講課4-流體地質(zhì)學(xué)-第四章

1、第四章第四章 相變方法（相變方法（1 1）Chapter 4 Fluid inclusion microthermometry (1)均一法測溫原理均一法測溫原理觀測觀測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流體包裹體的均流體包裹體的均一過程一過程得出不同流體體系的相圖（通常是在成分恒定的P-T-V相圖中表示出一系列不同密度的等容線或相當(dāng)?shù)年P(guān)系曲線。）流體包裹體實際測試結(jié)果（相變溫度）估測流體組成（X）、摩爾體積（V）或密度（p），推論捕獲溫度（T）和壓力（P）流體包裹體相變研究的核心核心是：獲得流體的密度和相應(yīng)成分的等容線，即T, P 之間的特定函數(shù)關(guān)系。1.1. 實驗實驗的的方法方法2.2. 利用利用熱力學(xué)計算獲得有關(guān)

2、熱力學(xué)計算獲得有關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) ( (流體的狀態(tài)方程研究流體的狀態(tài)方程研究) ) 流體的各種狀態(tài)方程得出不同流體體系的相圖（通常是在成分恒定的P-T-V相圖中表示出一系列不同密度的等容線或相當(dāng)?shù)年P(guān)系曲線。）估測流體組成（X）、摩爾體積（V）或密度（p），推論捕獲溫度（T）和壓力（P）流體包裹體相變研究的核心核心是：獲得流體的密度和相應(yīng)成分的等容線，即T, P 之間的特定函數(shù)關(guān)系。1.1. 實驗實驗的的方法方法2.2. 利用利用熱力學(xué)計算獲得有關(guān)熱力學(xué)計算獲得有關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) ( (流體的狀態(tài)方程研究流體的狀態(tài)方程研究) ) 流體的各種狀態(tài)方程流體包裹體實際測試結(jié)果（相變溫度） 流體包裹體測溫三個前提三

3、個前提均一體系、等容體系、封閉體系主要是通過研究流體包裹體均一過程均一過程及相轉(zhuǎn)變點相轉(zhuǎn)變點，從而來得知成巖成礦溫度和成巖成礦流體的原始狀態(tài)。流體包裹體的相變溫度相變溫度測定包括加熱和冷凍兩個部分，前者主要涉及大量的均一溫度均一溫度和部分均一溫度部分均一溫度的測定，后者主要涉及三相點三相點（低共熔點）和冰點冰點溫度等的測定，它們常常是一個連續(xù)或交替的測定過程。測溫的主要方法有：均一法均一法、 爆裂法、 淬火法。均一法測溫基本原理（Basic principle of heating）：均一法是流體包裹體相變分析的基本方法。通過提高流體包裹體溫度的辦法，把由于不均勻收縮形成的不同相態(tài)，恢復(fù)到原來

4、的單相流體狀態(tài)。 捕獲均勻、單一相流體P、T相變多相體系封閉相變P、T實驗室加溫、升壓多相體系均勻、單一相流體Th：均一溫度捕獲捕獲相變相變室溫室溫Th：均一溫度均一法測溫觀測數(shù)據(jù)主要包括觀測完全完全均一溫度（均一溫度（ThTh）、子礦物溶解溫度子礦物溶解溫度（TsTs）和部分均一溫度（如部分均一溫度（如ThThCOCO2 2），他們都是指相轉(zhuǎn)變的瞬間溫度。測定出這些相變溫度，結(jié)合成分資料和有關(guān)的相平衡數(shù)據(jù)，就可以獲得包裹體的密度，進(jìn)而求得等容線，得到包裹體的特定T-P關(guān)系。均一過程1.氣-液兩相包裹體的均一過程均一到液相狀態(tài)（均一到液相狀態(tài)（L+VLL+VL）隨著加熱，氣相逐漸縮小直至消失，

5、包裹體完全變成液相，氣泡最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度（ThL）。說明原先說明原先被捕獲被捕獲的的成成礦溶液是密度較高的流體相。礦溶液是密度較高的流體相。均一到氣相狀態(tài)（均一到氣相狀態(tài)（L+V VL+V V）隨著加熱，氣相逐漸擴(kuò)大，最后充滿整個包裹體成為均勻的氣相，液相最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度（ThV）。說明原先說明原先捕獲的是具有低密度的流體相捕獲的是具有低密度的流體相。均一到臨界狀態(tài)（均一到臨界狀態(tài)（L+V CL+V C）隨著溫度的增加，氣相即不縮小也不擴(kuò)大，而是表現(xiàn)為氣-液兩相界線間的彎月形界面逐漸模糊，直至最后顯示而使包裹體成為一個均勻相，這就是臨界狀態(tài)。指示這種

6、包裹體是在指示這種包裹體是在臨界狀態(tài)下捕獲的，稱為臨界包裹體臨界狀態(tài)下捕獲的，稱為臨界包裹體。2.富CO2包裹體 在室溫下，富CO2包裹體表現(xiàn)為兩種不混溶流體的狀態(tài)：一種為富CO2相，一種為富H2O相。在臨界溫度之下，富CO2相常常進(jìn)一步分離成為富CO2液相和氣相，富H2O相常常是由液相組成，構(gòu)成由三相組成的包裹體: LH2O+LCO2+VCO2。當(dāng)溫度低于10時，有時可以見到CO2水合物相出現(xiàn)在氣泡周圍等處。2.富CO2包裹體的均一過程這類包裹體的均一方式和過程取決于包裹體中CO2與H2O的比例，均一到富CO2 相、富H2O相及臨界均一。LH2OLCO2LCO2LH2OLCO2LH2OC.F

7、LH2OLCO22.富CO2包裹體的均一過程當(dāng)CO2相在常溫下（以及在低溫一定范圍內(nèi)）呈現(xiàn)CO2富液和富氣兩相時（ LH2O+LCO2+VCO2 ），就出現(xiàn)了部分均一的情況：部分均一到氣相H2O溶解于CO2相；部分均一到液相CO2溶解于H2O溶液中；臨界均一的方式兩相之間的彎曲面逐漸消失，區(qū)分不出均一方向。LH2OLCO2VCO2LH2OLCO2LH2O 部分均一部分均一溫度溫度ThThCO2CO2 部分均一狀態(tài)部分均一狀態(tài) 完全均完全均一一溫度溫度ThTh 完全均完全均一狀態(tài)一狀態(tài)3.含子礦物多相 包裹體的均一過程常見的子子礦物礦物為為NaClNaCl（石鹽）和（石鹽）和KClKCl（鉀鹽）

8、：鉀鹽）：加熱易于溶解，其溶解的溫度（Ts）往往與流體相中NaCl、KCl的成分含量之間存在聯(lián)系，可用于包裹體中這些成分的估算。另外一些子礦物，如硅酸鹽和碳酸鹽等的子礦物（長石，方解石，赤鐵礦）由于其溶解的速率太低，不能迅速地達(dá)到熱平衡，不能用于進(jìn)行成分含量的估算。當(dāng)包裹體中同時含有NaCl和KCl子晶時，往往KCl子礦物晶體較小，與NaCl相比，KCl立方體較小且稍圓，而NaCl子礦物立方體較大且晶形很好。加熱后，因KCl在H2O中溶解度大，KCl很快溶解消失，剩下NaCl繼續(xù)升溫后溶解。3.含子礦物多相包裹體的均一過程含NaCl子礦物的三相包裹體加熱時會出現(xiàn)三種均一方式：升溫后，石鹽立方體

9、的棱角逐漸變圓，繼續(xù)加熱，氣泡先消失，然后石鹽溶解達(dá)到均一狀態(tài)，即通過石鹽最終消失達(dá)到均一。這類包裹體是從原始過飽和溶液中捕獲的；3.含子礦物多相 包裹體的均一過程含NaCl子礦物的三相包裹體加熱時會出現(xiàn)三種均一方式：加熱后，石鹽首先消失，而后氣泡消失。這類包裹體是通過氣泡最終消失而達(dá)到均一的，認(rèn)為是從原始不飽和溶液中捕獲的；3.含子礦物多相 包裹體的均一過程含NaCl子礦物的三相包裹體加熱時會出現(xiàn)三種均一方式：加熱時，氣泡和石鹽同時消失而達(dá)到均一狀態(tài)，說明這類包裹體可能是從沸騰流體中產(chǎn)生的，也可能是在臨界狀態(tài)下捕獲的。均一法測溫的主要儀器設(shè)備About equipments儀器設(shè)備：在光學(xué)顯

10、微鏡上安裝顯微熱臺、冷-熱兩用臺、溫度測量設(shè)備和加熱源等。 冷-熱兩用臺主要有Chaixmeca， Linkam，Reynolds三種商業(yè)化的產(chǎn)品，高溫?zé)崤_主要是Leitz1350及1500熱臺。顯微鏡要求質(zhì)量好一些的：有高倍數(shù)的長焦距物鏡、較好的光源系統(tǒng)和合適的鏡筒高度。我們實驗室有Linkam 冷-熱兩用臺和高溫Leitz1350熱臺，教學(xué)主要使用經(jīng)過改裝的這種高溫?zé)崤_。Leitz1350熱臺（實習(xí)課詳細(xì)講解?。崤_結(jié)構(gòu)主要由熱臺支座、熱臺主體和氣、水循環(huán)裝置構(gòu)成。熱臺的安裝將熱臺安裝在顯微鏡載物臺上，旋緊兩個固定螺絲。安裝水冷卻管道系統(tǒng)，將橡皮管的一頭接在水源管上，另一頭接在入水管上，入

11、水管上有一水流計，冷卻水首先通過下冷卻室，再經(jīng)過短塑料管到上冷卻室，然后排出。熱臺與熱電流計是用兩條電線相連。1350熱臺的優(yōu)缺點優(yōu)點：1）設(shè)計合理，各項技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定；2）臺體高度40mm，可與多種顯微鏡使用；3）物鏡為長工作距離鏡頭，聚光效果好，成像清楚。缺點：溫度計為刻度式，20/格，精度低，誤差較大。1.匙形片；2.石英板；3.彈簧片；4.保護(hù)氣孔嘴；5.冷卻水孔嘴；6.橡皮墊圈；7.電源接頭；8.圓形軟線圈；9.固定螺絲；10.石英片；11.固定環(huán)；12.圓形軟線圈；13.連接熱電偶螺母；14.測量儀表接頭；15.樣品定位螺絲；16.樣品水平定位螺絲；17.加熱座；18.帶熱電偶的樣品

12、支架；19.樣品室；20.圓形軟線圈；21.遮光板Linkam THMSG 600型冷-熱臺（實習(xí)課詳細(xì)講解?。囟确秶?96+600加熱或冷卻由計算機(jī)程序控制。加熱臺溫度校正原因：1）溫度計探頭與所測定的包裹體之間有一段距離；2）樣品室可能存在水平和垂直熱梯度；3）絕熱材料存在差異。校準(zhǔn)方法：1）用高純度的標(biāo)準(zhǔn)熔點物質(zhì)進(jìn)行校正，測出熔化溫度，將實測溫度與理論熔點進(jìn)行對比，做出溫度校正曲線。2）用人造包裹體標(biāo)樣進(jìn)行校正，得到校正曲線對測定值進(jìn)行換算。均一法操作方法Procedure of Heating（1）準(zhǔn)備工作a)首先要對所需研究樣品進(jìn)行詳細(xì)的巖相學(xué)觀察、鑒定和紀(jì)錄，區(qū)分不同世代的流體

13、包裹體和不同類型的包裹體，確定合適的研究方案和步驟。b)選擇有代表性的包裹體，一般按照從低溫到高溫的原則進(jìn)行測溫，并可同時對幾組或幾個世代的包裹體同時進(jìn)行測定，對所用過的樣品碎片要注意保存。（2）將樣品碎片放入熱臺，選擇易測定的包裹體（外形 較規(guī)范、個體較大、腔壁較薄、相界線清楚者），進(jìn)行相應(yīng)的包裹體特征的紀(jì)錄。（3）操作熱臺，升溫，觀察和記錄相態(tài)變化，均一方式和不同的均一溫度等現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。測溫薄片的制作：定位。在樣品上找到準(zhǔn)確的切片位置。切片。用金剛刀切片機(jī)，沿確定位置切下巖石或礦物片，一般厚3-4mm。粗磨。切片的任一面在磨片機(jī)上磨平，用180-220號金剛砂做磨料。細(xì)磨。粗磨后洗凈，用M

14、20或M10號金剛砂做磨料進(jìn)行細(xì)磨。剖光。細(xì)磨后，用氧化鉻或重鉻酸氨做磨料在拋光機(jī)上拋光，也可手工在平面玻璃上拋光，最后在絨布上拋光。粘片。將拋光的一面用冷杉膠（或松香）粘在準(zhǔn)備好的載玻片上。如果樣品要求在60粘片，可用石蠟粘結(jié)。磨制薄片的另一面。卸片。在溫控板上，80條件下卸下薄片，并將粘結(jié)劑用酒精或有機(jī)試劑（如丙酮）洗凈、烘干并晾干，編號備用。注意！一定要將薄片表面的膠清洗干凈。樣號主礦物分布類型相態(tài)類型 相組合大小(m)形態(tài)顏色相比例 (Vol%)充填度(F)豐度素描圖部分均一溫度THCO2部分均一狀態(tài)TH（）完全均一狀態(tài)均一溫度再現(xiàn)溫度平均溫度（4）觀測技巧a)升溫速率可采取分段變化的

15、辦法，開始時可用較大的速率（如20/min），接近均一時減小到1-5/min，使之達(dá)到熱平衡。b)加熱過程中，氣泡大小的突然變大變小，可能指示這個包裹體發(fā)生了泄漏。c)當(dāng)包裹體的腔壁較厚時，氣泡變到很小會進(jìn)入黑的腔壁消失，妨礙均一溫度的判斷。可以通過快速降低溫度10-20來檢驗：氣泡馬上出現(xiàn)，則之前所達(dá)到的溫度不是均一溫度，不出現(xiàn)或一段時間后再出現(xiàn)，則之前已經(jīng)達(dá)到了均一狀態(tài)。d)富氣相包裹體不易觀測，常選擇那些扁平和有小的尾端的包裹體，相對能夠較清楚地見到氣泡變大時的過程。 其他測溫方法爆裂法、淬火法爆裂法（decrepitation）流體包裹體爆裂過程示意圖基本原理：流體包裹體是一個被主礦物

16、圈閉在晶體缺陷內(nèi)封閉的流體體系。當(dāng)溫度升高包裹體達(dá)到均一后，若再繼續(xù)升溫，包裹體的內(nèi)壓急劇上升，當(dāng)內(nèi)壓大于包裹體腔壁所能承受的壓力時，包裹體發(fā)生破裂，同時發(fā)出噼啪的響聲。可將發(fā)出大量響聲時的溫度記錄下來，這個溫度稱為爆裂溫度，用爆裂溫度測定礦物生成溫度的方法稱為爆裂法測溫。石英爆裂曲線圖譜其他測溫方法爆裂法、淬火法淬火法（熔體包裹體的均一法）熔體包裹體的均一溫度測定主要是通過高溫?zé)崤_或淬火儀來進(jìn)行。由于硅酸鹽熔體的高粘度，達(dá)到熱平衡較慢，需要較長的時間來使一個熔體包裹體達(dá)到均一狀態(tài)，一般要24h或幾天。通常采用分段加熱的方法，即每次提高30-50，恒溫保持1-2小時。因此，這需要高溫?zé)崤_具有長

17、焦距的高溫物鏡和良好的循環(huán)降溫系統(tǒng)，或采用淬火儀分段加溫、淬火觀察的辦法。淬火法（熔體包裹體的均一法）瞬時淬火：熔融包裹體在加熱過程中，氣相逐漸縮小，如果讓溫度逐步下降至室溫時，氣相又會重新回到原來的狀態(tài)和大小。采用瞬時淬火法，可使收縮變小的氣泡和相變情況固定下來，保持在恒溫階段（如900）淬火時的狀態(tài)。如樣品升溫至900、恒溫3小時后，將樣品快速投入冷水中淬火。現(xiàn)在已經(jīng)很少運用熔體包裹體的均一溫度來表征熔體的捕獲溫度，更多的是利用均一了的熔體包裹體進(jìn)行有關(guān)的微區(qū)成分測定，獲得熔體的各種主量和微量元素成分，進(jìn)行源區(qū)、巖漿形成和演化、成礦元素富集等過程有關(guān)的地球化學(xué)示蹤研究。小結(jié)（Summary

18、）均一法測溫的原理典型流體包裹體均一過程的理解和觀測方法的掌握。均一法測溫基本原理（Basic principle of heating）：均一法是流體包裹體相變分析的基本方法。通過提高流體包裹體溫度的辦法，把由于不均勻收縮形成的不同相態(tài)，恢復(fù)到原來的單相流體狀態(tài)。 捕獲均勻、單一相流體P、T相變多相體系封閉相變P、T實驗室加溫、升壓多相體系均勻、單一相流體Th：均一溫度均一過程1.氣-液兩相包裹體的均一過程均一到液相狀態(tài)（均一到液相狀態(tài)（L+VLL+VL）隨著加熱，氣相逐漸縮小直至消失，包裹體完全變成液相，氣泡最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度（ThL）。說明原先說明原先被捕獲被捕獲的的

19、成成礦溶液是密度較高的流體相。礦溶液是密度較高的流體相。均一到氣相狀態(tài)（均一到氣相狀態(tài)（L+V VL+V V）隨著加熱，氣相逐漸擴(kuò)大，最后充滿整個包裹體成為均勻的氣相，液相最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度（ThV）。說明原先說明原先捕獲的是具有低密度的流體相捕獲的是具有低密度的流體相。均一到臨界狀態(tài)（均一到臨界狀態(tài)（L+V CL+V C）隨著溫度的增加，氣相即不縮小也不擴(kuò)大，而是表現(xiàn)為氣-液兩相界線間的彎月形界面逐漸模糊，直至最后顯示而使包裹體成為一個均勻相，這就是臨界狀態(tài)。指示這種包裹體是在指示這種包裹體是在臨界狀態(tài)下捕獲的，稱為臨界包裹體臨界狀態(tài)下捕獲的，稱為臨界包裹體。2.富CO2包裹體的均一過程這類包裹