地質流體演化新機制 或有助岩漿熱液礦牀形成

科技日報訊 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校地球和空間科學學院倪懷瑋教授課題組在超臨界地質流體演化過程和機制研究方面取得重要進展。相關研究成果近日以封面文章形式發表於國際地球化學知名學術期刊《地球化學論點通信》。

地球內部流體就像固體地球內部的“血液”，對於物質和能量的傳輸發揮重要作用。岩石主要是硅酸鹽成分，而常見的流體包括富水流體和以硅酸鹽為主的岩漿熔體，通過火山噴發可到達地表，二者之間混溶程度通常很低。但在地球深部的高温高壓條件下，硅酸鹽和水可以完全混溶，形成成分比岩漿熔體“稀”、但比富水流體“稠”的超臨界地質流體。超臨界地質流體具有複雜的成分和結構、超常規的物理化學活性，可以促進地球深部物質循環，遷移元素富集成礦，甚至引發深部地震。但超臨界流體實驗研究難度很高，特別是目前對超臨界流體的演化行為仍嚴重缺乏瞭解。

為了深入認識地球內部超臨界流體的演化，倪懷瑋教授課題組利用水熱金剛石壓腔，原位觀測了硅酸鹽—水體系超臨界流體隨着温度和壓力降低而發生的相分離過程。實驗結果顯示，除了常規的成核—生長機制外，超臨界流體還可以通過旋節分解機制發生相分離。而且，由於硅酸鹽組分和水的動力學性質存在很大差別，弛豫較慢的硅酸鹽組分可以支撐彈性應力，在流體中形成了硅酸鹽熔體的網絡結構。當温度進一步降低時，界面張力越來越大，導致熔體網絡坍塌。

該研究首次發現超臨界流體旋節分解和形成熔體網絡，從而揭示了一種全新的超臨界流體演化機制。這種熔體網絡結構有利於礦物結晶時同時捕獲不同比例的硅酸鹽熔體和富水流體，形成一系列成分有別的流體包裹體。同時，旋節分解這種整體分離機制可以極大地提高熔體和流體相分離的效率，這可能對岩漿熱液礦牀的形成具有重要意義。