高温高压实验室

一、实验室简介

中国地质科学院矿产资源研究所高温高压实验室，聚焦稀有、稀土等战略性关键金属成矿机制，以高温高压成矿模拟与高精度原位分析为核心技术，打造“实验模拟-理论创新-找矿突破”全链条研究体系。实验室配备热液金刚石压腔（HDAC-VT/VII型）、冷封式高压釜、活塞-圆筒压机等系列高温高压装置，温压范围覆盖全地壳至上地幔尺度，可系统开展从低温热液到高温熔体体系的成岩-成矿过程模拟及其相关微区组构分析。实验室积极面向国内外科研单位、高校及勘查企业开放合作，意向合作领域包括：高温高压实验技术联合研发与设备共享、激光拉曼原位分析测试服务、深部成矿模拟与成矿机制研究、关键金属找矿预测与勘查示范项目联合申报等。诚邀国内外相关领域团队携手，共同推动深地科学创新与战略性矿产资源勘查突破。

二、实验室设备

（一）热液金刚石压腔（HDAC-VT和HDAC-VII型）

仪器管理员：刘永超博士

邮箱：yongchao.liu@cags.ac.cn

联系电话：18634019068

图1 热液金刚石压腔及其配套实验系统

热液金刚石压腔（HDAC）是实验室开展深部成矿过程模拟的核心装置，可在-190 ℃至1200 ℃、0 至 10 GPa的温压范围内精确模拟从地壳浅部至上地幔深度的热液与熔体体系。该设备通过对顶式金刚石砧及高精度密封系统，在微米级样品腔内实现高温高压流体的原位观测与实时分析。实验室目前配置两类自主研发设备：

HDAC-VT型（高温系统）：以金属铼片为密封垫片，形成直径500~1000 µm的样品腔。采用缠绕于碳化钨底座外部的电阻丝进行加热，配合K型热电偶实时监测温度，控温稳定性达±0.1 ℃。实验过程中通入氩-氢混合气体保护，防止高温氧化。压力通过H₂O‑NaCl等体系状态方程进行标定。系统支持与激光拉曼光谱仪、显微成像系统联用，实现对高温高压条件下流体相变、矿物生长与反应路径的原位动态监测。

HDAC- VII型（冷冻系统）：在高温系统基础上集成闭环制冷系统，通过液氮罐与高纯氮气瓶实现快速降温和精确控温。温度控制器与气冷控制器联动，支持在-190 ℃至室温范围内以0.1–100 ℃/min的可编程速率进行升降温，控温精度±0.2 ℃。该系统特别适用于研究低温热液体系中的冰点校准、盐度测定及等容线测定等。

图2热液金刚石压腔（HDAC-VT型）结构示意图

（二）冷封式高压釜（GLMS15KW）

仪器管理员：严清高博士

邮箱：qinggaoy@pku.edu.cn

联系电话：18788536015

图3 冷封式高压釜及其配套实验系统

冷封式高压釜是本实验室开展地壳尺度高温高压成矿模拟的核心装备之一，可在压力≤300 MPa、温度≤900℃（液体增压）或≤1100℃（气体增压）的范围内，精确模拟深部岩浆‑热液体系的热力学与动力学过程。该设备主要用于元素在熔体‑流体相间的分配行为、矿物结晶序列、水热反应等系列探索成矿元素迁移富集机制的实验研究。

设备主要由空压机、增压泵、高压反应釜、加热炉及计算机控制系统构成。核心部件为高强度镍基合金高压反应釜，采用冷封式设计，实现高温高压区的安全隔离。利用空压机与增压泵将水或氩气压缩进入高压釜内，形成高压环境，并通过高精度减压阀与传感器进行闭环调节，实验过程中压力波动范围可控制在5 MPa以内。通过管式加热炉对高压釜进行加热，使得釜内保持高温环境，控温精度达±4℃。支持温度‑压力多阶段、线性/非线性编程运行，可模拟地质过程中温压条件的连续演变。实验样品封装于内径4.4 mm的黄金或铂金管中，通过磁力吸附送样支架管将样品管精准送入釜体高温均热区进行实验。实验结束后，通过磁力吸附装置将样品管在2‑3秒内转移至釜体下端水冷区，实现瞬间淬火，有效保存高温高压相态。

（三）活塞-圆筒压机（Rockland250）

仪器管理员：刘永超博士

邮箱：yongchao.liu@cags.ac.cn

联系电话：18634019068

图4 活塞-圆筒压机及其配套实验系统

活塞-圆筒压机是实验室开展地壳至上地幔尺度高温高压成岩-成矿实验的核心装备。设备采用液压驱动碳化钨合金活塞对样品进行轴向加压，结合石墨炉电阻加热与循环水冷却系统，实现了压力控制精度±0.05 GPa、温度控制精度±5 ℃的精密调控。实验室配有13 mm和19 mm（1/2英寸和3/4英寸）两种尺寸的活塞和压力盘，极限压力分别可达4 GPa和2 GPa，由于避免极限压力时压力盘损坏，通常使用压力低于3.5 GPa和1.5 GPa。仪器使用石墨加热炉，极限温度可达1600℃，出于保护仪器目的，通常加热不超过1300℃。

该设备具备快速淬火功能，可在停止加热后数秒内将样品从1000℃以上降至500℃以内，有效保存高温高压相态。系统支持样品组装件的多介质封装设计，通过MgO、Al₂O₃、滑石与玻璃套管等传压介质，确保压力均匀传递并降低摩擦梯度。目前该设备主要用于模拟岩浆结晶分异、地壳部分熔融、矿物相平衡及关键金属元素分配行为等研究，为深部地质过程与成矿机制的理解提供了关键实验窗口。

（四）激光拉曼光谱仪（LabRAM Odyssey）

仪器管理员：刘永超博士

邮箱：yongchao.liu@cags.ac.cn

联系电话：18634019068

图5 激光拉曼光谱仪

成矿作用模拟实验室配备 Horiba Jobin Yvon LabRAM Odyssey 高速高分辨率显微共聚焦激光拉曼光谱仪，主要技术特点如下：

（1）全自动 X-Y-Z 载物台配合 Olympus 光学显微镜，实现精准定位与观察；

（2）内置机械共焦针孔，实现三维空间滤波，高空间分辨率；

（3）光谱仪焦长 800 mm，配置 600 gr/mm 与 1800 gr/mm 两种光栅，光谱分辨率优异（≤0.6 cm⁻¹）；

（4）采用高灵敏度 CCD 检测器，确保获取高质量拉曼光谱；

（5）搭载 LabSpec 6 光谱软件，集数据采集与分析于一体，操作简洁，功能强大。

主要应用：矿物相鉴定、流体包裹体及熔体包裹体组成的定性与半定量分析、样品面扫描（mapping）与 3D 扫描。

特色应用：可与本实验室配备的热液金刚石压腔（Hydrothermal Diamond-Anvil Cell）、毛细硅管（Fused Silica Capillary）及 LINKAM 冷热台等装置联用，在 -196～1000 °C、高达 GPa 级压力的宽温压范围内对样品进行原位实时观测与分析，揭示矿物/材料多相变体、熔体/流体性质及离子络合物种类等。