[发明专利]一种高温高压成岩成矿在线进样取样全混流模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于实验设备技术领域，具体涉及一种安全可靠、耐高温高压、能够间歇或连续加料、自动化程度高的高温高压成岩成矿在线进样取样全混流模拟实验装置。

背景技术

物质在热液内的活化、迁移、沉淀是自然界中很重要的成矿地质作用。长期以来人们多从热力学方面进行物相平衡关系的理论和实验研究，完备了许多传统地学中的理论，这些成果虽有助于了解和深化成矿作用，但仍有很大的局限性，且封闭体系内达到平衡的稳态模型与自然界的实际情况间仍差距甚远。实际上，很多地球化学过程都属于不可逆的热力学过程，地壳内热液在其运动过程中与围岩发生广泛的能量与物质交换活动，这些地质作用都处于开放、流动、非平衡的条件下。因此，模拟一定压力、温度、pH、介质浓度、逸度等条件下流动体系溶解和沉淀作用的化学反应动力学实验研究与流动体系模型研究相结合的研究工作，才能使研究工作由稳定态的封闭体系转向开放的远离平衡状态的体系方面，使其向自然界的实际情况靠拢一大步，为认识矿床成矿机制提供依据，使地质学从僵滞的静止观察走向活的动态的实验研究。

相对而言，实验地球化学是一门很年轻的学科。上世纪以来，不同的研究者对成矿机制从不同角度进行了研究，用平衡热力学方法实验研究岩石、矿石和矿物形成的机理，借助了热力学的工具-平衡、静止、封闭的概念，完备了许多传统地学中的理论。也曾对某些成矿地质作用过程的认识有了深化，但仍有很大的局限性。因为地壳内热液等地质作用是处于一个开放体系、非平衡的条件下。热液在其运动过程中，与周围有着广泛的能力与物质的交换。现在，越来越多的地球化学作用已被证实是化学反应速度控制的过程，于是，非平衡的热力学和化学动力学研究地球化学领域开辟了一个新的研究方向，很多实验证实，非平衡非线性过程对研究矿石、矿物形成有重大意义。

成矿元素在地质过程中以何种形式迁移以及如何迁移，一直以来都是地球化学界最基础的科学问题，也是流体运移机制研究无法回避的问题。通常认为，在流体主导的地质过程中，元素主要以配位型络合物和多酸型络合物存在并进行迁移。中心离子和配位基的性质、活度，配位场稳定能等内在因素及温度、压力、pH、氧逸度、硫逸度等环境因素都影响着络合物的稳定性，并且元素的迁移形式及其稳定性影响和制约着矿物的沉淀机制，再加上络合物是元素在热液中迁移的最主要形式，其研究一直是矿床学家和地球化学家们关注的焦点。

除理论计算和计算机模拟外，国内外学者大多采用矿物溶解度法测定成矿元素在热液中的存在形式。然而，矿物溶解度主要衡量的是源区中元素可以溶出的量，流体中元素的迁移量及迁移尺度需由稳定的迁移形式——络合物的稳定性来决定，而对于诸如Pb、Zn氯络合物在成矿流体中的稳定性仍缺乏相关且可靠的基础实验数据。目前，利用水解法对元素迁移形式的研究主要集中在难返溶或不返溶的高价元素上，如Nb、Ta、Ti、Sn，但对于易返溶的铅锌仅能查到25℃下纯水中铅锌络合物的稳定常数，缺乏碳酸盐岩容矿的非岩浆后生热液型铅锌矿床成矿温压条件下（50～350℃，1～100MPa）NaCl-H₂O体系中的相关实验数据。

另外，成矿元素从热液中发生沉淀的主要原因包括：冷却、沸腾、稀释、pH变化、氧化还原Eh变化、流体混合及发生围岩蚀变的水/岩相互作用等。与上述其它因素相比，流体混合在各类热液矿床的形成中都起了重要作用，可能对揭示大型-超大型矿床的形成机理具有重要意义。但目前的各种沉淀机制主要基于矿物学、岩石学、同位素地球化学、微量元素地球化学、流体包裹体地球化学、计算机模拟而提出，尚无成矿实验方面的验证，尤其是对沉淀的动力学过程更是知之甚少，因此沉淀动力学实验的展开可能是深入研究该类矿床成矿机理的另一突破口。

在成矿地质过程中压力常常比较高，尤其在受构造控制为主的矿床中，应力对成矿的作用往往是比较显著的，因而成矿实验中所需的工作压力高达100MPa，而且温度一般高达300℃左右，导致现有的高温高压反应釜大多难以达到高温高压的要求。虽然有部分能够达到上述高温高压要求的反应釜，但由于模拟矿质沉淀过程中，需不同温度、压力、浓度、pH的两种及以上流体的二次、多次或连续在线混合加料；而在模拟元素迁移过程，为防止二价元素的返溶，需在线取样进行分析。但目前能够承受高温高压的反应釜都不具备在线加料和取样的功能，而且也缺乏对整个模拟实验装置的自动统筹控制，严重阻碍了对成矿元素迁移和沉淀机制的研究。

发明内容