矿物包裹体

矿物包裹体inclusion概述随着现代高新科学技术的引进。地质科学近几十年来取得了很多重要成果，发生了深刻的变化。流体包裹体研究也不例外、其研究范围空前扩大。目前不仅可以对包裹体群体进行分析测试，而且可以对单个包裹体进行系统研究和测定，并取得高精度数据才可以对包裹体所给出的资料进行各种数学处理和物理化学的理论解释，为认识复杂的地质作用提供极为重要的定性和定量证据。中国是世界上最早认识流体包裹体的国家之一。我们的祖先很早就发现了矿物晶体中存在的包裹体，并且利用水晶玛瑙中的流体包裹体加工雕刻成各种精美的工艺品。北宋著名科学家沈括（1031—1095）在《梦溪笔谈》中曾对水晶中的包裹体进行了如下描述：“士人宋述家有一珠，大如鸡卵，微绀色，莹彻如水。手持之映空而观，则末底一点凝翠，其上色渐浅；若回转，则翠处常在下，不知何物，或谓之‘滴翠珠’。19世纪初期，国外博物馆工作人员对标本中大的可见流体包裹体表现出了极大的兴趣。1822年H.Davy和D.Brewter（1823）等对发现的包裹体进行了初步分析测试，测定了捕获流体的折射率。英国学者H.C.Sorby（1858）出版了一本名著《晶体的显微结构和矿物、岩石的成因》。当时，H.C.Sorby观察到石英、水晶、黄玉和绿柱石中的包裹体，并且提出，包裹体中出现的小气泡，是冷却到室温过程中流体和主矿物之间差异性收缩所致，据此提出了包裹体温度计原理。但由于当时工业发展的限制以及普遍存在的某些模糊认识，在半个多世纪的时期内，流体包裹体的研究处于停滞状态。20世纪中期，特别是第二次世界大战以后，苏联学者H.П.Ермаков（1950）发表了《成矿溶液的研究》一书，他第一次系统地、详细地阐述了流体包裹体研究的理论基础、测温的原理和方法以及流体包裹体在地质上的应用。加拿大多伦多大学的F.G.Smith和H.S.Scott在1948年设计制造了包裹体热爆裂仪，使不透明矿物的温度测定成为可能。以上进展推动了矿物中流体包裹体的研究工作。60年代后期，H.П.Ермаков、G.Deich、E.Rodder等人创建了“成矿流体包裹体委员会（COFFL）”并在国际地质大会期间发起成立了流体包裹体的特别会议，从此流体包裹体研究在全世界广泛范围内普遍兴起。70年代以后，流体包裹体研究蓬勃发展，趋于完善，流体包裹体研究现已成为地球科学中的一个重要分支。流体包裹体研究领域大拓宽，方法、手段更趋完善，理论上也取得了很大的进展，主要表现在以下几个方面：（1）流体包裹体研究已进入到岩石学的各个领域，形成了包裹体岩石学方向。对陨石、地幔岩、沉积岩、火成岩和变质岩中包裹体的系统研究，是当前岩石学的重要研究课题；（2）包裹体研究解决了不少矿床学研究的一些重要问题，提出了许多成矿模式。特别是近年来开展的单个包裹体的成分测定、包裹体中稳定同位素测定和同位素年龄测定，使我们可以通过流体包裹体研究探讨矿床成因、成矿条件、沉淀机制、成矿物质来源、成矿时代、流体演化以及水-岩交换等问题。（3）现代分析测试方法和技术的引进，使流体包裹体研究更为精确。例如，中子活化、透射电镜、离子和电子探针、离子色谱、质谱、激光拉曼光谱、激光束与其它仪器的联合以及电子计算机等的应用，大大拓宽了包裹体的研究领域。特别是目前单个包裹体成分的测定使包裹体研究取得长足进步，提高了包裹体研究的精确性。（4）流体包裹体的理论研究亦取得了新的进展。例如对溶液不混溶性的认识、不混溶包裹体的鉴别以及不混溶性与成矿关系的研究等丰富了成矿理论。同时也为岩浆到溶液的演化提供了新的佐证。（5）利用流体包裹体资料进行找矿和矿体深部预测。在我国，流体包裹体研究始于60年代，先后在中国科学院、冶金部、地矿部和教委等科研院所、高等院校展开。1977年召开了全国第一届矿物中流体包裹体和成岩成矿学术会议。随后全国很多单位相继建立了实验室。并对各种矿床进行了流体包裹体研究，取得了大量成果。2003年又在南京召开了全国包裹体研究会议。目前很多单位建立了包裹体测温、成分分析和同位素测定等一系列实验室。同时全国范围内出版发行了一批有关流体包裹体的著作和译著，推动了我国流体包裹体研究的深入开展。目前，我国流体包裹体研究工作与国际先进水平仍有一定差距，特别是对单个包裹体的测试技术，尚未广泛进行。对包裹体形成机制、基本理论、变质岩及沉积岩中流体包裹体的研究、包裹体年代学研究等方面也存在一定距离。我们应立足本职，瞄准前沿，努力赶上世界先进水平。一、流体及流体包裹体（一）、流体（相）的重要性及作用在地质作用过程中，流体相所起的作用或它们所扮演的角色是近年来地球科学研究的一个重要课题（Fyfe，1979）。现在人们已普遍认识到，虽然流体在地壳中所占比例不大，但是它对岩石的组成及其特性有着极为重要的影响。流体相是地壳岩石中经常性的组分，在大陆8～10km的深度范围内，地下水的总量平均为岩石重量的3％～5％。地表水易于取样，也便于研究，地壳深部和上地幔存在的流体，仅在现代火山地热区以及某些探查和研究的深孔中方可获得。流体包裹体分析研究是认识古代地壳流体、下地壳和上地幔深源流体，最直接、最方便的办法。流体相在各种地质作用中起十分重要的作用流体相通常被称为“岩石中的挥发组分”，它们是岩石中最活跃、最积极的一部分，它们在各种地质作用中起着十分重要的作用。1、成岩作用沉积成岩作用是在大气条件下的各种水体中发生的，流体相是溶剂，又是搬运和沉淀的介质。沉积物质在流体的参与下，发生物理的和化学的分异作用，从而形成各种不同的沉积岩和沉积矿产。例如在流体动力作用下，随着动能由强到弱的变化，沉积碎屑物质产生由重到轻、由粗到细的变化。溶液也由于PH、Eh、T、p和组分变化而发生化学分异，由盆地边缘到盆地中心形成氧化物—碳酸盐—硫酸盐和硫化物等序列沉积。另外一方面，在沉积成岩过程中，由于压实和深埋，使得温度、压力发生变化，流体和固体物质相互作用产生交代置换、重结晶、次生加大甚至形成新矿物。岩浆熔融体本身就是一种高温、高粘度的复杂流体相。岩浆结晶分异过程，就是这种高温。高压、高粘度流体在不同环境下的物理化学演化过程。变质作用与流体的参与有着极其密切的关系。变质作用可以是固相到固相的直接转变，也可以是固相十流体相—固相的变化。研究表明，大量的变质作用是在有流体相的参加下进行的。变质作用过程中可以使矿物和岩石释放出其中所含的大量流体，如层间水、裂隙水、晶间水和结晶水。粘土矿物含水8.5%，变质形成页岩后，含水5％，继续变化形成片岩类岩石则含水仅2％。经计算，1km3粘土岩变成长石类岩石，可释放出几千万吨至1亿吨的水。综上所述，在各种成岩作用中流体的参与是必然的，也是十分重要的，没有它们的加入，不能形成如此复杂壮观的地质现象。2、构造活动在构造活动中，是否存在流体相的作用？回答是肯定的。这已为大量地质现象和实验资料所证实。在构造应力作用下，岩石、矿物不仅发生各种物理变化，即构造变形，而且会发生各种化学变化和物质交换。例如构造应力作用下的压溶作用、矿物岩石的变质脱水作用（或脱挥发分作用）、都会释放出流体。构造作用在流体相的参加下产生了物质的活化迁移和重新分配。3、成矿作用几乎所有矿床的形成都与流体相的作用有密切关系。各种热水溶液和硅酸盐熔融体，它们既是成矿介质又是溶剂，溶解、搬运各种组分，最终在合适的环境和条件下沉淀聚集形成矿床。近年来的研究证明，在地表以下8～10km范围内，地下水总量平均占岩石重量的3％～5％．绝大多数金属矿床是在此深度范围内形成的，因而至少部分地下水不可避免地参与了金属矿床的成矿作用。从上述简要阐述中不难看出，一切地质事件，如果没有流体相的参加，是难以想象的，流体与地质事件有着十分密切的关系。流体包裹体正是地壳中曾经发生的地质热事件的代表，是古代流体的样品。（二）、流体包裹体自19世纪中期Sorby等人在石英、黄玉等矿物中发现包裹体并提出包裹体形成的基本理论以来，人们对它进行了深入细致的研究。矿物中流体包裹体有了较全面而科学的定义。由于它们保存完好，成为今天人们研究和探索天体演化、构造变动和成岩成矿等作用的重要线索。1、矿物中流体包裹体的概念广义地说，矿物中的包裹体是指矿物中所包含的各种物质。1）、矿物中的流体包裹体：特指的是那些被矿物捕获时呈流体相而不是固体相的那部分物质。流体包裹体是成岩成矿溶液（硅酸盐熔融体）在矿物结晶生长过程中，被捕获在矿物晶体缺陷、空穴、晶格空位、位错及微裂隙之中，而且至今尚在主矿物中完好封存并与主矿物有着相界限的独立封闭体系。在室温下，流体包裹体由一相、二相甚至多相物质组成。2）、主矿物是在成岩成矿介质中结晶生长并捕获了流体形成包裹体的矿物，即含有包裹体的矿物。成岩成矿溶液：指的是正在晶出主矿物和浸泡已晶出的主矿物的溶液介质，如液体、气体或硅酸盐熔融体，因此流体包裹体几乎是和主矿物同时并由相同物质形成的。流体包裹体不包括介质中的碎屑物质，如已晶出的矿物晶体、晶屑或岩屑等物质。流体包裹体与主矿物之间的相界限，就是指目前看到的包裹体的外形轮廓线。在此轮廓线中包含的是波相、气相、有时尚有固相的物质，它们与主矿物明显不同。流体包裹体是在主矿物结晶生长过程中被捕获在晶体缺陷之中的，流体充填或滞留在晶体缺陷中以后，又立即为继续生长的主矿物所封闭，因此包裹体基本上不受外来物质的影响，也基本上没有物质泄漏出来，体积基本不变，因此流体包裹体是原始成岩。成矿溶液或岩浆熔融体的代表。2、包裹体研究的基本原理流体包裹体地质学是建立在流体物理化学、流体热动力学、结晶学和矿物学等基础理论之上的一门学科。包裹体研究假设：是下述三个基本理论基础（1）包裹体形成时，被捕获的流体是均匀体系，也就是说，主矿物是在均匀体系中生长;（2）充填（滞留）在晶体缺陷中的流体为主矿物封闭，形成独立的封闭体系，没有外来物质的加入和内部物质的逸出。（3）包裹体形成后，体积基本恒定不变，保持等容体系的特点，因而可以利用各种与之有关的物理化学相图。一般认为，只有符合上述基本假设，包裹体研究和测试的结果才是有效和可靠的。实际工作时判断它们是否符合上述三个基本理论假设，是一个十分复杂的问题。我们经常利用流体包裹体中物相种类和相比例来判别原始流体是否为均匀体系：对于气液相包裹体来说，在一组同时形成或成因相同的包裹体中，它们的物相和相比例是相同或相近的，据此，可以认为它们是从原始均匀的流体中形成的。但是硅酸盐熔融包裹体有一定特殊性，即使是从均匀体系中捕获的一组包裹体，其物相种类和相比例也可以不同。解释包裹体测温资料的前提：区分包裹体是从均匀流体还是从非均匀流体中捕获的。对于从非均匀流体中捕获的包裹体的特征、地质意义将在后面介绍。关于包裹体形成后是否有物质的加入和渗漏问题，E.Roedder认为，除了遭受过破裂和变形的岩石以外，渗漏情况不多见，这在很大程度上取决于包裹体形成后其周围有无微裂隙存在。在变质岩，由于自然爆裂。包裹体所含流体可以全部或部分漏失；流体进入周围微裂隙，形成卫星状次生包裹体群。大包裹体通过“卡脖子”（颈状收缩）形成几个小包裹体是包裹体形成后物质发生改变或相比例发生变化的一种特殊情况。对发生过“卡脖子”现象的包裹体，所测均一温度一般没有意义，因为一个大包裹体由于“卡脖子”而分裂成几个大小不同的小包裹体时，相比例是不相同的，因而测出的均一温度也就各不相同。总之，随着包裹体研究工作的深入开展，流体包裹体形成的基本理论亦将不断发展，定能深化和充实对成岩成矿作用的认识。3、包裹体存在的必然性和普遍性从上述流体包裹体定义可知，流体包裹体在矿物晶体中出现是必然的、普遍的，因为世界上完美无缺的晶体是不存在的。已有资料表明，不论矿物的颗粒大小、种类、透明或不透明，也不论矿物是天然的还是人工合成的，它们当中都有流体包裹体存在。近代科学研究还证实，不仅在地球上所有矿物中存在包裹体，而且在其他星球的各种矿物中也发现了包裹体。大于几毫米的包裹体，肉眼就能辨别。但大多数包裹体小于0.1mm，只能借助适当的光学显微镜才能清楚地观察到它们。显微镜下能看到的包裹体，