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1、第二讲 流体包裹体地球化学Geochemistry of Fluid Inclusions第一章 绪 论 在地质地球化学研究中，对地质体形成过程的压力、温度、成矿流体和岩浆性质及成分等成岩成矿条件的了解，一直是迫切需要解决的问题，因为它们直接涉及到矿床、岩石的成因并对指导找矿勘探具有重要意义。在解决这些问题的方法和理论中，流体包裹体地球化学是直接和有效的方法和理论。流体包裹体代表了地质流体的样品，对它们进行研究可以得出成岩成矿过程的温度、压力、成分等物理化学条件，为认识复杂的地质作用提供了极为重要的定性和定量的微观证据。流体包裹体也是矿物最重要的标型特征之一，从流体包裹体岩浆中得出的各种参数可
2、以用来解释地质作用，特别是内生成矿作用的密码，对于古流体系统的再造（reconstruction fossil fluid system）具有决定性的意义。第一节 流体包裹体的研究内容1、 研究矿物中流体包裹体的成因，恢复地质环境。多数地质过程都是有流体参与的过程，大多数目前所见到的矿物和岩石都是从不同成分和性质的流体中结晶出来的，在它们结晶的过程中可以捕获这些流体母液，这就形成了流体包裹体。因此矿物中的流体包裹体是迄今保留下来的原始成矿流体最直接最完整的样品，而研究包裹体的形成机理和捕获后所经历的变化，正是为了区分流体包裹体的成因类型，确定包裹体所代表的地质环境，这是随后对所获得的包裹体数据
3、进行解释的基础和前提。2、 研究流体包裹体的成分和物相变化，获取地质过程中的物理化学参数。通过在不同温度下对包裹体中流体相变行为的观察和对包裹体成分的分析，了解成岩成矿流体的温度、压力、密度、成分（盐度、金属元素以及同位素组成），以及pH、Eh、粘度以及成岩成矿年龄等参数。运用现代高精度微区分析技术，包括阴极发光研究（Cathodoluminescence-CL）、付里叶变换红外分析（FTIR）、激光消融感应耦合等离子质谱（LAICPMS）、扫描电子显微探针（SEM）、质子探针（PIXE或PIGE）、同步电子加速器X射线荧光分析（SXRF）、激光拉曼光谱（LRS）、激光显微探针稀有气体质谱（L
4、MNGS）、离子探针或二次离子质谱（Ion Probe or SIMS），分析单个流体包裹体的成分，可以对不同成因、不同形成时期的单个包裹体进行研究，从而获得更为真实的成岩成矿的原始信息。运用超微量的分析技术进行流体包裹体的成分分析，可以测得超微量的成矿金属元素和稀有气体（金属在成矿流体中的含量非常低，对于Cu、Pb、Zn，最小为10ppm，对于Au、Ag、Hg等，最小为0.0011ppm），这不仅对矿床成因的研究和找矿工作大有裨益，而且还是了解地幔释气的重要资料。对于流体包裹体同位素的研究，为研究成矿流体的物质来源、成矿年龄以及各地质时期不同元素同位素的比例提供了可靠的数据。3、 研究不同地
5、质环境中包裹体情况，了解成岩成矿流体的性质。研究不同类型岩石、不同类型矿床、地热系统、冰川以及岩溶等地质体中的流体包裹体的特征，探讨这些地质体形成的化学环境、物理化学条件、成因和演化历史，以弥补传统地质学中经常采用的以地球固体物质为主要研究对象的不足。以固体为主要研究对象的方法，不能了解在地球乃至地外物质形成演化中的扮演重要角色的流体的情况。4、 指导资源和能源矿产的勘查。通过流体包裹体的研究来阐明矿床的成因和演化，建立成矿模式，利用流体包裹体测试获得的数据，圈定热晕、蒸发晕和盐晕，以指导找矿勘探。第二节 流体包裹体地球化学的发展史我国是世界上最早认识流体包裹体的国家之一，如北宋著名科学家沈括
6、（1031-1095）就对水晶中的包裹体进行了描述。第一个明确地描述包裹体的是十一世纪中亚的学者Abu Reykhan alBiruni。1858年，英国学者H.C.Sorby出版了名著晶体的显微结构和矿物、岩石的成因，他观察到了一些矿物中的包裹体，并据此提出了包裹体温度计原理。E.Roedder称赞他是一个了解所有科学的人，并且被广泛承认为显微岩石学之父，也是流体包裹体研究之父。二次大战之后，苏联的（1950）发表了成矿溶液的研究，加拿大多伦多大学的Smith F G 和Scott H S（1948）发明了热爆裂仪；60年代中期，由，Deith G 和Roedder E 共同创建了国际成矿流
7、体包裹体委员会。Roedder E博士是国际成矿流体包裹体委员会（COFFICommission on Ore-Forming Fluid Inclusions）前主席，全美矿物学会副主席，美国地质调查所高级研究员。1984年，美国矿物学会连续出版物矿物学评论(Review in Mineralogy)丛书出版了他的里程碑式的经典文献：FLUID INCLUSIONS，这是该丛书第一次出版由一个作者所著的书，该书的出版标志着流体包裹体全面进入了地质学研究领域。我国自60年代开展流体包裹体研究，1977年召开全国第一届流体包裹体会议，现在每二年召开一次。第三节 今后的展望1、 利用高精度微区测试
8、仪器研究气液包裹体和熔体包裹体的成分，开展单个包裹体(individual)的原位无损(in-situ and nondestructive)分析，可以深刻查明成矿流体的性质、组成以及成矿物质的沉淀机理等等；2、 利用红外光学装置研究不透明矿物金属矿物中的流体包裹体，可以研究2500nm波长近红外区的不透明矿物，如黑钨矿、辉锑矿、车轮矿、褐铁矿、硫砷铜矿、黄铜矿等10余种包裹体矿物，以直接探索与金属矿物沉淀紧密相关的成矿流体；3、 开展各种地质古流体的研究。如对造山带流体、消减带流体、地幔流体、变质流体、沉积岩流体以及地壳大规模流体流动的研究；4、 拓宽流体包裹体的应用领域，如开展油气藏评价和
9、有机包裹体的研究。目前许多西方石油公司都建立了自己的流体包裹体研究机构。流体包裹体提供了几乎是唯一的关于油气运移的资料。系统地研究这些有机包裹体及其伴生的盐水溶液包裹体，可以指明油气的活动区域并指导油藏的寻找。5、 开展流体p、V、T、x性质的理论研究。目前非常需要更为复杂、更适合地质情况的三元体系、四元体系甚至多元体系相图的研究成果。一个流体包裹体的自述 Jayanta Guha,加拿大，1982你喜欢我吗？为什么你老是看着我这个小人物。不要告诉我你想了解我。只要知道了我的秘密，就能填补你心灵的空虚。我看到了你明亮的眼睛，你想用歌声去打开我的心灵。从你疑惑的眼光，我知道，你想知道我的过去，是
10、均匀还是不均匀？你听得见我的呼唤吗？我只想给你诉说衷肠。只要你真的爱我，我就把什么都告诉你。“我们无需一定要把物体的大小与事实的价值联系起来，虽然我所描述的物体是十分地微小，但是，由这些事实所得出的结论却是十分重大的。”H.C.Sorby,1858。第二章 包裹体研究的基本原理和包裹体的形成机理第一节 矿物中流体包裹体的定义自从19世纪中叶Sorby等人在石英、黄玉等矿物中发现了包裹体并提出包裹体形成的基本原理以来，人们对它进行了深入细致的研究，使矿物包裹体有了较为全面而科学的定义。广义地说，矿物中的包裹体是指矿物中所包含的各种物质。矿物中的流体包裹体，特指那些被矿物捕获时呈流体相而不是固体相
11、的那部分物质。流体包裹体是成岩成矿溶液（含气液的流体或硅酸盐熔融体）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的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。定义的说明：所谓主矿物，是指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，如已经晶出的矿物晶体、晶屑或岩屑等物质。流体包裹体与主矿物
12、之间的相界限，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液相、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之后，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。第二节 包裹体研究的基本原理流体包裹体地球化学是建立在流体物理化学、流体热动力学、结晶学和矿物学之上的一门学科。流体包裹体研究建立在下述三个基本理论假设基础之上：（1） 包裹体形成时，被捕获的流体是均匀体系，即主矿物是在均匀体
13、系中生长的。（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。 我们经常利用流体包裹体中物相种类和相比例来判断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，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的特殊性，即使是从均匀体中捕获的一组包裹体，其物相种类和相比例也可以不同。区分包裹体是从均匀流体中还是从非均匀流体中捕获的问题，是解释包裹体测温资料的
14、前提。对于从非均匀流体中捕获的包裹体的特征和地质意义，待以后论述。关于包裹体形成后是否有物质的加入和渗漏问题，E.Rodder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。在变质岩中，由于自然爆裂，包裹体所含流体可以全部或部分漏失，流体进入周围裂隙中，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。“卡脖子”也称为“颈状收缩”（necking down）：指原始包裹体是大而扁平且不规则的，在再平衡过程中能导致包裹体裂开，形成一系列较小的更规则的包裹
15、体。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，因为一个大包裹颈状收缩体由于“卡脖子”而分裂为几个大小不同的小包裹体时，相比例是不相同的，捕获有气泡的小包裹体比原来的大包裹体具有更高的均一温度，甚至高于形成温度，其它未捕获气泡的小包裹体虽然随后冷却时会出现一个气泡，其均一温度则低于原来大包裹体的均一温度，因而测出的均一温度也就各不相同。第三节 包裹体的形成机理在任何种类的流体介质中，矿物结晶生长或重结晶时，由于矿物晶体的不规则生长，必然产生各种晶体缺陷，少量介质流体贯入这些缺陷之中，并被封闭形成流体包裹体。世界上完美无缺的理想晶体在自然界未曾见到，即使在最严格的实验条件下也不可能产生。任何一种干扰完整晶体生长的作用，都可以造成晶体缺陷的产生，从而导致包裹体的形成。流体包裹体的形成机理，就是晶体生长（或矿物重结晶）过程中缺陷形成、流体贯入和晶体继续生长封闭的过程。而并非所有的包裹体都是在均匀流体中形成的，在某些情况下，包裹体是在两个或更多流体相的不均匀体系中形成的。一、 从均匀流体中晶出的流体包裹体晶体的理想生长过程和晶体缺陷1) 气液包裹体的形成 绝大多数矿物是从熔浆或各种热水溶液中结晶而成的，因此熔浆和热水溶液是大多数矿物生长的介质或母液。 熔浆也是一种热流体，但它组成复杂，温度高，粘度大。熔浆主要是由各种硅酸盐、挥发组分和重金属组分等所组成。粘度大是熔
