Термодинамическая модель флюидной системы H2O–CO2–NaCl–CaCl2 при P-T параметрах средней и нижней коры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе полученных ранее уравнений состояния тройных систем H2O–CO2–CaCl2 и H2O–CO2–NaCl выведено уравнение состояния четверной системы H2O–CO2–NaCl–CaCl2, выраженное в терминах избыточной свободной энергии Гиббса. Построена соответствующая численная термодинамическая модель. Основная часть численных параметров модели совпадает с соответствующими параметрами тройных систем. Параметр взаимодействия NaCl–CaCl2 был получен из экспериментального ликвидуса смеси солей. Аналогично термодинамическим моделям для H2O–CO2–CaCl2 и H2O–CO2–NaCl область применимости модели: 1–20 кбар и 500–1400°C. Модель позволяет предсказывать физико-химические свойства флюида, принимающего участие в большинстве процессов глубинного петрогенеза: фазовое состояние системы (гомогенный или многофазный флюид, наличие или отсутствие твердых солей), химические активности компонентов, плотности флюидных фаз и концентрации компонентов в сосуществующих фазах. С помощью модели подробно исследовано фазовое состояние и активность воды на сечениях H2O–CO2–соль при изменении отношения \({{{{x}_{{{\text{NaCl}}}}}} \mathord{\left/
{\vphantom {{{{x}_{{{\text{NaCl}}}}}} {({{x}_{{{\text{NaCl}}}}} + {{x}_{{{\text{CaC}}{{{\text{l}}}_{{\text{2}}}}}}})}}} \right.} {({{x}_{{{\text{NaCl}}}}} + {{x}_{{{\text{CaC}}{{{\text{l}}}_{{\text{2}}}}}}})}}.\) Исследованы изменения состава и плотности сосуществующих флюидных фаз при постоянной активности воды и изменении полного состава системы. Получен набор фазовых диаграмм на сечениях H2O–NaCl–CaCl2 при изменении мольной доли CO2. Выявлена зависимость от давления для максимальной активности воды в области сосуществования несмесимых флюидных фаз при различном солевом составе системы. Термодинамическое поведение системы со смешанным составом соли в значительной степени отличается от поведения систем с одним солевым компонентом вследствие снятия ограничений, вытекающих из меньшего числа компонентов в тройной системе.

Об авторах

М. В. Иванов

Институт геологии и геохронологии докембрия РАН

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

Список литературы

  1. Аранович Л.Я. Флюидно-минеральные равновесия и термодинамические свойства смешения флюидных систем // Петрология. 2013. Т. 21. № 6. С. 588–599.
  2. Аранович Л.Я. Роль рассолов в высокотемпературном метаморфизме и гранитизации // Петрология. 2017. Т. 25. № 5. С. 491–503.
  3. Аранович Л.Я., Закиров И.В., Сретенская Н.Г., Геря Е.В. Тройная система H2O–CO2–NaCl при высоких Р-T параметрах: Эмпирическая модель смешения // Геохимия. 2010. № 5. С. 1–10.
  4. Иванов М.В. Бушмин С.А. Уравнение состояния флюидной системы H2O–CO2–CaCl2 и свойства флюидных фаз при P-T параметрах средней и нижней коры // Петрология. 2019. Т. 27. № 4. С. 431–445.
  5. Иванов М.В., Бушмин С.А. Термодинамическая модель флюидной системы H2O–CO2–NaCl при P-T параметрах средней и нижней коры // Петрология. 2021. Т. 29. № 1. С. 90–103.
  6. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2009. 328 с.
  7. Котельников А.Р., Котельникова З.А. Экспериментальное изучение фазового состояния системы H2O–CO2–NaCl методом синтетических флюидных включений в кварце // Геохимия 1990. № 4. С. 526–537.
  8. Леонов Ю.Г., Киссин И.Г., Русинов В.Л. (ред). Флюиды и геодинамика. М.: Наука, 2006. 283 с.
  9. Родкин М.В., Рундквист Д.В. Геофлюидогеодинамика. Приложение к сейсмологии, тектонике, процессам рудо- и нефтегенеза. Долгопрудный: Издательский дом “Интеллект”, 2017. 288 с.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Aranovich L.Ya., Shmulovich K.I., Fed’kin V.V. The H2O and CO2 regime in regional metamorphism // Int. Geol. Rev. 1987. V. 29. P. 1379–1401.
  13. 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.
  14. Chartrand P., Pelton A.D. Thermodynamic equation and optimization of the LiCl–NaCl–KCl–RbCl–CsCl–MgCl2‒CaCl2 system using the modified quasi-chemical model // Metall. Mater. Trans. A 2001. V. 32A. P. 1361–1383.
  15. Duan Z., Møller N., Weare J.H. Equation of state for the NaCl–H2O–CO2 system: prediction of phase equilibria and volumetric properties // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 2869–2882.
  16. 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.
  17. 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.
  18. Johnson E. L. Experimentally determined limits for H2O–CO2–NaCl immiscibility in granulites // Geology. 1991. V. 19. P. 925–928.
  19. Joyce D.B., Holloway J.R. An experimental determination of the thermodynamic properties of H2O–CO2–NaCI fluids at high temperatures and pressures // Geochim. Cosmochim. Acta. 1993. V. 57. P. 733–746.
  20. Liebscher A. Experimental studies in model fluid systems // Rev. Mineral. Geochem. 2007. V. 65. № 1. P. 15–47.
  21. Manning C.E. Fluids of the lower crust: deep is different // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2018. V. 46. P. 67–97.
  22. 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.
  23. 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.
  24. Seltveit A., Flood H. Determination of the solidus curve by tracer technique. The system CaCl2–NaCl // Acta Chem. Scand. 1958. V. 12. P. 1030–1041.
  25. 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.
  26. 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.
  27. Steele-MacInnis M., Bodnar R.J., Naden J. Numerical mo-del to determine the composition of H2O–NaCl–CaCl2 fluid inclusions based on microthermometric and microanalitic data // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. V. 75. P. 21–40.
  28. 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.
  29. Van den Kerkhof A.M., Hein U.F. Fliud inclusion petrography // Lithos. 2001. V. 55. P. 27–47.
  30. 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


© М.В. Иванов, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах