金剛石壓腔套用於成礦作用的實驗方法研究是實驗方法研究方法。
基本介紹
- 中文名：金剛石壓腔套用於成礦作用的實驗方法研究
- 主體：金剛石壓腔套用
- 客體：成礦作用
- 事實：實驗方法研究
高溫高壓條件下成岩成礦作用的實驗研究對於認識地球內部物質的狀態及其演化等具有重要意義。成礦實驗主要的研究內容都是圍繞成礦作用的基本問題來進行的，即礦床形成的物化條件，成礦物質的來源，成礦元素的遷移形式和沉澱條件，及礦床的成因模式等。
至今已有的大量成礦作用實驗是採用高壓釜等封閉裝置進行研究的。但其存在如下問題：操作複雜：無法進行原位觀察；容器自身溫度梯度對礦物溶解產生影響：淬火產物能否代表高溫高壓下的真實組分有待商榷；淬火取樣過程中樣品的損失等。因此，尋找一種新的簡便可靠的實驗方法將能夠大大改善上述高壓釜高溫高壓實驗中存在的問題。
高溫高壓條件下成岩成礦作用的實驗研究對於認識地球內部物質的狀態及其演化等具有重要意義。成礦實驗主要的研究內容都是圍繞成礦作用的基本問題來進行的，即礦床形成的物化條件，成礦物質的來源，成礦元素的遷移形式和沉澱條件，及礦床的成因模式等。
至今已有的大量成礦作用實驗是採用高壓釜等封閉裝置進行研究的。但其存在如下問題：操作複雜：無法進行原位觀察；容器自身溫度梯度對礦物溶解產生影響：淬火產物能否代表高溫高壓下的真實組分有待商榷；淬火取樣過程中樣品的損失等。因此，尋找一種新的簡便可靠的實驗方法將能夠大大改善上述高壓釜高溫高壓實驗中存在的問題。
金剛石壓腔具有原位鏡下觀察、譜學分析，實驗效率高等特點：避免了溫度梯度及淬火等過程中產生的許多不確定性因素。我們嘗試利用金剛石壓腔結合拉曼光譜技術進行了與成礦作用相關問題的實驗方法研究：金剛石壓腔結合雷射拉曼光譜進行高溫高壓下水溶液中礦物溶解度的原位測量；“礦物消失法”確定高溫高壓下水溶液中礦物的溶解度；成礦元素遷移中可能的絡合物組分-羧酸的穩定性實驗研究：以及富CO2流體包裹體內壓標定的方法。
採用金剛石壓腔結合雷射拉曼光譜技術研究水溶液中礦物溶解度的原理是同一體系中的兩種具有拉曼活性的物質，其相對濃度的比值與其拉曼譜峰的強度(面積)成正比。通過對常溫常壓下不同濃度Na2SO4溶液進行拉曼光譜分析，得到了常溫常壓下可以用來定量溶液中SO4。離子濃度的線性方程：
C(SO4)=4.7796·R (r=0.9994)
式中C(SO4)為待測溶液中SO4離子的濃度，單位為mol·l；R為拉曼譜峰強度的比值R(SO4/H2O)。對於溶液中具有拉曼活性的物質均可以採用類似的方法進行定量分析。
研究表明，溫度和壓力將影響拉曼譜峰強度(面積)的比值與SO4濃度的關係。通過對高溫高壓下不同濃度Na2SO4溶液的拉曼光譜實驗研究，獲得了不同溫度和壓力下確定溶液中SO4離子濃度的定量方程：
C(SO4)=4.7796·(R+1.469×10·△〓+1.340x10·△〓)
式中C(SO4)為待測溶液中SO4離子的濃度，單位為mol·l；R為拉曼譜峰強度的比值R(SO4/H2O)；△〓為相對於常溫(23℃)時的溫度差；△〓為相對於常壓(0.1MPa)時的壓力差。該定量方程的適用範圍為23℃≤T≤360℃。在濃度0.5-1.5mol·l範圍內，利用上式定量溶液中SO4離子濃度的相對誤差為6.5%。
通過對石膏的溶解度進行實測，獲得了溫度23℃-184℃、壓力200-1336MPa下lmol·l。的Na2SO4溶液中石膏溶解度的定量方程為：
C(SO4)=0.1799-1.118×10·T(℃)+1.128×10·P(MPa)(r=0.998)
式中C(SO4)為石膏的溶解度，單位為mol·l。在濃度O.5-1.5 mol·l範圍內，利用上式定量溶液中石膏溶解度的相對誤差為11.5%。
採用“礦物消失法”對石英的溶解度進行了測定。其方法原理是根據礦物樣品的質量(m)和溶液的體積(V)來估算礦物在溶劑中的溶解度，即當礦物剛好完全消失時其質量相對於溶劑的質量(確定溫度和壓力下)即為該礦物的溶解度。研究結果表明，在溫度361℃、壓力562MPa下，石英在lmol·l的Na2CO3溶液中的溶解度為50.02g/l，該方法的相對誤差為2.3%。實驗的誤差可能來自：①石英顆粒的垂直截面不規則；②樣品室墊片孔上下不規則；③熱電偶溫度校正中所用的樣品受潮導致校正後的溫度偏高。礦物消失法對平衡時間較快、淬火影響較大的礦物非常適用。利用金剛石壓腔及“礦物消失法”對此類礦物進行溶解度的測定具有非常大的潛力。
通過對草酸的熱分解實驗，獲得了草酸分解的P-T關係線性擬合方程為：
P(MPa)=-5172.37+26.76T(℃)(r=0.96)
草酸在高壓低溫條件下可以穩定存在，而在低壓高溫條件下將分解為CO2，這可以很好地解釋造山型礦床具有富CO2包裹體的特徵。即在造山帶成礦條件下有機羧酸可能與金屬形成有機絡合物，當成礦流體遇到破裂帶或裂隙而發生減壓沸騰時，可以使成礦流體中的有機絡合物迅速發生分解產生大量CO2，從而造成金屬元素在有利的空間沉澱、富集成礦。
對CO2拉曼光譜的研究表明，在溫度20-160℃、壓力10-226MPa條件下，氣相中C02的拉曼位移在1386.5-1385.8㎝之間變化。在溫度20-400℃、壓力10-2000MPa範圍內，液相中CO2的拉曼位移在1382.0-1388.3㎝之間變化，其與溫度和壓力之間的關係可以擬合為平面方程：
P(MPa)=-384235.66-1.302·T(℃)+278.351·v(㎝)(r=0.983)
式中v為CO2的拉曼位移，T為溫度，P為壓力。由上式計算拉曼位移v的標準偏差為±0.2㎝，壓力P的誤差為±56MPa。此方程適用的溫度範圍為23℃ ≤T≤390℃。CO2包裹體壓力標定方程為確定流體包裹體的內壓提供了一種溫度壓力範圍更寬的壓力標定方法。
關鍵字：金剛石壓腔；拉曼光譜；成礦實驗；高溫高壓；定量分析
