高温高压下CO2-H2O-NaCl水溶液PVTx性质研究成果

众所周知，CO2、H2O和NaCl是自然界中十分常见的3种物质。我们人类赖以生存的星球——地球的形成、演化和分异过程中，这3种物质扮演了重要的角色。从物质形态的角度讲，具有较低分子量的CO2和H2O不仅是地球内部活跃的挥发分，更是地球表面物质循环和运动的重要载体，例如，它们作为生命体新陈代谢的物质和能量的传递者。H2O，广泛地分布在大气、地表，甚至是地球内部。地球科学研究认为地幔含有与地壳相当的水量。也就是说，在地球内部高温高压的环境下，H2O可能是一种重要的物质。的确，在火山喷发的挥发分当中，H2O是主要的成分之一。除H2O之外，CO2也常是岩浆的主要挥发分之一。NaCl易溶于水，电离形成水溶液。覆盖地表近3/4面积的海水中的主要溶质是NaCl。

在地球这个巨大的物质转化“工厂”里，很多过程都有水的参与。例如，含水洋壳俯冲到大陆板块之下，发生脱水部分熔融，形成的含水流体上升引发一系列反应。原始的岩浆房经历减压或者结晶分异作用，岩浆中的挥发分达到过饱和状态，出溶含水流体。如果这样的流体容纳有经济价值的金属和溶液中稳定迁移金属的各种配体，则可形成成矿流体。成矿流体侵入到上地壳的过程中可发生不同方式的演化，性状改变，金属物种失稳发生沉淀，形成矿床。成矿流体的性质和演化方式控制着元素的迁移和富集。成矿流体曾经经历的演化过程和相应成矿机制相关的信息保存在与矿伴生的流体包裹体中。因此，人们试图采用各种手段通过研究流体包裹体来获取控制热液矿床形成的一些关键性的物理化学条件，例如成矿温度（T）、压力（P）、流体组分（x）及氧化还原条件等。各种矿床的流体包裹体研究表明，CO2、H2O和NaCl是最常见的3种物质，很多来自各种地壳环境的流体包裹体可以通过CO2-H2O-NaCl体系（本著作区分CO2-H2O-NaCl体系和CO2-H2O-NaCl三元体系的概念，CO2-H2O-NaCl体系为CO2-H2O-NaCl三元体系及二元体系、一元体系的总称）来近似表示。这样的流体在接触变质、绿片岩、伟晶岩、碱性火成岩、碳酸盐、地热卤水和各种热液矿床中均有发现。因此，与此体系相关的一些性质具有重要的岩石学和地球化学应用价值，尤其是准确地解释自然CO2-H2O-NaCl流体包裹体需要地壳P-T-x范围内CO2-H2O-NaCl体系的体积（V）和相平衡数据。

CO2是含H2O流体中的共价化合物代表，NaCl为含H2O流体中离子化合物的代表。由于CO2、NaCl溶解在流体中与主要成员H2O发生迥然不同的相互作用，CO2和/或NaCl对流体的物理化学性质的影响明显不同，而且在成矿涉及的高温高压条件下CO2和/或NaCl的存在可显著增加流体行为的复杂性。所以，研究CO2-H2O-NaCl体系在高温高压下的性质是理解成矿过程，进而总结成矿规律进行矿床勘察的基础。由于不涉及明显的化学反应，CO2-H2O-NaCl体系的性质可以用压力（P）-温度（T）-体积（V）-组成（x），即P-V-T-x关系来描述。广义上讲，P-V-T-x性质研究既可以包括研究体积性质随着P、T和x条件的变化，也可包括研究体系的组成（x）随P、T条件的改变，即相平衡问题；对于流体包裹体，又包括研究等容性质。狭义上讲，P-V-T-x性质研究是指研究目标体系的P、T、V和x之间的定量关系。当然，如此的区分是根据目前有关CO2-H2O-NaCl体系研究的现状而定的。因为限于实验技术，同时获取广泛条件下该体系的P、T、V和x数据很难，所以人们往往着重选取该体系的一个侧面来进行测量，其中最困难的部分为测量饱和条件下该体系的体积数据。(www.xing528.com)

本书重在讨论热液矿床流体研究十分关心的CO2-H2O-NaCl体系的P-V-T-x性质，拟通过实验研究结合理论模拟的方法获取有关这个方面的新认识。

CO2、H2O、NaCl三种物质在各种热液矿床中都十分常见，包括岩浆热液型[1，2]、变质热液型[3]和沉积热液型[4]矿床，它们对成矿物质的溶解、迁移和沉淀富集成矿有关键的控制作用。因此，获取广泛温度、压力和组分条件下CO2-H2O-NaCl体系的体积数据是准确认识热液流体性质的基础。同时，这些数据也是地学界当前所十分关注的CO2地质埋存问题研究所需要的基本参数。然而，由于实验条件的限制，现有的有关CO2-H2O-NaCl体系的P-V-T-x实验数据绝大多数局限在低温低压下，这阻碍了人们对CO2-H2O-NaCl体系的认识，有些基本的问题还没有解决。