成岩成矿机理的实验与计算地球化学约束

我会地球动力学专业委员会组织主持本次年会第3专题《成岩成矿机理的实验与计算地球化学约束》。分会场参与交流人数30人，交流报告24个，特邀报告3个。本专题内容涉及以下几方面：高温高压实验岩石学与实验地球化学、计算地球化学领域研究进展和实验技术的进展；高温高压条件下岩石的流变学性质与克拉通破坏；不同性质熔（流）体-岩石相互作用与岩石圈地幔深部作用过程研究；高温高压条件下岩石和矿物的相变和物性研究；流体包裹体的热动力学计算与模拟和对成矿作用机理的制约等。

报告总结了相关领域近年来的研究进展和我国实验矿物岩石地球化学方面取得的可喜进步。（1）实验地球化学方面。高温高压条件下矿物稳定性、矿物溶解度和矿物与熔体之间微量元素分配系数等与大陆壳TTG及adakite岩石成因的实验研究，修正了大陆壳TTG岩石成因的传统认识（Xiong et al., 2005,2006，2009，2011）；（2）高温高压条件下岩石与矿物的流变学方面。高温高压流变学实验直接模拟矿物和岩石在不同物理和化学条件下的变形行为和变形显微构造，研究岩石圈流变强度和变形物理机制，探讨岩石圈构造变形的动力学过程，可以为天然变形岩石研究和地球物理观测成果解释提供重要的印证和约束（Zhang et al., 2004，2006，2007）；（3）金刚石压腔实验技术在地球内部流体研究中的应用。以北京大学为代表的研究小组在该领域已经取得了很好的成果，涉及高温高压下流体的状态方程实验测量方法研究、流体参与的矿物相转变实验观察和研究、两组分流体的相关系观察和相关系的研究、高温高压下无机物-有机物的转变实验研究、高温高压下水与矿物之间氢和氧同位素的实验研究和高温高压下矿物在水溶液中的溶解度研究等方面。（4）地幔钙钛矿型化合物结构相变：首次发现立方钙钛矿结构化合物的等结构相变现象。该成果发表在美国科学院院报（PNAS）。

计算地球化学方面，我国也取得了一系列在国际上具有影响力和显示度的成果，主要表现在：1）段振豪研究组系统地建立了地质流体的理论模型，预测了各种主要地质流体在地球内部的性质和行为。这些模型不仅重现了全世界上百个实验室半个世纪以来发表的6万多个实验数据，而且预测范围超出了实验包含的温压和成分范围，使原有大量实验数据的应用价值增加至少一倍。其预测能力得到国际上多个实验室验证、被写入多个国际通用软件、并被大量推广到流体包裹体、天然气水合物等诸多实际应用中。近五年来，这些成果以二十余篇SCI文章的形式发表在Geochim. Cosmochim. Acta、Chemical Geology、Journal of Chemical Physics、Energy & Fuels等国际权威刊物上。2）刘耘研究组运用量子化学从头算方法对稳定同位素分馏进行了系统研究。近来，该研究组瞄准非平衡统计力学的最新理论，进行了一些非平衡过程稳定同位素分馏计算的探索工作，将大大拓展理论计算方法在同位素分馏研究方面的应用范围。3）从第一性原理模拟到热力学建模，运用多尺度方法研究矿物的高温高压性质，为理论预测矿物相态、地震波速、各向异性等重要特性提供了行之有效的研究手段。

学科今后的发展方向: 地球深部条件下的C-H-O等元素的循环、定量流变学实验研究、极端条件下岩石矿物的相变与物性研究、地球深部流体与熔体性质的实验与理论建模工作、流体-熔体以及熔体-矿物相互作用的多尺度计算与实验研究、元素地球化学行为的实验地球化学研究等。