Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Фазовые изменения первоначально гомогенного флюида

Фазовые изменения первоначально гомогенного флюида

12.09.2017

Уменьшение объема. Самая поразительная черта флюидных включений состоит в наличии в каждом из них пузырька газа или пара, способного перемещаться под влиянием силы тяжести или температурного градиента, а при достаточно малых размерах (меньше нескольких микрометров) находиться в постоянном движении, ошибочно называемом в данном случае «броуновским». Как описывалось выше, для ряда включений получены явные доказательства образования их из гетерогенных систем, что очень важно для понимания условий образования включений, хотя сами такие включения встречаются сравнительно редко. В минералах из рядовых пород и руд обычно обнаруживаются миллионы включений в 1 см3, и каждое включение — это простая двухфазовая система жидкость — газ. Такая двухфазность представляется нам потому, что мы изучаем включения при более низкой температуре по сравнению с температурой, при которой происходил их захват. Поскольку коэффициент объемного расширения для большинства минералов на один — три порядка величины ниже, чем у воды, то при охлаждении от температуры образования до комнатной объем камеры включения уменьшается значительно меньше, чем объем флюида внутри нее. Как только давление во включении упадет ниже величины суммарного давления пара многокомпонентного флюида при данной температуре, в равновесии (и, следовательно, объем флюида должен быть меньше объема включения) возникнет и будет увеличиваться газовый пузырек (рис. 14.2). Сорби в большой классической статье по флюидным включениям предположил, что этот процесс можно провести в обратном направлении простым нагреванием включений до температуры исчезновения пузырька, что дает возможность определить температуру в момент захвата включения.

Несмесимость. В действительности не существует четкого различия между отделением пузырька пара при уменьшении объема флюида и отделением несмешивающегося флюида. Если во включении будет находиться чистая вода при температуре 100° С, пузырек будет заполнен паром низкой плотности (0,0006 г/см3); если же температура будет около 370° С, плотность пара возрастет в 500 раз и составит ~ 0,32 г/см3. Большинство газов, которые растворяются во флюидах, будет предпочтительно переходить в газовую фазу. Плотность такого пара затем превысит плотность жидкости, так что можно видеть, как «газовый пузырек» опускается в «жидкости». Такенути и Кеннеди определили эту точку инверсии плотности для различных изобар в системе H2O—CO2 и весьма справедливо написали: «Совершенно очевидно, что нет никаких серьезных оснований распространять различие между газом и жидкостью, существующее при нормальном давлении 1 атм, на более высокие давления».
Если концентрация СO2 в обогащенной ею паровой фазе достаточно велика, эта фаза может в свою очередь при охлаждении снова разделиться на две фазы — жидкую СO2 и газовую CO2. Обычно это происходит при температуре ниже критической точки чистой CO2 (31° С), если нет других газов.
В некоторых флюидных включениях при нагревании из жидкости выделяется в небольшом количестве новая плотная фаза с высокой концентрацией растворенных веществ. Значение такого типа несмесимости с точки зрения состава флюидной фазы не известно, тогда как с точки зрения возможных фазовых отношений в водно-солевых системах можно ожидать возникновения несмесимости при повышающейся температуре и при постоянном объеме.
Кристаллизация на стенках включений. Для большей части твердых веществ характерно повышение растворимости с повышением температуры. Поэтому следовало бы ожидать, что в результате естественного охлаждения флюидного включения, образовавшегося при повышенной температуре, должна происходить кристаллизация минерала-хозяина, поскольку в момент захвата по отношению к последнему флюид, без сомнения, насыщен. В общем случае кристаллизация происходит на стенках включения, а не в виде самостоятельных кристаллов. Ермаков описывает некоторые особые случаи отчетливой крустификации внутри включений. Он указал, что растворение таких крустификационных слоев при нагревании может быть очень медленным, так что может потребоваться несколько часов для достижения равновесия даже при столь малом объеме, измеряемом микрометрами. В большинстве случаев количество раствора во включениях столь неизмеримо мало, что во многих включениях, изученных на материале рудных месторождений, не было обнаружено никакого растворения стенок при нагревании или кристаллизации при охлаждении, хотя наличие мелких деталей на стенках включений могло сделать такое качественное испытание более чувствительным.
Минералы-узники. Достаточно часто первоначально гомогенный флюид, попавший во включения, становится перенасыщенным по отношению к фазам, иным, нежели фаза стенок включения, что приводит к появлению в них кристаллов так называемых минералов-узников. Наиболее распространенной фазой, без сомнения, является NaCl, но установлены также и другие минералы, такие, как карбонаты и сульфиды. Для идентификации минералов-узников возможно применение ряда методов. Часто те же фазы встречаются в самом месторождении, как бы за пределами включений (к ним не относятся водно-растворимые фазы, обычно теряющиеся при растворении в подземных водах и составляющие неопределимую часть полостей и пустот в современном их виде). Объем минералов-узников, особенно если это не галит, обычно очень мал, так что разрешающая способность микроскопа не позволяет определить их в мелких включениях. Идентификация и измерения минералов-узников имеют большое значение в связи с тем, что они представляют собой составную часть исходного гомогенного флюида.
Метастабильность. Включения относятся к весьма малым системам, даже если их рассматривать на атомном уровне. Так, включение размером 10 мкм, содержащее 30 вес. % раствор соли, может содержать всего 10в11—10в12 «молекул» этой соли. При концентрации PbS 10 млн-1 оно содержало всего 25 млн. «молекул» PbS, что достаточно для образования кристалла с ребром из 300 элементарных ячеек. Поэтому неудивительно, что метастабильность как результат несостоявшегося зарождения новых, но стабильных фаз становится проблемой, с которой мы должны столкнуться (и которая часто представляется препятствием) при самых различных исследованиях по включениям. Значительная степень метастабильности, обычно выражаемая через температуру, выявлена при образовании газовых пузырей и минералов-узников под действием охлаждения ранее гомогенных включений до комнатной температуры. Известны гомогенные однофазовые флюидные включения, образовавшиеся в общем при температуре приблизительно <70°С, но сохранившие свое фазовое состояние в течение миллионов лет при значительном отрицательном давлении без образования устойчивого газового пузырька. Замораживание и оттаивание образца иногда вызывают появление маленького пузырька. Кристаллы солей появляются, как правило, даже в самых мелких включениях, тогда как другие фазы, присутствующие в меньшем количестве, в мелких включениях могут быть пропущены.
При замораживании включений иногда не кристаллизуются такие, устойчивые фазы, как лед и особенно, NaCl*2Н2О или СО2*5,75Н2О. При этом газовый пузырек исчезает в результате расширения жидкости при охлаждении. Подобные явления, связанные с метастабильностью, могут приводить к ошибочным выводам, но в то же время могут быть полезными при получении информации по составу включений.