二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应速率和氢气形成的影响
摘要
橄榄石热液蚀变影响地球动力学和俯冲带挥发分(如水和碳)的再循环. 二氧化硅是地质流体的重要成分之一. 已有实验研究主要采用H<sub>2</sub>O或者盐溶液作为初始物与橄榄石反应, 而对二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应和氢气形成的影响缺乏认识. 本文在300~515℃和3.0kbar条件下开展水热实验(1bar=10<sup>5</sup>Pa), 考察均匀混合的橄榄石和二氧化硅粉末与盐溶液(0.5mol L<sup>−1</sup>的NaCl)反应产物和过程. 使用傅里叶红外光谱分析建立标准曲线, 测定了实验产物中蛇纹石和滑石的比例. 结果显示, 二氧化硅可以显著影响橄榄石的热液蚀变反应路径、反应速率和氢气的形成. 在300℃、SiO<sub>2</sub>含量为10wt%时, 7天后橄榄石热液蚀变形成蛇纹石(占6.5%)和滑石(占12%). 延长反应时间, 蛇纹石和滑石并没有明显增加. 形成蛇纹石的反应方程式为: 4.5橄榄石+5.5SiO<sub>2</sub>+4H<sub>2</sub>O=蛇纹石. 当初始物中SiO<sub>2</sub>增加至20wt%以上时, 橄榄石热液蚀变形成滑石. 当SiO<sub>2</sub>含量从20wt%增至40wt%时(反应时间均为14天), 实验产物中的滑石含量从43%增加至77%, 表明反应速率随着SiO<sub>2</sub>含量的增加而加快. 形成滑石的反应方程式为: 3橄榄石+5SiO<sub>2</sub>+2H<sub>2</sub>O=2滑石. 其他温度下的实验得到类似的实验结果. 在300℃, SiO<sub>2</sub>导致热液蚀变产生的氢气浓度降低了1~2个数量级, 对应的氧逸度(logƒO<sub>2</sub>)为∆FMQ-0.96~∆FMQ-3.41(FMQ为铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲的氧逸度值).