Разделение солей NaCl и CaCl2 в водно-углекислотном глубинном флюиде


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследована возможность изменения соотношения концентраций солей NaCl и CaCl2 во флюидных фазах, образующихся в результате гетерогенизации флюида H2O–CO2–NaCl–CaCl2 при снижении P-T параметров. Хорошо известным экспериментальным фактом в отношении тройных систем H2O–CO2–NaCl и H2O–CO2–CaCl2 является большая склонность системы H2O–CO2–CaCl2 к расслоению на сосуществующие преимущественно водно-солевую и водно-углекислотную фазы по сравнению с аналогичной системой H2O–CO2–NaCl. Этот экспериментальный факт может интерпретироваться как большее сродство NaCl к CO2 по сравнению с CaCl2. Использование недавно развитой численной термодинамической модели четверной флюидной системы H2O–CO2–NaCl–CaCl2 позволило выявить геологически значимые следствия этого различия во взаимодействии NaCl и CaCl2 с CO2. Многоступенчатая гетерогенизация флюида H2O–CO2–NaCl–CaCl2 при существенном снижении P-T параметров в конечном счете ведет к образованию водно-углекислотной флюидной фазы f2, солевой компонент которой существенно обогащен NaCl и обеднен CaCl2 по сравнению с исходным флюидом. Образовывающаяся на каждой ступени гетерогенизации флюидная фаза f1 имеет преимущественно водно-солевой состав с соотношением мольных долей солей NaCl и CaCl2, мало отличающийся от такового в исходном флюиде. Однако суммарная мольная доля соли в фазе f1, как правило, значительно превышает таковую в исходном флюиде. Плотность фазы f1 существенно превышает плотность фазы f2. В процессе многократного расслоения флюидной фазы f1 не происходит образования флюида с существенным обогащением CaCl2 по сравнению с исходным соотношением мольных долей NaCl и CaCl2. В то же время последовательное многократное расслоение фазы f2 ведет к обогащению NaCl ее солевой компоненты. При благоприятных условиях этот процесс может приводить к образованию флюида с практически чистой солью NaCl. Изменения солевого состава флюида H2O–CO2–NaCl–CaCl2 рассмотрены в приложении к эволюции состава флюидов вдоль регрессивной ветви P-T тренда HP метаморфизма и сингранулитового метасоматоза в Лапландском гранулитовом поясе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Михаил Васильевич Иванов

Институт геологии и геохронологии докембрия РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.v.ivanov@ipgg.ru
Россия, Санкт-Петербург

Сергей Алексеевич Бушмин

Институт геологии и геохронологии докембрия РАН

Email: s.a.bushmin@ipgg.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Aranovich L.Y., Newton R.C. H2O activity in concentrated NaCl solutions at high pressures and temperatures measured by the brucite – periclase equilibrium // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. V. 125. P. 200–212.
  2. Aranovich L.Y., Newton R.C. H2O activity in concentrated KCl and KCl-NaCl solutions at high temperatures and pressures measured by the brucite-periclase equilibrium // Contrib. Mineral. Petrol. 1997. V. 127. P. 261–271.
  3. Aranovich L.Y., Shmulovich K.I., Fed’kin V.V. The H2O and CO2 regime in regional metamorphism // Int. Geol. Rev. 1987. V. 29. P. 1379–1401.
  4. Bischoff J.L., Rosenbauer R.J., Fournier R.O. The generation of HCl in the system CaCl2-H2O: Vapor-liquid relations from 380–500°C // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. P. 7–16.
  5. Frantz J.D., Popp R.K., Hoering T.C. The compositional limits of fluid immiscibility in the system H2O–CO2–NaCl as determined with the use of synthetic fluid inclusions in conjunction with mass spectrometry // Chem. Geol. 1992. V. 98. P. 237–255.
  6. Heinrich W., Churakov S.S., Gottschalk M. Mineral-fluid equilibria in the system CaO-MgO-SiO2-H2O-CO2-NaCl and the record of reactive fluid flow in contact metamorphic aureoles // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. V. 148. P. 131–149.
  7. Johnson E.L. Experimentally determined limits for H2O–CO2–NaCl immiscibility in granulites // Geology. 1991. V. 19. P. 925–928.
  8. Manning C.E. Fluids of the lower crust: deep is different // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2018. V. 46. P. 67–97.
  9. Manning C.E., Aranovich L.Y. Brines at high pressure and temperature: thermodynamic, petrologic and geochemical effects // Precambr. Res. 2014. V. 253. P. 6–16.
  10. Markl G., Bucher K. Composition of fluids in the lower crust inferred from metamorphic salt in lower crustal rocks // Nature. 1998. V. 391. P. 781–783.
  11. Shmulovich K.I., Graham C.M. An experimental study of phase equilibria in the system H2O–CO2–NaCl at 800°C and 9 kbar // Contrib. Mineral. Petrol. 1999. V. 136. P. 247–257.
  12. Shmulovich K.I., Graham C.M. An experimental study of phase equilibria in the systems H2O–CO2–CaCl2 and H2O–CO2–NaCl at high pressures and temperatures (500–800°C, 0.5–0.9 GPa): geological and geophysical applications // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. V. 146. P. 450–462.
  13. Trommsdorff V., Skippen G., Ulmer P. Halite and sylvite as solid inclusions in high-grade metamorphic rocks // Contrib. Mineral. Petrol. 1985. V. 89. P. 24–29.
  14. Zhang Y.-G., Frantz J.D. Experimental determination of the compositional limits of immiscibility in the system CaCl2-H2O-CO2 at high temperatures and pressures using synthetic fluid inclusions // Chem. Geol. 1989. V. 74. P. 289–308.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) Сольвусы флюидной системы H2O–CO2–NaCl–CaCl2 при различных соотношениях мольных долей NaCl и CaCl2 в солевой части системы при T = 500°C, P = 1 кбар и T = 1100°C, P = 14 кбар. (б) Влияние диссоциации солей на фазовое состояние флюида. Сплошные жирные линии – сольвусы краевых систем H2O–CO2–NaCl и H2O–CO2–CaCl2. Сплошная тонкая линия – граница поля присутствия твердого NaCl в системе H2O–CO2–NaCl. Пунктирные линии – то же в предположении отсутствия диссоциации молекул NaCl и CaCl2. Поля: 1 – гомогенный флюид, 2 – расслоенный флюид, 3 – расслоенный флюид, сосуществующий с твердым NaCl в системе H2O–CO2–NaCl.

Скачать (238KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (а) Фазовая диаграмма в координатах H2O–CO2–соль. Кривые линии – сольвусы: T = 1000°C, P = 12 кбар, rNaCl = 0.5 – синяя жирная линия; T = 500°C, P = 2 кбар, rNaCl = 0.99 – зеленая тонкая линия; T = 500°C, P = 2 кбар, rNaCl = 0.79 – оранжевая пунктирная линия. (б) Последовательные ступени гетерогенизации первичного флюида и вторичных флюидных фаз. (в) Эволюция солевого состава фазы f2. Зеленые сплошные линии – относительное содержание NaCl в солевой компоненте фазы f2 и остаточное число молей фазы f2 по отношению к числу молей первичного флюида. Оранжевые пунктирные линии – то же для фаз типа f1, отделяющихся от первичного флюида, и фазы f2 на следующих этапах гетерогенизации. (г) Плотности фазы f2 и отделяющихся фаз типа f1. (д) Отношение rNaCl = xNaCl/ xsalt для фазы f1 и остаточное число молей фазы f1 по отношению к числу молей первичного флюида. (е) Общие солености фаз f1 и f2.

Скачать (484KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Восстановление полного состава флюида по составу его водно-солевой компоненты. Жирные линии – сольвусы для составов солевой компоненты в природных включениях A и B в верхней точке регрессивного P-T тренда. Пунктирные линии – линии постоянной солености водно-солевой части sH2O = xsalt/(xH2O + xsalt), соответствующие составу включений A и B. Кружки соответствуют полным составам флюида на сольвусе с соответствующими измеренными sH2O и rNaCl.

Скачать (85KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эволюция физико-химических свойств флюида H2O–CO2–NaCl–CaCl2 при движении вдоль регрессивной ветви P-T тренда эволюции НР гранулитов и сингранулитовых инфильтрационных метасоматитов Лапландского гранулитового пояса (на примере Порьегубского тектонического покрова). Исходный флюид с преобладанием CaCl2. (а) – эволюция фазы f2, (б) – плотности фазы f2 и отделяющихся фаз типа f1, (в) – эволюция фазы f1.

Скачать (152KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Эволюция физико-химических свойств флюида H2O–CO2–NaCl–CaCl2 при движении вдоль регрессивной ветви P-T тренда эволюции НР гранулитов и сингранулитовых инфильтрационных метасоматитов Лапландского гранулитового пояса (на примере Порьегубского тектонического покрова). Исходный флюид с преобладанием NaCl. (а) – эволюция фазы f2, (б) – плотности фазы f2 и отделяющихся фаз типа f1, (в) – эволюция фазы f1.

Скачать (157KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024