上地幔C-H-O-S流体物理化学性质及其与岩石或熔融体之间的相互作用：多尺度计算机模拟与模型

"华北克拉通"破坏机制是重大科学问题。 过去的工作已大大加深了对这一问题的认识，但远没有一致的结论。 加强流体方面的研究也许能促使这一研究的深入。如吴福元等（2008）指出："未来一段时间内，加强流体作用的研究对我们深化华北克拉通破坏与岩石圈减薄有非常重要的意义"。本项目拟通过分子和量子水平上的计算机模拟，以及在模拟和实验的基础上发展热力学模型来开展如下研究工作:（1）建立深部C-H-O-S流体的状态方程并推导流体的化学位、逸度、PVT、热焓等; (2)预测不同温度、压力和氧逸度条件下的流体化学组成；（3）建立主要流体（H2O、CO2、SO2及其混合物）在硅酸盐熔融体中的溶解度模型；（4）建立水-气-岩石（准玄武岩、蛇绿碳酸岩、水化的橄榄岩、泥灰岩、榴辉岩和二辉橄榄岩）体系的平衡模型， 在此基础上分析板块俯冲过程中的脱水脱气反应和克拉通破坏的物理化学机制。

以C-H-O-N-S和各种水化金属离子为主要成分的地质流体，既是物质运动和元素全球循环的载体, 也是能量传输的重要媒介。流体所发挥的作用，是解决包括华北克拉通破坏机制在内的许多科学问题的关键。围绕C-H-O-N-S流体体系的物理化学性质及其与熔体/矿物的相互作用，项目组在以下方面取得了重要进展：（1）借助实验和多尺度模拟手段，综合利用热力学原理，重点对C-H-O-N-S-卤水体系进行了深入研究，建立了流体体系一系列准确的地球化学热力学模型，这些模型能在宽广的温压组成空间中预测流体体系的密度、逸度、化学势、溶解度和物种平衡等各种物理化学性质，探讨了不同温度、压力和氧逸度条件下的流体化学组成及其对矿物平衡的影响，这些模型很多已得到较多的引用和应用；（2）基于上述流体热力学模型，利用实验方面的最新进展，建立了CO2-H2O在熔体中的溶解度模型，该模型能准确重现温度高达2003K、压力高达3GPa、从超基性到酸性成分的熔体中CO2-H2O溶解度实验数据，对定量研究克拉通破坏过程中流体活动有重要意义；（3）利用分子动力学模拟方法，研究了流体/挥发份在熔体中的微观存在形式和反应产物的物理化学性质，大大拓展了流体活动性质的温压空间，并从微观上提出了流体/挥发份在熔体中的溶解机制；（4）在本项目研究的基础上，建立了流体物理化学性质在线计算平台，得到广泛关注并应用于各种地球化学相关研究中。在本项目的支持下，项目组共发表取得了21篇期刊论文和5篇会议论文，其中14篇发表在影响因子大于2的国际重要SCI期刊中；共培养了7名博士研究生和4名硕士研究生。