驱龙斑岩铜矿熔体包裹体测温实验方法

驱龙斑岩铜矿熔体包裹体测温实验方法

作者：白劲松

来源：《科技传播》2013年第06期

摘要熔体包裹体是矿物在结晶过程中捕获了岩浆而形成的，石英斑晶中的硅酸盐熔体包裹体是普遍存在的，然而我们对斑岩系统中的熔体包裹体却鲜有研究。本文主要描写了驱龙斑岩铜矿中的包裹体测温方法的实验。熔体包裹体测温方法，目前主要包括两种，一种是高温热台的显微测温实验方法，另一种是利用马费炉加温实验的方法，两种方法各有利弊。

关键词熔体包裹体；高温热台；马弗炉

中图分类号P589 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0112-02

1 矿区地质概况

驱龙矿区出露的地层主要为中侏罗统叶巴组中酸性火山岩、火山碎屑岩，夹少量沉积岩夹层。区中侵入岩发育从老到新依次为侏罗纪斑岩和花岗闪长岩，白垩纪石英闪长岩，黑云母花岗闪长岩，花岗闪长斑岩和中新世花岗闪长岩、斑岩、细晶岩、闪长玢岩和热液角砾岩。

2 熔体包裹体及其分类

熔体包裹体（又称岩浆包裹体）是指岩浆岩形成过程中，各种岩浆岩矿物在其结晶生长过程中所捕获的微量原始岩浆，随着主矿物冷却，它们或淬火凝结成玻璃，或进一步结晶析出硅酸盐子矿物、金属相和流体相。熔体包裹体记录了大量有关其主矿物形成时周围岩浆介质的物理化学信息，所以它们是其主矿物结晶形成史的忠实记录员[1]，是研究岩浆演化及其成矿作用的原始样品。熔融包裹体可以形成于高压条件下并被包裹在相对不能压缩的斑晶中，所以可能保留有岩浆熔体结晶前各种元素的原始含量方面的信息。熔体包裹体给我们提供的信息是全岩分析所不能代替的，主要原因是岩石是一段时间内最终结晶的产物，代表的是过去岩浆活动的历史，而包裹体如果从开始到最后是封闭的，是岩浆原始成分的最佳研究对象。分析这些包裹体可以获得岩浆体系中常量元素、微量元素及挥发分（H2O、CO2、Cl、S、F、B、P、Li 等）含量的直接信息，解释岩浆去气作用，阐述从岩浆中分离出的不混溶流体的组成以及结晶期间的最小压力和近似温度等。对由同源岩浆形成的不同世代矿物中熔融包裹体的化学成分的测定，可以了解岩浆熔体的演化趋势[2]。

根据夏林圻：硅酸盐熔体包裹体常用的分类方法有“成因分类”和“相态分类”两种：前者按成因将包裹体分为原生、假次生、次生三类；后者根据包裹体充填物的相态，将其分为非晶质（玻璃）、结晶化和晶体-流体三类[3]。

3 熔体包裹体测温方法

熔体包裹体在成份测试前，大部分需要还原形成时的状态，有些玻璃质的包裹体不需要进行均一就可以直接测试，而大部分（如斑岩中的）熔体包裹体由于经历的后期结晶和脱玻化而需要先均一淬火后才能进行测试。熔体包裹体均一化研究是测试分析前的重要步骤。目前能够利用的方法主要包括：一、高温热台的显微测温实验；二、马费炉加温实验。而正确选择没有泄漏的包裹体是熔体包裹体均一化研究的基础。适合做均一化实验的包裹体特征：1）首先在镜下观察寻找包裹体周围没有微裂隙的包裹体；2）包裹体相对独立，未被次生包裹体切穿，或远离次生包裹体群；3）同一颗矿物中与，熔体包裹体内收缩气泡比例应该相似，收缩气泡太大的说明已经泄露；4）当包裹体中含有较多水时，由于水高温下分解成H2和O2，H+可以通过矿物晶格，发生“氢扩散”作用[1]，避免选择包裹体内含有水分的矿物颗粒。

3.1 高温热台显微测温方法

高温热台显微测温法的最大特点就是可以随着加温实验的进行实时观察样品的变化。利用热台显微测温对熔体包裹体进行测温的研究一直被世界各地的地质学家们探索实验，也逐渐在完善的过程中。

1）弗吉尼亚理工大学的博士James J.Student[4] 在博士论文中对熔体包裹体的测温研究过程展开了详细的论述。在起初研究时选用了设备为：高温热台Linkam TS1500，热台装有Olympus BX60显微镜，配有80x的物镜。该设备使用前用水的临界点374.1℃，NaCl的熔点801℃，银的熔点961℃进行校正，并通过反复测试标准材料的相变温度范围，将熔体包裹体的估算温度精确到±5℃。加热过程热台用氩气+1%的H2的混合气体流动吹气，用以减小氧化。然后将样品制成包裹体片，通过该种实验条件加温，最后发现均一淬火后大部分样品都失败了，主要原因是毗邻熔体包裹体有太多的次生流体包裹体，加热过程中这些流体包裹体的破裂致使熔体包裹体发生泄漏从而无法均一。同时，James J.Student发现加温过程中直径大于

15μm的熔体包裹体在未达到均一时就发生了破裂现象，可能是由于这些包裹体有较高的水含量，加热过程内部承受了过大的压力；

2）为了避免包裹体破裂又采取了将未磨，未剖光的整颗石英放入到1个标准大气压下的特制的熔炉中，熔炉中含有一段竖直的耐高温的管，将样品至于其中，经过加热及恒温，然后取出来再制成包体片进行观察和测试。用整个石英颗粒加热其实是增加了包裹体周围的厚度，加热过程的抗压力增加，这样可以减少一部分破裂，但是效果仍然不够好；

3）最终，研究团队采用了TZM（钛-锆-铜）冷封高压容器（TZM cold-seal pressure vessel），将石英颗粒放进一个5mm长，5mm外直径的铂胶囊中，安置在压力容器里。胶囊两头分别有小孔，以便在工作时氩气自由进出。开始时充入氩气让容器气压达到300bar～500bar，然后放入预热的火炉里加热，等压力逐渐升高到1 000bar时就开始排除氩气，保持容器内压力维持在1 000bar。用这种方法基本上完全避免了在使用Linkam和1atm火炉加热样品时20μm以上的熔体包裹体均一时的破裂现象。这说明了在压力限制下，进行包裹体均一能够有效的避免包裹体的破裂。目前国内引进此方法的科研单位还较稀缺。

3.2 马费炉加温实验方法

马弗炉操作相对容易，因为样品加温时无法观察，所以只需要将岩石磨成5mm左右厚的岩石片，放入坩埚，置于马弗炉内加热。如果均一温度已知的情况下，马弗炉可以在大量熔体包裹体需要均一的时候节约很多时间。

熔体包裹体在均一前与流体包裹体混在一起而不易分辨，本次试验拿到的是驱龙的样品，流体期次复杂，辨别熔、流包裹体更加困难，而利用马弗炉加热后的样品中的流体包裹体大部分破裂，余留的基本上就是熔体包裹体。当然一些富气相的流体包裹体因加热时内压较小也比较容易存留下来。加温淬火后的熔体包裹体内部杂乱不透明的多晶固相均一成玻璃质的而易被识别。实验分别采用4个温度进行加热和恒温实验，分别为：850℃、900℃、950℃、1 000℃。样品加热时按照500℃以内较快速升温，到500℃以上后每50℃恒温半小时，直到加热到预定温度开始12小时～24小时的恒温。实验时，驱龙斑岩的样品加热到800℃和900℃，恒温24小时的样品在加热淬火后基本没有变化，加热至950℃恒温24小时淬火后的样品中观察到了明显变化，有一小部分固相包裹体基本熔融。加热至1 000℃恒温24小时淬火后的样品中观察到的包裹体大部分熔融，但仍可见一些熔体包裹体内有残留的固相，主要原因可能是岩石样品在加热时发生了轻微膨胀。

上述两种熔体包裹体的加温实验各有利弊，但是目前国内各大院校和科研院所相对显微高温马弗炉利用相对较广泛，能够为熔体包裹体测温实验提供良好的实验基础，本次驱龙的熔体包裹体的测温实验也是利用了马弗炉完成的。相信随着科研手段不断提高熔体包裹体的测温实验也会逐渐完善优化。

参考文献

[1]夏林圻.岩浆岩中的熔体包裹体[J].地学前缘，2002，9（2）：403-414.

[2]李福春，朱金初，金章东.熔融包裹体研究的最新进展[J].世界地质，2000，19（1）：8-14.

[3]夏林圻.硅酸盐熔体包裹体的一种新分类[J].科学通报，1983，9：551-556.

[4]James J.Student.Slicate melt inclusions in igneous petrogenesis[D].UMI， 2002.