硫酸盐-水体系高温液-液不混溶作用的发生条件、机理及成矿意义
批准号:
41573054
项目类别:
面上项目
资助金额:
73.0 万元
负责人:
王小林
依托单位:
学科分类:
实验和计算地球化学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
王国光、廖志伟、常超、万野、王晓宇
中文摘要
近期硫酸盐-水体系的相行为研究逐渐揭示出高温液-液不混溶可能是一种比较重要的现象,这对于认识热液体系中硫的富集、转化与金属硫化物的形成具有重要意义,但缺少系统的实验研究。本项申请拟应用先进的原位观测和分析技术,重点研究硫酸盐-水体系高温液-液不混溶的发生条件、机理及地质意义。首先分析硫酸盐-水体系高温液-液不混溶稳定的温度、压力及流体组分条件,重点是压力对液-液不混溶发生温度的影响,以揭示构造减压对硫酸盐迁移和富集的影响。其次,从揭示液-液不混溶发生前后流体组分和结构特征的差异性入手,探讨硫酸盐-水体系高温液-液不混溶的发生机理。最后,以典型海底热液活动区海水-热液-岩石相互作用为例,探讨液-液不混溶在硫酸盐迁移、聚集以及向低价态硫转化过程中发挥的作用与地质意义。研究结果可望通过新的实验依据深化对高温条件下元素迁移和富集规律的认识,丰富成矿机制和理论研究,具有重要的基础科学与实践应用意义。
英文摘要
The high-temperature liquid-liquid immiscibility in sulfate-water system is an important mechanism for the accumulation and reduction of sulfate in hydrothermal system and may shed light on the formation of some economically important metal sulfide. However, this special phase behavior has not been well studied. In this study, we will carry out in situ observations on the formation condition, mechanism, and possible geological implications of the liquid-liquid phase separation in sulfate-water system at elevated temperatures and pressures. Firstly, we will observe the stable P-T-x conditions of the liquid-liquid immiscibility, especially the pressure effect on the formation of the two immiscible liquid phases; this will help us to understand the migration and accumulation of sulfate during tectonic decompression. Then, we will analyze the composition and structure of the aqueous solution and immiscible fluids to investigate the formation mechanism of the liquid-liquid immiscibility. At last, a case study of the migration and reduction of sulfate in typical ocean hydrothermal vents will be carried out to improve our knowledge on the formation of some massive sulfide deposits. This study might be of importantly theoretical and practical significance because our experimental results can enhance the knowledge of the migration and accumulation of importantly geological elements under high temperatures, which will help us to better understand the formation of some ore deposits.
元素的迁移形式和富集规律是地球化学学科最为重要的研究内容之一,其中,相分离/不混溶在岩浆、热液作用过程中是常见的地质现象,与金属元素的迁移和富集密切相关。液—液相分离指的是均一溶液相分离为不混溶的两个液相的现象,其中一个液相富集金属元素,而另一个液相则贫金属元素,目前研究却很薄弱。.应用新的可视化、原位观测实验技术,开展了碱金属、碱土金属、过渡金属以及稀土硫酸盐的盐水溶液高温相变观察,并收集了25–450 ºC,0.1 – 70 MPa下的原位拉曼光谱。取得了以下三项主要认识:(1)综合宏观相变观察和微观离子作用分析,揭示了液-液相分离的作用机制,确定是热液体系中硫迁移和富集的一种重要途径。从相变特征上看,液-液不混溶发生温度随流体浓度升高先降低后升高,呈低临界溶液温度现象,而低临界溶液温度现象是聚合物溶液的典型宏观特征。从离子相互作用规律看,相分离发生前后离子络合作用明显增强。因此,复杂的络合作用是液-液相分离的触发机制。(2)查明了含锌、镉等硫酸盐热液体系中液—液相分离发生的边界条件,为解决海底热液硫化物和MVT铅锌矿成矿系统中的硫循环难题提供了新实验制约。液-液不混溶发生温度随流体压力升高而升高,随低介电常数组分含量增加而降低。液-液不混溶的发生迟滞了海水硫酸盐的沉淀,使其能够参与深部硫循环,解释了海底热液硫化物中硫的来源问题。液-液不混溶发生后,造成局部硫酸盐富集,进而加快硫酸盐热还原速率,论证了原地硫还原模式是MVT铅锌矿有效的成矿模式(3)研究了中—低温体系中Mg2+与SO42-的络合规律,认为SO42-束缚Mg2+的作用仅在高温条件下显著,而在地表条件下并不足以形成有效的动力学障碍,今后的研究方向应聚焦Mg2+的水合作用。.依托该项目研究成果,已发表论文12篇,其中SCI论文8篇,获得授权国家发明专利1项,项目负责人获得2019年度国家自然科学基金委优秀青年基金资助。
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In situ optical and Raman spectroscopic observations of the effects of pressure and fluid composition on liquid–liquid phase separation in aqueous cadmium sulfate solutions (400 C, 50 MPa) with geological and geochemical implications
原位光学和拉曼光谱观察压力和流体成分对硫酸镉水溶液(400℃,50MPa)中液-液相分离的影响,并具有地质和地球化学意义
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
Geochimica et Cosmochimica Acta
影响因子:
5
作者:
[Wan Ye, Wang Xiaolin, Hu Wenxuan, Chou I-Ming, Wang Xiaoyu, Chen Ying, Xu Zhimin]
通讯作者:
Xu Zhimin
Properties of lithium under hydrothermal conditions revealed by in situ Raman spectroscopic characerization of Li2O-SO3-H2O(D2O) systmes at temperatures up to 420 °C
通过 Li2O-SO3-H2O(D2O) 系统在高达 420 °C 温度下的原位拉曼光谱表征揭示了水热条件下锂的性质
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
Chemical Geology
影响因子:
3.9
作者:
[Wang Xiaolin, Wang Xiaoyu, Chou I-Ming, Hu Wenxuan, Wan Ye, Li Zhen]
通讯作者:
Li Zhen
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
地球化学
影响因子:
--
作者:
[王晓宇, 王小林, 万野, 胡文瑄]
通讯作者:
胡文瑄
In situ observations of liquid–liquid phase separation in aqueous ZnSO4 solutions at temperatures up to 400° C: Implications for Zn2+–SO42− association and evolution of submarine hydrothermal fluids
ZnSO4 水溶液中温度高达 400°C 时液-液相分离的原位观察:对 Zn2-SO42-海底热液的缔合和演化的影响
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
Geochimica et Cosmochimica Acta
影响因子:
5
作者:
[Wang Xiaolin, Wan Ye, Hu Wenxuan, Chou I-Ming, Cao Jian, Wang Xiaoyu, Wang Meng, Li Zhen]
通讯作者:
Li Zhen
Raman spectroscopic characterization of cracking and hydrolysis of n-pentane and n-octadecane at 300 – 375 ºC with geological implications
正戊烷和正十八烷在300℃~375℃裂解和水解的拉曼光谱表征及其地质意义
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
Energy Exploration & Exploitation
影响因子:
2.7
作者:
[Wang Xiaolin, Song Yucai, Chou I-Ming]
通讯作者:
Chou I-Ming
共 12 条
钨在熔体-流体体系中的迁移机制和配分行为——来自在线高温高压实验观测的制约
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批准号:42373036
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2023
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负责人:王小林
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依托单位:
深层强超压古流体温度、压力场演化的包裹体精细表征研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:61万元
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批准年份:2021
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负责人:王小林
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依托单位:
热液流体实验地球化学
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批准号:41922023
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项目类别:优秀青年科学基金项目
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资助金额:120万元
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批准年份:2019
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负责人:王小林
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依托单位:
流体中镁离子性状与行为及其对白云石形成的制约
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批准号:41203045
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王小林
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依托单位:
国内基金
海外基金