讲课4-流体地质学-第四章

1、第四章第四章 相变方法（相变方法（1 1） Chapter 4 Fluid inclusion microthermometry (1) 均一法测温原理均一法测温原理 观测观测数据数据 流体包裹体的均流体包裹体的均一过程一过程 得出不同流体体系的相图 （通常是在成分恒定的P-T-V相图中表示出一 系列不同密度的等容线或相当的关系曲线。） 流体包裹体实际测试结果 （相变温度） 估测流体组成（X）、摩尔体积（V）或密度（p），推论捕获温度（T） 和压力（P） 流体包裹体相变研究的核心核心是：获得流体的密度和相应成分 的等容线，即T, P 之间的特定函数关系。 1.1. 实验实验的的方法方法 2.2

2、. 利用利用热力学计算获得有关热力学计算获得有关数据数据 ( (流体的状态方程研究流体的状态方程研究) ) 流体的各种状态方程 得出不同流体体系的相图 （通常是在成分恒定的P-T-V相图中表示出一 系列不同密度的等容线或相当的关系曲线。） 估测流体组成（X）、摩尔体积（V）或密度（p），推论捕获温度（T） 和压力（P） 流体包裹体相变研究的核心核心是：获得流体的密度和相应成分 的等容线，即T, P 之间的特定函数关系。 1.1. 实验实验的的方法方法 2.2. 利用利用热力学计算获得有关热力学计算获得有关数据数据 ( (流体的状态方程研究流体的状态方程研究) ) 流体的各种状态方程 流体包裹体

3、实际测试结果 （相变温度） 流体包裹体测温 三个前提三个前提均一体系、等容体系、封闭体系 主要是通过研究流体包裹体均一过程均一过程及相转变点相转变点，从 而来得知成岩成矿温度和成岩成矿流体的原始状态。 流体包裹体的相变温度相变温度测定包括加热和冷冻两个部分， 前者主要涉及大量的均一温度均一温度和部分均一温度部分均一温度的测定， 后者主要涉及三相点三相点（低共熔点）和冰点冰点温度等的测 定，它们常常是一个连续或交替的测定过程。 测温的主要方法有：均一法均一法、 爆裂法、 淬火法。 均一法测温 基本原理（Basic principle of heating）：均一法是流 体包裹体相变分析的基本方法

4、。通过提高流体包裹体温度的办法， 把由于不均匀收缩形成的不同相态，恢复到原来的单相流体状态。 捕获 均匀、单一相流体 P、T 相变 多相体系 封闭 相变 P、 T 实验室加温、 升压 多相体系均匀、单一相流体 Th：均一温度 捕获捕获 相变相变 室温室温 Th：均一温度 均一法测温观测数据 主要包括观测完全完全均一温度（均一温度（ThTh）、子矿物溶解温度子矿物溶解温度 （TsTs）和部分均一温度（如部分均一温度（如ThThCO CO2 2），他们都是指相转 变的瞬间温度。测定出这些相变温度，结合成分资料和 有关的相平衡数据，就可以获得包裹体的密度，进而求 得等容线，得到包裹体的特定T-P关系

5、。 均一过程 1.气-液两相包裹体的均一过程 均一到液相状态（均一到液相状态（L+VLL+VL） 随着加热，气相逐渐缩小直至消失，包裹体完全变成液相， 气泡最后一闪消失的瞬间温度即为完全均一温度（ThL）。 说明原先说明原先被捕获被捕获的的成成矿溶液是密度较高的流体相。矿溶液是密度较高的流体相。 均一到气相状态（均一到气相状态（L+V VL+V V） 随着加热，气相逐渐扩大，最后充满整个包裹体成为均匀的 气相，液相最后一闪消失的瞬间温度即为完全均一温度 （ThV）。说明原先说明原先捕获的是具有低密度的流体相捕获的是具有低密度的流体相。 均一到临界状态（均一到临界状态（L+V CL+V C） 随

6、着温度的增加，气相即不缩小也不扩大，而是表现为气-液 两相界线间的弯月形界面逐渐模糊，直至最后显示而使包裹 体成为一个均匀相，这就是临界状态。指示这种包裹体是在指示这种包裹体是在 临界状态下捕获的，称为临界包裹体临界状态下捕获的，称为临界包裹体。 2.富CO2包裹体 在室温下，富CO2包 裹体表现为两种不混溶流 体的状态：一种为富CO2 相，一种为富H2O相。 在临界温度之下，富CO2相常常进一步分离成为富CO2液相和气相， 富H2O相常常是由液相组成，构成由三相组成的包裹体: LH2O+LCO2+VCO2。当温度低于10时，有时可以见到CO2水合物相出 现在气泡周围等处。 2.富CO2包裹体

7、的均一过程 这类包裹体的均一方式和过程取决于包裹体中CO2与 H2O的比例，均一到富CO2 相、富H2O相及临界均一。 LH2O LCO2 LCO2 LH2O LCO2 LH2O C.F LH2O LCO2 2.富CO2包裹体的均一过程 当CO2相在常温下（以及在低温一定范围内）呈现CO2 富液和富气两相时（ LH2O+LCO2+VCO2 ），就出现了部 分均一的情况： 部分均一到气相H2O溶解于CO2相； 部分均一到液相CO2溶解于H2O溶液中； 临界均一的方式两相之间的弯曲面逐渐消失，区分不出均一 方向。 LH2O LCO2 VCO2 LH2O LCO2 LH2O 部分均一部分均一温度温度

8、 ThThCO2 CO2 部分均一状态部分均一状态 完全均完全均一一温度温度ThTh 完全均完全均一状态一状态 3.含子矿物多相 包裹体的均一过程 常见的子子矿物矿物为为NaClNaCl（石盐）和（石盐）和KClKCl（钾盐）：钾盐）：加热易于溶 解，其溶解的温度（Ts）往往与流体相中NaCl、KCl的成分 含量之间存在联系，可用于包裹体中这些成分的估算。 另外一些子矿物，如硅酸盐和碳酸盐等的子矿物（长石，方 解石，赤铁矿）由于其溶解的速率太低，不能迅速地达到热 平衡，不能用于进行成分含量的估算。 当包裹体中同时含有NaCl和KCl子晶时，往往KCl子矿物晶 体较小，与NaCl相比，KCl立方

9、体较小且稍圆，而NaCl子矿 物立方体较大且晶形很好。加热后，因KCl在H2O中溶解度大， KCl很快溶解消失，剩下NaCl继续升温后溶解。 3.含子矿物多相包裹体的均一过程 含NaCl子矿物的三相包裹体加热时会出现三种均一方式： 升温后，石盐立方体的棱角逐渐变圆，继续加 热，气泡先消失，然后石盐溶解达到均一状态， 即通过石盐最终消失达到均一。这类包裹体是 从原始过饱和溶液中捕获的； 3.含子矿物多相 包裹体的均一过程 含NaCl子矿物的三相包裹体加热时会出现三种均一方式： 加热后，石盐首先消失，而后气泡消失。这类 包裹体是通过气泡最终消失而达到均一的，认 为是从原始不饱和溶液中捕获的； 3.

10、含子矿物多相 包裹体的均一过程 含NaCl子矿物的三相包裹体加热时会出现三种均一方式： 加热时，气泡和石盐同时消失而达到均一状态， 说明这类包裹体可能是从沸腾流体中产生的， 也可能是在临界状态下捕获的。 均一法测温的主要仪器设备 About equipments 仪器设备：在光学显微镜上安装显微热台、冷-热两用 台、温度测量设备和加热源等。 冷-热两用台主要有Chaixmeca， Linkam，Reynolds 三种商业化的产品，高温热台主要是Leitz1350及1500 热台。 显微镜要求质量好一些的：有高倍数的长焦距物镜、较 好的光源系统和合适的镜筒高度。 我们实验室有Linkam 冷-热

11、两用台和高温Leitz1350 热台，教学主要使用经过改装的这种高温热台。 Leitz1350热台（实习课详细讲解！） 热台结构 主要由热台支座、热台主体和气、水循环装置构成。 热台的安装 将热台安装在显微镜载物台上，旋紧两个固定螺丝。安装水冷 却管道系统，将橡皮管的一头接在水源管上，另一头接在入水 管上，入水管上有一水流计，冷却水首先通过下冷却室，再经 过短塑料管到上冷却室，然后排出。 热台与热电流计是用两条电线相连。 1350热台的优缺点 优点：1）设计合理，各项技术指标稳定；2）台体高度40mm， 可与多种显微镜使用；3）物镜为长工作距离镜头，聚光效果 好，成像清楚。 缺点：温度计为刻度

12、式，20/格，精度低，误差较大。 1.匙形片；2.石英板；3.弹簧 片；4.保护气孔嘴；5.冷却水 孔嘴；6.橡皮垫圈；7.电源接 头；8.圆形软线圈；9.固定螺 丝；10.石英片；11.固定环； 12.圆形软线圈；13.连接热电 偶螺母；14.测量仪表接头；15. 样品定位螺丝；16.样品水平定 位螺丝；17.加热座；18.带热 电偶的样品支架；19.样品室； 20.圆形软线圈；21.遮光板 Linkam THMSG 600型冷-热台（实习课详细讲 解！） 温度范围：-96+600 加热或冷却由计算机程序控制。 加热台温度校正 原因：1）温度计探头与所测定的包裹体之间有一段 距离；2）样品室

13、可能存在水平和垂直热梯度；3） 绝热材料存在差异。 校准方法：1）用高纯度的标准熔点物质进行校正， 测出熔化温度，将实测温度与理论熔点进行对比，做 出温度校正曲线。2）用人造包裹体标样进行校正， 得到校正曲线对测定值进行换算。 均一法操作方法 Procedure of Heating （1）准备工作 a)首先要对所需研究样品进行详细的岩相学观察、鉴定和 纪录，区分不同世代的流体包裹体和不同类型的包裹体， 确定合适的研究方案和步骤。 b)选择有代表性的包裹体，一般按照从低温到高温的原则 进行测温，并可同时对几组或几个世代的包裹体同时进 行测定，对所用过的样品碎片要注意保存。 （2）将样品碎片放入

14、热台，选择易测定的包裹体（外形 较规范、个体较大、腔壁较薄、相界线清楚者）， 进行相应的包裹体特征的纪录。 （3）操作热台，升温，观察和记录相态变化，均一方式 和不同的均一温度等现象和数据。 测温薄片的制作： 定位。在样品上找到准确的切片位置。 切片。用金刚刀切片机，沿确定位置切下岩石或矿物片，一般厚3-4mm。 粗磨。切片的任一面在磨片机上磨平，用180-220号金刚砂做磨料。 细磨。粗磨后洗净，用M20或M10号金刚砂做磨料进行细磨。 剖光。细磨后，用氧化铬或重铬酸氨做磨料在抛光机上抛光，也可手工在平面玻璃上 抛光，最后在绒布上抛光。 粘片。将抛光的一面用冷杉胶（或松香）粘在准备好的载玻片

15、上。如果样品要求在 60粘片，可用石蜡粘结。 磨制薄片的另一面。 卸片。在温控板上，80条件下卸下薄片，并将粘结剂用酒精或有机试剂（如丙酮）洗 净、烘干并晾干，编号备用。 注意！一定要将薄片表面的胶清洗干净。 样 号 主 矿 物 分 布 类 型 相 态 类 型 相 组 合 大 小 ( m) 形 态 颜 色 相 比 例 (Vo l%) 充 填 度 ( F) 丰 度 素 描 图 部 分 均 一 温 度 THC O2 部 分 均 一 状 态 TH（）完 全 均 一 状 态 均 一 温 度 再 现 温 度 平 均 温 度 （4）观测技巧 a)升温速率可采取分段变化的办法，开始时可用较大的速 率（如20

16、/min），接近均一时减小到1-5/min， 使之达到热平衡。 b)加热过程中，气泡大小的突然变大变小，可能指示这个 包裹体发生了泄漏。 c)当包裹体的腔壁较厚时，气泡变到很小会进入黑的腔壁 消失，妨碍均一温度的判断。可以通过快速降低温度 10-20来检验：气泡马上出现，则之前所达到的温度 不是均一温度，不出现或一段时间后再出现，则之前已 经达到了均一状态。 d)富气相包裹体不易观测，常选择那些扁平和有小的尾端 的包裹体，相对能够较清楚地见到气泡变大时的过程。 其他测温方法爆裂法、淬火法 爆裂法（decrepitation） 流体包裹体爆裂过程示意图 基本原理：流体包裹体是一个被 主矿物圈闭在

17、晶体缺陷内封闭的 流体体系。当温度升高包裹体达 到均一后，若再继续升温，包裹 体的内压急剧上升，当内压大于 包裹体腔壁所能承受的压力时， 包裹体发生破裂，同时发出噼啪 的响声。可将发出大量响声时的 温度记录下来，这个温度称为爆 裂温度，用爆裂温度测定矿物生 成温度的方法称为爆裂法测温。 石英爆裂曲线图谱 其他测温方法爆裂法、淬火法 淬火法（熔体包裹体的均一法） 熔体包裹体的均一温度测定主要是通过高温热台或淬 火仪来进行。 由于硅酸盐熔体的高粘度，达到热平衡较慢，需要较 长的时间来使一个熔体包裹体达到均一状态，一般要 24h或几天。 通常采用分段加热的方法，即每次提高30-50，恒 温保持1-2

18、小时。因此，这需要高温热台具有长焦距 的高温物镜和良好的循环降温系统，或采用淬火仪分 段加温、淬火观察的办法。 淬火法（熔体包裹体的均一法） 瞬时淬火：熔融包裹体在加热过程中，气相逐渐缩小， 如果让温度逐步下降至室温时，气相又会重新回到原 来的状态和大小。采用瞬时淬火法，可使收缩变小的 气泡和相变情况固定下来，保持在恒温阶段（如 900）淬火时的状态。如样品升温至900、恒温 3小时后，将样品快速投入冷水中淬火。 现在已经很少运用熔体包裹体的均一温度来表征熔体 的捕获温度，更多的是利用均一了的熔体包裹体进行 有关的微区成分测定，获得熔体的各种主量和微量元 素成分，进行源区、岩浆形成和演化、成矿

19、元素富集 等过程有关的地球化学示踪研究。 小结（Summary） 均一法测温的原理 典型流体包裹体均一过程的理解和观测方法的掌握。 均一法测温 基本原理（Basic principle of heating）：均一法是流 体包裹体相变分析的基本方法。通过提高流体包裹体温度的办法， 把由于不均匀收缩形成的不同相态，恢复到原来的单相流体状态。 捕获 均匀、单一相流体 P、T 相变 多相体系 封闭 相变 P、 T 实验室加温、 升压 多相体系均匀、单一相流体 Th：均一温度 均一过程 1.气-液两相包裹体的均一过程 均一到液相状态（均一到液相状态（L+VLL+VL） 随着加热，气相逐渐缩小直至消失，

20、包裹体完全变成液相， 气泡最后一闪消失的瞬间温度即为完全均一温度（ThL）。 说明原先说明原先被捕获被捕获的的成成矿溶液是密度较高的流体相。矿溶液是密度较高的流体相。 均一到气相状态（均一到气相状态（L+V VL+V V） 随着加热，气相逐渐扩大，最后充满整个包裹体成为均匀的 气相，液相最后一闪消失的瞬间温度即为完全均一温度 （ThV）。说明原先说明原先捕获的是具有低密度的流体相捕获的是具有低密度的流体相。 均一到临界状态（均一到临界状态（L+V CL+V C） 随着温度的增加，气相即不缩小也不扩大，而是表现为气-液 两相界线间的弯月形界面逐渐模糊，直至最后显示而使包裹 体成为一个均匀相，这就是临界状态。指示这种包裹体是在指示这种包裹体是在 临界状态下捕获的，称为临界包裹体临界状态下捕获的，称为临界包裹体。 2.富CO2包裹体的均一过程 这类包裹体的