩反应及成矿流体来源的讨论

本文以银山矿床的地质地球化学特征为依据，以水－岩反应及其同位素交换为出发点，对前人关于该矿床成矿流体主要来自岩浆水的结论提出质疑。根据流体和蚀变岩石的氧同位素组成进行了水－岩氧同位素交换的反演计算，表明银山矿床成矿流体应来源于大气降水，是大气降水在深处较高温度和低Ｗ／Ｒ比值下与千枚岩之间发生的水－岩反应的产物。岩浆活动主要为成矿作用提供了热源。     

西南大别榴辉岩和麻粒岩的氧同位素地球化学

报道了大别造山带西南部湖北红安榴辉岩和罗田麻粒岩的氧同位素组成，并讨论了氧扩散作用对矿物氧同位素平衡的影响，结果得到，红安榴辉岩的全岩δ^18O值为6．4－7．3‰，罗田黄土岭麻粒岩的全岩δ^18O值为6．6－7．8‰，罗田惠兰山麻粒岩的全岩δ^18O值为3．9‰，这些榴辉岩和麻粒岩全岩的氧同位素组成保持了峰期变质条件下的平衡分馏特征，得到的氧同位素温度对于红安榴辉岩425－620度，对于罗田麻粒岩为740－945度。根据快速颗粒边界扩散模型计算的矿物对氧同位素温度不仅与大多数实测氧同位素温度一致，而且与岩石学测温结果相吻合，因此，这些岩石与东大别榴辉岩一样在形成后经历了快速冷却过程，退变质反应过程中没有外来流体加入。