流 體 包 裹 體1.ppt

流體包裹體FluidInclusion Vco2 Lco2 LH2O V L 第一章緒論 一 為什么要開這門課 二 簡史 一 為什么要開這門課 毛澤東主席曾說過 唯物辯證法認(rèn)為外因是變化的條件 內(nèi)因是變化的根據(jù) 外因通過內(nèi)因而起作用 雞蛋因得適當(dāng)?shù)臏囟榷兓癁殡u子 但溫度不能使石頭變?yōu)殡u子 因?yàn)槎叩母鶕?jù)是不同的 事物發(fā)展的根本原因 不是在事物的外部而是在事物的內(nèi)部 在于事物內(nèi)部的矛盾性 任何事物內(nèi)部都有矛盾性 因此引起了事物的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展 事物內(nèi)部的這種矛盾性是事物發(fā)展的根本原因 一事物和他事物的互相聯(lián)系和互相影響則是事物發(fā)展的第二位的原因 一個(gè)礦床的形成 歸納起來主要有兩大方面的控制條件 地質(zhì)條件 地層 構(gòu)造 巖漿巖 成礦元素的豐度等等 和物理化學(xué)條件 溫度 壓力 pH Eh 逸度 元素的活度等等 以及兩者間的配合 我們的任務(wù) 就是通過我們的工作 找出成礦的規(guī)律性 根本原因的外部表現(xiàn)的集合 用此規(guī)律性 接合具體主要控制因素來指導(dǎo)我們的找礦 評(píng)價(jià)工作 現(xiàn)在地質(zhì)工作 早已由原來的定性描述發(fā)展到現(xiàn)在的定量描述 如數(shù)學(xué)地質(zhì) 那么 怎樣來取得定量的物理化學(xué)參數(shù) 礦液運(yùn)移的方向 礦液的成分結(jié)構(gòu) 礦液的來源 礦質(zhì)的來源 礦液的演化過程 礦質(zhì)的沉淀機(jī)制 礦質(zhì)的富積過程 等等 都可以通過對(duì)流體包裹體研究來得到這些方面的信息 從而能使我們更客觀地總結(jié)出成礦規(guī)律 來指導(dǎo)我們的找礦 確定富礦地段 做出遠(yuǎn)景的評(píng)價(jià) 等等 成礦規(guī)律的總結(jié) 往往總是成礦的外部因素控制規(guī)律總結(jié) 而未能很好考慮成礦內(nèi)部因素 成礦的根本因素 任何事物的發(fā)生 發(fā)展 都是外因通過內(nèi)因而起作用 兩者相互有機(jī)的 緊密的配合的結(jié)果 成礦也是一樣 現(xiàn)在我們就是要從這種內(nèi)部因素入手 二 發(fā)展簡史 1 世界 第一篇有關(guān)流體包裹體的參考文獻(xiàn)RobertBoyle s1672第一個(gè)明確描述流體包裹體的是中亞學(xué)者AbuReykaal Biruni Lemmlein 1950 第一個(gè)提出均一法基本原理的是英國地質(zhì)學(xué)家Sorby 1858 他在觀察 研究薄片時(shí)發(fā)現(xiàn) 巖石的礦物中有許多 小氣泡 有時(shí)在常溫條件下可以看見它在跳動(dòng) 通過詳細(xì)研究 提出了流體包裹體均一法測(cè)溫的基本原理 由于當(dāng)時(shí)條件所限 未能應(yīng)用于實(shí)踐 第一個(gè)開始將流體包裹體應(yīng)用于研究工作中的是加拿大的地質(zhì)學(xué)家 Scort和Smith 多倫多大學(xué) 1948 他們?cè)赟orby的研究和所提出的均一法測(cè)溫基本原理的基礎(chǔ)上 發(fā)現(xiàn)了流體包裹體爆裂發(fā)測(cè)溫的基本原理 并研制出了流體包裹體爆裂測(cè)溫儀 用于實(shí)踐 2 我國 50年代 我國開始有人接觸流體包裹體 中科院地化所的李兆麟先生等 60年代 在地科院系統(tǒng)開始有人在從事流體包裹體的研究 現(xiàn)在幾乎所有發(fā)表的礦床研究的文章中都有流體包裹體方面的研究資料 1998年左右 石油部規(guī)定所有研究和生產(chǎn)報(bào)告必須要有流體包裹體的資料 可見 流體包裹體的研究還非常年輕 取得很大的進(jìn)展 但還存在很多問題 有待你們今后去完善和發(fā)展 目前 流體包裹體能做的項(xiàng)目有 均一溫度 爆裂溫度 群體 淬火溫度 流體鹽度 氣相成分分析 群體 液相成分分析 群體 H O和C同位素 群體 K Ar Rb Sr Sm Nd等等 單個(gè)包裹體的成分分析 子礦物的成分 電子探針 激光拉曼光譜 有機(jī)成分的定性 定量分析 氣相和液相成分分析 激光消熔 質(zhì)譜 激光拉曼光譜 第二章流體包裹體 Fluidinclusion 一 概念 conception 是在礦物形成過程中 由于各種因素的影響 使正在生長 或長成后 的礦物產(chǎn)生各種缺陷 介質(zhì)在礦物繼續(xù)生長過程中被圈閉于這些缺陷中而保留 保存下來 這些獨(dú)立的封閉體系就是流體包裹體 形成空間 formingspace 在礦物之中 我們把含有流體包裹體的礦物稱為 主礦物 hostedmineral 主礦物并非指礦物含量的多少 有一個(gè)笑話 形成時(shí)間 formingtime 形成于礦物的形成過程中 還可細(xì)分 對(duì)于它的研究就能知道主礦物形成的物理化學(xué)條件 形成位置 forminglocation 形成于主礦物的各種缺陷中 晶格缺陷 晶格錯(cuò)位 構(gòu)造錯(cuò)位 構(gòu)造缺陷等等 沒有缺陷的礦物是不存在的 包括隕石 月巖 受 溫度 壓力 濃度 補(bǔ)給條件等等因素影響 礦物生長最易得到質(zhì)點(diǎn)的順序 頂 棱 面 流體包裹體最易形成的順序是 面 棱 頂 面狀分布 帶狀分布等等 被捕獲的物質(zhì) trappingsubstance 形成此礦物的介質(zhì) 即此礦物形成的母液 礦物就是從此介質(zhì)中沉淀出來 封閉體系 sealoffsystem 礦物生長 產(chǎn)生缺陷 捕獲介質(zhì) 圈閉 封閉體系 與外界基本上沒有物質(zhì)的交換 可以有能量的交換 所以 通過對(duì)流體包裹體的研究 我們就可以知道主礦物形成的條件 二 流體包裹體的特性 charactersoffluidinclusion 1 唯一性 可以說它是我們目前所能見到的成巖成礦最好的 唯一的樣品 其它方法途徑都是間接的 局限性的 2 代表性 是原始的成巖成礦母流體的樣品 又處于封閉狀態(tài) 所以代表性極好 用其他方法 礦物的轉(zhuǎn)變 礦物的蝕變都會(huì)改變你測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性 而流體包裹體 只要主礦物沒有徹底被蝕變 就可以用 3 普遍性 地殼中沒有缺陷的礦物是不存在的 在月巖 隕石 人工合成的晶體中也是如此 所以說流體包裹體是普遍存在的 4 微觀性 一般情況下 流體包裹體很小 我們現(xiàn)在能看清的只能是5 10微米 m 的包裹體 由于設(shè)備條件所限 再小就看不清其中的相態(tài) 三 所能提供的主要信息 1 成巖成礦溫度 diageneticandore formingtemperatures F I地質(zhì)溫度計(jì) geologicthermometerofF I 2 成巖成礦壓力 深度 diageneticandore formingpressure depth 3 成巖成礦流體的鹽度 w NaCl salinitysaltness 和密度 density 三 所能提供的主要信息 4 成巖成礦流體的成分 componentsofdiageneticandore formingfluid 5 成巖成礦流體的pH和Eh pHandEhofdiageneticandore formingfluid 6 成巖成礦流體的同位素 isotope 三 流體包裹體的分類及地質(zhì)意義 classificationandgeologicmeamingoffluidinclusion 一 捕獲 trapping 物相狀態(tài) state 分類 classification 分類依據(jù) 捕獲流體的相態(tài) 單相還是多相 分成正常包裹體和異常包裹體兩類 1 異常包裹體 non normalinclusion 在形成過程中捕獲的是多相流體的包裹體 2 正常包裹體 normalinclusion 在形成過程中捕獲的是單相流體 均勻流體 的包裹體 二 成因分類 geneticclassification 分類依據(jù) 據(jù)正常的流體包裹體與主礦物的形成或生長關(guān)系 可以把包裹體分為 P171 原生包裹體 primaryinclusionP型 在礦物原始生長過程中形成的包裹體 2 次生包裹體 secondaryinclusionS型 在礦物形成后 由于后期地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng) 使原礦物產(chǎn)生微裂隙 后期熱液 流體 沿微裂隙活動(dòng) 溶蝕 充填 而形成的包裹體 3 假次生包裹體 pseudomorphsecondaryinclusionPS型 在主礦物形成過程中 有地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng) 使先形成的某部分產(chǎn)生微裂隙 母流體充填其中而形成包裹體 并為主礦物繼續(xù)生長部分所封閉 三 物相分類 classificationofphysicalphase 分類依據(jù) 在成因分類基礎(chǔ)上 根據(jù)現(xiàn)在常溫 常壓條件下所見到的包裹體中所出現(xiàn)物理相態(tài)及組合來進(jìn)行的分類 1 熔融包裹體 meltinclusion 熔融包裹體也稱為硅酸鹽包裹體 silicateinclusion 可以分為 晶質(zhì)熔融包裹體 crystallinemeltinclusion 和非晶質(zhì)熔融包裹體 amorphousmeltinclusion 非晶質(zhì)熔融 硅酸鹽 包裹體也可以稱為玻璃質(zhì)包裹體 glassinclusion 這類包裹體是一類氣固相組合的包裹體 氣相 vapor 硅酸鹽固體相 晶質(zhì)熔融包裹體 crystallinemeltinclusion 硅酸鹽小晶體 氣體 氣孔 硅酸鹽小晶體 氣體 氣孔 子礦物 D 大家想一想在什么樣的地質(zhì)條件下才能出現(xiàn)這樣的包裹體 只有當(dāng)溫度 壓力較緩慢下降 巖漿較緩慢結(jié)晶 才能形成這樣的包裹體 所以 這類包裹體在侵入巖中常見 玻璃質(zhì)包裹體 glassinclusion 硅酸鹽玻璃 氣體 氣孔 硅酸鹽玻璃 氣孔 子礦物 小晶團(tuán) 小晶球粒 大家想一想在什么樣的地質(zhì)條件下才能出現(xiàn)這樣的包裹體 只有當(dāng)溫度 壓力快速下降 巖漿快速冷凝 巖漿組分來不及結(jié)晶就已經(jīng)固結(jié) 形成硅酸鹽玻璃 所以 這類包裹體在火山噴出巖中常見 G V V G 2 過渡型包裹體 熔 流包裹體 melt hydrothermalinclusion 一般情況下 一個(gè)包裹體內(nèi)硅酸鹽玻璃相與氣 液流體相共存 說明氣液與巖漿同時(shí)參與作用 V L G VCO2 LCO2 LH2O G 2 VCO2 LCO2 G LH2O V L G 3 純氣相包裹體 vaporinclusion 這類包裹體中僅出現(xiàn)氣相一個(gè)相 低密度 只有freezing條件下 在包裹體的邊緣出現(xiàn)液相 只有在高溫或低壓和高溫低壓條件下 才能形成這類低密度的包裹體 4 純液相包裹體 liquidinclusion 這類包裹體中只出現(xiàn)液體相一個(gè)相 密度比較高 freezing識(shí)別 出現(xiàn)冰 氣泡 只有在低溫或高壓和低溫高壓條件下形成 密度較高 5 氣 液包裹體或氣液包裹體 vapor liquidinclusion 此類包裹體最為常見 包裹體中氣相與液相共存 由于它們的氣體 液體與包裹體體積的比例變化大 我們可以把它們進(jìn)一步劃分成兩類 富氣相 vapor rich 的 氣液 包裹體和富液相 liquid rich 的 氣液 包裹體 富氣相包裹體 氣液比 氣體體積 氣體體積 液體體積 100 50 富液相包裹體 氣液比 氣體體積 氣體體積 液體體積 100 50 V L V L V L 6 含液態(tài)二氧化碳的三相包裹體 這類包裹體由 Vco2 Lco2 LH2O組成 說明原始流體中較富含二氧化碳此種包裹體在偉晶巖 深變質(zhì)巖 金礦中常見 VCO2 LCO2 LH2O VCO2 LCO2 LH2O 7 二氧化碳 CO2 包裹體或純二氧化碳包裹體 carbondioxideinclusion 由二氧化碳?xì)夂投趸家合嘟M成只要稍加溫 氣相 VCO2 與液相 LCO2 就會(huì)均一 31 1 常見于深變質(zhì)巖 金礦之中 8 含子礦物 daughtermineral 的多相包裹體 此類包裹體 氣 液 固共存 VLD daughtermineral 說明流體中溶質(zhì)含量較高偉晶巖 矽卡巖 斑巖型礦床較為常見 V L D V LNaCl H2O DNaCl V LNaCl H2O DNaCl V DNaCl LH2O NaCl V LNaCl H2O DNaCl 9 有機(jī)質(zhì) organicmaterial 包裹體 有機(jī)質(zhì)包裹體大致有 瀝青質(zhì) 油 油 氣 油 氣 水等類型 在一般情況下 有機(jī)包裹體的顏色較深 常成灰 褐 黑色 在紫外光照射下會(huì)發(fā)熒光 第三章捕獲后的變化 changeaftertrapped 我們現(xiàn)在所見到的流體包裹體中的流體與它們被捕獲時(shí)的狀態(tài)顯然是不一樣 前面我們講過 我們研究的主要對(duì)象是 正常包裹體 所謂正常包裹體 捕獲單相流體所形成的包裹體 那么 我們現(xiàn)在所見到的包裹體中多數(shù)為多相 這究竟是怎么一回事呢 一 化學(xué)變化 chemicalchange 1 流體包裹體壁上的重結(jié)晶 re crystallize 捕獲后 由于溫度的降低 流體中物質(zhì)的溶解度隨之降低 流體中某些組分就會(huì)飽和 又由于介質(zhì) 流體 是形成主礦物的介質(zhì) 其中含有與主礦物的主要成分 這部分飽和的溶質(zhì)就會(huì)在包裹體的壁上重結(jié)晶 這種重結(jié)晶在一般的顯微鏡下是無法看到的 因?yàn)樗鼈兲?只能在高倍的電子顯微鏡下才能見到 2 冷卻收縮我們大家都知道 物質(zhì)有熱脹冷縮的特性 流體的收縮系數(shù)要比固體大1 3個(gè)數(shù)量級(jí) 所以 當(dāng)流體被捕獲后 溫度 流體發(fā)生冷卻收縮 主礦物是固體 它的體積幾乎不變 這時(shí)流體就會(huì)冷卻收縮 流體體積減小 包裹體內(nèi)的壓力 揮發(fā)性組分出來形成氣泡 一般情況下 氣泡小 均一溫度低 物質(zhì)密度高 氣泡大 均一溫度高 物質(zhì)密度低 3 子礦物 daughtermineral 的產(chǎn)生流體被與主礦物組成不同 從流體中沉淀 結(jié)晶捕獲 溫度下降 溶解度下降 某些組分過飽和 出來 形成獨(dú)立礦物 子礦物 D daughtermineral 常見的有 NaCl KCl NaHCO3 CaSO4 H2O 為什么會(huì)形成子礦物呢 主要是與主礦物的成分不同 晶格不能共用 所以只能獨(dú)立存在 4 不混溶 有限混溶 流體被捕獲時(shí)是均一狀態(tài) 捕獲后隨溫度和壓力的降低 原來均一狀態(tài)的流體分溶成兩種或兩種以上的溶體 常見的為 VCO2 LCO2 LH2O 類似于熔離礦床 硅酸鹽熔體 銅鎳硫化物熔體 二 物理變化 physicschange 1 園形化我們知道 物體或礦物 當(dāng)它的表面積最小 表面能也最低 礦物處于最穩(wěn)定狀態(tài) 而圓形 它的體積最大 表面積最小 表面能最低 礦物最穩(wěn)定 所以 包裹體的形態(tài)也會(huì)向著這一方向變化 表面能最低的形態(tài) 包裹體它是通過某些地方溶蝕 某些地方沉淀 這樣來實(shí)現(xiàn)包裹體的圓形化 這個(gè)過程中 由于溶解度是一定的 所以 包裹體的體積保持不變 2 卡脖子 化實(shí)際上就是圓形化的一個(gè)特例 什么是 卡脖子 化呢 為什么要單獨(dú)提出來呢 這是因?yàn)樗鼘?duì)我們的研究工作 有極大的負(fù)面影 響 如果我們不認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn) 我們將會(huì)得到錯(cuò)誤的信息 3 被破壞的包裹體被破壞的包裹體的情況有 主礦物發(fā)生塑性變形 包裹體的體積就會(huì)發(fā)生變化 與原來不同 研究它會(huì)得到錯(cuò)誤的信息 如 糜棱巖中的石英 主礦物被徹底蝕變 包裹體的成分就可能已被置換 再不可能恢復(fù)和代表原來的情況 包裹體破裂 包裹體的成分會(huì)泄漏 組分會(huì)帶入 帶出 再不可能恢復(fù)和代表原來的狀態(tài) 第四章流體包裹體的鑒定特征 identifycharacteristicsoffluidinclusion 鏡下的鑒定工作是我們研究流體包裹體的基礎(chǔ) 如果我們不能識(shí)別它 不認(rèn)識(shí)各種相態(tài)的特征 不能識(shí)別它的各種類型 我們就根本談不上去研究它 更談不上利用它得到我們所需要的有關(guān)成巖成礦的息 一 成因的鑒定 genetictypesidentify 1 原生包裹體 primaryinclusion P型 鑒定的一般特征 1 它是隨機(jī)分布的 無規(guī)律 無定向性 2 孤立存在 3 有時(shí)會(huì)按主礦物的某一生長要素來分布 如 生長環(huán)帶 平行某一晶棱 某一晶體生長面 雙晶面等 4 常呈負(fù)晶形形態(tài)出現(xiàn) 與其他類型相比 原生者形態(tài)較規(guī)則 且個(gè)體較大 2 次生包裹體 secondaryinclusion S型 次生包裹體的基本概念 形成機(jī)理 鑒定特點(diǎn)受微裂隙控制1 常沿裂隙定向分布 成群出現(xiàn) 沿裂隙 裂面發(fā)布2 分布方向常與主礦物生長要素?zé)o關(guān) 常切割生長要素 生長環(huán)帶 3 切割或穿出主礦物 4 往往形態(tài)不規(guī)則 且粒度較小 3 假次生包裹體 pseudomorphsecondaryinclusion PS型 基本概念 形成機(jī)理 特點(diǎn)其分布 個(gè)體等特點(diǎn)與次生包裹體相似 但它們的發(fā)布不會(huì)穿出主礦物的顆粒邊界 只存在于主礦物的某一部位或某一位置上 鑒定注意事項(xiàng) 由于包裹體個(gè)體很小 一般情況下只有5 10 必需在高倍鏡下才能見到它 400倍左右 成因類型鑒別時(shí) 一般用中 低倍鏡 物鏡10 20 目的是要觀察包裹體的分布特征 來確定其成因類型 物相類型鑒別時(shí) 一般用高倍鏡 30 40 觀察 不要一看到包裹體定向分布就認(rèn)為它是次生的 先做成因鑒別 再做物相鑒別 二 物相鑒定 identityofphysicsphase 前面我們提到過 包裹體中所出現(xiàn)物相有 V VCO2 L LH2O LCO2 D G等等 復(fù)習(xí)前面的物相類型 物相類型鑒定是我們研究包裹體的基礎(chǔ) 我們根據(jù)各種不同物相特征來進(jìn)行鑒別 1 氣相鑒別特征 charactersofvaporphase 表現(xiàn)為在包裹體中的氣泡 球狀體 處于包裹體的最高處 有時(shí)在常溫 常壓下能看見其跳動(dòng)或活動(dòng) 在氣泡較時(shí) 或狹長的包裹體中時(shí) 氣與液的相界面的彎月面內(nèi)為氣體 氣相多為無色透明 有些則顏色較深 無色透明 灰 灰黑 黑 2 液相特征 charactersofliquidphase 常為無色透明的液體 與氣相相比 顏色略暗 液相各部分顏色相對(duì)均勻 有時(shí) 由于含有某些色素離子或有機(jī)質(zhì) 液相也會(huì)有顏色 Fe2 綠色 Fe3 紅色 Cr2 綠色 Cu2 藍(lán)色 Mn 粉紅色 有機(jī)物 顏色不能準(zhǔn)確說明 必須做熒光 淺棕色 棕色 深棕色 黑色 淺灰色 灰色 灰黑色 黑色 等等 與氣相相界線的彎月面外為液相 3 硅鹽玻璃相 siliceousglassphase 較明亮 有時(shí)比主礦物亮度還高 常會(huì)出現(xiàn)彩色的暈色 如 粉紅 紅 黃等顏色 與主礦物的邊界線常是細(xì)而清晰 不象氣 夜相的邊界線較寬 較暗 有的會(huì)出現(xiàn)脫玻化現(xiàn)象 在偏光下有干涉色 V G 硅酸鹽包裹體中氣泡 氣孔 特點(diǎn) 氣孔形態(tài)常多樣 有 圓形 星形 多邊形 不規(guī)則狀 常為黑色 有時(shí)可見裂紋 放射狀 同心圓狀 不規(guī)則狀 和棱 一個(gè)包裹體中可出現(xiàn)一個(gè)或一個(gè)以上的氣孔 其他類型只有一個(gè) 黏度 一般 600 才可能發(fā)生均化現(xiàn)象 4 子礦物 D daughtermineral 首先確定是否是子礦物 正常包裹體 巖石 礦物碎屑是隨機(jī)出現(xiàn)的 偶然性 形態(tài)不規(guī)則 相比例不定 子礦物 在同期包裹體中普遍存在 必然性 形態(tài)規(guī)則 相比例基本一定 V L D D V L 根據(jù)光性特征鑒定但在實(shí)際操作中較困難 主要原因是受到主礦物的光性干擾 因?yàn)樽拥V物小 光性弱 可以用激光拉曼光譜來鑒定 在一般穩(wěn)定的物化條件下 一個(gè)包裹體中只會(huì)形成一顆同組分的子礦物 可形成多顆不同組分的子礦物 加熱后子礦物會(huì)溶解消失 5 二氧化碳 cabondioxide 相 二氧化碳?xì)庀嗯c液相特征基本相同 一般二氧化碳相無色 灰色 VCO2與LCO2的均一化溫度 ThCO2 一般 31 1 純二氧化碳的均一溫度為31 1 6 有機(jī)質(zhì) organicphase 相 氣泡常呈圓形 橢圓形 顏色較深 通常 淺棕色 棕色 深棕色 棕黑色 黑色淺灰色 灰色 深灰色 灰黑色 黑色 紫外線照射下有熒光 與無機(jī)者相比 個(gè)體較大 粘稠 分子鏈長 小空腔進(jìn)不去 三 相比例的測(cè)定 相比例的測(cè)定可以利用書和實(shí)習(xí)指導(dǎo)書上的圖表 利用顯微鏡中的微尺進(jìn)行 1 氣液比 氣 液比 氣液比 氣液包裹體中 氣體體積與整個(gè)包裹體體積的百分 Vv VF I 100 根據(jù)氣液比又可以把氣液包裹體分成兩類 富氣的氣液包裹體 氣液比 50 富液的氣液包裹體 氣液比 50 2 充填度 F filling 包裹體中 液體體積與整個(gè)包裹體體積的百分比 F VL VF I 100 3 各相的比例 多相包裹體 硅酸鹽包裹體 X VX VF I 100 例如 子礦物 D VD VF I 100 4 流體包裹體一般特征的描述要素 樣號(hào) 2 分布 3 形態(tài) 4 素描圖 5 大小 m或 6 相組合 7 各相顏色 8 各相的比例 Vol 9 包裹體類型 成因 物相 10 均一溫度 homogenizationtemperatureTh 11 均一狀態(tài) 12 部分均一溫度 Thco2 13 部分均一狀態(tài) 等等 第五章流體包裹體在高溫下的性狀 Natureandstateoffluidinclusionunderhightemperature 主要是通過研究流體包裹體均一過程及相轉(zhuǎn)變點(diǎn) 從而來得知成巖成礦溫度和成巖成礦流體的原始狀態(tài) 原來我們對(duì)地質(zhì)溫度的了解從那些方面 從 礦物對(duì) 典型礦物 礦物形貌標(biāo)型 礦物成分標(biāo)型 礦物組合 圍巖蝕變 圍巖蝕變組合等來了解地質(zhì)溫度 這樣的地質(zhì)溫度只能是大致的了解 并不能較準(zhǔn)確地 直接地知道真實(shí)的成巖成礦溫度 當(dāng)然 還有同位素以及火山和熱泉的直接測(cè)定等等 我們現(xiàn)在利用包裹體的研究 我們就可以準(zhǔn)確地 直接地測(cè)定成巖成礦溫度 并且 可以知道成巖成礦流體的原始狀態(tài) 能供給包裹體高溫下性狀研究的包裹體必須同時(shí)滿足以下三個(gè)前提 1 必須是等容體系 即 流體被捕獲后體積沒有變化 2 必須是均勻體系 即 流體被捕獲時(shí)是單相流體 3 必須是封閉體系 即 流體被圈閉后與外界無物質(zhì)交換 不等容 不能再現(xiàn)原始被捕獲時(shí)的狀態(tài) 不均勻 異常包裹體 如當(dāng)正常包裹體用 錯(cuò)誤結(jié)論 不封閉 原始的條件和狀態(tài)無存 流體包裹體測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn) 自己可以直接 直觀的測(cè)定 成本低 速度快 準(zhǔn)確可靠 溫度與原始狀態(tài)同時(shí)測(cè)定 這一研究 我們是利用顯微熱臺(tái)來完成的 測(cè)溫的主要方法 均一法 爆裂法 淬火法 一 均一法測(cè)溫 measuringmethodofhomogenizationtemperature 一 基本原理 basicprinciple essentialprinciple 1858年英國地質(zhì)學(xué)家Sorby在研究中發(fā)現(xiàn) 薄片的礦物中有許多會(huì)動(dòng)的小氣泡 通過他的研究 提出了均一法測(cè)溫的基本原理 礦物生長 產(chǎn)生缺陷 捕獲均勻流體 主礦物的母流體 礦物繼續(xù)生長形成圈閉 降溫 降壓 形成多相體系 室內(nèi)人工加溫 升壓 恢復(fù)均勻體系 此時(shí)的溫度就是流體的均一溫度 這種多相轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌鄷r(shí)的溫度 相轉(zhuǎn)變溫度 均一溫度 homogenizationtemperature Th 均一溫度并不能完全代表成巖成礦溫度 或稱形成溫度 因?yàn)?它有一個(gè)因素未考慮到 P外 當(dāng)P外小時(shí) Th Tf當(dāng)P外大時(shí) Th Tf所以 它是成巖成礦溫度的下限 Th Tf 二 均一途徑 homogenizationways 1 純水體系 purewatersystem 有三種不同的均一途徑 1 氣 液 加熱 氣泡變小 液相變大 氣泡消失 均一為液相 L ThP84 圖表明原始流體為液態(tài)流體 2 氣 液 加溫 氣體變大 液體變小 液體消失 均一為氣相 等容線下部 表明原始流體為氣態(tài)流體 3 氣 液 加溫 氣 液體積不變 氣 液體積不變 兩相界線突然消失 CP線上 表明原始被捕獲的流體為臨界態(tài)或超臨界態(tài)流體 2 含液態(tài)二氧化碳 LCO2 三相包裹體1 Vco2 Lco2 LH2O Lco2 LH2O LH2O2 Vco2 Lco2 LH2O Vco2 LH2O LH2O這類包裹體 部分均一溫度 部分均一狀態(tài) 完全 均一溫度 完全 均一狀態(tài) V L VCO2 LCO2 LH2O 3 含子礦物 daughtermineral bearing 的多相包裹體 均一途徑有三種 1 V D L D L L反映原始流體中鹽類是過飽和的 2 V D L V L L反映鹽類的濃度較低 處于不飽和狀態(tài) 3 V D L V D L 臨界態(tài)反映在臨界狀態(tài) V D L在它們的平衡線上 DNaCl V L 三 均一法測(cè)溫的影響因素 1 升溫速率 單位 x min2 包裹體發(fā)生過后期不可逆變化3 發(fā)生塑性變形的包裹體 先測(cè)小氣液比者 再測(cè)大氣液比者 先測(cè)黑氣泡者 再測(cè)白氣泡者 先測(cè)次生包裹體 再測(cè)原生包裹體 先測(cè)CO2包裹體 再測(cè)別的包裹體 四 主要設(shè)備 1 熱臺(tái) heatingstage 也叫顯微加熱臺(tái) 顯微量熱器等 如 Leitz1350 Leitz1750 LinkamTS1500等2 冷熱兩用臺(tái) cooling heatingstage 如 LinkamTH600 LinkamTHMSG600等 五 取樣及制樣 1 取樣要求 1 樣品新鮮 主礦物 holdedmineral 未被改造 未被蝕變 風(fēng)化 塑性變形 等等 所謂新鮮 就是要保持樣品的原始狀態(tài) 2 數(shù)量 取決于研究對(duì)象及研究要求 精度 2 制樣要求 1 磨制光薄片或包裹體片 兩面均要磨平 拋光 2 一般情況下 所用膠要在100 以下能夠軟化 熔化 一般要樹膠 3 光薄片的厚度視主礦物的透明度 transparency 而定 一般0 2 0 5mm 在透明度允許的情況下 厚一點(diǎn)為好 因?yàn)樽鰳訒r(shí)樣品要從載玻璃片上取下 厚一點(diǎn)好取 好拿 包裹體也多一些 觀察鑒定 前面我們已提到過了 應(yīng)該怎樣做 每塊片子中 不同成因 不同類型的包裹體 應(yīng)測(cè)10 15個(gè)以上 并用做直方圖的統(tǒng)計(jì)方法來確定最佳均一溫度 最有代表性的均一溫度 六 優(yōu)劣評(píng)述 優(yōu) 1 用于透明礦物 半透明礦物 2 能直觀地見到各種相態(tài)及形態(tài)變化 直接測(cè)定相轉(zhuǎn)變溫度 3 直接觀察 測(cè)定區(qū)分不同成礦期 成礦階段的特點(diǎn)及溫度 4 可直接觀察 判斷成巖成礦流體的相態(tài) 礦質(zhì)沉淀的原因 5 區(qū)分熱事件的次數(shù) 各成因類型包裹體的情況 6 儀器操作簡便 精度高 干擾因素少 自己都能動(dòng)手做 劣勢(shì) 1 不能用于大多數(shù)金屬礦物 2 包裹體太小時(shí) 2 3 m 基本上就無法測(cè)定了 因?yàn)槿庋劭床磺?3 測(cè)定速度較慢 不能大批量快速測(cè)定 一天大概能測(cè)二片左右 二 爆裂法測(cè)溫 decrepitationtemperature爆裂溫度Td 一 基本原理 essentialprinciple 1948年由加拿大多倫多大學(xué)的ScootandSmith所創(chuàng)立 在Sorby的基礎(chǔ)上 當(dāng)流體包裹體被加熱后 內(nèi)壓升高 當(dāng)內(nèi)壓大于主礦物強(qiáng)度及外壓時(shí) 流體包裹體就會(huì)爆破而發(fā)出聲響 用儀器收集 放大 記錄其爆裂聲響 從而來測(cè)定爆裂溫度 Td P外 P內(nèi)P內(nèi) P外 P內(nèi)P外 P內(nèi)從上述情況來看 我們可以明顯的看出 Td Tf ThTd Tf Td是成巖成礦溫度的上限 Th Tf Th是成巖成礦溫度的下限 Tt 捕獲溫度 二 儀器設(shè)備 目前大部分儀器都是自己設(shè)計(jì) 自己制作 原有的商品儀器現(xiàn)在 樣品容器 樣品加熱器 放大器 噪聲識(shí)別系統(tǒng) 記錄儀器記錄每個(gè)包裹體能放出1 2Hz 三 樣品要求 1 對(duì)象 單礦物 全巖 研究對(duì)象2 粒度大小 一般粒度0 1 0 5mm左右 40目 60目 粒度的具體大小取決于流體包裹體的特點(diǎn) 如 流體包裹體大 粒度粗 流體包裹體細(xì) 粒度小3 重量 單礦物送樣1克 做樣0 5克 副樣0 5克 全巖樣1cm3 四 優(yōu)劣評(píng)述 優(yōu) 1 適用性廣 透明 不透明 單礦物 全巖 包裹體大 包裹體小都可以做 2 測(cè)定速度快 可以大批量做樣 解釋3 價(jià)格低 4 可以進(jìn)行等體積或等重量條件下的流體包裹體數(shù)量的對(duì)比 缺點(diǎn) 1 肉眼無法觀察到所研究對(duì)象的特征 2 主礦物的物理性質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果有影響 解理 裂隙 礦物強(qiáng)度等等 3 流體成分的影響 二氧化碳的熱膨脹系數(shù)是水的30倍 4 流體包裹體在主礦物顆粒中的位置的影響 5 流體包裹體的形態(tài)影響 6 電干擾 三 淬火法 quenchingmethod 主要研究成巖溫度 一 基本原理 同均一法 二 研究對(duì)象 硅酸鹽包裹體 三 方法 在某一高溫條件下恒溫 2小時(shí) 快速將片子拿出來淬火 放在瓷板上或放入水中 讓其快速突然降溫 使樣品保持在某一高溫時(shí)的狀態(tài) 一般情況下 起步溫度為600 每次升溫的間隔為50 快均一時(shí)的溫度間隔調(diào)整為20 左右 四 儀器設(shè)備 熱臺(tái) Leitz1350 1750 TS1500 淬火儀 馬福爐 第六章流體包裹體在低溫下的性狀 natureandstateunderlowtemperature 主要研究成巖成礦流體的 濃度 組成體系 流體密度 單相流體包裹體物相類型的判別 一 基本定理 essentialtheorem 拉烏爾定律 根據(jù)實(shí)驗(yàn) 許多難揮發(fā)的非電解質(zhì)的稀溶液 沸點(diǎn)的上升和冰點(diǎn)的下降 與溶液的摩爾濃度成正比 與溶液的本身性質(zhì)無關(guān) 二 流體包裹體實(shí)驗(yàn)研究 成巖成礦流體的組成是非常復(fù)雜的 K Na Li Ca2 Mg2 Al3 etc Cu2 Pb2 Zn2 Mn2 Au Ag etc HSO HCO3 HSO3 CO32 SO42 HS S2 etc 1977年美國地質(zhì)學(xué)家Potter實(shí)驗(yàn)研究表明 將上述物質(zhì)配制成不同濃度的似天然的成巖成礦流體 并與不同濃度的簡單的NaCl H2O流體做冰點(diǎn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究 其結(jié)果表明 兩者相應(yīng)的不同濃度溶液的freezingpoint僅相差1 三 濃度 鹽度salinityS 測(cè)定 根據(jù)前面我們所說 流體的冰點(diǎn)下降 沸點(diǎn)的上升只與濃度有關(guān) 可以用簡單流體來替代復(fù)雜流體 我們就可以在實(shí)驗(yàn)室的條件下 讓流體包裹體冷結(jié)冰 來測(cè)定其冰點(diǎn) freezingpoint 然后 與已知簡單流體已做好的冰點(diǎn)與鹽度數(shù)據(jù)對(duì)比 我們就可以求得所測(cè)流體包裹體的鹽度值 冰點(diǎn) freezingpoint 流體包裹體中第一顆冰晶剛出現(xiàn)時(shí)的溫度 或流體包裹體全部被凍住后 緩慢升溫 當(dāng)最后一顆冰晶剛?cè)刍陼r(shí)的溫度 實(shí)際操作中時(shí) 常常用的是后一種做法 其原因 前面一種做法 在鏡下冰晶剛出現(xiàn)時(shí) 極不容易觀察到 冰晶在過冷卻的狀態(tài)下 常常成為棕色或白色 升溫速率要控制在0 5 1 0 min 一 鹽水體系 NaCl H2O 1 稀溶液 W NaCl 0 W NaCl 23 3 濃度 鹽度 加大 冰點(diǎn)下降 求鹽度 可以用P39 P40 P108相圖求得 用公式求得 鹽度 S 1 76958Tf 4 2384 10 2Tf2 502778 10 4Tf3 0 028 根據(jù)冰點(diǎn)查物理化學(xué)手冊(cè) 2 非稀溶液 W NaCl 23 3 W NaCl 26 3 濃度 鹽度 升高 冰點(diǎn)升高 會(huì)形成水石鹽 NaCl 2H2O 據(jù)其熔點(diǎn) 求鹽度 水石鹽冰 顏色 淡黃綠色無色 過冷卻時(shí)為白色或棕色 形態(tài) 八面體顆粒 無晶形的一塊 加熱時(shí)的反應(yīng) 常常夾在冰粒間 加熱時(shí)向氣泡靠攏 消失 溶解的先后 先溶解 后溶解 突起情況 突起高于冰 突起低于水鹽 3 26 3 W NaCl 在室溫下 會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的子礦物 石鹽 濃度 鹽度 越高 子礦物 D 的消失溫度越高 子礦物的消失溫度與鹽度有關(guān) 求法 根據(jù)子礦物的消失溫度P39 P40 P108的相圖 查物理化學(xué)手冊(cè) 注意W NaCl 25 53 不太好求 二 NaCl CO2 H2O體系 低溫共結(jié)點(diǎn)為 56 6 VCO2與LCO2的均一溫度 31 1 在 80 或以下時(shí) 常常出現(xiàn) 形成 二氧化碳 籠形物 clathrates 籠形物 CO2 5 H2O籠形物的消失溫度范圍 0 10 且基本上為平行于0 23 3 W NaCl 的平行線 見P58 Fig 3 41相圖 我們就很快利用籠形物的消失溫度和相圖 求得成巖成礦流體的鹽度 鏡下 籠形物是一種黑色的固體 常常聚集在氣泡的邊緣 具體特點(diǎn)如下 它不會(huì)形成自己的獨(dú)立的顆粒 在 80 時(shí)可以發(fā)現(xiàn)氣泡邊緣變黑 變粗 說明它已經(jīng)形成 三相的共結(jié)點(diǎn)為 56 6 此時(shí)會(huì)出現(xiàn)水溶液 黑黑的視閾突然會(huì)出現(xiàn)暗邊 水溶液出現(xiàn) 測(cè)定籠形物的消失溫度 用相圖求出鹽度 CO2 H2O體系中clathrates的消失溫度為 10 NaCl CO2 H2O體系中clathrates的消失溫度為0 10 四 共結(jié)溫度與體系 不同體系的共結(jié)溫度是不同的 據(jù)此判斷是何體系 純水體系 0 15 二氧化碳 56 6 NaCl H2O 20 8 含有SO2 85 8 含有CH 182 5 含有MgCl2 33 6 含有CaCl2 49 8 Na2CO3 3 NaHCO3 2 3 KCl 10 6 五 據(jù)鹽度求成巖成礦流體的密度 density 求法 1 如果不考慮鹽度的話 F 密度 V的 密度 非常低可以忽略不計(jì) 可以認(rèn)為F 2 如果考慮鹽度的話 利用相圖來求 P122圖7 15 W NaCl Th 3 利用流體包裹體狀態(tài)方程來求密度 D A BT CT2A Ao A1W A2W2Ao 0 99351A1 8 72147 10 3A2 2 43975 10 5B Bo B1W B2W2Bo 7 11652 10 5B1 5 22080 10 5B2 1 26656 10 6C Co C1W C2W2Co 3 4997 10 6C1 2 12124 10 7C2 4 52311 10 9W salinityT temperature 第七章流體包裹體成分分析 compositionanalyseofF I 一 成分分析的特殊性 1 微區(qū) 微量性 2 多相性 3 多世代 多成因性 4 取樣的困難性 二 成分分析的重要性 1 是研究成巖成礦流體最重要 最主要的手段 2 利用流體包裹體的成分分析資料 借助于物理化學(xué)方程 便可計(jì)算出成巖成礦的環(huán)境參數(shù) 3 通過成分分析能查明成巖成礦流體的演化方式 過程 4 通過同位素的測(cè)定 可以準(zhǔn)確地知道成巖成礦的年代 成巖成礦物質(zhì)的來源 5 流體包裹體的研究結(jié)果可以用于找礦 評(píng)價(jià) 三 主要方法 主要方法分為兩大類 單體 單個(gè)包裹體的成分分析現(xiàn)代的發(fā)展趨勢(shì) 世代準(zhǔn)確分開 分析準(zhǔn)確 儀器價(jià)格高 群體 一群包裹體的成分分析傳統(tǒng)的分析方法 目前仍是主要的分析方法 一 群體分析 分析主要是按物相類型來進(jìn)行 目前沒有通用的儀器 1 氣相成分分析 此項(xiàng)分析 目前主要是用經(jīng)過改裝的氣相色譜儀來進(jìn)行分析 工作過程 取樣 制樣 清洗 烘干 稱重 裝入樣品管 加熱 載氣沖洗 封閉 載氣熱爆或真空熱爆 冷卻 開閥 氣相色譜儀 分析曲線 解譯 定性 定量 分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣品的分析曲線進(jìn)行對(duì)比 定性 定量 常見的揮發(fā)性組分 H2O CO2 CO N2 O2 H2 CH4 SO2 H2S 樣品 單礦物 40目 60目 重量1克左右 0 5做 0 5克副樣 全巖 40目 60目 重量1克左右 0 5做 0 5克副樣 取樣 先做Td 可分期 分階段取樣 把世代分開 裝樣前的樣品 必須要充分清洗 蒸餾水 超聲波 爆裂前樣品要在80 100 條件下 用載氣熱沖洗15 30分鐘 將裝樣時(shí)的空氣 樣品顆粒表面所吸附的氣體及水分子清除掉 2 液相成分分析 流體包裹體的液相成分分析 重要的一項(xiàng)工作就是制樣 樣品制備同前 不可用化學(xué)藥品清洗 二次去離子水 超聲波清洗 低溫烘干 80 100 裝樣 載氣清洗或抽真空 熱爆 冷卻 氣體 液體 吸附于樣品顆粒及管壁上 定量二次去離子水 超聲波洗脫 離心機(jī)離心 定量提取清液 按分析對(duì)象和分析要求進(jìn)行分析 陽離子 原子吸收光譜 對(duì)象 堿 堿土金屬 K Na Ca2 Mg2 etc 1ml洗脫液 元素 等離子光譜 ICP 對(duì)象 重金屬 Cu2 Pb2 Zn2 Ag Au Si4 Al3 etc 1 2ml 各元素 陰離子 離子色譜 液相色譜 SO42 CO32 HSO4 HCO3 HS2 S22 OH Cl F 10克單礦物樣品 鹵素元素 Cl F Br etc 離子交換電極 二 流體包裹體的單體分析 1 固相 硅酸鹽 子礦物 電子探針樣品 要求被測(cè)對(duì)象一定要在表面 有效的暴露方法 子礦物 磨 使包裹體被磨破 子礦物暴露出來 折 在含子礦物包裹體較多的情況下 折斷樣片 在斷口處找暴露的子礦物 硅酸鹽 磨 磨破硅酸鹽包裹體 使硅酸鹽玻璃暴露 測(cè)其成分 均一 再磨 測(cè)巖漿成分 2 氣 液相 1 激光拉曼光譜分析 激光拉曼光譜分析一般要求 對(duì)象 2 激光光束2 只能測(cè)定化合物 不能測(cè)定單質(zhì)2 激光消融 高能激光 顯微鏡系統(tǒng) 共聚焦于流體包裹體上 主礦物打孔 汽化 包裹體的成分引出來 儀器分析 質(zhì)譜儀或ICP 流體包裹體成分 三 同位素 isotope 流體包裹體同位素分析準(zhǔn)確 是由流體包裹體的形成及特點(diǎn)所決定的 放射性同位素 radio isotope 年代 成巖成礦年齡 穩(wěn)定性同位素 stable isotope 示蹤 成巖成礦物質(zhì)來源 一 放射性同位素 radio isotope 主要研究成巖成礦的年齡 K Ar Rb Sr Sm Nd 一般用石英 純 不得有任何雜質(zhì) 2 5克 其分析結(jié)果解譯 熱液礦床地球化學(xué) 同位素地球化學(xué)等書 二 穩(wěn)定性同位素 stable isotope 主要研究成巖成礦物質(zhì)的來源 O18 C13 S34 D 流體包裹體中大部分是H2O 占95 以上 用 D O18來說明H2O的來源時(shí) 注意 O18 O18有 OH2O18和 O晶體18之分 兩者可以通過物理化學(xué)公式換算 用 D O18來說明H2O的來源時(shí) 必須用 D OH2O18 第八章地質(zhì)壓力 地質(zhì)壓力是成巖成礦環(huán)境的重要參數(shù)之一 也是我們進(jìn)行找礦 評(píng)價(jià)的重要參數(shù) 以前我們對(duì)地質(zhì)壓力的估計(jì) 是根據(jù) 典型的礦物壓力計(jì) 典型的礦物對(duì) 典型的蝕變組合 地層靜壓力 250atm km etc 來求成巖成礦的壓力的 在地殼中 并非一定是淺處壓力就低 深處壓力就高 它還會(huì)受到構(gòu)造和地應(yīng)力的影響 研究得知成巖成礦的壓力 成巖成礦的深度 確定剝蝕深度 為找礦 評(píng)價(jià)提供依據(jù) 再則 Th Tf Td 用P可以進(jìn)行Th校正 求T 1bar 1 105Pa 一 壓力校正 我們?cè)跍y(cè)溫 HomogenizationTemperature Th 時(shí) 只考慮到溫度 而未考慮到外部的壓力 P外 問題 雖然 固體對(duì)壓力是非常的不敏感 其體積基本上是恒定的 但是 考慮到流體包裹體體積的話 這種改變我們就不能忽略而不考慮了 所以 如果要求TforTt的話 Th就要進(jìn)行壓力校正 首先 我們來看看那些情況下不需要做壓力校正 1 硅酸鹽包裹體不需要壓力校正Th Tf或Tt 硅酸鹽流體 巖漿 黏度大 不易受到壓力的影響 又 實(shí)驗(yàn) 在1000bar 4km深 條件下 只有20 的影響 對(duì)于1000多度來說 這種誤差可以忽略 想想你們做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候 硅酸鹽包裹體不需要壓力校正 2 沸騰包裹體 群 不需要壓力校正沸騰包裹體 boilinginclusion 由于沸騰作用 即內(nèi)壓與外壓相等 時(shí) 形成的一群包裹體 它們是基本上同時(shí)形成的 氣液比不同