超临界流体的研究进展及其对成矿地球化学研究的启示

本文综述了超临界流体的研究进展，结合多年从事矿床地球化学研究的经历，认为近年来蓬勃发展的超临界流体研究，尤其是超临界条件下的化学反应对于研究地球内部成矿元素的迁移、富集有重要的启示意义。另外，对超临界流体化学对成矿流体研究可能带来的新的研究思路和新的理论认识作了理论探讨。     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。     

超临界地质流体的性质和效应

在地球深部(特别是俯冲带)的高温高压条件下,硅酸盐和水的相互溶解能力增强,可以形成成分介于常规硅酸盐熔体和富水流体之间的超临界地质流体。超临界流体的形成条件主要取决于岩石-H_2O体系的临界曲线、湿固相线和第二临界端点的位置。超临界地质流体具有特殊的物理化学性质,能够在促成俯冲带物质循环、迁移和富集元素成矿、引发中深源地震、影响地表宜居性演化等方面发挥关键作用。通过高温高压实验、分子模拟计算、天然岩石和矿床样品等手段研究超临界地质流体的性质和效应仍存在巨大挑战,亟需变革性实验和计算技术突破。     

俯冲带中水流体的化学性质研究进展

俯冲带中的水在壳幔演化和物质交换中起重要作用。本文就俯冲带中水的物理化学性质、溶液中的离子缔合、混溶、主量元素与微量元素组成等方面进行了阐述。重点剖析:1)超临界态下温度压力条件的改变导致水微观结构与性质的变化,扩散系数、粘度等性质随之改变,进而对水岩反应产生影响;2)富水流体中离子缔合影响着金属配合物数量,很大程度制约流体中矿物的溶解行为;3)低Cl流体中微量元素配分模式与岛弧玄武岩类似,意味着富水贫氯碱性硅酸盐成分的流体在地幔楔元素运移中起关键作用。并展望了俯冲带中流体化学性质研究的新手段。     

超临界地质流体的性质和效应北大核心CSCD

在地球深部(特别是俯冲带)的高温高压条件下,硅酸盐和水的相互溶解能力增强,可以形成成分介于常规硅酸盐熔体和富水流体之间的超临界地质流体。超临界流体的形成条件主要取决于岩石-H2O体系的临界曲线、湿固相线和第二临界端点的位置。超临界地质流体具有特殊的物理化学性质,能够在促成俯冲带物质循环、迁移和富集元素成矿、引发中深源地震、影响地表宜居性演化等方面发挥关键作用。通过高温高压实验、分子模拟计算、天然岩石和矿床样品等手段研究超临界地质流体的性质和效应仍存在巨大挑战,亟需变革性实验和计算技术突破。     

蛇纹石化和俯冲带蛇纹岩变质脱水过程中流体活动性元素的行为

蛇纹石是大洋岩石圈和俯冲带内水和流体活动性元素最重要的载体之一。研究蛇纹石化和蛇纹岩变质脱水过程中流体活动性元素的行为是认识俯冲带元素地球化学循环的关键。蛇纹岩是指主要由蛇纹石类矿物构成的岩石,包括利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石。蛇纹石化过程中会造成流体活动性元素(B、Li、As、Sb、Pb、Cs、U、Sr和Ba等)的显著富集,并且由于原岩性质、流体成分和氧逸度等条件的不同,大洋岩石圈蛇纹岩和弧前蛇纹岩的特征也略有不同。例如,弧前蛇纹岩具有相对高的As、Sb、B和相对低的U,这反映了俯冲沉积物来源流体的贡献。在俯冲带蛇纹岩的变质脱水过程中,利蛇纹石向叶蛇纹石的转变伴随着矿物内超过50%F和Cl的释放,以及一些流体活动性元素(如B和Li)的迁出;此外,蛇纹石分解形成的变质橄榄石中的流体包裹体指示,蛇纹石脱水分解所产生的流体具有高于原始地幔几个数量级的Cl、Cs、Pb、As、Sb、Ba、Rb、B、Sr、Li和U含量。由于利蛇纹石中的Fe~(3+)含量较叶蛇纹石高,这种矿物相转变过程中也伴随着俯冲通道内的一系列氧化还原过程,从而影响流体性质和新形成的叶蛇纹石的成分。蛇纹岩与岛弧岩浆在流体活动性元素富集规律上的相似性说明蛇纹岩在俯冲带元素循环中扮演着重要的角色。此外,蛇纹石矿物相转变过程中F、Cl、B等元素的释放,可能对于斑岩型金矿、蛇绿岩中的金矿和某些蛇纹岩作为赋矿围岩的硼矿的形成起到重要的作用。     

超临界CO2流体萃取土壤中污染物的应用研究进展

CO2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质,作为一种“绿色”溶剂,它具有无毒、无污染、易获取等优点。近年来,有关超临界CO2流体热力学相行为和溶解度性质的研究引起人们广泛的关注,与之密切相关的超临界流体萃取技术已在许多领域得到重视和发展。根据近年国内外运用超临界CO2流体对土壤中多环芳烃、多氯联苯、重金属等污染物的萃取应用,分析了温度、压力、共溶剂等因素对萃取效果的影响,通过与其他土壤修复技术的比较,展望了超临界流体萃取技术应用于土壤修复领域的可行性和研究方向。     

超临界CO_2流体萃取土壤中污染物的应用研究进展

CO2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质,作为一种＂绿色＂溶剂,它具有无毒、无污染、易获取等优点。近年来,有关超临界CO2流体热力学相行为和溶解度性质的研究引起人们广泛的关注,与之密切相关的超临界流体萃取技术已在许多领域得到重视和发展。根据近年国内外运用超临界CO2流体对土壤中多环芳烃、多氯联苯、重金属等污染物的萃取应用,分析了温度、压力、共溶剂等因素对萃取效果的影响,通过与其他土壤修复技术的比较,展望了超临界流体萃取技术应用于土壤修复领域的可行性和研究方向。     

超临界CO2流体萃取土壤中污染物的应用研究进展

CO2在超临界状态下具有许多独特的物理化学性质,作为一种“绿色”溶剂,它具有无毒、无污染、易获取等优点。近年来,有关超临界CO2流体热力学相行为和溶解度性质的研究引起人们广泛的关注,与之密切相关的超临界流体萃取技术已在许多领域得到重视和发展。根据近年国内外运用超临界CO2流体对土壤中多环芳烃、多氯联苯、重金属等污染物的萃取应用,分析了温度、压力、共溶剂等因素对萃取效果的影响,通过与其他土壤修复技术的比较,展望了超临界流体萃取技术应用于土壤修复领域的可行性和研究方向。     

超高压榴辉岩-脉体体系成因和俯冲带变质流体演化

超高压岩石-脉体体系是认识俯冲带流体性质和行为的天然实验室.通过总结大别超高压变质带3个榴辉岩（角闪岩）-脉体体系的研究成果,探讨了大陆俯冲带变质流体的溶解-结晶过程和氧逸度变化规律以及流体对轻元素硼的迁移过程.对榴辉岩-复合高压脉体的研究发现超高压流体通过溶解矿物富集溶质组分,流体随后经历3期结晶过程,分别形成绿辉石-绿帘石脉、绿帘石-石英脉和蓝晶石-绿帘石-石英脉.绿帘石La、Cr和δEu值是判断结晶次序的关键指标.对榴辉岩-角闪岩-低压脉体研究表明大陆俯冲带低压变质流体的氧逸度明显高于高压-超高压变质流体.高氧逸度条件也导致一些反常矿物（如退变金红石）的生长.对含电气石榴辉岩-脉体研究揭示变质碳酸盐岩是大陆俯冲板片中重硼同位素的重要储库,其在汇聚板块边界的脱硼作用显著影响深部硼循环.上述研究成果为理解俯冲带变质流体演化和物质循环提供重要科学依据.      

变形与元素迁移关系的实验研究

构造成矿研究的早期,人们习惯于用物理学原理来解释物质的变形．用化学原理来解释物质的变质。然而．地球物理与地球化学并不是独立不相关的,而是相互联系、密不可分的。本文以内蒙古扎兰屯西采石场的中粒花岗岩为样品进行了高温高压实验。实验结果显示：在黑云母形变的过程中．呈现出Fe元素滞留富集以及Ti、Mg元素向外迁移的现象。验证了物理作用不单单是物质的变形。也可以改变物质的内部结构,从而导致物质的质变。     

安徽月山矿田成矿流体的迁移速率和规律

安徽月山铜，金矿田成矿流体从深部向浅部沿断裂，裂隙以及多孔介质（含微裂隙）运移，运动速率分别为1．4m/s,9.8*10^-1-9.8*10^-7m/s,3.5*10^-7-4.6*10^-7m/s，流体运移通道介质性质的变化引起流体运移速率的变化是导致成矿物质在介质接触界面中沉淀的主要原因之一，成矿流体在高温时主要迁移方向向上，流体通量为n*10^4-n*10^5mol/cm2，中低温时运移方向多样，大气降水介入岩浆热液体系导致流体通量增大，流体通量为n*10^5-n*10^6mol/cm2，成矿流体中所携带的成矿物质具备形成大型矿床的潜力。     

俯冲带的流体地质作用

俯冲带是地球上流体活动最活跃的地区之一，也是流体由表层进入深部岩石圈的主要通道。流体活动对岩石成分、成岩作用、构造变形、变质作用、部分熔融和岩浆－火山作用，以及海洋生物－化学环境都有重要的控制和影响。本文回顾和总结了俯冲带流体地质作用研究的现状和进展，对古俯冲带流体地质作用的若干问题进行了探讨。     

超临界流体的地质意义

超临界流体具有一系列特殊性质,如,临界发散性、“临界乳光”、强氧化性、可变的介电常数、较强的溶解性等。地球深部超临界流体的存在不仅影响岩石的性质,而且对地质构造演化有重要的意义;超临界流体为油气的形成提供物质和能量,同时又是热液成矿过程中元素迁移、聚集和矿石矿物赋存空间形成的重要因素;地质构造演化与超临界流体密不可分;超临界流体对地震孕育及岩浆的产生和喷发有重要影响;超临界流体技术(超临界萃取、超临界水氧化等)不但能最大限度地回收有价值的矿物,而且能有效处理“三废”。     

超临界流体萃取技术的应用及展望

简介了超临界流体萃取（ＳＦＥ）技术的发展,包括超临界流体（ＳＦ）的性质、可以形成最好的ＳＦ的物质、ＳＦ仪器、ＳＦＥ技术的历史及应用研究现状和对ＳＦＥ技术的展望。引用主要文献３７篇。     

超临界流体中MoO3与WO3溶解度实验探讨

超临界地质流体以其独特的性质对金属成矿元素具有超强的萃取、层析和搬运能力,在热液矿床成矿机制研究中对揭示成矿物质的源、流和汇起着特殊和重要作用。本利用分析纯H2MoO3在高温下脱水制备了MoO3(白色斜方晶系),在冷封式高压釜中实验测定了417℃超临界条件下,MoO3在纯水中的溶解度分别为7．3(29MPa)、14．2(45MPa)、21．6(55MPa)、27．7(78MPa)、32．5(100MPa)、和34．2(150MPa)mmol／1,热液中钼的存在形式为H2M004。依据前人的实验方案,补充测定了WO3在4．0％NaCl水溶液中于450℃条件下的溶解度,其值分别为27．51(50MPa)和30．52(100MPa)mmol／l,结合前人研究结果发现,MoO3、WO3的溶解度在临界区域内具有超临界现象,在超临界条件下其溶解度与石英的超临界溶解度行为基本相似,表现为溶解度随体系温度和压力的升高而增大,这对揭示岩浆热液型和石英脉型钨、钼矿床的形成机制具有重要指导作用。     

实验地球化学研究进展

实验技术的完善与成熟，使实验地球化学渗透到许多研究领域，从而成为地球化学及相关学科研究不可缺少的手段之一。本文总结了近２０年来国内外实验地球化学在元素的分配行为（分配系数）、高压矿物相与岩石的形成与演化、超高压凝聚态物质性质、超临界条件下岩石－流体相互作用及开放体系下化学地球动力学方面的研究进展及存在的主要问题。     

超临界地质流体的物性

超临界态流体具有接近液体的密度、高于液体的扩散系数和低于液体的粘度等不寻常特性。在地球内部,伴随板块俯冲带入的水等流体进入超临界态,并与壳幔物质混合及相互作用会形成对地球内部结构演化、元素和能量运移有重要影响的流体,即超临界地质流体。然而,目前对于超临界地质流体的性质、作用的认识还极其有限,准确测定超临界流体的物理性质更是严峻挑战。金刚石对顶砧装置(DAC)的优势就是适合极端条件下原位物性探测,这对于超临界地质流体研究是不可或缺的。本文基于金刚石对顶砧装置原位加温的技术特点,对超临界地质流体物性测量的有关问题进行了讨论,并扼要回顾了超临界流体物性研究的进展。     

安徽月山矿田成矿流体的迁移速率和规模

安徽月山铜、金矿田成矿流体从深部向浅部沿断裂、裂隙以及多孔介质(含微裂隙)运移,运动速率分别为1.4m/s、9.8×10~(-1)～9.8×10~(-7)m/s、3.6×10~(-7)～4.6×10~(-7)m/s,流体运移通道介质性质的变化引起流体运移速率的变化是导致成矿物质在介质接触界面中沉淀的主要原因之一。成矿流体在高温时主要迁移方向向上,流体通量为n×10~4～n×10~5mol/cm~2,中低温时运移方向多样,大气降水介入岩浆热液体系导致流体通量增大,流体通量为n×10~5～n×10~6mol/cm~2;成矿流体中所携带的成矿物质具备形成大型铜矿床的潜力。     

矿物中元素迁移变化的高温高压实验研究

实验证实,岩块在高温高压受力变形后,其矿物中的元素将发生迁移和变化,在相同条件下,同一矿物中的不同元素或相同元素在不同矿物中具有不同的迁移和变化规律。实验结果说明,就许多内生金属矿床成矿作用而言,构造及构造变形不仅为成矿热液的运移、沉淀提供场所,而且在某种程度上能促使成矿元素的活化、分异甚至富集。