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中国地质大学长城学院《区域地质调查方法》结课论文流体包裹体在矿床研究中的应用学院地球科学与资源学院专业地质学学生姓名张三学号03207415任课教师黎明明2016年月日流体包裹体在矿床研究中的应用摘要：流体与内生矿床有着成因上的联系，进行矿床研究必须对成矿流体进行深刻的观察、研究和探讨。流体包裹体作为成矿古流体的唯一样品，在矿床研究中起着其他方法不可替代的作用。本文阐述了流体包裹体的概念和三个基本假设；概述了从流体包裹体中获得的参数和获得参数方法；简述流体包裹体在矿床研究中应用的方面。关键词：流体包裹体矿床研究参数岩浆相关矿床都存在强烈的围岩蚀变，不发育蚀变的岩石缺乏成矿潜力，围岩蚀变总是表现为含水（挥发分）矿物交代无水（挥发分）矿物，成矿作用的基本解是成矿物质从含矿流体中析出流体的存在和迁移是形成矿床的必要条件，是矿质聚集和发生成矿作用的前提。研究矿床在某种意义上说就是研究成矿流体。在成矿过程中，一部分流体会包裹在矿物中，这部分流体代表了那时的成矿流体或成岩流体，也就是说它是一种古流体。这种包在矿物岩石中的古流体叫做流体包裹体，成为研究成矿流体的窗口。1流体包裹体的概念和基本假设流体包裹体是成岩成矿溶液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相界限的独立封闭体系。研究包裹体的根本目的是了解成矿过程中的化学环境和物理化学条件。矿物中保存下来的包裹体是多种多样的，它们记录了矿物生长和演化史的各种条件，具有不同成因意义。由于包裹体成因和变化的复杂性，并不是任何包裹体都能提供所需要了解的各种信息，因此必须从繁杂多样的包裹体中，选择符合研究条件的包裹体。符合研究的包裹体有以下3个基本假设：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。一般认为，只有符合以上三个前提的包裹体的测定结果才是有效的和可靠地。大包裹体通过“卡脖子”而形成的几个小包裹体是包裹体形成后其中物质和相态发生改变的一种特殊情况。当“卡脖子”发生在大包裹体中的气泡出现之后，那么有“卡脖子”而形成的几个小包裹体具有不同的相比。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，其他未捕获的气泡的小包裹体虽然随后冷却时会出现一个小气泡，但其均一温度低于原来大包裹体的均一温度。因此，对发生“卡脖子”现象的包裹体所测得均一温度数据一般没有意义。之所以研究的流体包裹体需要满足上述三个条件，是因为人们通过：均一体系、等容体系、封闭体系，这3个条件对已知体系进行人工模拟流体包裹体，得到了一系列的参数和相图，根据这些参数和相图，建立一个标准数据库。自然界中凡是从符合上述三个标准的流体包裹体测得的参数，能和标准数据库进行对比，能对其进行合理的解释。但是不是全部不符合上述基本条件的流体包裹体就毫无用处。例如：正常流体包裹体（从均匀流体中形成的包裹体）用于研究流体性质，而异常流体包裹体（从非均匀流体中形成的包裹体）用于形成流体后的某一事件，某些异常流体包裹体还能能用于地质压力的测定。相信，随着对包裹体研究的深入发展，对于那些不符合三个基本前提的包裹体也能对其进行合理的解释。2从流体包裹体中获得的参数和获得参数方法对包裹体研究可以获得下列主要参数：温度、压力、盐度、成分、密度、流体体系、pH、Eh、稳定同位素组成（δ18O、δD、δ13C和δ15N等）、流体捕获时间（K-Ar、Rs-Sr、Sm-NdA年龄）、岩浆冷却史、流体流动速率以及找矿晕（盐晕、蒸发晕、热晕）等。为了获得这些参数，建立了均一法、爆裂法、淬火法、冷冻法、压碎台法、各种成分分析方法[气相色谱、液相色谱、显微激光拉曼光谱、显微傅里叶转换红外光谱、中子活化分析、激光消融电感偶合等离子光谱一质谱(ICP-MS)、电子探针、扫描电镜、稳定同位素和放射性同位素测定等]以及显微镜和电子显微镜鉴定等方法。下表总结了包裹体的包裹体研究中的所能获得的参数及方法。从下表中我们可知道流体包裹体研究中所能获得的参数及方法。从包裹体研究中所能获得的参数参数获得参数所用的方法参数的地质意义温度均一温度（Th）爆裂温度(Td)熔融温度(Tm)冷冻温度(Tf)捕获温度(Tt)均一法：高温均一法和低温均一法爆裂法淬火法冷冻法均一温度+压力校正值成矿流体的温度、成矿流体相变的温度、成岩和变质时流体的温度、成岩时硅酸盐熔融体的温度压力NaCl-H2O体系法CO2-H2O体系法CO2-CH4体系法成岩、成矿时流体的压力、变质作用时流体的压力，深源岩石的压力盐度冷冻法(利用冰晶最后熔化温度换算)、均一法(利用子矿物熔化温度换算)成矿流体离子浓度的总和；不同流体区分之依据流体的体系显微镜下各相的鉴定:均一法、冷冻法测定相变温度(三相点温度、临界温度和初熔温度等)确定流体所属的体系:为区分不同流体，以及推导流体的其他物理化学参数提供依据流体的流速从流体密度变化和包裹体中亚稳态来推得确定成矿流体的移动速度成分气相、液相、子矿物和熔融体成分群体、单个包裹休成分分析法；显微镜下鉴定法，进一步可分为打开和不打开包裹体法成岩、成矿流体的成分、熔融休的成分密度均一法；冷冻法；体积法确定成矿流体的密度;由此还可计算压力和流体迁移速度等流体的Ph值打开包裹休直接测定及根据包裹体成分进行计算矿物沉淀时的Ph值流体的Eh值根据包裹体成分进行计算矿物沉淀时的氧化-还原环境流体的氧、氢和碳同位素打开包裹体提取H2O和CO2分别测δD及δ13C，从石英等矿物的δ18O及均一温度计算得出δ18OH2O、δ13C（对碳酸盐类矿物）成矿物质的来源流体捕获年龄K-Ar、Rs-Sr、Sm-Nd法流体的捕获时间岩浆的冷却史熔融包裹体各相的测定岩体侵入深度和冷却时间3从流体包裹体中获得的参数在矿床研究中的应用3.1确定成矿温压条件矿化的类型及矿种不同、成矿环境和物质来源不同，则矿床形成时的温度和压力条件各异，因此，在成矿理论研究方面，矿床形成的温度和压力条件是进行矿床分类以及矿床成因研究的基础。而在地质找矿方面，了解成矿流体的温压条件也能在一定程度上为找矿指明方向。一般情况下，热液活动的中心部位矿化强度大，温度和压力也最高；随着与中心部位距离的增加，矿化强度渐渐变弱，温度和压力也逐渐变小。因此，了解成矿流体的温压条件有助于指示成矿热液流动方向，确定矿液的来源，判断隐伏矿体可能存在的位置。3.2推断成矿和剥蚀深度成矿深度是矿床成因研究的重要内容，目前主要是通过测定成矿流体包裹体的压力，并依据一定的压力梯度进行换算求得。因此，在估算成矿深度方面，最重要的就是确定合理的压力梯度。常用的压力梯度包括静水压力梯度(10×106Pa/km)和静岩压力梯度(26~33×106Pa/km)2类。3.3分析流体成分和成矿环境不同矿床流体包裹体成分相差较大，就算是同一矿床，不同成矿阶段的流体成分也有所不同，因此，流体包裹体成分分析对于确定成矿物质来源和反演流体演化都且有十分重要的指示意义。内生矿床的形成从本质上来说就是成矿流体中所含的金属元素在一定的条件下因其迁移能力下降而大量化合沉淀富集，形成有用金属矿物的过程。而流体系统的pH值和Eh值可以改变元素在流体中的存在形式和离子价态，进而影响元素的富集沉淀，直接控制着矿质的运移和沉淀，因此，了解成矿体系的pH值和Eh值对于了解成矿环境和矿床成因具有重要意义。3.4判别流体的来源找矿热晕蒸发晕气晕爆裂法、均一法爆裂法气相色谱法寻找热液盲矿体对作为成矿流体代表的流体包裹体进行同位素示踪研究能够很好地解决成矿物质的来源问题。目前，流体包裹体的同位素示踪主要是针对H、O同位素，以及稀有气体同位素等。热液矿床中热液(也就是水)是普遍出现的组分，也是含量最多的组分，它既是成矿介质又是溶剂，因此可以通过测定包裹体所含溶液的H、O同位素组成，来指示成矿物质的来源。因此，流体包裹体H、O同位素体系是热液矿床示踪成矿流体来源采用最为广泛的手段。尽管成矿流体的来源多种多样，但每一种来源的流体其H、O同位素组成是不同的：初生水δ18O=+6‰~+8.5‰，δD=﹣70‰~﹣30‰；岩浆水δ18O=+6‰~+8‰，δD=﹣50‰~﹣80‰；大气水δ18O=﹣44‰~+10‰，δD=﹣340‰~+50‰；全球大洋水δ18O=1‰（8‰）；δD=1‰（8‰）。同生水的H、O同位素组成与海水相似，但δ18O、δD的数值随盐度的增高而增加；变质水的同位素组成变化很大，受原岩成分的制约。因此，只要把成矿期流体包裹体的H、O同位素组成与已知流体源区的同位素组成进行对比即可方便地判断成矿流体来源。根据Taylor构建的δD—δ18O图解只要将所测数据在图中进行投点，便可清晰地反映出成矿流体来源。饱和空气雨水、地慢来源和地壳放射成因是He和Ar的三大来源，不同来源的同位素组成极不相同，尤其是He，地慢w(3He)/w(4He)值(6~9Ra,Ra是空气的w(3He)/w(4He)值)是地壳w(3He)/w(4He)值0.01~0.05Ra的近1000倍，即使地壳流体中有少量幔源He的加入，用He同位素也容易判别出来。3.5对成矿物质搬运方式的揭示金属在成矿热液中主要以络合物的形式溶解，而Cl—是最重要的络阴离子。这个认识虽然最终来自高温高压实验，但流体包裹体研究所提供的盐度资料也是一个很重要的因素。目前，矿床学研究中流体包裹体所指示的流体成分(包括盐度)仍然是讨论成矿物质搬运方式的主要依据之一。近年来，流体包裹体研究对成矿物质搬运方式方面的贡献，主要在于认识气体在金属搬运中的作用。3.6对成矿流体动力学的认识热液矿床的形成牵涉到许多复杂的化学过程，因此地球化学成为矿床成因研究的主要手段，即矿床地球化学。另一方面，热液矿床的形成牵涉到大量流体的流动，而流体流动需要驱动力，此为流体动力学的研究内容。相对于矿床地球化学，成矿流体动力学的研究比较少，这与地质流体流动的尺度大、时间长、其过程很难在实验室模拟有关。随着计算机技术的发展，通过数值模拟来研究地质流体的流动正受到越来越多的重视。为了检验数值模拟的有效性，需要对一些参数进行制约，其中最有用的参数是流体的温度和压力。在这方面，流体包裹体再次起到重要的作用。3.7流矿床类型划分的依据之一矿床类型划分作为矿床学研究的重要分支，是成矿理论研究的基础，准确辨别矿床类型对矿床成矿作用和成矿模式研究至关重要。通常的矿床类型划分方案是将矿床的地质特征、形成环境及形成过程结合在一起归为某一类，其名称可以是地质特征(如斑岩铜矿)、形成过程(如喷流型铅锌矿SEDEX)或典型产区(如密西西比河谷型铅锌矿MVT)，隐含在每个矿床类型里既有地质特征也有成因。然而，不同类型的矿床形成于不同的地质构造环境之中，其成矿流体必然有所差异，因此，不同类型矿床的流体包裹体特征也有所不同，于是流体包裹体便完全可以作为鉴别矿床类型的依据之一。流体包裹体对于矿床类型划分的价值在研究程度较高的地区有时不能很好地表现出来。但在野外地质工作中，常常会遇到这样的情况，发现了一个新的矿点，但是相关地质资料贫乏，野外现象揭露不够理想，初期无法进行深入的地质观察，致使矿床(化)类型无法确定，对进一步评价该点的成矿潜力以及确定找矿方向都造成了很大困扰。在这种情况下，流体包裹体划分矿床类型的重要性和实用性便能突出表现。可以选取少量样品进行包裹体观测，根据其特征与已知的矿床类型的包裹体特征进行对比研究，推测其可能是某种矿床类型，在初步判断了矿床类型后，便可以很好地指导该矿点的野外地质找矿工作。4结语流体包裹体作为成矿古流体的唯一样品，在矿床研究中起着其他方法不可替代的作用。包裹体所提供的流体温度、压力、盐度、成分、密度、流体体系、pH、Eh、稳定同位素组成、流体捕获时间等是研究矿床成因的重要参数；对于确定成矿温压条件、推断成矿和剥蚀深度、分析成矿流体成分、反映成矿体系环境pH和Eh、判别成矿物质来源、厘定成矿时代及划分矿床类型等矿床学