地球中的流体

地球中的流体第一页，共六十六页，2022年，8月28日

地球按其物理和化学性质可分为若干层圈：大气圈，生物圈，水圈和岩石圈等。固体的地球又可以分为地壳、地幔和地核。不管如何划分，地球各个层圈中均有流体存在。—个干的地球和一个有流体的地球是不一样的，例如许多类地行星上没有H20这个流体因而不存在生物。因此，是流体给地球带来了生机。本章主要讨论地球中的流体，并把重点放在地壳中的流体上。这是因为目前对地球的研究主要是地壳，能开采的矿床也集中在地壳。第二页，共六十六页，2022年，8月28日一、流体的概念◆流体可简单地定义为能流动的物体（按流动性质）。日常生活中的水，是一种流体。◆如果按物体的状态可分为固态、液态、气态和超临界态。根据其流动性，物体的液态、气态和超临界态是流体，而固态则不是。这显然不全面。因为呈固态的物体在受力时也可发生形变，从而产生流动。流体的流动可以是大规模的，例如大陆范围内的移动；沉积盆地内的移动；也可以是极小范围内的，例如粒间流动和扩散。第三页，共六十六页，2022年，8月28日

从地质上讲流体并不是单独存在的，它们是与矿物、岩石共生，那么，我们所要研究的流体是什么呢？对流体又怎样下定义？1979年Fyfe提出用流变学的术语，根据体系的流变性质并考虑实际流体的化学作用，将地球流体定义为：

如果一个体系在应力或外加力的作用下能发生流动或形变，并且与周围物质处于相对平衡下，就把它叫作流体。由定义理解，判断一个物体是不是流体主要根据这一物质是否具备流变性质。也就是说，当应力作用到物体上时，若这物体的大小、形状和组成发生了改变，则该物体就是流体。实际上，我们研究的流体主要是指以液态和气态存在的物质。第四页，共六十六页，2022年，8月28日

按照流变学的定义，流体是由应力和应变率所确定的。对于地球中的物体来说，当一个应力作用到该物体时，根据其应变率的不同可以将其分为牛顿流体和非牛顿流体，见图。为了对比，在图列出了固体的特征曲线。各种“理想”的液体和固体的应力(σ)、强度与应变率(E)之关系(据Fyfe．1979)第五页，共六十六页，2022年，8月28日

研究流体时，流体的下列性质十分重要。(1)粘度（绝对粘度和运动粘度）(2)压力(p，包括流体的孔隙压力)；(3)热力学温度(T)，摄氏温度(t)，T=t+273.15；(4)密度和比容；(5)体积弹性模量(6)表面张力；(7)成分，c(浓度)，Χ(摩尔分数)或ω(质量分数)。上述公式中：

D一流体表面的任一质点的直径；μ—动力粘度；R－常数；F—合力。第六页，共六十六页，2022年，8月28日

在考虑地质过程时，时间和空间因素对流体性质的影响也十分重要。因为在地壳中的许多岩石是经过漫长的地质作用而发生形变的产物，对于这些岩石来说时间因素对它们的形变是起决定性作用的。如果把统计力学理论应用到地质上，特别是应用到晶体中原子，从它们的晶格位置发生位移，并迁移到晶体内低应力或低能量区时，就可以用数学方程式来描述结晶物质的流动：

式中：为位移的尺度，t为时间，K是常数。应变率是温度()和应力()的函数。不管应力是多么小，只要参加作用，形变一定会发生。若从这点出发，地球上所有的结晶物质，也可按流体来看待。第七页，共六十六页，2022年，8月28日

从流体这个定义出发，地球中哪些可符合定义中的流体呢？地壳中的水、岩浆、各种状态的热液、高密度的气体和处于塑性状态的岩石等。下面我们将讨论地球中的流体。第八页，共六十六页，2022年，8月28日二、地球中的流体根据流体的定义和物理性质，地球中的流体可归纳为四种流体。(1)呈气体状态的流体存在于大气圈、生物圈和矿物、岩石中的各类气体。如，CO2、CH4、S、N等。(2)呈液体状态的流体水圈中的流体(海水、河水、湖水、地下水、雨水、卤水等)、岩浆、岩浆水以及存在于流体包裹体中的古流水等。第九页，共六十六页，2022年，8月28日

(3)超临界流体由上述两种流体在超临界的温度、压力下产生的一种特殊性质和地球化学行为的流体。(4)处于塑变状态的各类岩石和地质体如，岩石圈下部的软流圈，处于蠕变状态的各种地质体等。德国一口超深钻，在900米深处岩石处于流变状态。

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由上可知，①从存在形式看，四种流体存在于地球的不同层圈中。由于地球各层圈物理化学条件的差异，决定了流体的化学组成、存在形式和存在的量也有很大差别。如，◆大气圈中的流体是以气体形式存在的；◆水圈中则呈液态。◆生物圈中的状况比较复杂，有呈液体的，也有呈气体的。◆岩石圈中的流体以气体、液体和固体状态存在。第十一页，共六十六页，2022年，8月28日

②从化学成分上说，上述流体中岩浆、水(H2O)、二氧化碳(CO2)甲烷(CH4)最重要。根据地幔岩包体，南极玄武岩，壳源和幔源中酸性火山岩和壳源酸性火山岩中挥发分研究。地球深部是以岩浆－CO2(CH4)为主；随着岩浆源上移，水的相对含量增加，分异出以水为主的岩浆热液；到达地壳上部或近地表部位，流体则以各种水体为主。③地球各层圈中的流体并不是截然分开的，它们之间进行着各种地质作用和循环。例如，水气交互作用；岩石和水的相互作用；海水蒸发进入大气圈，然后又以雨水降到大地等。第十二页，共六十六页，2022年，8月28日三、地壳中的流体

1、地壳中流体的分布过去，地质学家对地球中的地质过程研究一般着重于固体部分，即矿物和岩石，而对流体的分布及其在地质过程中的重要性缺乏应有的重视。实际上，如果不考虑流体，对地壳中乃至地球中许多地质过程的描述往往会出现偏差，有时甚至得出不正确的结果。流体对地壳的演化及其地质过程起着极其重要的作用，包括热量的传递，组分的迁移，影响围岩的性质，形成热液蚀变和热液矿床，造成岩石的形变，构造作用，诱发地震等。

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例如，当岩浆侵入到岩石中，炽热的岩浆就会与周围的地下水发生热和物质的交换。这种岩浆热驱动加速了在其周围地层中地下水的对流。这个对流的地下水系统从呈超临界状态的岩浆中把热和物质传递出去。因此地下水的流动速率就会对岩浆的冷却速率起到控制作用。同时这个作用也进行物质的传递和交换，包括成矿物质。因而常常可在岩浆岩(一般在其上部及边部)及其附近找到热液蚀变和热液矿床。

从这个意义上说，地下水的存在和运动对热液矿床的大小和分布起到控制作用。当然岩浆岩周围地下水对流的程度以及流体和岩石的相互作用，取决于岩体边上岩石的渗透率，渗透率越大，对流速度越快。第十四页，共六十六页，2022年，8月28日

地壳中存在流体是不可质凝的，下表列出用各种方法测定的地壳中流体存在的深度。方法流体存在的深度(Km)方法流体存在的深度(Km)地下水面测定0(地表)－2热液蚀变和热液矿床形成的范围可到5深井测定(包括科拉半岛深井)0－12变质作用>20水库诱发地震法0－12地壳中地震波衰减带7－12地壳低速带7－12断层上的低应力带0－10地壳低电导带10－12火山作用地表到深部氧同位素法可到12流体包裹体研究0－10据ANurandJ.Walder(1990)补充第十五页，共六十六页，2022年，8月28日

从表中我们可知从地表到12km深的范围内已证实流体的存在。超过12km深，例如，15km深的地方有没有流体?最直接的证据是前苏联科拉半岛的深(钻)井，钻孔揭示在地表以下12Km的地方存在流体。流体在地壳的浅部(<5km)的分布和所占的体积要比其在地壳的深部多得多。那么，地壳中流体总质量有多少呢？第十六页，共六十六页，2022年，8月28日

目前只是估计：现在的海水质量为1.4×1024g。地壳的质量是23×1024g。如果假定地壳中的含水量与海水的质量相似，那么地壳中的含水量也是1.4×1024g，占地壳总质量(1.4×1024／23×1024)的6％左右。有人认为这个估计偏高

。大多数人的估计是地壳中含流体的量占地壳总质量的3％～6％。至于地慢中流体的含量，有人认为约占地幔总质量的0.03％，即为1.2×1024g，与地壳中的含水总质量相当(地幔总质量为4×1027g)。第十七页，共六十六页，2022年，8月28日

这样我们可以得出：①海水、地壳、地幔中的流体的质量是十分相近的。这种质量相近也许表明其间的平衡和循环关系。②现代板块构造研究表明，当板块俯冲时，把地表水带到地下数公里甚至数十公里的地方，这些水(至少是一部分)又通过循环回到了地表，其中的一部分可能在地下深处被固定在矿物包裹体中或含水矿物如滑石、金云母、角闪石以及其他相中。从上述讨论可知，地壳中存在着相当于地壳总质量3％一6％的流体，海水(水圈)、地壳和地幔中的流体处于相对平衡状态，并且不断发生着相互交换与循环。第十八页，共六十六页，2022年，8月28日2、地壳中流体的种类地壳中存在哪几种流体呢?这个问题比较复杂，一方面涉及到分类的原则，另一方面涉及到我们对地壳中流体的认识和了解程度。根据我们对流体的定义并结合地质实际，地壳中的流体应包括如下几种。(1)岩浆

指源于地壳的各种成分的岩浆，它们是一种硅酸盐熔融体，平均含水量小于5%。(2)以水为主的流体岩浆水、变质水、原生水、海水、卤水、地下水、地热水等。第十九页，共六十六页，2022年，8月28日

(3)以碳氢化合物为主的流体

石油、天然气等。(4)存在于矿物和岩石中的挥发分

水、二氧化碳、卤素、硫、氧气、氢气、氮气、惰性气体等。(5)处于形变和塑变状态的各类岩石和地质体

如岩石圈下部的软流圈和目前仍然处于形变和蠕变状态的各种地质体(包括从晶格变形到大规模的岩石形变和位移)等。在地壳中的流体中最主要的是以水为主的流体，尤其是岩浆水、变质水、卤水、地热水等是十分重要的，它们与成矿作用(或成矿流体)密切相关。第二十页，共六十六页，2022年，8月28日四、地壳中流体的形成

前面我们讨论了地壳中流体存在的形式，那么，地壳中这些流体是怎样形成的？就是这节要讨论的问题。我们知道，地壳是由火成岩、变质岩和沉积岩组成。◆沉积岩是由含水沉积物经过深埋、压实、脱水和成岩作用形成的，在这一系列过程中，释放出大量以水为主的流体；◆火成岩是由岩浆作用形成的，在岩浆后期的岩浆热液阶段会释放出以岩浆水为主的流体；◆对变质岩来说，在大规模的区域变质和接触变质作用过程中，会释放出变质流体。1第二十一页，共六十六页，2022年，8月28日

这说明地壳中的三大岩类在其形成过程中，均包含着“去流体”作用。因此，地壳中各种地质作用中的“去流体”过程是流体的一个很重要的来源。

1．沉积物的“去流体”作用沉积作用是广泛发生在地表的一种地质作用。陆地上的岩石经风化、剥蚀作用，呈碎屑物被水搬运到湖泊、海洋中，经物理和化学分异作用后，沉积下来，随着搬运和沉积作用的继续，新的沉积物盖在老的沉积物之上，然后被埋藏，这样上覆沉积物对底层沉积物产生一个压力。当埋深达到一定程度，这个压力足以使底层或下伏沉积物中的流体排除出来，发生“去水作用”。第二十二页，共六十六页，2022年，8月28日

下面我们以页岩为例，讨论沉积物在压实过程中释放出流体的情况。第二十三页，共六十六页，2022年，8月28日页岩的压实作用和地下的物理化学条件、深度、孔隙度有关。

①压力(即上覆沉积物厚度)

页岩压实作用过程中存在着两种压力：静岩压力()和页岩中流体的压力()。◆如果，这时压实作用进行得很好；◆如果，则压实作用处于平衡状态；◆如果，则压实作用就很难进行。第二十四页，共六十六页，2022年，8月28日②孔隙度孔隙度也是反映压实作用最有用的因素。在压实过程中，页岩的孔隙度与深度成反比。图表明孔隙度与深度的关系。从图中可知，在地表孔隙率为70％的页岩，下沉到2286米的深度时，其孔隙率只有20％(图中曲线6)。(据RiekeandChilingarina，1974)第二十五页，共六十六页，2022年，8月28日③过渡时间从原始沉积物到具有均匀分布的孔隙地层所需的时间，称过渡时间。过渡时间与孔隙度的关系可用下式表示：式中，──过渡时间，μs/m；

──地层水的过渡时间，μs/m；──岩石物质的过渡时间，μs/m。上述公式表明，在均匀的岩石中过渡时间随孔隙度的增加而增加。

第二十六页，共六十六页，2022年，8月28日例如，对于一个孔隙度为30%的石英砂岩，其则第二十七页，共六十六页，2022年，8月28日K．Magara（1978）对日本长冈平原泥页岩第三纪页岩的孔隙度与过渡时间的关系作过详细研究。1、孔隙度越大，过渡时间越长。例如孔隙度为φ=40％，则其过渡时间为475.7μs／m；而当孔隙度为20％时，则其过渡时间为344.5μs／m。第二十八页，共六十六页，2022年，8月28日

当深度从1029.08m增加到3701.49m时(增加了2672.41m)，密度增加了0.42g／cm3，而孔隙度则从39.00％降到14.60％(Δ=24.40％)。从上述可知，在沉积物的压实成岩作用中要放出很多流体，这是地壳中流体的一个来源。2、埋深越大，岩石的密度增加，孔隙度减少，过渡时间越短。下表为日本长冈平原的泥页岩GS－1岩心的样品分析深度(m)密度(g/cm3)孔隙度(%)过渡时间(μs/m)1029.08～1029.232.0039.00475.71609.4～1609.602.1133.15416.71808.63～1808.762.1326.56426.52150.65～2150.852.2724.60357.62296.00～2296.202.2224.26374.02443.46～2443.662.2423.08360.92607.16～2607.332.2621.82334.63062.77～3062.982.2819.60324.83205.36～3205.532.3218.80311.73505.25～3505.462.3515.90341.13701.29～3701.492.4214.60301.8第二十九页，共六十六页，2022年，8月28日

2、变质作用所放出的流体

从沉积岩去流体作用中可知，沉积物在成岩作用中虽有相当一部分水被释放出来，但有部分水保留在岩石孔隙中。它们以孔隙水、薄膜水和吸附水的形式存在。由于变质作用是在深部压力较大的条件下发生的。在变质作用过程中，沉积岩的体积受到压缩，使岩石中原存的孔隙水和挥发分进一步被释放出来。第三十页，共六十六页，2022年，8月28日沉积岩在不同的变质阶段，它们释放出流体的量也有差别。请看一组数据。岩石平均含水量(%)1立方公里体积的沉积岩，经过不同变质阶段释放的流体量原生沉积岩15～20绿片岩相3～41.2～1.6亿吨角闪岩相0.7～1.03000万吨麻粒岩相0.35700万吨第三十一页，共六十六页，2022年，8月28日变质作用中流体的另一个来源是矿物晶格中的化合水(包括结晶水和结构水)，它们一般在温度大于450℃的条件下，由矿物晶格破坏而逐渐被释放出来。例如：

Mg(OH)2MgO+H2O水镁石方镁石流体

KAl3[Si3O10](OH)2+SiO2KAlSi3O8+Al2SiO5+H2O水云母石英钾长石红柱石流体CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2方解石石英硅灰石流体

在这些变质反应中，均可放出H2O、C02等流体，称之为变质流体。而这些流体又与岩石矿物起反应从而形成新的变质矿物。第三十二页，共六十六页，2022年，8月28日

3、岩浆作用中所放出的热液

据研究，各类岩浆中都含有H2O、CO2和其它挥发分。流体量大约在5％～6％。当岩浆上升时，温度和压力也随之下降，它们所含的流体就会释放出来，形成岩浆热液。这种热液可以位于岩浆的顶部，也可以进入构造裂隙中，形成各种各样的脉体。

第三十三页，共六十六页，2022年，8月28日现以花岗岩浆来说明岩浆中水的溶解度与温度、压力的关系。由图可见，在温度为900℃，压力在3000巴的温压条件下(相当于距地表10～12Km处)，溶解在岩浆中的H2O量达7.5%；当压力减小到500巴(相当于距地表2Km处)时，岩浆中H2O含量降到2.75%。由此可见，随着岩浆侵位上升至距地表2Km处，将有4.25%的流体从花岗岩浆中释放出来。第三十四页，共六十六页，2022年，8月28日

4．构造作用对流体的影响

地壳中的流体并不是处于静止的状态，而是处在构造作用环境中。最近几年来地质学的最大进展是，在大洋深处发现不少热泉、热点、黑烟囱和矿床。这些都是流体作用的地点和结果。板块构造的理论不但解释了地壳的结构构造，同时也为地壳中流体在构造作用下产生的迁移、循环和相互作用提供了理论依据。

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哪些地质构造对流体的流动、迁移影响最大?除了板块构造外，断裂和裂隙是很重要的。许多断裂和裂隙构造是流体迁移的通道。例如，◆深大断裂构造。◆在古老变质岩中的剪切裂隙带是许多变质流体流动的通道。◆此外，沉积岩的层面及沉积岩与火成岩体的接触带常是良好的流体流动的通道。第三十六页，共六十六页，2022年，8月28日

综上所述，◆在地壳中进行的三大地质作用—沉积作用、变质作用和岩浆作用过程中，均可释放出流体。其中，沉积岩分布广，在成岩作用过程中所放出的流体最多。◆地壳中的流体通过去水作用，通过不同的地质环境产生出来。这些流体在成分、物理化学参数及产状等方面可有很大的不同。但它们都是地质过程的产物。第三十七页，共六十六页，2022年，8月28日五、地壳中流体的分类

地壳中的流体可按其化学成分、产状及成因来分类。1．化学成分分类按照流体的化学成分，地壳中的流体主要包括如下几类：(1)岩浆—硅酸盐流体；(2)H2O；(3)H2O-NaCl，这里NaCl代表溶于水中的所有盐类；(4)H2O－NaCl－CO2；(5)有机流体，如，石油和天然气等。第三十八页，共六十六页，2022年，8月28日

2．产状和成因分类(1)岩浆热液；(2)变质流体；(3)海水(大洋海水)；(4)热卤水(包括原生水和同生水)；(5)地下水(包括大气降水)；(6)石油和天然气；(7)硅酸盐岩浆。下面重点介绍几种流体。第三十九页，共六十六页，2022年，8月28日1、海水

海洋是地球上最大的水库，同时也是—个最大的缓冲库。地球上每时每刻都在进行的风化作用把大陆的物质带进海洋，而在海洋中又进行着机械和化学沉积作用，这种过程示意右图。从图中可见，海水中的物质可能有8种来源，其中最大的来源是河水。据计算，每年从河流搬运到海洋中的水量有3×109g，携带的已溶物质和悬浮沉积物物质总量为2.2×1016g。其中已溶物质4×1015g，悬浮沉积物为1.8×1016g。

由于各种营力所造成的进出海洋的物质的质量图中质量单位为1014g/a，每年海洋净增的质量为250×1014g，其中90%来自河水。第四十页，共六十六页，2022年，8月28日(1)化学成分特点从海水所溶物质的平均化学成分表可知：海水中阳离子按其浓度或含量的次序为Na+，Mg2+，Ca2+，K+；阴离子按其浓度或含量的次序为Cl-，SO42-，HCO3-和Br-。而最丰富的是Na和Cl，这两者的含量占海水中所含元素总量的85％以上(除H2O外)。因此，我们把海水视为NaCl—H2O体系。元素或组分质量分数(w)×10-6浓度(c)mmol.L-1元素或组分质量分数(w)×10-6浓度(c)mmol.L-1Na+10500456.2Cl-19000535.2K+3809.7Br-650.8Mg2+130054.2NO3-－－Ca2+40010.0HCO3-1402.3Sr2+80.1CO32-180.3Fe2+－－SO42-265027.6Al3+0.001－有机酸0.5－SiO260.1总计34457第四十一页，共六十六页，2022年，8月28日(2)同位素组成

现代大洋水的H和O同位素组成相对说是十分均匀的；其δD=+5％～－7％，δ18O=+0.5％～－1.0％。其平均值近似为：δD=0，δ18O=0.0，把δD=0和δ18O=0.0定义为大洋水的标准值，叫做SMOW，这个值只在特殊的情况下才有大的变化。例如，

◆在高纬度冰川地带，冰熔化流人海洋使近海水的δD和δ18O数值降低

◆与海洋连通的有限海，由于蒸发作用而使δD和18O值升高(如，红海海水)

◆半封闭海，由于大气降水的流入而使δD和18O值降低(如，黑海、波罗的海的海水)第四十二页，共六十六页，2022年，8月28日2、大气降水

⑴大气降水主要指雨水和雪，即与大气圈呈平衡的水。大气降水在降落时溶解了大气中的CO2，O2，N2和其它气体。由于CO2溶于水，在水中可形成CO32-和HCO3-，有时也含有微量的NaCl，pH=5～5.5，Eh=+0.4～+0.5mV。

河水主要来源于大气降水，因此，推测雨水的成分与河水相似，不过溶于水的物质总量比河水和湖水中的要小得多。

①河水与海水中所溶物质的平均化学成分对比

第四十三页，共六十六页，2022年，8月28日Na+6.30.270Cl-7.80.22K+2.30.059NO3-1.00.016Mg2+4.10.171HCO3-58.40.958Ca2+15.00.375SO42-11.20.117Fe2+0.670.012有机酸Al3+0.01－SiO213.10.218总计129.5元素或组分质量分数(w)×10-6浓度(c)mmol.L-1元素或组分质量分数(w)×10-6浓度(c)mmol.L-1Na+10500456.2Cl-19000535.2K+3809.7Br-650.8Mg2+130054.2NO3-－－Ca2+40010.0HCO3-1402.3Sr2+80.1CO32-180.3Fe2+－－SO42-265027.6Al3+0.001－有机酸0.5－SiO260.1总计34457海水河水第四十四页，共六十六页，2022年，8月28日

对比两表可知：◆海水和河水中阴、阳离子的排列次序是不同的，河水中更富含Ca2+和HCO3-。海水和河水中阴、阳离子比较：阳离子阴离子海水Na+Mg2+Ca2+K+；C1-S04-HC03-Br-河水Ca2+Na+Si4+Mg2+；HC03-S042-N03-

第四十五页，共六十六页，2022年，8月28日◆河水中Ca2+和HCO3-的含量比海水中的含量要低一个数量级。Ca2+含量(×10-6)HCO3-含量(×10-6)海水400.00140.00河水15.0058.40这说明河水中除水以外的其它组分的含量甚微。◆海水中所溶元素的总量要比河水高得多。河水海水TDS130×10-63500×10-6可见海水中所溶元素的总量比河水中高出266倍。但是河水对海水的作用是很大的，它是海水中物质的主要供应者。第四十六页，共六十六页，2022年，8月28日组分每年由河水排放到海洋中的量(×1014g)海洋中该组分的质量(×1020g)河水排放的组分达到海洋中该组分含量所需时间(Ma)由于大气循环而对所需时间的校正(Ma)居留时间(Ma)河流输入沉积作用Na+2.0714469.7108210260K+0.7456.881011Mg2+1.331914.315.42245Ca2+4.8861.231.2418Fe2+0.2230.00001370.000060.000060.00001Al3+0.0030.00001370.00460.00460.004SiO24.260.080.020.020.040.01Cl-2.54261103230HCO3-19.021.90.10.1SO42-3.673710.110.7溶解的有机碳3.20.0070.0002H2O325000135500.042②河水向海水排放的主要组分和量，以及排放的组分达到海水中数量级所需的时间。第四十七页，共六十六页，2022年，8月28日

现以Na+为例。

每年从河水排入海洋中的量为2.07×1014g，而目前海水中Na+的含量为1.44×1022g，假定海水中的Na全部从河水中来，达到现代海水中Na含量所需的时间为69.7Ma。实际上这个时间可能还要长，因为海洋与大气圈进行着相互作用与循环，海洋中的盐类从海洋进入大气圈，其次Na也可能进入到海洋生物和海底沉积物中，所以这个时间有人估计为108Ma。第四十八页，共六十六页，2022年，8月28日③元素在海洋中的居留时间

一些元素从河流进入海洋，然后沉积到海洋沉积物中所需的时间。我们把元素的这个过程定义为元素在海洋中的居留时间。元素的居留时间越长，越难进入沉积物，而容易被保留在流体中，这一点对于成矿流体的研究也是十分重要的。组分每年由河水排放到海洋中的量(×1014g)海洋中该组分的质量(×1020g)河水排放的组分达到海洋中该组分含量所需时间(Ma)由于大气循环而对所需时间的校正(Ma)居留时间(Ma)河流输入沉积作用Na+2.0714469.7108210260K+0.7456.881011Mg2+1.331914.315.42245Ca2+4.8861.231.2418Fe2+0.2230.00001370.000060.000060.00001Al3+0.0030.00001370.00460.00460.004SiO24.260.080.020.020.040.01Cl-2.54261103230HCO3-19.021.90.10.1SO42-3.673710.110.7溶解的有机碳3.20.0070.0002H2O325000135500.042第四十九页，共六十六页，2022年，8月28日④大气降水中氢氧同位素组成

现代大气降水中的氢和氧同位素组成呈系统地变化：

δD=8δ18O+10‰大气降水，如果不发生蒸发的话，则其同位素组成值应落在大气降水线上(MWL)或附近(图红线)。偏差不超过±1％。对于局部地区来说是有变化的，这种变化取决于空气的湿度、年平均气温、地区的纬度和高度，离海岸的距离以及大气降雨量。大气降水进入岩石中变成地下水后，它的同位素组成几乎是不变的。海水,大气降水,原生岩浆水,长英质岩浆水,变质水和有机水的氢氧同位素以及与热液的同位素交换第五十页，共六十六页，2022年，8月28日3、地下水地下水——存在于地壳浅部的淡水和含盐的水。主要分布于地壳的浅部，溶解物质的总量比大气降水要高。Carpenter(1978)曾对各种地下水进行研究，其中所溶物质的总量分别为：淡水1000(mg／L)含盐的水1000～10000(mg／L)盐水10000～100000(mg／L)卤水≥100000(mg／L)第五十一页，共六十六页，2022年，8月28日4、孔隙水或地层水

孔隙水——保留在岩石孔隙或含水层中的水。过去有一个术语叫同生水，指与地层同时存在的水，即在沉积物深埋、压实过程中封存于地层中的水，实际上就是古海水。现在所指的孔隙水或地层水，指包括古海水在内的其它来源水的总和(如，大气降水＋矿物结晶水＋从基底上来的流体)。这种水实际上是一种卤水(或热卤水)。第五十二页，共六十六页，2022年，8月28日

表列出孔隙水与海水成分的对比表。由表可知：地层水中溶解物质的总和(TDS)较海水的高出一个数量级。(2)地层水中大多数元素及组分均比海水中高，有的甚至高出几个数量级，只有SO42-在海水中的含量要比地层水中高出一个或几个数量级。(3)地层水中存在许多成矿元素，如Pb、Zn、Fe、Ba，且其含量均比在海水中高出几个数量级。地层卤水是在中国最早发现的。四川自贡的盐井，即是取自地层卤水，有的盐井深达600m，还打出了天然气。第五十三页，共六十六页，2022年，8月28日5、地热流体地热流体是一种由地下热液直接形成的流体，冒出地表形成热泉和温泉。许多证据表明在一些泉的地下有一个大水库。目前看到的地热体系不过是地下水库露出地表或接近地表的一部分。多数地热水主要是由大气降水演化而来。许多地热体系中的流体实际上就是成矿流体，并且已见到许多由地热流体形成的贱金属矿床。在现代大洋中脊，已发现许多海底喷出的热液，并可实际地观测到这种热液的性质以及成矿过程。第五十四页，共六十六页，2022年，8月28日6、变质水

指与变质岩处于平衡状态或者在变质岩经过脱水作用时释放出来的水，叫做变质水。变质水的同位素组成，是通过在—定温度下岩石的同位素组成计算出来的。典型的变质沉积岩δD为-40‰～-100‰，δ18O值为+8‰～+26‰。应用同位素分馏公式，计算出来的变质水的同位素值：δD=0‰～-70‰，δ18O=+3‰～+20‰。变质流体的成分主要为CO2，H20和少量NaCl。第五十五页，共六十六页，2022年，8月28日

7、岩浆和岩浆水岩浆是一种高温熔融体，它来自地球的内部并且能够侵入形成侵入体，喷出而成为火山。岩浆的成分以硅酸盐为主，当冷却时，岩浆就结晶或凝固成火成岩。在岩浆中由于结晶分异等作用有时会相对集中氧化物或硫化物，当其固结时就可直接形成岩浆矿床。

岩浆演化以及成矿作用示意图(据GuilbertandParkJ．R，1985)Ⅰ-地幔或地壳熔融，产生基性岩浆；Ⅱ-结晶并分异出辉长岩岩浆；Ⅲ-硫化物和氧化物分凝作用含有相对集中的氧化物或硫化物的岩浆第五十六页，共六十六页，2022年，8月28日在岩浆分异作用的后期，其中的挥发分向上集中。岩浆中的挥发分以H20为主，Burnham(1995)指出，长英质岩浆含有大约6％的H20。岩浆中这种以水为主的挥发分叫做岩浆水，也叫初生水。也就是说，这是一种新鲜的，无污染而从未到达地表的水。岩浆水的成分主要取决于：岩浆类型，岩浆水与围岩的相互作用以及与周围水的状况(如有其它水存在，则很易与岩浆水相混合)。关于岩浆水成分的报道不多，可以把火山喷发出的气体的成分作为参考，其气相主要是H2O，其次为C02和H2。其液相部分除了H20之外，还含有Na、K、Si等元素。第五十七页，共六十六页，2022年，8月28日

岩浆水的同位素组成是新鲜的火成岩的δD和δ18O的值，应用H20和矿物的同位素分馏因子在温度700－1200℃时计算出来的。对于I型侵入岩，钙铁镁质组合的侵人岩或磁铁矿型的侵入岩，其氢和氧同位素值为：δD(‰)-50～-90δ18O(‰)+5.5～+10