地球深部含金属流体的高温高压实验的研究.pdfVIP

第八届全国矿床会议沧文集 地球深部含金属流体的高温高压实验研究4 胡书敏张雪彤张荣华 (中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037) 摘要地球深部不同层次的金属流体的来源和性质不同影响着金属成矿的过程的差异性。从来源地、迁 移到堆积的作用经过了各种相变过程，高温高压实验_屉研究地球深部流体性质的主要手段之一。对于上地幔来 源物质，作者使用水热金刚石压砧，结合同步辐射光源技术研究了10GPa下的NaCI—H：O溶液红外谱；宴验观 测了高温高压下的NaCI—H：0溶液的超临界相、液相、气相、L—V两相不混溶区等各相。发现水分子间的氢键在 近临界态开始减弱，氢键网络被破坏。对于地壳的流体，应用高温高压腔连接紫外一可见光谱仪研究了1500C条 件下台金属．NaCl-HCI-H：O体系中铅的物种形式。溶液的氯浓度、温度、反应延续时间影响物种形式。实验证明 含金属流体的性质，因它们所处的深度(温度压力)条件不同，影响着随后的金属迁移和堆积过程。 关键词地球深部；高温超高压流体；NaCI．H：0溶液；实验研究 矿床地球化学研究积累了很多关于金属来源的资料，一般说金属来源是多样性的，有地幔来源的，有 地壳或地层来源的。或者说，深部火山活动的，盆地深层卤水等。但是从流体物理化学性质上分析它们是 从高温超高压到低温低压，从超临界流体到亚临界流体，再到热水的转变过程。含金属的流体的来源、迁 移和堆积虽然不同，但是遵循着一个基本的水或NaCI-H：0溶液的随温度压力而改变的相关系变化规律。 对于地幔流体性质，通过使用金刚石压砧与各种谱仪(红外、激光拉曼、x射线，等)配合在高温 超高压下原位实验取得突破性成果。国外，由于金刚石高压砧设计的改进，经十余年发展，近年在高压科 学取得许多突破。可以在几GPa至几百GPa压力下经过金刚石窗口，对物质状态进行全面研究，进行直 视(光学)、直测(各种波谱、射线研究)和大部分物性和反应测试。最近新的快速谱学技术(FYIR、 Raman)和第三代同步辐射光源的发展，已应用于高压物质状态和相变反应动力学研究，并通过原位波谱 研究高压改变物质结构与键态的本质问题。最近几年的高温高压下的金刚石压砧与各种谱仪结合观测流体 的研究，更适于认识地幔的含金属流体性质。这些实验研究中最重要是水热金刚石压砧与各种不同类型谱 学方法结合的实验工作。 地球化学动力学开放研究实验室在1996年开始使用水热金刚石压砧研究高压高温流体，实验研究 3 下含金属流体。如金属的络合物随温度压力、和流体的阴离子性质改变所引起的变化。 1地幔流体性质的实验 DiamondAuvil 1．1水热金刚石压砧(HydrothermalCell。HDAC) et 1300。C、压力可高达25Kbar(Bassett 和国土资源部项目联合资助。 第一作者简介：胡书敏，女．研究员．从事高温高压极端条件下的多种谱学研究．使用国内外同步辐射光源和金剐石压砧研究地球 深部流体．进行高温高压原位直测实验研究。 ·104· 胡书敏等：地球深部含金属流体的高温高压实验研究 属座；座上装有钨碳合金座，可加热；有两个金刚石磨成为对顶砧；金刚石窗口可透可见光线、x射线和 红外、拉曼等。可以观测相变，也可以测量x射线结构和谱结构。 一般的观测步骤是：在室温下装人样品，一种目标物质和石英晶片，液相和气泡。然后开始旋紧螺 旋。在实验升温过程中，同时样品腔内压力也在升高，由于液相受热膨胀，保留在样品腔内的空气泡会加 热后消失，即抵达水与气的均一温度。在液相区内继续升温，可以进入超临界态。 1．2使用水热金刚石压腔研究高温高压NaCI-H：O溶液 DiamondAnvil 水热金刚石压腔(Hydrothemal Cell，HDAC)和显微镜连接，可用于研究热水相关系， et et 是国际上一项新发展(Zhanga1．，1999，2000，2004；Hua1．，1997，2000)。 作者的地球化学动力学开放研究实验室对 HDAC做了进一步改进，使金刚石窗口高压腔与红． 外显微镜相连成功，可通过金刚石窗