流体在自然界中无处不在,对地球圈层内的物质循环和关键金属元素的活化和富集有着重要影响。对流体中组分的地球化学行为及热动力学性质的认识是研究热液成矿过程的基础。随着新能源汽车和移动设备的兴起,锂金属逐渐成为一种关乎国家未来发展的战略金属。近年来,越来越多的研究指出锂矿化与热液成矿过程密切相关。热液流体中富含的阴离子配体对于地质体中金属元素的萃取,迁移和富集过程至关重要。传统地球化学实验很难获取流体组分的微观结构,高温条件更是困难重重。在物理学和化学研究领域,分子动力学(MD)模拟越来越成为一种受欢迎的研究工具。第一性原理分子动力学(FPMD)方法从电子结构出发计算粒子间相互作用,精确描述了粒子的运动过程。对于锂离子这种单价离子的描述,经验力场同样发挥着不可或缺的作用,兼顾计算硬件的同时能够得到可靠的计算结果,很好地印证了实验观察。随着计算能力的提升和算法的发展,分子动力学模拟方法已经被广泛应用于地质流体性质的研究之中。本文围绕熔体及流体中碱金属离子和卤素离子的地球化学行为开展了一系列分子动力学模拟计算,探究了热液流体中氟离子与钾钠离子配合的水化结构及热力学性质,查明了硅酸盐熔体和热水溶液中锂离子与氟氯离子结合的稳定性及赋存形式,且在更大温压范围内计算了热液离子对结合常数,为热液金属矿床成因研究提供了数据基础。本研究的主要成果如下:(1)采用经典分子动力学(CMD)研究了更大温度(423~1273 K)和溶液密度(0.1~0.60 g/cm~3)范围K-F和Na-F离子对在热液流体中的结合。通过平均力势(PMF)曲线积分推导得到了离子对结合常数。随着温度升高或密度降低,离子对结合常数整体呈上升趋势。比较K-F和Na-F结合常数可以得出,两种离子对的结合常数是相似的,但是在更高温度和低密度条件下,Na-F离子对更加稳定。由模拟轨迹提取的径向分布函数(RDF)和配位数(CN)信息揭示了溶液中离子水化结构特征。在高温低密度条件下,K/Na离子周围存在明显的水团簇化现象。研究结果指示了F作为一种重要的阴离子配体能够在热液流体中与K/Na形成稳定的配合物,从而促进金属离子在热液中的迁移和富集。(2)采用FPMD和CMD模拟方法调查了花岗岩熔体和热液流体中Li与F/Cl离子结合稳定性及赋存形式。FPMD模拟轨迹指出,在花岗岩熔体中,Li不能与F/Cl形成稳定的离子对,而是与O形成四配位的构型。约束型分子动力学研究查明了热液流体在更大温度(423~1273 K)和溶液密度(0.10~0.60 g/cm~3)范围内Li-F/Cl离子对的结合常数。分析表明,Li-F/Cl离子对结合常数随温度升高或密度降低而增大。在高温低密度的蒸汽相中,可以观察到更强的Li-F/Cl配合作用。与K/Na-F离子对的数据对比表明,Li-F离子对在高温地质蒸汽中是占主导的,具有更高的稳定性。研究结果指出,在锂的岩浆-热液成矿过程中,花岗岩熔体中的F/Cl与Li并不能形成稳定配合,但在热液环境中,F/Cl可以与Li形成稳定的离子对,对于Li在热液流体中的萃取和迁移具有重要影响。本研究所提供的数据是进一步认识热液金属矿床成因的基础。