H2O、H2O-NaCl和CO2-H2O-NaCl体系流体包裹体的热力学计算与模拟

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H2O、NaCl-H2O及CO2-H2O-NaCl体系可以作为许多地质流体的近似,在地质活动中起着重要作用。这些流体被矿物捕获和封存后会形成各种流体包裹体。研究包裹体的热力学性质可以获得相应的物理化学参数,很好地解释地质活动中的一些物理化学现象及规律。本工作在前人实验和最新热力学模型的基础上,模拟计算了H2O、NaCl-H2O及CO2-H2O-NaCl体系包裹体的一些热力学性质。对于一元H2O体系,以Wagner&Pru (2002)提出的IAPWS-95方程(水的国际标准状态方程,应用温度-压力范围:273-1273K,0-1000MPa)为基础,介绍了一种可靠又高效的计算水的饱和性质的方法,进而计算出了纯水包裹体的均一压力、均一密度、体积、等容线和充填度等。对于二元H2O-NaCl体系,根据包裹体不同均一方式,以显微测温过程中相变温度为基础,采用目前为止最好的模型,模拟了该体系包裹体的盐度。针对气泡先消失的高盐度包裹体,本工作提出可根据实验测得的气泡消失时的部分均一温度、石盐子晶消失温度,结合Driesner&Heinrich (2007)和Becker et al.(2008)的方程计算,计算结果准确。另外还计算了该体系的固-液线、气-液线、一定组成下的三相点、一定组成下临界温度和临界压力、等容线及摩尔体积等相关参数。对于三元CO2-H2O-NaCl体系,重点解决了该体系包裹体的盐度问题。盐度的确定主要利用该体系在显微测温过程中的相变参数和拉曼位移。室温条件下,CO2-H2O-NaCl包裹体一般呈两相或三相。对于三相CO2-H2O-NaCl(CO2液相+CO2气相+水溶液相)包裹体在降温时形成CO2水合物,可利用升温时水合物消失温度来确定盐度。对于室温下二相CO2-H2O-NaCl包裹体,确定盐度有两种方法:一是利用水合物消失温度,结合降温时CO2部分均一温度(高于水合物成核温度)来确定盐度;另一种就是利用水合物消失时CO2Fermi峰分裂时的位移跟CO2相的密度关系,结合CO2状态方程和水合物相平衡模型来确定盐度。对于三元CO2-H2O-NaCl包裹体的CO2含量和等容线等问题,则进行了相应的谈论。另外,用Fortran95语言编制了H2O、H2O-NaCl和CO2-H2O-NaCl包裹体的一些热力学性质的在线计算程序,并可免费供国内外同行使用。
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