地球按其物理和化學性質可以分為若幹層圈:大氣圈,生物圈,水圈和岩石圈等。固體的地球又可以分為地殼、地幔和地核。不管如何劃分,在地球的各個層圈中均有流體存在。一個幹的地球和一個有流體的地球,差別是十分明顯的,例如許多星球上沒有水這個流體因而不存在生物。簡而言之,是流體給地球帶來了生機。本章扼要地討論地球中的流體,並把重點放在地殼中的流體上。這是因為目前對地球詳細進行地質研究的部分是地殼,能開采的礦床也集中在地殼。大氣圈、生物圈和水圈中充滿了流體,地幔中也有流體,但在本章中不作為重點來討論。
1.1流體的定義
簡單地說,流體是能流動的物體,這是基於其流動的性質而言。日常生活中離不開的水,是流體的一種。
如果按照物質的狀態來分,可以把物質分成三態:固態,液態和氣態。根據其流動性,物體的氣態和液態是流體,而固體則不是。這顯然不全麵。因為呈固態的物體在受力時也可發生形變,從而產生流動。流體的流動可以是大規模的,例如大陸範圍內的移動;沉積盆地內的移動;也可以是極小範圍內的,例流動和擴散。
本書的目的是討論成礦流體,因而對流體的定義要側重於從地質的角度來考慮。從地質上講流體不是單獨存在的,它們是與礦物、岩石在一起的。那麼什麼是我們所要研究的流體呢?采納(1979)的建議,用流變學的術語,並從地質情況來進行考慮。也就是說看一個物體是不是流體主要根據其流變性質:如果一個體係在應力或外加力的作用下能發生流動或形變,並且與周圍物質處於相對平衡下,就把它叫作流體,換句話說,當一個應力作用到一個物體上時,這個物體會改變它的大小、形狀和組成。但實際上,我們所研究的流體主要是指以液態和氣態存在的物質。
在考慮地質過程時,時間和空間因素對流體性質的影響也十分重要。因為在地殼中的許多岩石是經過漫長的地質作用而發生形變的產物,對於這些岩石來說時間因素對它們的形變是起決定性作用的。如果把統計力學理論應用到地質上,特別是應用到晶體中原子從它們的晶格位置發生位移,並遷移到晶體內低應力或低能量區時,就可以用數學方程式來闡明結晶物質的流動:
1.2地球中的流體
按照定義,地球中的流體有以下幾種:呈氣體狀態的流體一一大氣圈,以及存在於礦物、岩石、生物圈中的氣體。
呈液體狀態的流體水圈中的流體(海水、河水、湖水、地下水、雨水、原生水、岩漿水、地層鹵水岩漿以及存在於流體包裹體中的流體。被固定在礦物的晶格中或晶格之間的流體,就是常說的揮發份或結晶水。
地球中的流體分布在大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈中。在大氣圈中的流體是以氣體形式存在的,在水圈中則呈液態。在生物圈中的狀況比較複雜,有呈液體的,也有呈氣體的。在岩石圈中的流體以氣體、液體和固體狀態存在,本書著重研究岩石圈中以氣體和液體存在的部分。已知在上地幔中,流體有岩漿、設置和在地殼中則主要為岩漿。作者在研究南極地區的玄武岩時發現,在這種來自上地幔的玄武岩中存在除岩漿以外的流體。
在地球各層圈中的流體並不是截然分開的,它們之間每時每刻都在進行著各種相互作用和循環。例如海氣交互作用;岩石和水的相互作用;海水蒸發人大氣圈,然後又以雨水降到大地等。