中地壳的地球化学动力学和矿石成因 被引量：9

1

作者 张荣华 胡书敏 张雪彤 《地球学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期460-470,共11页

笔者重点进行了大于300℃--在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验.矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的.实验发现... 笔者重点进行了大于300℃--在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验.矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的.实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落.各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用.但是,在近300℃变为一致溶解作用.实验发现在22 MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃.其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在＜300℃22 MPa时都高于硅的释放速率,在＞300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率.确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率.在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质.由常温常压到亚临界区(300～374℃22 MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化.水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键.笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果.实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落.这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征.发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50 MPa条件下进行的.各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同.模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程.已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl-H2O溶液临界线的条件.中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程.这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀. 展开更多

关键词 化学动力学 临界态 矿物与水反应 中地壳

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中地壳温度压力条件下的水-岩作用化学动力学实验 被引量：13

2

作者 张荣华 张雪彤 +1 位作者 胡书敏 苏艳丰 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2933-2942,共10页

为模拟中地壳条件下水.岩相互作用,本文作者重点做了大于300℃,在水的近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应的化学动力学实验。矿物(钠长石(Ab)、透辉石(Di)、阳起石(Act))的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开... 为模拟中地壳条件下水.岩相互作用,本文作者重点做了大于300℃,在水的近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应的化学动力学实验。矿物(钠长石(Ab)、透辉石(Di)、阳起石(Act))的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300至400℃范围内,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。多金属氧化物硅酸盐与水反应时的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如,硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃、22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。我们还完成了玄武岩与水在25℃～400℃条件下的反应动力学实验。实验发现,硅的最大释放反应速率也多是在300℃。中地壳的流体处于由亚临界态进入超临界流体的演化过程,这时流体的性质会有剧烈变化。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落。流体性质的突变和水岩相互作用涨落会导致中地壳岩层的许多性质变化,硅酸盐矿物格架的解体,岩石被淋失,岩层的崩塌。 展开更多

关键词 化学动力学 临界态 矿物与水反应 中地壳

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庐枞火山岩盆地正长岩与水反应动力学实验研究 被引量：1

3

作者 张雪彤 张荣华 胡书敏 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3319-3331,共13页

为了模拟庐枞火山盆地基底的水热反应和正长辉长岩-二长岩-正长岩与水相互作用,深入剖析深部流体携带金属来源的可能性,本文利用开放流动体系的叠层流动反应器实验研究25~435℃、23~35MPa条件下二长岩-正长岩与水相互作用的化学动力学... 为了模拟庐枞火山盆地基底的水热反应和正长辉长岩-二长岩-正长岩与水相互作用,深入剖析深部流体携带金属来源的可能性,本文利用开放流动体系的叠层流动反应器实验研究25~435℃、23~35MPa条件下二长岩-正长岩与水相互作用的化学动力学过程。研究表明,造岩元素、成矿元素和痕迹元素,在低温至水临界态的升温过程中溶解产物在水中的浓度(或溶解速率)不断变化,它们的最大溶解速率出现在不同温度。主要元素Si、Al等最大溶解速率出现在300~400℃范围,即,在跨越水的临界温度时出现溶解速率的涨落。或者说,正长岩-H2O体系中元素的溶解速率主要是温度的函数,此外,压力也对大部分元素的溶解速率产生影响,但是,对于各元素溶解速率随温度而变化的基本规律影响不大。实验重要的发现:相当于中地壳的温度即300~400℃时反应很特殊。硅酸盐矿物的硅被强烈溶失和矿物岩石会垮塌。实验表明:相当于中地壳温度(300~400℃)发生的二长正长岩与水相互作用对庐枞火山盆地深部矿床形成产生重要影响。长期的含金属流体活动造成了金属矿石的形成。水/岩反应动力学过程的温度因素:不同金属元素的最容易溶解和沉淀温度的区别导致了金属-蚀变分带性。实验还揭示,纯水与二长正长岩的反应可以淋滤出大量有色金属元素,在溶液的浓度可以到几百×10^(-9),如Ni、Mn、Cu、Zn,它们从二长正长岩里被溶解释放速率也很高。以往,研究表明火山盆地铁矿的物质来源于围岩。这次实验研究显示:水与二长正长岩的反应同样影响着盆地金属矿的形成和盆地深部、上中地壳的流体性质。实验对于理解上中地壳发生的水岩相互作用也有普适性意义。 展开更多

关键词 正长岩 动力学研究 水/岩相互作用 高温高压实验

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在临界和超临界条件下矿物(岩石)与水反应的化学动力学

4

作者 张荣华 胡书敏 张雪彤 《矿床地质》 CAS CSCD 北大核心 2010年第S1期415-416,共2页

矿物与水反应的化学动力学研究对于理解中深部地壳的水岩相互作用与矿石成因、地热活动、油气储层、水资源保护、地质灾害、环境工程、二氧化碳地下储存、核废处理等各个方面都有很大的应用意义。笔者的实验室长期进行矿物(和岩石)与水... 矿物与水反应的化学动力学研究对于理解中深部地壳的水岩相互作用与矿石成因、地热活动、油气储层、水资源保护、地质灾害、环境工程、二氧化碳地下储存、核废处理等各个方面都有很大的应用意义。笔者的实验室长期进行矿物(和岩石)与水溶液化学动力学实验,不仅在大温度压力范围(20～450℃、23～38MPa)条件下,使用叠层反应器和全混流反应器流动开放体系,测量了矿物(钠长石,阳起石。 展开更多

关键词 化学动力学实验 水反应 硅酸盐矿物 溶解速率 水岩相互作用 反应速率常数 释放速率 金属氧化物 岩石 金属离子

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西秦岭上古生代地层变质作用与大型Pb、Zn矿集区地球化学 被引量：2

5

作者 张荣华 胡书敏 +2 位作者 王勇 王军 龚庆杰 《矿床地质》 CAS CSCD 北大核心 2002年第S1期540-544,共5页

文章讨论了西秦岭上古生代地层中低级变质过程的元素地球化学及其对成矿作用影响。重点分析成矿元素和微量元素在各种不同变质级别的岩石内的丰度。西秦岭大型Pb、Zn矿集区内主要分布一种层状Pb、Zn矿石,产于泥盆纪地层的黑云母片岩和... 文章讨论了西秦岭上古生代地层中低级变质过程的元素地球化学及其对成矿作用影响。重点分析成矿元素和微量元素在各种不同变质级别的岩石内的丰度。西秦岭大型Pb、Zn矿集区内主要分布一种层状Pb、Zn矿石,产于泥盆纪地层的黑云母片岩和大理岩内,它的变质年龄为海西期。西秦岭地区大面积上古生代地层为中低级和低级变质岩石,变质年令为印支期。变质前泥盆系的原始沉积地层是泥砂岩为主的碎屑岩和灰岩。沉积盆地的造山、变质过程和水热事件漫长。地球化学调查研究结果证明变质水热事的流体来源有两种:来自地壳及地幔。通过对变质地层岩石里的元素地球化学分析获得信息:区域变质作用和水热过程都使含矿元素迁移,有利于矿床形成。 展开更多

关键词 变质作用 水热事件 含矿流体

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沸石与酸性水溶液反应的动力学机制 被引量：7

6

作者 张雪彤 张荣华 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2005年第6期616-621,共6页

利用连续搅拌筒反应器(CSTR)对天然沸石与酸性水溶液的反应动力学进行研究,通过改变流速、pH值等参数,对反应速率进行计算和比较.同时利用二次离子质谱(SIMS)、扫描电镜(SEM)对反应后的沸石表面进行分析研究.实验结果表明,沸石中的Si、A... 利用连续搅拌筒反应器(CSTR)对天然沸石与酸性水溶液的反应动力学进行研究,通过改变流速、pH值等参数,对反应速率进行计算和比较.同时利用二次离子质谱(SIMS)、扫描电镜(SEM)对反应后的沸石表面进行分析研究.实验结果表明,沸石中的Si、Al、Na的释放速率在多数情况下不相同,沸石的溶解为不一致溶解作用.25℃、1.01×105Pa条件下,硅的释放速率为:在pH=2.45溶液中反应时,-rSi=kS(aH+)1.25/(aSi)0.60;在pH=3.26溶液中反应时,-rSi=kS(aH+)1.50/(aSi)0.25(S为矿物材料的表面积).SIMS研究显示,天然沸石与酸性水溶液的反应中,在沸石表面Si、Al、Na在100nm的厚度范围内,随着离表面距离的改变,在近表面范围内Na、Al大量淋失,有H+浸入.此外,SEM分析结果显示,天然沸石与纯水及酸性水溶液反应后,表面形貌显著不同. 展开更多

关键词 矿物表面 反应动力学 不一致溶解 液/固界面

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水热蚀变分带和矿物-水化的反应动力学过程

7

作者 张荣华 胡书敏 苏艳丰 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期431-431,共1页

笔者重点介绍在22 MPa、在25～400℃范围的钠长石在水和KCI溶液里溶解反应动力学实验结果.并试图应用这一实验结果解释水热蚀变的形成机制。钠长石与水溶液反应动力学实验是在开放体系的流动反应器(叠层反应器)里进行的。钠长石在水中... 笔者重点介绍在22 MPa、在25～400℃范围的钠长石在水和KCI溶液里溶解反应动力学实验结果.并试图应用这一实验结果解释水热蚀变的形成机制。钠长石与水溶液反应动力学实验是在开放体系的流动反应器(叠层反应器)里进行的。钠长石在水中的溶解反应经常是不一致溶解作用,只在近水临界点(374℃)的300℃出现一致溶解过程。由25～300℃。 展开更多

关键词 水热蚀变 矿物-水化 反应动力 钠长石 形成机制

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中地壳的水和水岩相互作用实验及其地球物理涵义 被引量：8

8

作者 张荣华 张雪彤 胡书敏 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2244-2256,共13页

本文重点报道了高温高压下流体与流体-岩石相互作用实验结果,提供了中地壳条件下流体性质和水岩反应速率数据.这些数据有助于理解中地壳的一些地球物理现象.作者进行了25℃～435℃和22～39 MPa条件下水-岩相互作用反应动力学实验.同时,... 本文重点报道了高温高压下流体与流体-岩石相互作用实验结果,提供了中地壳条件下流体性质和水岩反应速率数据.这些数据有助于理解中地壳的一些地球物理现象.作者进行了25℃～435℃和22～39 MPa条件下水-岩相互作用反应动力学实验.同时,研究水在近临界区至超临界区的性质.一般地说,中地壳大致位于10(15)至25 km的深度范围.各地的地壳厚度不同,但是中地壳高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300C,底界大致为450℃范围,压力高达200 MPa以上.流体-岩石相互作用实验表明:硅酸盐矿物和岩石的硅最大溶解速率出现在300℃～400℃.此时,硅酸盐矿物格架解体.通常,地壳里普遍存在水、流体.地壳构造活动导致断裂空隙、减压、流体流动.这时,有可能导致中地壳处于300℃～450℃流体的压力减低,由超临界区进入临界态、亚临界态.这会引发强烈流动的水与岩石相互作用.溶解反应导致岩层的硅淋失,硅的强烈淋失又会导致硅酸盐矿物格架解体,岩石崩塌.同时,进一步促进流体的流动.实验表明300℃～400℃下的强烈水岩相互作用促进了岩石破坏,并有可能影响岩层的地球物理性质,如高导层出现.另外,实验和理论研究表明处于300℃～400℃流体具有高电导率性质.这些水岩相互作用会使中地壳出现高导-低速层. 展开更多

关键词 中地壳 水-岩相互作用 临界态 溶解速率 高导层和低速层 地震流体

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上地幔超高压流体的金刚石压砧实验研究 被引量：3

9

作者 胡书敏 张荣华 张雪彤 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期1588-1597,共10页

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... 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。 展开更多

关键词 地球深部 高温超高压流体 超临界状态 同步辐射光源 NaCl-H2O溶液 高压高温溶液 红外谱 氢键

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大洋中脊喷口区热水与玄武岩反应动力实验

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作者 张荣华 张雪彤 +1 位作者 胡书敏 黄文斌 《矿物学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期387-388,共2页

关键词 玄武岩 大洋中脊 释放速率 喷口 临界态 温度梯度 溶解速率 热水 透辉石 阳起石

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实验研究极端条件下水溶液及其意义

11

作者 胡书敏 张荣华 张雪彤 《矿床地质》 CAS CSCD 北大核心 2010年第S1期401-402,共2页

使用金刚石压砧和多种材料窗口的高压腔,结合多种谱学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溶液和水合物质结构,在基本物质研究上获得了新进步,获得关于地球内部流体分子-原子尺度信息的新实验数据(Aoki et al.,1995)... 使用金刚石压砧和多种材料窗口的高压腔,结合多种谱学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溶液和水合物质结构,在基本物质研究上获得了新进步,获得关于地球内部流体分子-原子尺度信息的新实验数据(Aoki et al.,1995)。使人们重新认识极端条件凝聚态物理、化学基本原理。 展开更多

关键词 极端条件 实验研究 金刚石压砧 高温高压流体 高温超高压 水溶液 同步辐射光源 地球内部流体 分子振动 凝聚态物理

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中地壳的水-岩作用对相关的地球物理性质影响 被引量：13

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作者 张荣华 张雪彤 +1 位作者 胡书敏 苏艳丰 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2943-2954,共12页

对于地壳的地球物理详细探测发现中地壳普遍存在着高导层和低速层。高温高压下的矿物(岩石)-流体反应的化学动力学实验和水的性质研究可以提供我们认识地壳的地球物理探测结果的新信息。通常,中地壳大致位于15至25km的深度范围。高导层... 对于地壳的地球物理详细探测发现中地壳普遍存在着高导层和低速层。高温高压下的矿物(岩石)-流体反应的化学动力学实验和水的性质研究可以提供我们认识地壳的地球物理探测结果的新信息。通常,中地壳大致位于15至25km的深度范围。高导层和低速层普遍存在于中地壳。各地的地壳厚度不同,但是中地壳和高导-低速层的深度范围十分相似。中地壳的顶界温度处于300℃,底界为450℃～500℃范围。为了认识中地壳的高导低速层的起因,作者重点做了模拟中地壳条件下水-岩相互作用实验,同时,分析了水在近临界区至超临界区的突变性质。矿物(钠长石、透辉石、阳起石)与水,玄武岩与水反应的化学动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。与水反应的矿物或岩石里的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的硅的最大释放速率是在300℃。其它元素,如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。在水中的硅的大释放速率会导致硅酸盐矿物格架解体。作者假定地壳里普遍存在水占1%(体积)。这时,地壳里会发生水-岩相互作用。中地壳的流体处于300℃～500℃。在由亚临界态进入超临界区的演化过程中,在跨越临界温度时水的性质发生剧烈变化,如密度、介电常数等热力学参数。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落,会导致中地壳岩层的硅的淋失,硅酸盐矿物解体,岩石崩塌。同时,在临界区水的性质强烈变化还有水的电导率、迁移性质、等,这会影响中地壳一些物理性质,如中地壳高导层和低速层的出现。 展开更多

关键词 临界态 矿物与水反应 中地壳 高导层

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临界区流体与矿物和岩石在地球内部极端条件下的反应 被引量：11

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作者 张荣华 张雪彤 胡书敏 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期53-67,共15页

极端条件下水热化学反应是一个新的科学问题。借助于高温超高压原位直接测量方法、各种谱学方法和同步辐射光源技术研究地球内部流体物质相互作用,可以获得反应过程的产物的分子-原子尺度信息,这些信息可以提供认识极端条件下水和矿物(... 极端条件下水热化学反应是一个新的科学问题。借助于高温超高压原位直接测量方法、各种谱学方法和同步辐射光源技术研究地球内部流体物质相互作用,可以获得反应过程的产物的分子-原子尺度信息,这些信息可以提供认识极端条件下水和矿物(岩石)反应动力学的新实验途径。地球内部的流体性质随所处高温高压条件发生变化。水的密度、介电常数等物理参数随温度压力变化而改变,在临界态会出现突变。水的性质的剧变会影响水与岩石(矿物)相互作用。文中报道了在极端条件下(20～435℃和23～35MPa)实验测量矿物(钠长石、辉石、石英和阳起石等)和岩石(玄武岩、正长岩)在水溶液里的溶解反应速率的研究结果,发现矿物里各种不同类型金属离子与水反应的速率不同,随温度变化而改变。在升温过程中,进入临界态时,矿物(岩石)与水反应出现一次反应速率的涨落。在恒压升温过程中(临界压力,或略高于临界压力),硅酸盐矿物溶解速率会逐步升高,如硅近临界区(300℃)抵达最大值,然后随升温溶解反应速率减低。地球内部的流体由深处上升到浅处,会从超临界区域进入近临界的气与液的两相不混溶区域。含金属流体里的金属会在气相与液相分离时出现再分配。实验表明:金属Au、Cu、Sn、W、Zn会进入气相,气体可以迁移金属。事实说明:地球内部流体结构和性质从深到浅在不断变化,在跨越临界区时的水的性质异常变化会导致水与矿物(岩石)反应动力学涨落,并且促使金属在临界区出现沉淀和在气液相分离过程中进行再分配及迁移。 展开更多

关键词 地球内部高温超高压 临界态 流体性质 分子谱 化学动力学 气体迁移金属

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地球深部流体演化与矿石成因 被引量：35

14

作者 张荣华 胡书敏 《地学前缘》 EI CAS CSCD 2001年第4期297-310,共14页

文中重点讨论含矿NaClH2 O溶液在从高温、高压向低温、低压条件改变时性质变化对矿石形成过程的影响。通过对含矿NaClH2 O溶液的实验观测获得对地球深部流体性质的新认识。地球深部的NaClH2 O流体大多处于超临界态流体 ,在上升过程中经... 文中重点讨论含矿NaClH2 O溶液在从高温、高压向低温、低压条件改变时性质变化对矿石形成过程的影响。通过对含矿NaClH2 O溶液的实验观测获得对地球深部流体性质的新认识。地球深部的NaClH2 O流体大多处于超临界态流体 ,在上升过程中经减压降温后 ,通过临界态 ,进入低于临界态的热液状态。流体在这一跨越临界态的转变过程中造成了大多数矿石的沉淀。自然界里的许多矿石是在开放流动体系和在非平衡的化学动力学过程中形成的。开放流动体系矿物与水的反应动力学实验 ,证明一些矿石可能形成于流动热液。跨越临界态这一转变过程中的矿物水反应动力学实验结果表明了反应速率的大涨落。地球深部流体在上升过程中的性质演化、流动体系和非均相反应动力学是现代矿石成因研究的 展开更多

关键词 地球深部流体 临界态 化学动力学 矿石成因 氯化钠-水系统 流体包裹体

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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 被引量：3

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作者 张荣华 张雪彤 胡书敏 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期41-52,共12页

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(1... 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。 展开更多

关键词 地球内部高温超高压 临界态 流体性质 分子谱

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橄榄岩-卤水反应实验生成富烷氢流体 被引量：1

16

作者 张雪彤 张荣华 胡书敏 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1027-1028,共2页

利用地球化学动力学实验室流动反应装置（国家发明专利）探索高温高压下水（卤水）与橄榄岩相互作用产出氢气和甲烷的生成机制。实验发现:400℃反应时释放很高浓度氢气和甲烷等可燃气，同时橄榄岩发生蛇纹石化。实验表明氢和甲烷可能来... 利用地球化学动力学实验室流动反应装置（国家发明专利）探索高温高压下水（卤水）与橄榄岩相互作用产出氢气和甲烷的生成机制。实验发现:400℃反应时释放很高浓度氢气和甲烷等可燃气，同时橄榄岩发生蛇纹石化。实验表明氢和甲烷可能来自地下深处，这是蛇绿岩与油气有关的实验依据。近年来发现：大西洋中脊的一些水热活动地区，热水与超镁铁岩石反应。喷口流体富含甲烷、氢和CO2，pH为9~11，28~90℃，有60m高碳酸盐烟囱，这是自然界的费托型反应。大洋中脊科学发现的同时，国外有人使用密封体系实验模拟水（卤水）与橄榄岩形成蛇纹岩化反应，收集到氢气。如最近报道：316℃时H2最高浓度360×10-6。这一实验用以下反应来叙述：6[(Mg1.5Fe0.5)SiO4](橄榄石)+7H2O→3[(Mg3Si2O5(OH)4](蛇纹石)+Fe3O4+H2（1）早在2009年，张雪彤做橄榄石与水反应实验时,曾经发现橄榄石与水反应蛇纹石化和生成氢气。 展开更多

关键词 力学实验室 水反应 橄榄岩 氢气 流体 蛇纹石化 国家发明专利 大西洋中脊

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庐枞火山盆地深部岩石与成矿过程 被引量：15

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作者 张荣华 张雪彤 胡书敏 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2665-2680,共16页

黄铁矿-硬石膏-磁铁矿矿石为典型矿石的金属矿床产于长江中下游中生代火山盆地,庐枞火山岩盆地。丰富的铁矿和黄铁矿床,主要分布在火山岩和潜火山岩里,同时也分布于盆地周边。火山岩石主要是钾玄岩-粗安岩-粗面岩组合。在深部,与它们的... 黄铁矿-硬石膏-磁铁矿矿石为典型矿石的金属矿床产于长江中下游中生代火山盆地,庐枞火山岩盆地。丰富的铁矿和黄铁矿床,主要分布在火山岩和潜火山岩里,同时也分布于盆地周边。火山岩石主要是钾玄岩-粗安岩-粗面岩组合。在深部,与它们的成分对应的岩浆岩石是碱性辉长岩-辉石二长岩-正长岩组合,如缺口辉长岩,杨山地区的辉石正长岩。火山岩和深部的辉长岩-二长岩-正长岩都经历了多次水热活动。黄铁矿-硬石膏-磁铁矿矿床主要伴随两套蚀变,即,火山岩石的大面积深色蚀变(硬石膏-辉石-长石蚀变岩)和浅色蚀变(硅化泥化)。在二长-正长岩与火山岩石的接触带,有强烈的类云英岩石(电气石-石英-云母组合)。在缺口辉长岩里,曾经发现大量磁铁矿脉(磁铁矿-方柱石-方钠石-石榴石组合)。在杨山和马口地区,正长岩里的铁矿是辉石钾长石磁铁矿组合及阳起石-磷灰石-磁铁矿组合。二长-正长岩体在盆地里广泛分布,在大范围内是几乎是层状的。调查研究表明:火山盆地底部辉长岩-二长岩-正长岩组合与铁矿有关。盆地里深部岩石和成矿作用存在有垂直分布特性。上面是喷发岩石,及潜火山岩石,下面是深部的碱性辉长岩-二长岩-正长岩杂岩体。中间有过渡带,岩墙岩席带。上面是与钾玄岩-粗安岩层和潜火山岩石里赋存的磁铁矿和黄铁矿床,下面有产于碱性辉长岩-二长岩-正长岩里也有铁矿化。蚀变岩石地质年代的初步研究发现:罗河铁矿的深部钠长石化岩石,与马口铁矿附近的正长岩石的地质年代接近(110～119Ma)。事实说明,在火山岩和潜水火山岩石里成矿作用和深部岩浆岩里成矿作用可能是同时发生的。20～435℃条件下正长岩石与水的反应动力学实验表明,在400℃左右时正长岩最容易被溶解。正长岩与水反应后,也会形成一个携带金属的流体。水岩相互作用实验提供了认识深部岩石性质的依据,有利于理解对深部的地球物理探测结果。 展开更多

关键词 深部成矿过程 碱性辉长岩 二长岩-正长岩杂岩 立体模型 水岩相互作用 含矿物质来源

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庐枞火山盆地玄武岩与流体相互作用 被引量：6

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作者 胡书敏 张荣华 +1 位作者 张雪彤 黄文斌 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2681-2693,共13页

庐枞火山盆地的玄武岩大量喷发过程和随后的浅成岩浆活动都伴随大规模流体活动,并引发了大规模的金属成矿活动和蚀变岩带,具有十分清晰的分带性。内带是深色蚀变和外面是浅色蚀变。以庐枞火山盆地的玄武岩为对象,进行高温高压水岩相互... 庐枞火山盆地的玄武岩大量喷发过程和随后的浅成岩浆活动都伴随大规模流体活动,并引发了大规模的金属成矿活动和蚀变岩带,具有十分清晰的分带性。内带是深色蚀变和外面是浅色蚀变。以庐枞火山盆地的玄武岩为对象,进行高温高压水岩相互作用的化学动力学实验,对于理解火山岩石的水热蚀变和空间的分带性,认识金属来源有很大意义。实验条件是20～400℃和23MPa范围,使用流动反应器进行的。实验结果发现:在多数温度条件下,岩石里的各种金属元素有不同的溶解速率。在<300℃时,各种金属元素,Na,Ca,Mg,Al等容易溶解。而在温度>300℃时,硅容易溶解。在等于300℃时,硅有最大反应速率。溶解反应动力学过程在300℃发生转变,恰好与火山岩石的深色蚀变和外面的浅色蚀变的分界温度一致。大于300℃时的反应的产物与小于300℃时的反应的产物不同。实验结果有助于理解火山岩石的蚀变和矿石成因。同时,火山岩石的水热蚀变还可以导致含金属流体的出现,可以说明水-岩相互作用导致金属来源。这些实验对于解释火山盆地的深部的地球物理探测的成果是十分必要的。 展开更多

关键词 水岩相互作用 高温高压 反应动力学实验 蚀变分带 玄武岩

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长江中下游典型火山盆地的水岩相互作用和金属矿床蚀变分带 被引量：1

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作者 张荣华 胡书敏 张雪彤 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3302-3318,共17页

长江中下游火山岩盆地中金属矿床和蚀变分带的的地球化学研究表明,它们具有内带深色蚀变带和外带浅色蚀变带,形成于600℃到100℃范围。两类蚀变带分界温度大致是300℃。大金属矿床蚀变分带剖面显示出热液系统存在有明显的温度梯度。通... 长江中下游火山岩盆地中金属矿床和蚀变分带的的地球化学研究表明,它们具有内带深色蚀变带和外带浅色蚀变带,形成于600℃到100℃范围。两类蚀变带分界温度大致是300℃。大金属矿床蚀变分带剖面显示出热液系统存在有明显的温度梯度。通过与背景岩石(玄武岩石)对比研究表明,自下而上的不同蚀变岩石中主要元素含量显著变化,交代作用中的代出和代入元素在空间上是演化的。25~400℃和23MPa下矿物(钠长石、阳起石、透辉石、钙铁辉石)-H2O、岩石(玄武岩)-H2O反应的化学动力学实验表明,金属元素释放速率是温度的函数。在恒压升温过程中,从20℃到400℃,硅酸盐矿物、玄武岩中Si溶解速率不断上升;在300~350℃时,Si、Al溶解速率到最大数值。随后,温度再上升导致溶解速率下降。在<300℃时,大部分矿物中Ca、Mg、Fe、Na溶解速率较高,溶液里的Ca/Si、Mg/Si、Fe/Si、Na/Si等都高于矿物中对应元素的计量比。矿物反应后的表面存在富集硅的淋失层,或有富硅铝矿物(粘土矿物)出现。在>300℃时,Si溶解快于其他金属元素,溶液中金属元素与硅摩尔浓度比(Ca/Si、Mg/Si、Fe/Si、Na/Si)等都低于矿物中的计量比。矿物反应后的表面缺少硅的淋失层,或者有贫硅矿物和铁氧化物出现。作者还进行23~35MPa、20~550℃玄武岩与水反应实验。上述高温高压下矿物在水溶液中的溶解反应动力学实验和流体-玄武岩相互作用实验,对于理解金属矿床及蚀变分带形成机制提供新的依据。 展开更多

关键词 蚀变分带 溶解反应速率 化学动力学 流体-玄武岩相互作用

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含金属流体亚临界区出现气液相分离与气体迁移金属

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作者 张荣华 胡书敏 +1 位作者 张雪彤 许爱忠 《矿物学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期292-293,共2页

关键词 液相分离 亚临界 金属的 超临界流体 迁移 气体 气相 矿物流体包裹体 分离过程 临界区

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