FI08-壓力測(cè)定

1、第八章 流體包裹體地質(zhì)壓力計(jì),本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 不同地質(zhì)環(huán)境下的流體壓力,第二節(jié) 常用的流體包裹體壓力計(jì),三、 H2O-（NaCl）-CO2體系,一、單組分體系,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,四、聯(lián)合求壓法 - 等容線交叉法,五、 H2O-CO2體系等容式計(jì)算法,室溫下位置,均一時(shí)位置,捕獲時(shí)位置,Th,Pt,Ph,Tt,為什么要測(cè)定壓力,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，ThTf，用P可以進(jìn)行Th校正，求形成溫度（Tt/ 或 Tf/ ）。,為什么要測(cè)定壓力,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

2、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（250atmkm）；etc.來(lái)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。,一、壓力校正：,我們?cè)跍y(cè)溫（Homogenization Temperature,Th）時(shí)，只考慮到溫度，而未考慮到外部的壓力（P外）問(wèn)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Tf 或Tt的話，Th就要進(jìn)行壓力校正。,首先，我們來(lái)看看那些情況下不需要做壓力校正： 1、硅酸鹽包裹體不

3、需要壓力校正 ThTf 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(lái)說(shuō)，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。,第二節(jié) 常用的流體包裹體壓力計(jì),2、沸騰包裹體（群）不需要壓力校正 沸騰包裹體（boiling inclusion） 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，從一個(gè)極端到另一個(gè)極端連續(xù)出現(xiàn)；均一狀態(tài)可不一樣；但，它們的均一溫度基本相同。這樣的包裹體（群）我們稱為。 沸騰，P內(nèi)=P外, Th = Tf ,第一節(jié)

4、 不同地質(zhì)環(huán)境下的流體壓力,第一節(jié) 不同地質(zhì)環(huán)境下的流體壓力,表示充填在斷裂中處于沸騰點(diǎn)以下的分層流體（淡水和鹽水）。由于鹽度增加或溫度降低都能引起流體密度的增高，因此上部較冷、較淡的地下水的整體密度與下部較熱、較咸的流體的密度可能相同，于是b和a中的壓力也就一致。,表示熱的流體沿著一個(gè)張開(kāi)的裂隙上升，伴隨著壓力降低而發(fā)生膨脹。由于流體流出地表以前將熱量傳遞給了冷的圍巖，冷卻作用的效應(yīng)明顯大于絕熱膨脹，從而發(fā)生了結(jié)晶作用，在礦物晶體中捕獲了流體包裹體。這時(shí)包裹體中流體的溫度、成分和密度與整個(gè)流體是一樣的，因此其壓力是由相應(yīng)成分流體的密度和流體柱的高度所決定的。這時(shí)流體處于沸點(diǎn)以下（未發(fā)生沸騰）

5、。實(shí)際上，由于溫度向地表降低，流體柱的整體密度會(huì)高于包裹體中流體的密度。,第一節(jié) 不同地質(zhì)環(huán)境下的流體壓力,d是c的特殊情形，包裹體中的流體壓力小于圖8.1a時(shí)的壓力。在包裹體上方裂隙中的流體發(fā)生了沸騰和汽化，這相當(dāng)于熱泉不斷噴出地表的情形。,表示整個(gè)裂隙中流體剛好處于沸騰狀態(tài)，此時(shí)包裹體的形成溫度就是均一溫度，不必進(jìn)行壓力校正。因此當(dāng)用冷凍法測(cè)得包裹體流體的鹽度（成分）時(shí)，就可以根據(jù)Haas (1976)提供的NaCl-H20體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從相應(yīng)的沸騰曲線上求得壓力。,第一節(jié) 不同地質(zhì)環(huán)境下的流體壓力,e表示剛性巖石中的閉合裂隙，包裹體形成時(shí)的壓力相當(dāng)于流體的靜壓力H加上由于熱液（脈）的收縮

6、而產(chǎn)生的壓力。,f是流體在斷裂作用下發(fā)生沸騰，這種沸騰是由于原有裂隙空間體積增加，壓力降低而引起的，這時(shí)所捕獲包裹體中的壓力就等于這種流體在此溫度時(shí)的蒸氣壓，但這種情況一般很少見(jiàn)。在許多熱液礦床中，可能也存在著構(gòu)造作用引起原有裂隙空間體積增加的情況，但一般并末引起沸騰，而只是促使流體的遷移，如在褶皺頂部有礦體富集即由此原因引起。,第一節(jié) 不同地質(zhì)環(huán)境下的流體壓力,g中巖石是塑性的，包裹體形成時(shí)的壓力為靜水壓力加靜巖壓力，即H1+ H2。,h中，包裹體的壓力為靜巖壓力或大于靜巖壓力（如果脈的側(cè)向延展小于垂深或者圍巖受區(qū)域應(yīng)力擠壓）。,一、單組份體系的壓力計(jì)算,水的等容線圖（Roedder,198

7、0),Th,Tt,Ph,Pt,一、單組份體系的壓力計(jì)算,一、單組份體系的壓力計(jì)算,下圖是CO2和CH4和等容線圖，同樣可以根據(jù)這些包裹體的均一溫度先獲得摩爾體積，再結(jié)合第三方給出的捕獲溫度來(lái)估計(jì)捕獲壓力,一、單組份體系的壓力計(jì)算,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,沸騰包體直接用沸騰曲線求得形成深度（壓力） 無(wú)沸騰現(xiàn)象時(shí)，求得的是體系的最小壓力,沸騰曲線法,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,先測(cè)定包裹體的冰點(diǎn)，以確定體系的鹽度，然后測(cè)定均一溫度，以獲得這一鹽度下NaCl溶液的密度及摩爾體積，最后根據(jù)包裹體的捕獲溫度在相應(yīng)鹽度的H20-NaCl體系等容線溫度一壓力圖解上估算出捕獲時(shí)的壓力。,2

8、. H20-NaCl低鹽度體系,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,從上圖可以看出，隨著H20-NaCl體系鹽度的增加，溶液的臨界點(diǎn)也升高，也就是說(shuō)，在一定溫度下，NaCI溶液的沸騰壓力比純水的要低；或者在一定壓力下，鹽水溶液的沸騰溫度比純水的要高。,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,對(duì)于常溫下含有子礦物的高鹽度包裹體，它們?cè)诩訜釙r(shí)可出現(xiàn)三種均一方式,3、過(guò)飽和鹽水溶液的壓力計(jì)算方法,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,1）一種是子礦物先消失，然后氣泡消失（A）,包裹體A受熱時(shí)沿液相氣相一固相曲線演化如果石鹽子礦物首先在158(Ts)時(shí)熔化消失，則包裹體內(nèi)

9、形成了相當(dāng)于30wt%NaCl的飽和溶液。繼續(xù)加熱，包裹體就會(huì)沿30wt%NaCl液一氣曲線演化，直至氣泡在400時(shí)消失，均一時(shí)的壓力（最小捕獲壓力）為22.2MPa(Roedder and Bcdnar，1980)，包裹體的捕獲溫度和壓力位于以A點(diǎn)出發(fā)的等容線上。,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,2）一種是子礦物和氣泡同時(shí)消失（B）,包裹體B受熱時(shí)也沿液相一氣相一固相曲線演化，在400時(shí)石鹽子礦物和氣泡同時(shí)消失，在這個(gè)溫度下的飽和NaCl溶液含有46wt% NaCl，其壓力為8.2MPa，這相當(dāng)于捕獲時(shí)的最小壓力，真正的捕獲溫度和壓力位于從B點(diǎn)沿著等容線上升的曲線上，可以比均一溫度對(duì)應(yīng)的

10、最小壓力高得多。,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,3）子礦物晚于氣泡消失（C）,包裹體C的情況比較復(fù)雜，加熱時(shí)它先沿液相一氣相一固相曲線變化，在310和6.64MPa時(shí)氣相先消失，繼續(xù)加熱，將沿圖中的點(diǎn)線前進(jìn)，在400時(shí)子礦物消失，這時(shí)的壓力，即最小捕獲壓力大約為65MPa。包裹體真正的捕獲溫度和壓力則在從C點(diǎn)出發(fā)的等容線上。,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,因此，利用高鹽度包裹體估算捕獲壓力，最關(guān)鍵的是確定包裹體的鹽度，再在相應(yīng)鹽度的等容線圖解(圖8.7)上根據(jù)捕獲溫度確定捕獲壓力,二、NaCl-H2O體系的壓力計(jì)算,三、H2O-（NaCl）-CO

11、2體系的壓力計(jì)算,CO2 等容線法 測(cè)定CO2- H2O 包裹體部分均一溫度（t ）部分均一相態(tài)，CO2 充填度（VCO2 ）,三、H2O-（NaCl）-CO2體系的壓力計(jì)算,計(jì)算成礦時(shí)CO2 的密度（DCO2 ） DCO2=VCO2dCO2 式中，VCO2 為部分均一時(shí)CO2 相的充填度dCO2 為部分均一時(shí)CO2 相的密度 dCO2液=0.4683+0.001441(tc- t)+0.1318 (tc- t)1/3 dCO2氣=0.4683+0.001441(tc- t)- 0.1318(tc- t)1/3 式中，tc 為CO2 臨界溫度，31.35 ,三、H2O-（NaCl）-CO2體系

12、的壓力計(jì)算,測(cè)完全均一溫度或與其共生的H2O 包裹體的均一溫度（Th） 用DCO2 和Th查圖求P,三、H2O-（NaCl）-CO2體系的壓力計(jì)算,CO2 的P-V-T 圖解（據(jù)E.N.Amagat資料） -是CO2 的比容等值線,三、H2O-（NaCl）-CO2體系的壓力計(jì)算,CO2 的P-V-T 圖解 （據(jù)M. 烏卡洛維奇、B.B. 阿爾圖寧和G.G. 肯尼迪的資料，引自B.K. 普爾托夫的著作）,2. CO2濃度法（利用三相CO2包裹體求壓力）,方法與步驟 1. 在包裹體薄片中找到含液態(tài)CO2的包裹體 2. 在15時(shí)，測(cè)定包裹體中氣相(A)、液態(tài)CO2相(B)與整個(gè)包裹體的體積(D) 3

13、或在 5時(shí)，測(cè)氣相中CO2水合物的體積(C)及整個(gè)包裹體積 4. 求各比值：A/D，B/D或C/D A/D=Vg/V=2/3dg3/W2L,B/D=VLCO2/V=2/3( dCO23 -dg3)/W2L,方法與步驟 5按A/D與B/D的值求CO2的重量百分?jǐn)?shù)，在右圖中求出CO2的濃度; 例: A/D=0.15 B/D=0.20 CO2Wt%=26.5,A,B,(據(jù)武內(nèi)壽久稱，1971）,2. CO2濃度法（利用三相CO2包裹體求壓力）,2. CO2濃度法（利用三相CO2包裹體求壓力）,方法與步驟 6. 測(cè)出該包裹體的均一溫度 Th=250; 7. 在右圖中求壓力 P=1100Bar,(據(jù)武內(nèi)

14、壽久稱，1971）,3. CO2摩爾分?jǐn)?shù)法,(據(jù)武內(nèi)壽久稱，1971）,CO2 - H2O-體系V-X相圖 (Diamond, 2001),粗實(shí)線包裹體完全均一溫度； 細(xì)實(shí)線CO2相的均一溫度； 細(xì)虛線CO2相的體積分?jǐn)?shù),1）測(cè)CO2相的體積分?jǐn)?shù)FCO2； 2）測(cè)CO2相均一溫度Th,CO2； 3）測(cè)包裹體完全均一溫度Th； eg. FCO2 =0.75； Th,CO2= 28 (L+VL)； Th= 276 4) 查表XCO2=0.46,3. CO2摩爾分?jǐn)?shù)法,5）由 Th= 276 ，XCO2=0.46， 獲 Ph= 700bar,O,3. CO2摩爾分?jǐn)?shù)法,先確定包裹體中NaCl、H2O

15、和CO2摩爾分?jǐn)?shù)，并測(cè)定包裹體的完全均一溫度，再在相應(yīng)成分的P-T圖解上，在兩相一單相邊界線上找到與一溫度相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，這一點(diǎn)的壓力就是均一壓力，捕獲壓力是從這一點(diǎn)出發(fā)的等容線上任意一點(diǎn)，所以一旦確定了捕獲溫度，就能獲得捕獲壓力。需要指出的是，由于這些圖解有的是利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插法或外推法得到的，加上測(cè)定包裹體中NaCl、H2O和CO2相的摩爾分?jǐn)?shù)誤差較大，因此估算出的壓力精度大大降低了。,圖中三個(gè)包裹體A、B和C分別含60、25和11mol%的CO2，如果它們的均一溫度都是275，則包裹體A和C對(duì)應(yīng)的壓力都是57.5MPa，包裹體B均一時(shí)的壓力為100MPa，當(dāng)然這些壓力值是包裹體均一時(shí)的最

16、小捕獲壓力。,4. CO2密度法,Brown和Lamb(1989)曾提供了不同鹽度H2O-CO2-NaCl體系P-XCO2-間關(guān)系相圖。通過(guò)包裹體測(cè)溫獲得相應(yīng)的參數(shù)（完全均一溫度、PCO2或XCO2）后，在圖上就可以估算出包裹體的均一壓力，但這套圖解只適用于XC020.3和鹽度10wt%NaCl的包裹體。,四、聯(lián)合求壓法- 等容線交叉法,找到共生的H2O 包裹體和CO2包裹體 測(cè)定它們的均一溫度 求得它們的密度 在相圖上查得捕獲溫度和捕獲壓力,3. 測(cè)定CO2包裹體部分均一溫度Th,CO2, H2O溶液包裹體均一溫度Th,total; 4.根據(jù)CO2包裹體的Th,CO2求CO2密度 5. 根據(jù)H2O包裹體的Th,total求H2O等容線,1. 在樣品中找同源的H2O包裹體和CO2包裹體 2. 冷凍法確定純CO2包裹體和純H2O包裹體,CO2包裹體,H2O包裹體,四、聯(lián)合求壓法 - 等容線交叉法,（2）等容線交叉法,Tp=225 Pp=120MPa,四、聯(lián)合求壓法 - 等容線交叉法,H2O 包裹體和CO2 包裹體分別為167和15，其密度分別為0.90 和0.81 ，它們等容線的交點(diǎn)確定Tt =237 ，Pt=1180巴,估計(jì)捕獲壓力（Pt）和溫度（Tt)的CO2和H2O等容線相交法,Pt,Tt,Tp=237 Pp=118M