第一章地球中的流体PPT讲稿.ppt

《第一章地球中的流体PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章地球中的流体PPT讲稿.ppt（66页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章 地球中的流体第1页，共66页，编辑于2022年，星期一 地球按其物理和化学性质可分为若干层圈：大气圈，生物圈，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。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没有HH2 20 0这个流体因而不存在生物。因此，是流体给地球带来了生这个流体因而不存在生物。因此，是流体给地球带来

2、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。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。地壳。第2页，共66页，编辑于2022年，星期一一、流体的概念一、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。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

3、超临界态是流体，而固态则不是。这其流动性，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。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。的移动；也可以是极小范围内的，例如粒间流动和扩散。第3页，共66页，编辑于2022年，星期一 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，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

4、们所要研究的流体是什么呢那么，我们所要研究的流体是什么呢？对流体又怎样下定义？对流体又怎样下定义？1979 1979年年FyfeFyfe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：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。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由定义理解，判断一个物体是不是流体主要根据这一

5、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。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。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4页，共66页，编辑于2022年，星期一 按照流变学的定义，流体按照流变学的定义，流体是由应力和应变率所确定的。是由应力和应变率所确定的。对于地球中的物体来说，当一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应变率的

6、不同可以将其分为牛顿流体和非牛顿流体，见图。为了流体和非牛顿流体，见图。为了对比，在图列出了固体的特征曲对比，在图列出了固体的特征曲线。线。各种各种“理想理想”的液体和固体的应力的液体和固体的应力()()、强度与应变率强度与应变率(E)(E)之关系之关系 (据据FyfeFyfe1979)1979)第5页，共66页，编辑于2022年，星期一 研究流体时，流体的下列性质十分重要。研究流体时，流体的下列性质十分重要。(1)(1)粘度（绝对粘度和运动粘度）粘度（绝对粘度和运动粘度）(2)(2)压力压力(p(p，包括流体的孔隙压力，包括流体的孔隙压力)；(3)(3)热力学温度热力学温度(T)(T)，摄氏

7、温度，摄氏温度(t)(t)，T=t+273.15T=t+273.15；(4)(4)密度和比容密度和比容 ；(5)(5)体积弹性模量体积弹性模量 (6)(6)表面张力表面张力 ；(7)(7)成分，成分，c(c(浓度浓度)，(摩尔分数摩尔分数)或或 (质量分数质量分数)。上述公式中：上述公式中：DD一流体表面的任一质点的直径；一流体表面的任一质点的直径；动力粘度；动力粘度；R R常数；常数；FF合力。合力。第6页，共66页，编辑于2022年，星期一 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。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

8、长的地质作用而发生形变的产物，对于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：晶物质的流动：式中：式中：为位移的尺度，为位移的尺度，t t为时间，为时间，K K是常数。应变率是常数。应

9、变率 是温度是温度()()和应力和应力()()的函数。不管应力是多么小，只要参加作用，形变一的函数。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。待。第7页，共66页，编辑于2022年，星期一 从流体这个定义出发，地球中哪些可符合定义中的流从流体这个定义出发，地球中哪些可符合定义中的流体呢？体呢？地壳中的水、岩浆、各种状态的热液、高密度的气体和处地壳中的水、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。于塑性状态的岩石等。下面我们将讨论地球中的流体。下面我们将讨论地球

10、中的流体。第8页，共66页，编辑于2022年，星期一二、地球中的流体二、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。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)(1)呈气体状态的流体呈气体状态的流体 存在于大气圈、生物圈和矿物、岩石中的各类气体。如存在于大气圈、生物圈和矿物、岩石中的各类气体。如，COCO2 2、CHCH4 4、S S、N N 等。等。(2)(2)呈液体状态的流体呈液体状态的流体 水圈中的流体水圈中的流体(海水、河水、湖水、地下水、雨水、卤水等海水、河水、湖水、地下水、雨水、卤水等)、岩浆、岩浆、岩浆、岩浆水以及存在于流体包裹体中的古

11、流水等。水以及存在于流体包裹体中的古流水等。第9页，共66页，编辑于2022年，星期一 (3)(3)超临界流体超临界流体 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。学行为的流体。(4)(4)处于塑变状态的各类岩石和地质体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，在国一口超深钻，在900900米深处岩石处于流变状态。米深处岩石处于流变状态。第10页，共66页，编辑于2022年，星期一 由上可

12、知，由上可知，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，大差别。如，大气圈中的流体是以气体形式存在的；大气圈中的流体是以气体形式存在的；水圈中则呈液态。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。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。岩石圈中的流体以气体、液体和固体状态存在。第11页，共66页，编辑于

13、2022年，星期一 从化学成分上说，上述流体中岩浆、水从化学成分上说，上述流体中岩浆、水(H(H2 2O)O)、二氧化碳、二氧化碳(CO(CO2 2)甲烷甲烷(CH(CH4 4)最重要。根据地幔岩包体，南极玄武岩，壳源和幔源最重要。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COCO2 2(CH(CH4 4)为主；随着岩浆源上移，水的相对含量增加，分异出以水为主为主；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。的岩浆热液；

14、到达地壳上部或近地表部位，流体则以各种水体为主。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；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。海水蒸发进入大气圈，然后又以雨水降到大地等。第12页，共66页，编辑于2022年，星期一三、地壳中的流体三、地壳中的流体三、地壳中的流体三、地壳中的流体 1 1、地壳中流体的分布、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，即矿物过去，地质学家对地球中的地质

15、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。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，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

16、石的形变，构造作用，诱发地震等。造成岩石的形变，构造作用，诱发地震等。第13页，共66页，编辑于2022年，星期一 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。流动速率就会对岩浆的冷却速率起到控制作用。同时这个

17、作用也进行物质的传递和交换，包括成矿物质。因而常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常可在岩浆岩(一般在其上部及边部一般在其上部及边部)及其附近找到热液蚀变和热液及其附近找到热液蚀变和热液矿床。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。于岩体边上岩石的渗透率，渗透率越大，对流速度越快。第14页

18、，共66页，编辑于2022年，星期一 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。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)012变质作用20水库诱发地震法012地壳中地震波衰减带712地壳低速带712断层上的低应力带010地壳低电导带1012火山作用地表到深部氧同位素法可到12流体包裹体研究010据据A Nur and J.Walder(1990)补充补充第15页，共66页，编辑于2022年

19、，星期一 从表中我们可知从地表到从表中我们可知从地表到12km12km深的范围内已证实流体的存在。深的范围内已证实流体的存在。超过超过12km12km深，例如，深，例如，15km15km深的地方有没有流体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最直接的证据是前苏联科拉半岛的深(钻钻)井，钻孔揭示在地表以井，钻孔揭示在地表以下下12Km12Km的地方存在流体。的地方存在流体。流体在地壳的浅部流体在地壳的浅部(5km)(5km)的分布和所占的体积要比其在地壳的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？深部多得多。那么，地壳中流体总质量有多少呢？第16页

20、，共66页，编辑于2022年，星期一 目前只是估计：目前只是估计：现在的海水质量为现在的海水质量为1.4101.4102424g g。地壳的质量是。地壳的质量是231023102424g g。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也是1.4101.4102424g g，占地壳总质量，占地壳总质量(1.410(1.4102424231023102424)的的6 6左右。左右。有人认为这个估计偏高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。大多数人的估计是地壳中含流体的量占地壳总质量的总质量的3 3

21、6 6。至于地慢中流体的含量，有人认为约占地幔总质量的至于地慢中流体的含量，有人认为约占地幔总质量的0.030.03，即为即为1.2101.2102424g g，与地壳中的含水总质量相当，与地壳中的含水总质量相当(地幔总质量为地幔总质量为4104102727g)g)。第17页，共66页，编辑于2022年，星期一 这样我们可以得出：这样我们可以得出：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。明其间的平衡和循环关系。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现代板块构造研究

22、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，这些水数十公里的地方，这些水(至少是一部分至少是一部分)又通过循环回到了地表，其中的一部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。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从上述讨论可知，地壳中存在着相当于地壳总质量3 3一一6 6的流体，海水的流体，海水(水圈水圈)、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、地壳和地幔中的流体处于相对平衡状态，并且不断发生着

23、相互交换与循环。循环。第18页，共66页，编辑于2022年，星期一2 2、地壳中流体的种类、地壳中流体的种类 地壳中存在哪几种流体呢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，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。定义并结合地质实际，地壳中的流体应包括如下几种。(1)(1)岩浆岩浆 指源于地壳的各种成分的岩浆，它们是一种硅酸盐熔融体，平均含水量指源于地壳的各种成分的岩浆，它们是一种硅酸盐熔融体，

24、平均含水量小于小于5%5%。(2)(2)以水为主的流体以水为主的流体 岩浆水、变质水、原生水、海水、卤水、地下水、地热水等。岩浆水、变质水、原生水、海水、卤水、地下水、地热水等。第19页，共66页，编辑于2022年，星期一 (3)(3)以碳氢化合物为主的流体以碳氢化合物为主的流体 石油、天然气等。石油、天然气等。(4)(4)存在于矿物和岩石中的挥发分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。水、二氧化碳、卤素、硫、氧气、氢气、氮气、惰性气体等。(5)(5)处于形变和塑变状态的各类岩石和地质体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

25、仍然处于形变和蠕变状态的各种地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质体(包括从晶格变形到大规模的岩石形变和位移包括从晶格变形到大规模的岩石形变和位移)等。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(或成矿流体或成矿流体)密切相关。密切相关。第20页，共66页，编辑于2022年，星期一四、地壳中流体的形成四、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，地壳中这些流体是前面我们讨论了地壳

26、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。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；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；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

27、质作用过程中，会释对变质岩来说，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。放出变质流体。1第21页，共66页，编辑于2022年，星期一 这说明地壳中的三大岩类在其形成过程中，均包含着这说明地壳中的三大岩类在其形成过程中，均包含着“去流体去流体”作用。因此，地壳中各种地质作用中的作用。因此，地壳中各种地质作用中的“去流体去流体”过程是流体的一个过程是流体的一个很重要的来源。很重要的来源。1 1沉积物的沉积物的“去流体去流体”作用作用 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

28、运到湖泊、海洋中，经物理和化学分异作用后，沉积下作用，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“去水作用去水作用”。第22页，共66页，编辑于2022年，星期一 下面我们以页岩为例，讨论沉积物在压实过程中释放出

29、流体的情况。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23页，共66页，编辑于2022年，星期一 页岩的压实作用和地下的物理化学条件、深度、孔隙度有关。页岩的压实作用和地下的物理化学条件、深度、孔隙度有关。压力压力(即上覆沉积物厚度即上覆沉积物厚度)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()()和页岩中流体的和页岩中流体的压力压力()()。如果如果 ，这时压实作用进行得很好；，这时压实作用进行得很好；如果如果 ，则压实作用处于平衡状态；，则压实作用处于平衡状态；如果如果 ，则压实作用就很难进行。，则压实作用就很难进行。第24页，

30、共66页，编辑于2022年，星期一 孔隙度孔隙度 孔隙度也是反映压实作用孔隙度也是反映压实作用最有用的因素。在压实过程中，最有用的因素。在压实过程中，页岩的孔隙度与深度成反比。页岩的孔隙度与深度成反比。图表明孔隙度与深度的关系。图表明孔隙度与深度的关系。从图中可知，在地表孔隙率为从图中可知，在地表孔隙率为7070的页岩，下沉到的页岩，下沉到22862286米的米的深度时，其孔隙率只有深度时，其孔隙率只有2020(图图中曲线中曲线6)6)。(据据 Rieke and Chilingarina Rieke and Chilingarina，1974)1974)第25页，共66页，编辑于2022年，

31、星期一 过渡时间过渡时间 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：间。过渡时间与孔隙度的关系可用下式表示：式中，式中，过渡时间，过渡时间，s/ms/m；地层水的过渡时间，地层水的过渡时间，s/ms/m；岩石物质的过渡时间，岩石物质的过渡时间，s/ms/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。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26页，共66页，编辑于2022年，星期一例如，对于一个孔隙度为例如，对于一个孔隙度为30%30%的石英砂岩，其的

32、石英砂岩，其则则第27页，共66页，编辑于2022年，星期一 K KMagaraMagara（1978）对日本对日本长冈平原泥页岩长冈平原泥页岩第三纪页岩的孔隙第三纪页岩的孔隙度与过渡时间的关系作过详细研究。度与过渡时间的关系作过详细研究。1 1、孔隙度越大，过渡时间越长。孔隙度越大，过渡时间越长。例如孔隙度为例如孔隙度为=40=40，则其过渡时间为，则其过渡时间为475.7s475.7smm；而当孔隙度为；而当孔隙度为2020时，则其过渡时间为时，则其过渡时间为344.5s344.5smm。第28页，共66页，编辑于2022年，星期一 当深度从当深度从1029.08m1029.08m增加到增

33、加到3701.49m3701.49m时时(增加了增加了2672.41m)2672.41m)，密度增加了，密度增加了0.42g0.42gcmcm3 3，而孔隙度则从，而孔隙度则从39.0039.00降到降到14.6014.60(=24.40(=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。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。、埋深越大，岩石的密度增加，孔隙度减少，过渡时间越短。下下表为日本长冈平原的泥页岩表为日本长冈平原的泥页岩 GS GS1 1岩心的样

34、品分析岩心的样品分析深度(m)密度(g/cm3)孔隙度(%)过渡时间(s/m)1029.081029.232.0039.00475.71609.41609.602.1133.15416.71808.631808.762.1326.56426.52150.652150.852.2724.60357.62296.002296.202.2224.26374.02443.462443.662.2423.08360.92607.162607.332.2621.82334.63062.773062.982.2819.60324.83205.363205.532.3218.80311.73505.25350

35、5.462.3515.90341.13701.293701.492.4214.60301.8第29页，共66页，编辑于2022年，星期一 2 2、变质作用所放出的流体、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。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。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

36、岩石中在变质作用过程中，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。原存的孔隙水和挥发分进一步被释放出来。第30页，共66页，编辑于2022年，星期一 沉积岩在不同的变质阶段，它们释放出流体的量也有差别。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。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1520绿片岩相341.21.6亿吨角闪岩相0.71.03000万吨麻粒岩相0.35700万吨第31页，共66页，编辑于2022年，星期一 变质作用中流体的另一个来源是矿物晶格中的化合水变质作用中流体的另一个

37、来源是矿物晶格中的化合水(包括结晶水和结包括结晶水和结构水构水)，它们一般在温度大于，它们一般在温度大于450450的条件下，由矿物晶格破坏而逐渐被释的条件下，由矿物晶格破坏而逐渐被释放出来。放出来。例如：例如：Mg(OH)2 MgO +H2O 水镁石水镁石 方镁石方镁石 流体流体 KAl3Si3O10(OH)2 +SiO2 KAlSi3O8 +Al2SiO5 +H2O 水云母水云母 石英石英 钾长石钾长石 红柱石红柱石 流体流体 CaCO3 +SiO2 CaSiO3 +CO2 方解石方解石 石英石英 硅灰石硅灰石 流体流体 在这些变质反应中，均可放出在这些变质反应中，均可放出HH2 2O O

38、、C0C02 2等流体，称之为变质流体。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。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32页，共66页，编辑于2022年，星期一 3 3、岩浆作用中所放出的热液、岩浆作用中所放出的热液 据研究，各类岩浆中都含有据研究，各类岩浆中都含有HH2 2OO、COCO2 2和其它挥发分。流和其它挥发分。流体量大约在体量大约在5 56 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，形成会释放出来，形成岩浆热液岩浆热液。这种热液可以位于岩浆的顶部，。这种热

39、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。也可以进入构造裂隙中，形成各种各样的脉体。第33页，共66页，编辑于2022年，星期一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。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，由图可见，在温度为在温度为900900，压力在，压力在30003000巴的温压条件下巴的温压条件下 (相当于距地表相当于距地表101012Km12Km处处)，溶解在岩浆中的，溶解在岩浆中的H H2 2OO量达量达7.5%7.5%；当压力减小到；当压力减小到500500巴巴(相当于距地表相当于距地表2Km2Km处处)时，时，岩浆中岩

40、浆中HH2 2OO含量降到含量降到2.75%2.75%。由此可见，随着岩浆侵位上由此可见，随着岩浆侵位上升至距地表升至距地表2Km2Km处，将有处，将有4.25%4.25%的流体从花岗岩浆中释放出来。的流体从花岗岩浆中释放出来。第34页，共66页，编辑于2022年，星期一 4 4构造作用对流体的影响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。泉、热点

41、、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。了理论依据。第35页，共66页，编辑于2022年，星期一 哪些地质构造对流体的流动、迁移影响最大哪些地质构造对流体的流动、迁移影响最大?除了板块构除了板块构造外，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，移的通道。例如，深大断裂构造。深大断裂构造。在古老变质岩中的剪

42、切裂隙带是许多变质流体流动的通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。道。此外，沉积岩的层面及沉积岩与火成岩体的接触带常是此外，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。良好的流体流动的通道。第36页，共66页，编辑于2022年，星期一 综上所述，综上所述，在地壳中进行的三大地质作用在地壳中进行的三大地质作用 沉积作用、变质沉积作用、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。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

43、境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。有很大的不同。但它们都是地质过程的产物。第37页，共66页，编辑于2022年，星期一五、地壳中流体的分类五、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。地壳中的流体可按其化学成分、产状及成因来分类。1 1化学成分分类化学成分分类 按照流体的化学成分，地壳中的流体主要包括如下几类：按照流体的化学成分，地壳中的流体主要包括如下几类：(1)(1)岩浆岩浆硅酸盐流体；硅酸盐流体；(2)H (2)

44、H2 2O O；(3)H (3)H2 2O-NaClO-NaCl，这里，这里NaClNaCl代表溶于水中的所有盐类；代表溶于水中的所有盐类；(4)H (4)H2 2OONaClNaClCOCO2 2；(5)(5)有机流体，如，石油和天然气等。有机流体，如，石油和天然气等。第38页，共66页，编辑于2022年，星期一 2 2产状和成因分类产状和成因分类 (1)(1)岩浆热液；岩浆热液；(2)(2)变质流体；变质流体；(3)(3)海水海水(大洋海水大洋海水)；(4)(4)热卤水热卤水(包括原生水和同生水包括原生水和同生水)；(5)(5)地下水地下水(包括大气降水包括大气降水)；(6)(6)石油和天

45、然气；石油和天然气；(7)(7)硅酸盐岩浆。硅酸盐岩浆。下面重点介绍几种流体。下面重点介绍几种流体。第39页，共66页，编辑于2022年，星期一1 1、海水、海水 海洋是地球上最大的水库，同时海洋是地球上最大的水库，同时也是也是个最大的缓冲库。地球上每时个最大的缓冲库。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，这种过程示意机械和化学沉积作用，这种过程示意右图。右图。从图中可见，海水中的物质可能从图中可见，海水中的物质可能有有8 8种来源，其中最大的来源是河水。种来源，其中最大的来源是

46、河水。据计算，每年从河流搬运到海洋中的水据计算，每年从河流搬运到海洋中的水量有量有3103109 9g g，携带的已溶物质携带的已溶物质和和悬浮沉积物物质总量悬浮沉积物物质总量为为2.2102.2101616g g。其中。其中已溶物质已溶物质4104101515g g，悬浮沉积物为悬浮沉积物为1.8101.8101616g g。由于各种营力所造成的进出海洋的物质由于各种营力所造成的进出海洋的物质的质量的质量 图中质量单位为图中质量单位为10101414g/ag/a，每年海洋净增，每年海洋净增的质量为的质量为25010250101414g g，其中，其中90%90%来自河水。来自河水。第40页，

47、共66页，编辑于2022年，星期一(1)(1)化学成分特点化学成分特点 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NaNa+，MgMg2+2+，CaCa2+2+，K K+；阴离子按其浓度或含量的次序为；阴离子按其浓度或含量的次序为ClCl-，SOSO4 42-2-，HCOHCO3 3-和和BrBr-。而最丰富的是。而最丰富的是NaNa和和ClCl，这两者的含量占海水中所含元素总量的，这两者的含量占海水中所含元素总量的8585以上以上(除除H H2 2O O外外)。因此，我们把海水视。因此，我们把海

48、水视为为NaClHNaClH2 2O O体系。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0.5SiO260.1总计34457第41页，共66页，编辑于2022年，星期一(2)(2)同位素组成同位素组成 现代大洋水的现代大洋水的H H和和O O同位素组成相对说是十分均

49、匀的；其同位素组成相对说是十分均匀的；其D=+5D=+57 7，1818O=+0.5O=+0.51.01.0。其平均值近似为：。其平均值近似为：D=0D=0，1818O=O=0.00.0，把，把D=0D=0和和1818O=0.0O=0.0定义为大洋水的标准值，叫做定义为大洋水的标准值，叫做SMOWSMOW，这个，这个值只在特殊的情况下才有大的变化。值只在特殊的情况下才有大的变化。例如，例如，在高纬度冰川地带，冰熔化流人海洋使近海水的在高纬度冰川地带，冰熔化流人海洋使近海水的DD和和1818O O数值降数值降低低 与与海洋海洋连通的有限海连通的有限海，由于蒸发作用而使，由于蒸发作用而使D D和和

50、1818O O值升高值升高(如，如，红红海海水海海水)半封闭海，由于大气降水的流入而使半封闭海，由于大气降水的流入而使D D和和1818O O值降低值降低(如如，黑海、波黑海、波罗的海的海水罗的海的海水)第42页，共66页，编辑于2022年，星期一2 2、大气降水、大气降水 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大气降水在降落时溶解了大气中的COCO2 2，O O2 2，N N2 2和其它气体。由于和其它气体。由于COCO2 2溶于水，在水中可形成溶于水，在水中可形成COCO3 32-2-和和HCOHCO3 3