透明内热高压容器原位表征岩浆挥发相与熔体地球化学行为的新方法

为解决岩浆挥发相(MVPs)原位采样与表征难题，法国ISTO与Institut Néel联合研发透明内热高压容器(T-IHPV)，首次实现浅层岩浆条件下熔体-MVPs体系的原位XAS分析，揭示Br在分化体系中高效分配(DBr MVP/melt ≈41)及水合Br物种稳定性，为火山监测与成矿机制研究提供新工具。

　　

在地球深部岩浆系统中，挥发组分（如H₂
O、CO₂
、S、Cl等）的化学行为深刻影响着火山喷发动力学与矿床形成过程。然而，这些被称为岩浆挥发相(Magmatic Volatile Phases, MVPs)的高温流体在自然体系中难以捕获，其实验室研究长期受限于采样技术瓶颈——传统淬火法导致溶质沉淀，而流体包裹体(SFLINCs)技术又无法适用于高反应性体系。更关键的是，现有手段难以揭示MVPs在高温高压条件下的真实化学形态，这严重制约着火山脱气模型与成矿理论的精确构建。

针对这一科学难题，法国奥尔良地球科学研究所(ISTO)与格勒诺布尔Institut Néel的Marion Louvel团队创新性地开发了透明内热高压容器(Transparent Internally-Heated Pressure Vessel, T-IHPV)。该装置通过铍窗设计实现同步辐射X射线吸收光谱(XAS)原位观测，首次在典型浅层岩浆条件(800°C/100MPa)下，成功解析了Br、Sr等元素在花岗质熔体-MVPs体系中的分配规律与化学形态，相关成果发表于《Journal of Volcanology and Geothermal Research》。

研究团队采用三大关键技术：(1)优化设计的T-IHPV系统，配备Mo丝加热元件与双热电偶校准，实现1200°C/200MPa的稳定控制；(2)同步辐射XAS技术，在BM-30B线站采集Br K边(13.474keV)与Sr K边(16.105keV)数据，结合荧光探测与透射模式定量元素浓度；(3)电子探针(EPMA)验证淬火样品成分，通过Al-Br谱线干扰校正确保数据准确性。

【3.1 技术实现】
T-IHPV的核心创新在于其340×150mm²
水冷高压腔体与三个4.5mm铍窗设计，配合10cm长玻璃碳样品池实现光学透明性。实验采用"熔体固定-流体浮动"的加载方式：将1.5mm直径硅酸盐玻璃珠置于下部活塞凹槽，上部活塞自由移动以补偿热膨胀，确保X射线路径始终穿过纯熔体或纯MVP相区。

【4.1 Br分配行为】
XAS定量显示MVP中Br浓度稳定在7897-8400ppm(650-800°C)，而淬火熔体EPMA测得Br仅192ppm，计算得出分配系数D_Br
^MVP/melt
=41.1±12.3。这一数值显著高于前人报道的流纹英安岩(D≈20)与钠长石熔体(D≈17.5)数据，证实岩浆分异程度(SiO₂
含量)与降温会增强Br向挥发相的富集。XANES谱特征排除了Br₂
与HBr主导的可能性，表明白线强度降低反映[Br(H₂
O)_n
]^-
(n<6)水合离子的部分脱水或[NaBr(H₂
O)_x
]中性络合物形成，挑战了火山羽流中HBr直接来源于深部岩浆的传统认知。

【4.2 Sr熔体赋存】
Sr在MVP中浓度低于10ppm检测限，熔体中保持~1wt%稳定浓度，印证其"难挥发"特性。EXAFS拟合揭示熔体中Sr以SrO₅
配位(2.51?)存在，区别于过碱性熔体报道的SrO₇
结构(2.60?)，表明熔体成分显著影响微量元素局域环境。

这项研究突破性地建立了MVPs原位分析新范式，其科学价值体现在三方面：(1)技术层面，T-IHPV填补了HDAC(仅适<1GPa)与传统IHPV(缺乏原位观测)之间的技术空白，未来耦合Raman、SAXS/WAXS等多谱学联用可全面解析C-O-H-S-N物种行为；(2)理论层面，发现Br以水合形态而非HBr迁移，修正了火山卤素释放模型，对评估平流层臭氧耗损具有启示意义；(3)应用层面，41的D_Br
^MVP/melt
值为岩浆热液型矿床卤素富集机制提供定量约束，而Sr熔体配位环境差异为理解微量元素熔体赋存规律开辟新视角。研究团队计划进一步拓展至安山质-玄武质熔体体系(1000-1200°C)，并探索Cu、Au等成矿金属的MVP络合形态，这些进展将推动从原子尺度理解岩浆脱气与成矿作用的统一理论框架构建。