高溫高壓水流體在地球內(nèi)部及海底廣泛存在，其與礦物、巖石、礦石、熔體及流體之間存在廣泛而豐富的相互作用。在不同溫度、壓力條件下探索水流體的組成、結(jié)構(gòu)、性狀以及與其它物質(zhì)間的相互作用因此成了高溫高壓實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)的基本研究?jī)?nèi)容之一。高溫高壓水流體的組成，按其內(nèi)涵，包括水流體的相數(shù)、相態(tài)、各物相的化學(xué)組成及賦存形式，其中，各物相的化學(xué)組成則是內(nèi)涵的基本要素。目前，高溫高壓水流體化學(xué)組成查定通常有兩條途徑，即各種分析系統(tǒng)與高壓水熱裝置的對(duì)接和原位取樣分析。但在前一途徑中，由于分析系統(tǒng)都必須與高溫高壓實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)接，因此不可避免地存在測(cè)量精度、使用的溫壓條件以及使用場(chǎng)合等方面的限制。而在后一途徑中，由于對(duì)樣品進(jìn)行的是離位分析，因此既不受分析條件和場(chǎng)合的限制，而且可達(dá)到高的精度，因此高溫高壓原位取樣技術(shù)一直以來(lái)是人們實(shí)驗(yàn)研究高壓水熱流體化學(xué)組成過程中廣泛采用的方法。迄今為止，人們發(fā)明的原位取樣技術(shù)主要包括:原位取樣閥技術(shù)，人工包裹體原位取樣技術(shù)，內(nèi)置式針閥或螺紋密封取樣器技術(shù)。但原位取樣閥技術(shù)存在樣品組成丟失和取樣過程導(dǎo)致的溫壓波動(dòng)問題;人工包裹體原位取樣技術(shù)經(jīng)常存在各包裹體的組成彼此不均一和無(wú)法用于動(dòng)力學(xué)測(cè)量的問題;內(nèi)置式針閥或螺紋密封取樣器技術(shù)則存在樣品污染、工作溫度壓力受限、氣體組分可能丟失、淬火過程中取樣器中樣品可能泄露以及在氣（汽）-液兩相共存時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)氣（汽）相的單相態(tài)取樣等問題。不僅如此，方解石是地球內(nèi)部含量豐富的礦物之一，在地球內(nèi)部廣泛存在方解石在高溫高壓水流體中的溶解反應(yīng)，其溶解度是解決各種地球科學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中理論和實(shí)際問題必須已知的基本的數(shù)據(jù)。然而，盡管目前有關(guān)方解石在高溫高壓水流體中溶解度的實(shí)驗(yàn)研究已有一些報(bào)道，但仍存在不少空白，且由于所采用的原位取樣技術(shù)不同程度地存在缺陷，已有工作的可靠性仍有待提高。基于上述高溫高壓原位取樣技術(shù)和方解石在高溫高壓水流體中溶解度的極端重要性，針對(duì)目前各種原位取樣技術(shù)所存在的缺陷和方解石溶解度研究的諸多不足，本工作在國(guó)際上成功地研發(fā)出用于高壓釜中流體樣品的原位、快速、組成無(wú)損及單相態(tài)原位取樣技術(shù)，并采用該新技術(shù)，在國(guó)際上獲得了方解石在臨界點(diǎn)附近的高溫高壓純水體系中的溶解度。主要工作包括:　　

1、基于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功地實(shí)現(xiàn)了可與高溫高壓原位取樣系統(tǒng)對(duì)接的高壓釜的設(shè)計(jì)與制作。其中，高壓釜的釜體為兩端敞開的不銹鋼加鈦合金內(nèi)襯的圓筒，兩端各配一用于多功能高壓釜的流體原位取樣技術(shù)及其在方解石溶解度測(cè)量中的應(yīng)用個(gè)自緊式釜塞密封，其中一個(gè)釜塞用于進(jìn)樣和釜內(nèi)的壓力控制，另一釜塞用于裝載原位取樣系統(tǒng)。　　

2、基于對(duì)原位測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成部件的巧妙設(shè)計(jì)以及線密封和“O”型密封技術(shù)的巧妙利用，成功地實(shí)現(xiàn)了原位取樣系統(tǒng)與高壓釜的對(duì)接以及高溫高壓下原位取樣系統(tǒng)在高壓釜內(nèi)取樣時(shí)的內(nèi)部熱密封和工作過程中的外部冷密封。在該技術(shù)中，原位取樣系統(tǒng)由置于高壓釜內(nèi)的帶插孔基座、帶插柄的取樣器、帶插孔的取樣器密封蓋、帶插孔的旋鈕力桿、插銷及若干密封件組成，其中帶插孔的旋鈕力桿一部分位于高壓釜內(nèi)，另一部分位于高壓釜外的低溫常壓區(qū)。在取樣過程中，通過在高壓釜外部旋轉(zhuǎn)旋鈕力桿可實(shí)現(xiàn)高壓釜內(nèi)取樣器在高溫高壓狀態(tài)下的實(shí)時(shí)、快速和原位的取樣密封;通過調(diào)節(jié)取樣器插柄的高度可實(shí)現(xiàn)多相共存體系中單相態(tài)流體的原位取樣;由于自取樣器密封一直至高壓釜淬火卸壓后取樣器的取出，整個(gè)過程取樣器一直處于密封狀態(tài)，因此該技術(shù)具有取樣過程中樣品組成無(wú)損的優(yōu)勢(shì)。　　

3、利用本工作新研發(fā)出的高溫高壓原位取樣技術(shù)，在前人尚未曾涉及的375-500℃、300-650 bar溫、壓范圍內(nèi)，成功地對(duì)方解石在高溫高壓純水體系中的溶解度進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明，當(dāng)壓力固定在650 bar時(shí)，方解石溶解度在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的某一溫度點(diǎn)之前隨溫度的增加下降，在該溫度點(diǎn)之后則隨溫度的升高而增加。在溫度為400℃和450℃的條件下，方解石溶解度隨壓力的變化略微有不同，其中在400℃時(shí)，方解石溶解度隨壓力變化有升高的趨勢(shì)，在450℃時(shí)，則略微降低。基于礦物溶解度與超臨界水密度之間的關(guān)系，結(jié)合超臨界水的狀態(tài)方程，本工作對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出了合理的解釋。　　

綜上所述不難看出，本工作中研發(fā)出的高溫高壓原位取樣技術(shù)不僅兼具目前已有各種原位取樣技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，而且可克服現(xiàn)有技術(shù)的各種弊端。可以預(yù)測(cè)，該技術(shù)在未來(lái)高壓水熱實(shí)驗(yàn)的流體相化學(xué)組成查定研究中必將扮演重要的角色。不僅如此，本工作利用新研發(fā)出的高溫高壓原位取樣技術(shù)所獲得的方解石在超臨界水中的溶解度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白，而且具有很高的可靠性。