甲烷和二氧化碳是岩浆热液系统中的重要挥发组份,两者之间的转换机制是重要的科学问题,在碳循环和流体作用成矿等研究领域均具有重要意义。前人的研究主要通过碳同位素分析等地球化学手段来确定二氧化碳的形成机制,对于含高价铁硅酸盐矿物氧化甲烷生成二氧化碳的机制研究还较为薄弱。例如,黑云母蚀变（绿泥石化、白云母化）氧化甲烷被认为是导致瑞士阿尔卑斯山中部石炭纪、二叠纪和三叠纪地层古流体由北向南分为甲烷带、甲烷-水过渡带和水带的根本原因;在新疆包古图斑岩铜矿中,前人发现流体组成从高盐度富甲烷系统演化为低盐度含甲烷-二氧化碳系统,黑云母的绿泥石化和白云母化也较为显著,因此,黑云母蚀变导致甲烷氧化可能是解释流体组成演化的重要原因。然而,关于上述地质现象的解释还缺少相关的实验地球化学依据。在甲烷氧化机理的实验研究中,前人多使用铁锰氧化物、硫酸盐等化合物作为氧化剂,而没有直接使用更具普遍意义的造岩矿物作为氧化剂,特别是黑云母等硅酸盐矿物,因此不能很好地模拟和解释野外观测到的烃类氧化现象。本研究选择含高价铁的硅酸盐矿物（黑云母、角闪石和辉石）作为氧化剂开展了甲烷等烃类的氧化实验,旨在揭示真实地质环境下矿物氧化甲烷的反应条件和机理。在本研究的反应腔选择上,除黑云母+碳化铝+水体系使用粗石英管外,其余实验体系均采用熔融毛细硅管反应胶囊（FSCC）。实验中将矿物氧化剂、烃类和超纯水封入反应腔内,采用冷热台和冷封式高压釜来控制反应温度,使用激光拉曼原位/淬火分析检测气、液相产物,采用扫描电镜-能谱分析手段检测固相产物。通过黑云母+甲烷+氮气+水、角闪石+甲烷+氮气+水和辉石+甲烷+水三种体系的实验研究,本论文证实了黑云母、角闪石和辉石等含高价铁的硅酸盐矿物能够将甲烷氧化为二氧化碳,起始反应温度分别为约150℃、140℃和210℃,均低于阿尔卑斯山的地质观察结果。黑云母+碳化铝+水体系发生反应后,黑云母残片能谱分析表明,变价元素铁含量大幅下降,表明黑云母中高价铁作为氧化剂参与了反应并发生了迁移。同时,甲烷-氮气-水体系的对比实验结果显示,若不存在含高价铁的氧化性矿物,甲烷不会被氧化生成二氧化碳,进一步证明甲烷的氧化是由矿物氧化剂造成的。黑云母+丙烷+氮气+水、黑云母+十三烷+水、黑云母+乙醇+水、角闪石+十三烷+水和辉石+十三烷+水五种体系的实验结果表明,在以硅酸盐矿物为氧化剂时,甲烷的起始反应温度更低,先于长链烃被氧化,这可能是由于甲烷是分子半径最小的烃类,更易于进入矿物结构并与电子受体接触反应。实验结果表明甲烷的热化学氧化具有一定的普遍性,为地质系统中黑云母等含高价铁锰暗色矿物在中低温条件下氧化甲烷形成二氧化碳提供了新的实验和理论支撑。甲烷向二氧化碳的转变,一方面将深化关于烃类损耗机制和油气藏保存条件的认识,另一方面将为富二氧化碳成矿流体的成因提供新机制。