中地壳的地球化学动力学和矿石成因

摘要：

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.

关键词：化学动力学、临界态、矿物与水反应、中地壳

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分类号：P61(矿床学)

资助基金：国土资源部科研项目20010302;科技部资助项目2001DEA20023;2001DEA30041;2003DEA2C021;G1999043212;国家自然科学基金4003011;49473196;20373064

在线出版日期：2006-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：460-470