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水的相变在热液成矿作用中的意义

胡宝群  吕古贤  王方正  孙占学  李满根  
【摘要】:在热液成矿作用中,流体主要组分是水。在研究热液矿床时,除了要重视不同介质之间的化学反应、地质背景及演化等因素外,水的相变也是了解热液成矿作用过程的窗口。以等压热容为例,应用NIST提供的计算平台,研究了地壳中随着温度和压力的改变,水的热容变化规律,发现一、二级相变可以造成水的物理化学参数急剧变化;特别是在临界点处还会出现奇异性变化、导致热容等参数趋于无穷大,这与非相变区物理化学性质小幅度的渐变区别明显;只有当温度和压力同时趋于临界值时,临界奇异性才出现,而随着温压对临界值的偏离,临界奇异性以负指数形式迅速减弱。相变引起水物理化学性质的突变,极大地影响着矿质是迁移和沉淀,是热液成矿作用的必要条件。据水的相图和地温线可知,当温度低于临界温度时,正常地温线均处于水的液相,且明显偏离水的气-液相变线,即在正常地温条件下封闭的地壳中不会发生水的气-液间相变,只有发生断裂降压时才能出现一级相变。按正常地温梯度和地压梯度计算,在地温梯度变化正常的、相对封闭的岩石圈中,不可能存在一个区域能使温压同时达到水的临界常数,也就是不会出现热容、溶解度等物理化学参数的奇异性变化,即成矿可能性也不大;只有在局部降压、局部升温、或两者同时出现等一些特殊的情况下,才能在岩石圈中某一区域能同时达到水的临界温度和压力,出现临界奇异性变化。因此,通过水的相变研究,揭示出热液成矿作用中水的相变和断裂(或断裂+岩浆活动)之间的内在耦合关系,由此,通过水的相变可建立成矿期次与断裂期次之间的对应关系。水的相变是连接微观和宏观控矿因素的纽带,是热液矿床形成的重要控制因素之一。

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