矿物溶解的金刚石压腔实验方法研究——以石英、方解石为例

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地球内部地壳乃至上地幔中,流体在地质作用的发生、发展的整个过程中起着非常重要的作用。例如,地球内部不同深度发生着矿物和岩石熔融、溶解作用等,以及在金属成矿过程中元素的活化、迁移和沉淀作用。因此,矿物在溶液中的溶解与沉淀对于成矿作用具有重要的意义。其中高温高压下矿物在水中或者其它自然界常见溶液中的溶解性质则是研究成岩成矿作用最重要的基础资料之一。   目前,有关矿物溶解方面的研究已有很多成果,但其中多采用高压釜进行实验获得。高压釜可进行的实验的温度和压力范围一般为<800℃和<100MPa,其可以进行实验研究的温度压力范围较小。由于很多地质过程都是发生在较高温度和压力下,且高压釜不易进行各种手段的原位测量,加之其实验设备笨重,实验研究效率较低,因此,本文尝试采用金刚石压腔进行矿物的溶解以及如何获得矿物在流体中的溶解性质数据的研究。   本文研究采用金刚石压腔作为反应容器,利用拉曼光谱作为研究手段,结合光学显微镜对溶解的宏观变化进行原位观察,来考察高温高压下矿物在溶液中的溶解。实验分别选用了石英-碳酸钠溶液体系和石英-方解石-碳酸钠溶液体系进行了高温高压的研究。   实验结果显示,在一定的温度压力范围内,石英在碳酸钠溶液中,体系的压力与温度呈良好的线性关系,但是当压力达到200MPa左右时,体系的压力有明显的降低,石英溶解度突然增大。方解石在碳酸钠溶液中的溶解度在0-200MPa附近随着压力的增大而减小,到200MPa左右后开始增大,到了600MPa附近又开始减少。这与水在200MPa和600MPa的性质存在不连续一致。   金刚石压腔中石英-碳酸钠体系以及石英-方解石-碳酸钠溶液体系的实验研究表明,其提供了一种新的高温高压下进行矿物在流体中的溶解度研究的有效方法。该方法简单有效且易于操作,尤其是可以进行更大压力下进行矿物溶解的原位实验研究。
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