流体包裹体及应用

流体包裹体及应用资料来源：中国科学院地质与地球物理研究所范宏瑞研究员讲义EdwinRoedder(1919-2006)1.2.3.4.5.6.7.流体包裹体定义流体包裹体岩相学流体包裹体相体系流体包裹体显微测温流体包裹体分析流体不混溶流体包裹体在地质学中应用什么是流体包裹体?气相–H2O,CO2,CH4,N2,H2S液相-H2O,CO2,石油固相–石盐(NaCl),钾盐(KCl)赤铁矿,硬石膏,云母,黄铜矿,黄铁矿,磁铁矿,碳酸盐,…硅酸盐玻璃或重结晶熔体成岩成矿流体(含气液的流体或硅酸盐熔融体)在矿物结晶生长过程中，被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限的那一部分物质。LSVSS流体包裹体分类有机包裹体根据相态熔融(岩浆)包裹体液体包裹体气体包裹体含子矿物包裹体液相占整个包裹体体积50%以上，均一到液相气相占整个包裹体体积至少大于50%以上，均一到气相除液相或气相外，含有各种子矿物如NaCl,KCl,赤铁矿,方解石等在低于CO2临界温度时可见气体CO2、液体CO2、和水含CO2包裹体溶液三相含有机质，如甲烷、沥青、高分子碳氢化合物等由玻璃质+气泡±流体组成，有时见少量结晶质石油-水包裹体气相石油紫外荧光显微镜紫外荧光显微镜下含石油包裹体的观察紫外荧光显微镜单偏光显微镜1.2.3.4.5.6.捕获在包裹体内的物质为均匀相－均一体系;包裹体的体积未发生变化－等容体系;捕获后未发生物质的渗漏或逃逸－封闭体系;压力对流体的效应已知或可以忽略;包裹体的形成原因可以确定;包裹体的均一温度可以精确的测定。地质温度计和地质压力计的基础流体包裹体基本假设流体包裹体被捕获的机理枝蔓状快速生长层状包裹体群晶体部分溶(熔)解产生蚀坑，晶体再生后被捕获包裹体在生长螺旋之间或生长螺旋中心被捕获晶体结构单元亚平行生长，捕获的包裹体晶面裂纹、晶体不良生长形成包裹体固体碎屑落在晶体生长晶面上被捕获1.2.3.4.5.6.7.流体包裹体定义流体包裹体岩相学流体包裹体相体系流体包裹体显微测温流体包裹体分析流体不混溶流体包裹体在地质学中应用野外–对最终结果解释影响极大采集岩石(矿石)样品室内挑选磨制两面光薄片(0.1-0.3mm)显微镜下观察矿物共生组合及流体包裹体期次划分测试Thtot,ThCO2,Tm,等流体包裹体研究的步骤采样素描测试最常含有流体包裹体的10种矿物石英石盐方解石萤石磷灰石石榴石闪锌矿重晶石黄玉锡石流体包裹体大小?mm:博物馆藏品3~25μm:典型显微测温范围1.5μm:H2O或CO2包裹体测试最小尺寸5μm:H2O+CO2包裹体测试最小尺寸9mm20μm原生(P):与主矿物同时形成，包裹的流体可代表主矿物形成的流体和物理化学条件。常为孤立状或束状分布，有时呈平行生成带分布；次生(S):主矿物形成之后沿矿物裂隙进入的热液在重结晶过程中被捕获，常沿愈合的裂隙分布。假次生(PS):矿物生产过程中，由于某种原因，晶体发生破裂或形成蚀坑，成矿母液进入其中，经封存愈合形成的包裹体。由于晶体的继续生长，这种包裹体分布在晶体内部。沿愈合的裂隙分布但不切穿整个晶体。流体包裹体成因分类原生和次生流体包裹体形成动画效果原生和次生流体包裹体形成动画效果PS原生和次生流体包裹体形成动画效果P和S包裹体具有不同相比例降温后气泡出现包裹体世代关系复杂世代的流体包裹体早晚包裹体世代判别原生包裹体和次生包裹体保存了两种的形成主矿物的流体。原生包裹体因捕获的是形成该主矿物的母液，因此它的成分和热力学参数，反映了矿物形成的化学环境和物理化学条件的特点。而次生包裹体是在主矿物形成之后，捕获了与形成主矿物流体无关的后期流体。因此，它只能反映主矿物形成之后，经历过的化学环境和物理化学条件。因为它们具有不同的成因意义，如何正确区分它们，在包裹题研究工作中是非常重要的。判别原生和次生包裹体要格外小心相比例估计体的总称。合成NaNO3晶体裂隙化后的再愈合过程包裹体捕获后变化–“卡脖子”Neckingdown“卡脖子”包裹体群是指已形成的包裹体，在后来的重结晶作用影响下，被分离成二个以上包裹捕获后变化–卡脖子-1若一群次生包裹体的“卡脖子”发生在和L-V曲线相交之前:均一温度正确盐度正确降温至和L-V曲线相交捕获后变化–卡脖子-2若一群次生包裹体的“卡脖子”恰好发生在和L-V曲线相交之时:均一温度不正确盐度正确“卡脖子”温度降低捕获后变化–卡脖子-3若一群饱和溶液包裹体的“卡脖子”发生在和L-V曲线相交之时:均一温度不正确盐度不正确温度降低“卡脖子”1.2.3.4.5.6.7.流体包裹体定义流体包裹体岩相学流体包裹体相体系流体包裹体显微测温流体包裹体分析流体不混溶流体包裹体在地质学中应用简单H2O体系相图T气相液相冰简单水溶液体系温度－密度关系图不同压力但都在540℃下捕获的4类包裹体(A,B,C,D)，具有不同的均一方式。两类均一至液相，一类均一至气相，一类临界均一。ABCDH2O-NaCl体系温度－组分图解4类代表性NaCl-H2O包裹体(1,2,3,4)由于其含盐度不同(10,23.5,25and27wt%NaCl)在冷冻过程中显示的相变有显著差别。CO2体系P-T相图液-气相线液相临界点等容线(g/cc)气相CO2体系CO2-H2O体系相图通过获得CO2-H2O包裹体部分、完全均一温度及均一方式，可以获得体系的摩尔体积及CO2摩尔分数。CO2-CH4体系相图CO2-CH4包裹体内CH4总摩尔分数与CO2冰熔化温度及CO2-CH4相充填度有关。CO2冰熔化温度1.2.3.4.5.6.7.流体包裹体定义流体包裹体岩相学流体包裹体相体系流体包裹体显微测温流体包裹体分析流体不混溶流体包裹体在地质学中应用从包裹体显微测试中所能获得的参数、获得方法及意义包裹体显微测试中常用符号Thtot–完全均一温度ThCO2L-V,等.–部分均一温度，常用于含CO2包裹体.(表明均一至何种状态ThCO2L-V(L))Tm–熔化温度Te–初熔温度Td–爆裂温度Tt–捕获温度流体包裹体测温包裹体测温无疑是现在最流行和最广泛应用的非破坏性分析方法，也是包裹体地球化学学科中研究最早和发展最快的一部分，是包裹体地球化学中一个主要的研究内容。测温分析的原理比较简单，只要在光学显微镜上附加一种测温设备，就能在地质上有意义的各种透明（或半透明）矿物中得到广泛地应用。该方法是在详细观察和辨认包裹体中含流体的各种物相（固相、气相、液相）基础上，通过升温或冷却测量各种瞬间相变化的温度。流体包裹体测试仪器－冷热台LinkamTHMS600冷热台(英国)USGS冷热台(美国)均一法的基本原理包裹体所捕获的流体呈均匀的单一相充满着整个包裹体空间。随着温度下降，流体(气体或液体)的收缩系数大于固体(主矿物)的收缩系数，包裹体流体将沿着等容线演化，一直到两相界面的位置，如果原来捕获的是大于临界密度的流体，则分离出一个气相，气体很快逸出，由于表面张力在有利位置形成球形的气泡；如果原来捕获的是小于临界密度的富气体流体，则气体在流体中将凝聚出一个液相，形成具有一个大气泡的两相包裹体。将具有气液包裹体的光薄片放在热台上升温，于是可以相继看到一些可逆的相变化的现象。首先看到的是随温度的升高气、液相的比例发生变化，而当升到一定温度时，就发生了相的转变，即从两相(或多相)转变成一个相，也即达到了相的均一，这时的温度，即为均一温度(也叫充填温度)。Th→Lc.pTh→VH2O体系相图压力KBar0.950.800.60温度oC流体包裹体地质温度计原理纯水体系PVT相图1.0050150350等容线L=V曲线(g/cc)临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC假设包裹体是在一定的温度(Tt)和压力条件(Pt)下被捕获1.0050150350TtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC温度下降时,包裹体将沿一等容线前进直至和L=V曲线相交，包裹体状态不改变1.0050150350TtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC再继续降温包裹体将沿L=V曲线前进包裹体内有气泡成核1.0050150350TtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC再持续降温，包裹体内流体将发生进一步收缩气泡将加大1.0050150350TtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC升温时，包裹体沿V/L曲线前进,液相体积增大、气泡缩小1.0050150350TtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC达到均一温度(Th)时，包裹体中气泡消失1.0050150350ThTtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.95等容线0.800.60温度oCTh所在的等容线即为包裹体原先降温时所经过的等容线1.0050150350ThTtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC继续升温包裹体沿原先的等容线前进1.0050150350ThTtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC如果捕获压力Pt已知或能估计获得,就可以获得包裹体的捕获温度(Tt)1.0050150350ThTtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oCTh和Tt间差值即为压力校正值1.0050150350ThTtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相压力KBar0.950.800.60温度oC降温后，包裹体内气泡重新出现，Th可以为重复测定1.0050150350ThTtPt等容线(g/cc)L=V曲线临界点0.5液相气相加热实验含CO2包裹体部分均一完全均一CO2气相CO2液相•对含CO2包裹体来说，气部分均一温度不会31.1℃；部分均一至液相还是至气相，取决于其密度。350oC-100oC25oC0oC加热实验－动画效果350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC均一温度(Th):330oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC350oC25oC0oC-100oC加热实验子矿物熔化黄铜矿石盐•包裹体中出现石盐子矿物表明气盐度很高(26wt.%)，应根据石盐熔化温度估算包裹体的盐度。•包裹体中的金属子矿物(如黄铜矿等)，可以是真正的子矿物，也可以是偶然捕获的矿物，但通常不透明子矿物即使是真正的子矿物，加温后也不熔化。冷冻法测定包裹体盐度的基本原理冷冻法是研究包裹体流体体系成分和盐度的基本方法之一。它是将包裹体样品放置在冷台上通过改变温度，观察包裹体中发生的相变，再与已知流体体系的实验相图进行对比，来确定包裹体流体所属体系及流体成分。对低盐度NaCl-H2O包裹体，则可以根据拉乌尔定律，即稀溶液的冰点下降与溶质的摩尔浓度成正比的原理来测定流体的含盐度。H2O-NaCl体系TemperatureoC0.1oC-20.8oCIce+L+VIce+NaCl.2H2O+VL+VNaCl+L+VNaCl.2H2O+L+VWeight%NaCl-25-5003020100NaCl-H2O体系相图，显示石盐、水石盐、冰、液相和气相的稳定域25TemperatureoC0.1oC-20.8oCIce+L+VIce+NaCl.2H2O+VL+VNaCl+L+VNaCl.2H2O+L+VWeight%NaCl-25-5003020100含有10wt.%水溶