流体包裹体及应用

两类均一至液相， 一类均一至气相， 一类临界均一。
AB
CD
H2O-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, 25 and 27 wt% 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
临界点 等容线(g/cc)
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。
S
LV
S S
流体包裹体分类
根据相态
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
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
有机包裹体
含有机质，
如甲烷、沥
青、高分子 碳氢化合物 等
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)。
4. 流体包裹体显微测温 5. 流体包裹体分析 6. 流体不混溶 7. 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 ThCO2 L-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ThCO2 L-V(L)) Tm – 熔化温度 Te – 初熔温度 Td – 爆裂温度 Tt – 捕获温度
Th → L
c.p
Th → V
流体包裹体地质温度计原理 纯水体系PVT相图
1.0
液相
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0
50
150
曲线
L=V
气相
350 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
1.0
液相
Pt
0.5 0
0. 6
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
加热实验
子矿物熔化
• 包裹体中出现石盐子矿物表明气盐度很高 (> 26 wt.%)，应根据石盐熔化温度估算包裹体的盐度。
除液相或气相
外，含有各种 子矿物如NaCl, KCl, 赤铁矿, 方 解石等
熔融(岩浆)包裹体
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
单偏光显微镜
紫外荧光显微镜
流体包裹体基本假设
1. 捕获在包裹体内的物质为均匀相－均一体系; 2. 包裹体的体积未发生变化－等容体系; 3. 捕获后未发生物质的渗漏或逃逸－封闭体系;
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。
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
原生和次生流体包裹体形成动画效果
S P
P和S包裹体具有不同相比例
晶体结构单元亚平行 生长，捕获的包裹体
固体碎屑落在晶体 生长晶面上被捕获
1. 流体包裹体定义 2. 流体包裹体岩相学 3. 流体包裹体相体系
4. 流体包裹体显微测温 5. 流体包裹体分析 6. 流体不混溶 7. 流体包裹体在地质学中应用
流体包裹体研究的步骤
野外 – 对最终结果解释影响极大
采集岩石(矿石)样品
9mm
20 μ m
流体包裹体成因分类
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，
达到均一温度 (Th)时，包裹体中气泡消失
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0 50
曲线
L=V
气相
150
Th Tt 350 温度 oC
Th 所在的等容线即为包裹体原先降温时 所经过的等容线
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5
线
0
等容
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。
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
降温后气泡出现
包裹体世代关系
早
晚
复杂世代的流体包裹体
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。
液相
气相
CO2 体系
CO2-H2O体系 相图
通过获得CO2H2O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. 流体包裹体定义 2. 流体包裹体岩相学 3. 流体包裹体相体系
判别原生和次生包裹体要 格外小心
相比例估计
包裹体捕获后变化 – “卡脖子”
Necking down
“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 体的总称。
合成 NaNO3 晶体裂隙化后 的再愈合过程
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:
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
Edwin Roedder (1919-2006)
1. 流体包裹体定义 2. 流体包裹体岩相学 3. 流体包裹体相体系
4. 流体包裹体显微测温 5. 流体包裹体分析 6. 流体不混溶 7. 流体包裹体在地质学中应用
什么是流体包裹体?
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:
温度降低
均一温度不正确 盐度正确
“卡脖子”
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
4. 压力对流体的效应已知或可以忽略; 5. 包裹体的形成原因可以确定; 6. 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
流体包裹体被捕获的机理
枝蔓状快速生长
层状包裹体群
包裹体在生长螺旋 之间或生长螺旋中
心被捕获
晶面裂纹、晶体不 良生长形成包裹体
晶体部分溶(熔)解产生蚀 坑，晶体再生后被捕获
气相
Tt 350 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
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0
50
150
曲线
L=V
气相
Tt 350 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
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
降温后，包裹体内气泡重新出现， Th可以为重复测定
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0 50
曲线
L=V
气相
150
Th Tt 350 温度 oC
含CO2包裹体部分均一
加热实验
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℃；
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0 50
曲线
L=V
气相
150
Th Tt 350 温度 oC
Th和Tt间差值即为压力校正值
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0 50
曲线
L=V
气相
150
Th Tt 350 温度 oC
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0 50
曲线
L=V
气相
150
Th Tt 350 温度 oC
继续升温包裹体沿原先的等容线前进
压力 KBar
1.0
Pt
0.5
0 50
液相
等容线 (g/cc)
临界点
0. 95
0 0. 6
0.80
曲线
L=V
气相
150
Th Tt 350 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)
部分均一至液相还是至气相，取决
于其密度。
加热实验－动画效果
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
350oC
25oC 0oC
-100oC
均一温度 (Th): 330oC
采样
室内挑选
磨制两面光薄片(0.1-0.3mm)
素描
显微镜下观察
矿物共生组合及流体包裹体期次
划分
测试
测试
Thtot, ThCO2, Tm, 等
最常含有流体包裹体的10种矿物
石英
萤石
石盐
方解石 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 1.5 μm: H2O或CO2 包裹体测试最小尺寸 5 μm: H2O + CO2 包裹体测试最小尺寸
0. 95
0.80
ຫໍສະໝຸດ Baidu
等容线 (g/cc)
临界点
压力 KBar
0
50
150
曲线
L=V
气相
Tt 350 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
1.0
液相
Pt
等容线 (g/cc)
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0
50
150
曲线
L=V
临界点
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
压力 KBar
0
50
150
曲线
L=V
气相
Tt 350 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
1.0
液相
Pt
0.5 0
0. 6
0. 95
0.80
等容线 (g/cc)
临界点
压力 KBar
0
50
150
曲线
L=V
气相
Tt 350 温度 oC
流体包裹体测试仪器－冷热台
Linkam THMS 600 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
温度降低
“卡脖子”
1. 流体包裹体定义 2. 流体包裹体岩相学 3. 流体包裹体相体系
4. 流体包裹体显微测温 5. 流体包裹体分析 6. 流体不混溶 7. 流体包裹体在地质学中应用
简单 H2O 体系相图
液相 冰
气相 T
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。