流体包裹体研究进展

流体包裹体研究进展1.流体包裹体的分类及区分流体包裹体是成岩成矿流体（含气液的流体或硅酸盐熔融体）在矿物结晶生长过程中，至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着明显的相边界的那一部分物质。1.1流体包裹体的分类流体包裹体成分复杂且成因多样，其分类研究多年来一直是随着测试手段的改进和研究内容的深化而变化。早期的分类研究主要是以定性描述为主，随着流体包裹体研究水平额度不断发展，出现了以成因、成分、相态和不同包裹体之间的相互关系为主要依据的各种分类。具有代表性的包括：（1）1953-1976年：最有代表性的是1969年Ermakov提出的分类方案，他根据包裹体的成分和成因，建立了21个类型，并且根据相的相对比例，建立了一种应用很广的分类。另外一些人也建立了不同的分类方案，例如，许多分类方案是根据仍宜选用的气液比而划分的，然而气液比由于其连续变化而不易精确测定，限定了其广泛应用。（2）1985-2003年：最有代表的芮宗瑶的分类方案，他根据捕获时的流体特征将包裹体分为由均一体系形成的和由非均一体系形成的。其中，均一体系形成的包裹体又分为原生包裹体、次生包裹体、假次生包裹体和出溶包裹体；非均一体系形成的包裹体包括液相+固相、液体+气体或液体+蒸气、两种不混溶流体3类。（3）2003年至今：有些学者在著作及文献中阐述了一些流体包裹体类型的划分方案，多以流体包裹体的物理状态、成因、形成期次等指标为划分依据。其中，卢焕章等根据包裹体相数的不同，将流体包裹体分为纯液体包裹体、纯气体包裹体、液体包裹体、气体包裹体、含子矿物包裹体、含液体CO2包裹体、含有机质包裹体和油气包裹体等8类。1.2流体包裹体的区分在流体包裹体的诸多分类中，按捕获时间与主晶矿物形成时间的关系可分为原生和次生流体包裹体。原生包裹体是矿物形成时包裹周围的流体而形成的，而次生包裹体的形成晚于主晶矿物，一般与后期主晶矿物的改造事件有关。二者由于形成时间和方式不同而携带了不同的信息。原生包裹体指示了主晶矿物形成时的流体环境和物理化学条件，次生包裹体则指示了主晶矿物后期被改造事件中的流体环境、构造特征以及物化条件。一般，原生和次生包裹体区分可应用以下两条准则：一是根据包裹体的形状和分布特征判别，即原生包裹体的形状往往是规则的，常呈孤立状或沿主晶矿物某一结晶方位或生长环带分布，次生包裹体的外形一般是不规则的，多沿愈合裂隙分布；二是同一成因的包裹体密度、均一温度、盐度和成分是近似的，可与已知包裹体类比归类。2.流体包裹体研究的技术方法2.1流体包裹体显微测温方法以显微热台、冷热台以及爆裂以为代表的流体包裹体显微测温技术现已达到成熟，实际应用中多采用均一法和爆裂法相结合的方法。（1）均一法是将流体包裹体放在冷热台上加热，随着温度的升高，气液两相逐步复原为一个均一相，此时的温度为包裹体均一温度。这是包裹体测温的基本方法，其特点是可直接观察到包裹体相态随温度的变化，也能测得各相的体积，所测数据直观可信。具有针对性且便于区分原生和次生包裹体，因此在流体包裹体研究中得到广泛应用。但这种方法测温速度慢，且只适用于透明和半透明矿物。（2）爆裂法是将流体包裹体加热，使得包裹体内压升高，当内压大于主矿物强度及外压时，流体包裹体就会爆破而发出响声，用仪器收集、放大、记录其爆裂声响，从而来测定爆裂温度。这种方法适用性广，适用于透明和不透明矿物，且测温速度快。缺点是肉眼无法观察到所研究对象的特征，测定结果受主矿物的物理性质与位置、流体成分、流体包裹体形态影响等因素的影响。2.2流体包裹体的成分分析技术流体包裹体的成分分析是流体包裹体研究的基本任务之一，也是流体包裹体研究的基本方法和手段。流体包裹体的成分分析按其取样方式以及分析的数据代表性可分为群体包裹体成分分析和单个流体包裹体成分分析。群体包裹体成分分析的对象是通过压碎或热爆裂萃取法获得成群包裹体爆裂后释放出来的混合流体。优点是获取样品的量较大，可以达到大多数仪器的检出限。缺点是数据代表性差，无法区分不同世代的流体包裹体，工序繁杂，对多数包裹体而言，固相很难从主矿物中萃取出来，而气相很难收集。单个流体包裹体分析相对于群体分析的优势在于其分析数据所代表的信息是确定意义的，并且能够有选择性的对多个世代的包裹体分别分析以获得不同时期流体变化活动的信息吗，从而通过控制分析样品对岩石内的流体包裹体进行十分精细的研究。缺点是由于单个包裹体体积很小，因而每次能够检测的元素有限，且对仪器的要求较高，要求同时具备高的空间分辨率，高的灵敏度以及较低的检出限。按照实验方法可分为非破坏性和破坏性分析两种类型。2.2.1单个包裹体非破坏性分析单个包裹体非破坏性分析常用的方法包括紫外荧光法、激光拉曼光谱法、傅里叶变换红外显微光谱法。（1）紫外荧光法用紫外可见光对有机包裹体进行照射，可以鉴定包裹体中某些特定的基团或有机官能团。该方法对有机包裹体中烃类成分的定性解析和烃类成熟度的判别具有重要意义，它对鉴定具有刚性平面结构的有机化合物比较有效，特别是芳香族化合物；而对饱和烃则无能为力，因此在应用上有一定的局限性。（2）激光拉曼光谱法（LRS）激光拉曼光谱应用于流体包裹体的研究始于20世纪70年代早期，适用于分子骨架的测定，是确定包裹体内轻元素组成的多原子分子含量的强有力工具。它可以检测包括所有的含硫化合物、CO2、CH4、CO、N2、O2、C-H、C=C、C≡C及子矿物，其空间分辨率较高,理论上的最大分辨率约0.7µm，一般可以对5µm以上的有机包裹体进行单体研究，是获取包裹体成分最有效的方法之一。但它对具有荧光的有机包裹体研究效果较差，因为激光引起的强荧光会完全遮掩很弱的拉曼信号。（3）傅立叶变换红外显微光谱（FTIR）是一种可以分析流体包裹体内多原子分子的非破坏性分析方法，主要用于油气中包裹体的分析。与LRS相比，分析的流体包裹体要相对大很多(约为≧25µm)，并且对于同一样品的多次测量结果重复性很好。由于被分析的流体包裹体尺度与红外光波长相差不大，所有被分析的流体包裹体在红外光下都会产生一定的衍射作用，这会对分析结果产生一定的影响。另外，FTIR样品的制备严格且复杂，进行成分分析时必须要测量样品的厚度。除了上述方法外，常用的方法还包括同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)、核微探针(PIXE和PIGE)以及X射线吸收近边结构分析(XANE)。2.2.2单个包裹体破坏性分析最常用的方法是激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）分析，主要用于固体物质的主量、微量、稀土元素以及同位素分析,已成功的用于单个流体包裹体元素组成的定量分析。激光剥蚀是一个强大且普遍应用的原位采样技术，而ICP-MS则是一个高灵敏度、高精确率、低检出限、多元素同时检测并可提供同位素比值信息的元素分析技术，LA-ICP-MS将二者相结合，从而同时获得了高空间分辨率、原位采样能力以及多元素的高精度快速检测能力。该方法的优点是可以分析距离样品表面100µm之下的多阶段包裹体，缺点是无法消除多原子间的相互干扰。2.2.3群体包裹体分析群体包裹体分析主要通过热爆裂法、破碎法、酸解法等实验方法提取样品中包裹体的流体组分，再利用四极质谱法、电感耦合等离子质谱（ICP-MS）法、离子色谱法等对成分进行分析。四极质谱法利用不同质荷比的离子在交变电场中的运动，根据其运动轨迹来实现质量分离，并经过检测器检测后，得到样品分子的质谱图。该方法是近年来国内外较普遍采纳的包裹体流体气体成分分析方法之一，可以用来测定包裹体的气相成分和含水量，气体样品的成分及水样品中的杂气。电感耦合等离子质谱（ICP-MS）具有灵敏度高、检出限低、质谱图简单的特点，是目前分析稀土最灵敏的方法之一，它一般用于测定各种岩石和地质流体中低含量的稀土含量，这种方法分析包裹体中微量重金属离子效果较好,并且运行成本低、样品处理极其简单。但是该仪器维护复杂，仪器的可靠性受影响，对复杂对象及一些常见元素（如K、Ca）的分析性能较差。离子色谱法只需将样品中包裹体高温爆裂后制成溶液，无需再进行化学分离即可进行测定，灵敏度可达10-6～10-9数量级，而且操作简单、速度快、用样量少、成本低。但是这种方法主要用于阴离子分析，一次进样可以测定F-、Cl-、Br-、SO42-、NO3-、PO43-、BrO3-等多种阴离子。3.流体包裹体的应用3.1人工流体包裹体及P-T-V-X属性3.2流体包裹体在矿床学研究中的应用3.3流体包裹体在油气藏中的应用油气包裹体是存在于储层并被捕获、封闭于成岩自身矿物晶格缺陷或碎屑矿物成岩愈合裂隙中的显微流体样品。油气包裹体研究已经广泛应用于油气勘探，在盆地模拟和油气地质研究中发挥着重要的作用。近年来油气包裹体研究取得了长足发展，以其具有的特殊性受到石油地质学家的重视，在油气成藏机理尤其是油气充注以及成分演化史研究中发挥着日益重要的作用。3.3.1烃源岩排烃史、有机质类型及成熟度研究包裹体均一温度的变化可以反映排烃的次数，通常认为均一温度峰值区间即代表排烃过程，若只有一个峰值，则认为是连续排烃，若出现多个峰值区间，则为多次排烃。根据包裹体的类型、荧光特征、均一温度、成分等参数可以确定有机质的类型及成熟度。紫外荧光分析就是其中一种常用的分析方法，它指的是石油流体被紫外光激发，会发出落在可见光范围内（400~700nm）的荧光，重质油相对于轻质油荧光光谱波长更长，而包裹体石油流体成分成熟度的进一步提高，荧光颜色不断“蓝移”，因此包裹体的紫外荧光分析能提供油气成熟度的信息。3.3.2油气运移的时间、方向和通道油气包裹体是油气运移的原始记录，有记录发现，有些岩层中大量的裂隙网络中留下了包裹体排列迹线，保留了古流体渗流的“化石”通道形态。因此在一定地区，对构造矿脉或各期缝隙中冲天的包裹体进行分布方向、期次的研究，可以推断油气运聚时的动力状况和相对时间，从而有助于油气的运移方向、运移通道体系的模拟研究。Levine研究发现，有机包裹体类型可以大致确定油气运移时间，出现含液相烃有机包裹体标志着烃类物质已开始成熟，大量液相烃有机包裹体和气-液烃两相烃有机包裹体的存在代表了石油的大量运移和聚集过程，大量气态烃有机包裹体和沥青-气相烃有机包裹体的广泛分布则是天然气大规模运移、聚集历史的直接标志。3.3.3油气形成的物理化学条件利用油气包裹体成分分析，对比不同阶段的成分分析结果可显示油气藏成分的性质及演化，如利用包裹体过冷却现象或气相成分确定油气从生成到运移聚集阶段的氧化还原性质；利用包裹体液相成分中阴阳离子总和之差与CO2总量、离子浓度及均一温度参数来计算流体酸度；采用拉曼光谱技术对天然气包裹体成分分析，若烃类流体中存在二氧化碳流体，则可证实成藏过程中存在酸性流体。3.3.4油气演化程度随着有机质不断向烃类转化，其伴生的有机质包裹体的特征会发生规律性的变化，即随着有机质从低成熟向高成熟演化：①颜色表现为无色-浅黄色-黄色-褐黄色-褐色-灰色-黑色-淡红色，气态烃为黑色；相组分表现为由水油为主-油气为主-气态单相（主要为CH4）；③荧光颜色表现为由褐红色荧光-黄色荧光-黄绿色荧光-暗红色荧光，气态烃不发荧光；④有机包裹体的类型表现为由液态烃为主-液+气态烃-气态烃为主-含固体沥青包裹体；⑤成分表现为CH4/(CO2+H2O)值逐渐增大，烷烃（CH4+C2H6+C3H8）与总有机组分的含量比值由小变大；⑥荧光强度比值及光谱形态变化特征表现为：若荧光强度比值Q大，谱峰为开放型，则处于生油阶段；若Q值小，谱峰为封闭型，则演化程度高，属凝析油湿气阶段，根据以上特征可定性确定有机质的热演化程度和油气的形成阶段。3.3.5油气充注期次与成藏时间确定油气包裹体的形成世代是反映油气运移充注的最好记录，因此，利用油气包裹体在成岩矿物中的产状、分布位置、交切关系、颜色、荧光特征、均一温度分布、成分及有机组分的差别等准确进行包裹体的分期，进而确定成藏期次。通常利用与油气包裹体共生的盐水包裹体的均一温度恢复古地温，根据古地温进一步确定包裹体的形成深度，再根据研究区的沉积埋藏史和热演化史来确定