講課4-流體地質(zhì)學(xué)-第四章

1、第四章第四章 相變方法（相變方法（1 1） Chapter 4 Fluid inclusion microthermometry (1) 均一法測(cè)溫原理均一法測(cè)溫原理 觀測(cè)觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 流體包裹體的均流體包裹體的均一過(guò)程一過(guò)程 得出不同流體體系的相圖 （通常是在成分恒定的P-T-V相圖中表示出一 系列不同密度的等容線(xiàn)或相當(dāng)?shù)年P(guān)系曲線(xiàn)。） 流體包裹體實(shí)際測(cè)試結(jié)果 （相變溫度） 估測(cè)流體組成（X）、摩爾體積（V）或密度（p），推論捕獲溫度（T） 和壓力（P） 流體包裹體相變研究的核心核心是：獲得流體的密度和相應(yīng)成分 的等容線(xiàn)，即T, P 之間的特定函數(shù)關(guān)系。 1.1. 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的的方法方法 2.2

2、. 利用利用熱力學(xué)計(jì)算獲得有關(guān)熱力學(xué)計(jì)算獲得有關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) ( (流體的狀態(tài)方程研究流體的狀態(tài)方程研究) ) 流體的各種狀態(tài)方程 得出不同流體體系的相圖 （通常是在成分恒定的P-T-V相圖中表示出一 系列不同密度的等容線(xiàn)或相當(dāng)?shù)年P(guān)系曲線(xiàn)。） 估測(cè)流體組成（X）、摩爾體積（V）或密度（p），推論捕獲溫度（T） 和壓力（P） 流體包裹體相變研究的核心核心是：獲得流體的密度和相應(yīng)成分 的等容線(xiàn)，即T, P 之間的特定函數(shù)關(guān)系。 1.1. 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的的方法方法 2.2. 利用利用熱力學(xué)計(jì)算獲得有關(guān)熱力學(xué)計(jì)算獲得有關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) ( (流體的狀態(tài)方程研究流體的狀態(tài)方程研究) ) 流體的各種狀態(tài)方程 流體包裹體

3、實(shí)際測(cè)試結(jié)果 （相變溫度） 流體包裹體測(cè)溫 三個(gè)前提三個(gè)前提均一體系、等容體系、封閉體系 主要是通過(guò)研究流體包裹體均一過(guò)程均一過(guò)程及相轉(zhuǎn)變點(diǎn)相轉(zhuǎn)變點(diǎn)，從 而來(lái)得知成巖成礦溫度和成巖成礦流體的原始狀態(tài)。 流體包裹體的相變溫度相變溫度測(cè)定包括加熱和冷凍兩個(gè)部分， 前者主要涉及大量的均一溫度均一溫度和部分均一溫度部分均一溫度的測(cè)定， 后者主要涉及三相點(diǎn)三相點(diǎn)（低共熔點(diǎn)）和冰點(diǎn)冰點(diǎn)溫度等的測(cè) 定，它們常常是一個(gè)連續(xù)或交替的測(cè)定過(guò)程。 測(cè)溫的主要方法有：均一法均一法、 爆裂法、 淬火法。 均一法測(cè)溫 基本原理（Basic principle of heating）：均一法是流 體包裹體相變分析的基本方法

4、。通過(guò)提高流體包裹體溫度的辦法， 把由于不均勻收縮形成的不同相態(tài)，恢復(fù)到原來(lái)的單相流體狀態(tài)。 捕獲 均勻、單一相流體 P、T 相變 多相體系 封閉 相變 P、 T 實(shí)驗(yàn)室加溫、 升壓 多相體系均勻、單一相流體 Th：均一溫度 捕獲捕獲 相變相變 室溫室溫 Th：均一溫度 均一法測(cè)溫觀測(cè)數(shù)據(jù) 主要包括觀測(cè)完全完全均一溫度（均一溫度（ThTh）、子礦物溶解溫度子礦物溶解溫度 （TsTs）和部分均一溫度（如部分均一溫度（如ThThCO CO2 2），他們都是指相轉(zhuǎn) 變的瞬間溫度。測(cè)定出這些相變溫度，結(jié)合成分資料和 有關(guān)的相平衡數(shù)據(jù)，就可以獲得包裹體的密度，進(jìn)而求 得等容線(xiàn)，得到包裹體的特定T-P關(guān)系

5、。 均一過(guò)程 1.氣-液兩相包裹體的均一過(guò)程 均一到液相狀態(tài)（均一到液相狀態(tài)（L+VLL+VL） 隨著加熱，氣相逐漸縮小直至消失，包裹體完全變成液相， 氣泡最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度（ThL）。 說(shuō)明原先說(shuō)明原先被捕獲被捕獲的的成成礦溶液是密度較高的流體相。礦溶液是密度較高的流體相。 均一到氣相狀態(tài)（均一到氣相狀態(tài)（L+VL+V V V） 隨著加熱，氣相逐漸擴(kuò)大，最后充滿(mǎn)整個(gè)包裹體成為均勻的 氣相，液相最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度 （ThV）。說(shuō)明原先說(shuō)明原先捕獲的是具有低密度的流體相捕獲的是具有低密度的流體相。 均一到臨界狀態(tài)（均一到臨界狀態(tài)（L+VL+V C C） 隨

6、著溫度的增加，氣相即不縮小也不擴(kuò)大，而是表現(xiàn)為氣-液 兩相界線(xiàn)間的彎月形界面逐漸模糊，直至最后顯示而使包裹 體成為一個(gè)均勻相，這就是臨界狀態(tài)。指示這種包裹體是在指示這種包裹體是在 臨界狀態(tài)下捕獲的，稱(chēng)為臨界包裹體臨界狀態(tài)下捕獲的，稱(chēng)為臨界包裹體。 2.富CO2包裹體 在室溫下，富CO2包 裹體表現(xiàn)為兩種不混溶流 體的狀態(tài)：一種為富CO2 相，一種為富H2O相。 在臨界溫度之下，富CO2相常常進(jìn)一步分離成為富CO2液相和氣相， 富H2O相常常是由液相組成，構(gòu)成由三相組成的包裹體: LH2O+LCO2+VCO2。當(dāng)溫度低于10時(shí)，有時(shí)可以見(jiàn)到CO2水合物相出 現(xiàn)在氣泡周?chē)忍帯?2.富CO2包裹體

7、的均一過(guò)程 這類(lèi)包裹體的均一方式和過(guò)程取決于包裹體中CO2與 H2O的比例，均一到富CO2 相、富H2O相及臨界均一。 LH2O LCO2 LCO2 LH2O LCO2 LH2O C.F LH2O LCO2 2.富CO2包裹體的均一過(guò)程 當(dāng)CO2相在常溫下（以及在低溫一定范圍內(nèi)）呈現(xiàn)CO2 富液和富氣兩相時(shí)（ LH2O+LCO2+VCO2 ），就出現(xiàn)了部 分均一的情況： 部分均一到氣相H2O溶解于CO2相； 部分均一到液相CO2溶解于H2O溶液中； 臨界均一的方式兩相之間的彎曲面逐漸消失，區(qū)分不出均一 方向。 LH2O LCO2 VCO2 LH2O LCO2 LH2O 部分均一部分均一溫度溫度

8、 ThThCO2 CO2 部分均一狀態(tài)部分均一狀態(tài) 完全均完全均一一溫度溫度ThTh 完全均完全均一狀態(tài)一狀態(tài) 3.含子礦物多相 包裹體的均一過(guò)程 常見(jiàn)的子子礦物礦物為為NaClNaCl（石鹽）和（石鹽）和KClKCl（鉀鹽）：鉀鹽）：加熱易于溶 解，其溶解的溫度（Ts）往往與流體相中NaCl、KCl的成分 含量之間存在聯(lián)系，可用于包裹體中這些成分的估算。 另外一些子礦物，如硅酸鹽和碳酸鹽等的子礦物（長(zhǎng)石，方 解石，赤鐵礦）由于其溶解的速率太低，不能迅速地達(dá)到熱 平衡，不能用于進(jìn)行成分含量的估算。 當(dāng)包裹體中同時(shí)含有NaCl和KCl子晶時(shí)，往往KCl子礦物晶 體較小，與NaCl相比，KCl立方

9、體較小且稍圓，而NaCl子礦 物立方體較大且晶形很好。加熱后，因KCl在H2O中溶解度大， KCl很快溶解消失，剩下NaCl繼續(xù)升溫后溶解。 3.含子礦物多相包裹體的均一過(guò)程 含NaCl子礦物的三相包裹體加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)三種均一方式： 升溫后，石鹽立方體的棱角逐漸變圓，繼續(xù)加 熱，氣泡先消失，然后石鹽溶解達(dá)到均一狀態(tài)， 即通過(guò)石鹽最終消失達(dá)到均一。這類(lèi)包裹體是 從原始過(guò)飽和溶液中捕獲的； 3.含子礦物多相 包裹體的均一過(guò)程 含NaCl子礦物的三相包裹體加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)三種均一方式： 加熱后，石鹽首先消失，而后氣泡消失。這類(lèi) 包裹體是通過(guò)氣泡最終消失而達(dá)到均一的，認(rèn) 為是從原始不飽和溶液中捕獲的； 3.

10、含子礦物多相 包裹體的均一過(guò)程 含NaCl子礦物的三相包裹體加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)三種均一方式： 加熱時(shí)，氣泡和石鹽同時(shí)消失而達(dá)到均一狀態(tài)， 說(shuō)明這類(lèi)包裹體可能是從沸騰流體中產(chǎn)生的， 也可能是在臨界狀態(tài)下捕獲的。 均一法測(cè)溫的主要儀器設(shè)備 About equipments 儀器設(shè)備：在光學(xué)顯微鏡上安裝顯微熱臺(tái)、冷-熱兩用 臺(tái)、溫度測(cè)量設(shè)備和加熱源等。 冷-熱兩用臺(tái)主要有Chaixmeca， Linkam，Reynolds 三種商業(yè)化的產(chǎn)品，高溫?zé)崤_(tái)主要是Leitz1350及1500 熱臺(tái)。 顯微鏡要求質(zhì)量好一些的：有高倍數(shù)的長(zhǎng)焦距物鏡、較 好的光源系統(tǒng)和合適的鏡筒高度。 我們實(shí)驗(yàn)室有Linkam 冷-熱

11、兩用臺(tái)和高溫Leitz1350 熱臺(tái)，教學(xué)主要使用經(jīng)過(guò)改裝的這種高溫?zé)崤_(tái)。 Leitz1350熱臺(tái)（實(shí)習(xí)課詳細(xì)講解?。?熱臺(tái)結(jié)構(gòu) 主要由熱臺(tái)支座、熱臺(tái)主體和氣、水循環(huán)裝置構(gòu)成。 熱臺(tái)的安裝 將熱臺(tái)安裝在顯微鏡載物臺(tái)上，旋緊兩個(gè)固定螺絲。安裝水冷 卻管道系統(tǒng)，將橡皮管的一頭接在水源管上，另一頭接在入水 管上，入水管上有一水流計(jì)，冷卻水首先通過(guò)下冷卻室，再經(jīng) 過(guò)短塑料管到上冷卻室，然后排出。 熱臺(tái)與熱電流計(jì)是用兩條電線(xiàn)相連。 1350熱臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)計(jì)合理，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定；2）臺(tái)體高度40mm， 可與多種顯微鏡使用；3）物鏡為長(zhǎng)工作距離鏡頭，聚光效果 好，成像清楚。 缺點(diǎn)：溫度計(jì)為刻度

12、式，20/格，精度低，誤差較大。 1.匙形片；2.石英板；3.彈簧 片；4.保護(hù)氣孔嘴；5.冷卻水 孔嘴；6.橡皮墊圈；7.電源接 頭；8.圓形軟線(xiàn)圈；9.固定螺 絲；10.石英片；11.固定環(huán)； 12.圓形軟線(xiàn)圈；13.連接熱電 偶螺母；14.測(cè)量?jī)x表接頭；15. 樣品定位螺絲；16.樣品水平定 位螺絲；17.加熱座；18.帶熱 電偶的樣品支架；19.樣品室； 20.圓形軟線(xiàn)圈；21.遮光板 Linkam THMSG 600型冷-熱臺(tái)（實(shí)習(xí)課詳細(xì)講 解?。?溫度范圍：-96+600 加熱或冷卻由計(jì)算機(jī)程序控制。 加熱臺(tái)溫度校正 原因：1）溫度計(jì)探頭與所測(cè)定的包裹體之間有一段 距離；2）樣品室

13、可能存在水平和垂直熱梯度；3） 絕熱材料存在差異。 校準(zhǔn)方法：1）用高純度的標(biāo)準(zhǔn)熔點(diǎn)物質(zhì)進(jìn)行校正， 測(cè)出熔化溫度，將實(shí)測(cè)溫度與理論熔點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，做 出溫度校正曲線(xiàn)。2）用人造包裹體標(biāo)樣進(jìn)行校正， 得到校正曲線(xiàn)對(duì)測(cè)定值進(jìn)行換算。 均一法操作方法 Procedure of Heating （1）準(zhǔn)備工作 a)首先要對(duì)所需研究樣品進(jìn)行詳細(xì)的巖相學(xué)觀察、鑒定和 紀(jì)錄，區(qū)分不同世代的流體包裹體和不同類(lèi)型的包裹體， 確定合適的研究方案和步驟。 b)選擇有代表性的包裹體，一般按照從低溫到高溫的原則 進(jìn)行測(cè)溫，并可同時(shí)對(duì)幾組或幾個(gè)世代的包裹體同時(shí)進(jìn) 行測(cè)定，對(duì)所用過(guò)的樣品碎片要注意保存。 （2）將樣品碎片放入

14、熱臺(tái)，選擇易測(cè)定的包裹體（外形 較規(guī)范、個(gè)體較大、腔壁較薄、相界線(xiàn)清楚者）， 進(jìn)行相應(yīng)的包裹體特征的紀(jì)錄。 （3）操作熱臺(tái)，升溫，觀察和記錄相態(tài)變化，均一方式 和不同的均一溫度等現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。 測(cè)溫薄片的制作： 定位。在樣品上找到準(zhǔn)確的切片位置。 切片。用金剛刀切片機(jī)，沿確定位置切下巖石或礦物片，一般厚3-4mm。 粗磨。切片的任一面在磨片機(jī)上磨平，用180-220號(hào)金剛砂做磨料。 細(xì)磨。粗磨后洗凈，用M20或M10號(hào)金剛砂做磨料進(jìn)行細(xì)磨。 剖光。細(xì)磨后，用氧化鉻或重鉻酸氨做磨料在拋光機(jī)上拋光，也可手工在平面玻璃上 拋光，最后在絨布上拋光。 粘片。將拋光的一面用冷杉膠（或松香）粘在準(zhǔn)備好的載玻片

15、上。如果樣品要求在 60粘片，可用石蠟粘結(jié)。 磨制薄片的另一面。 卸片。在溫控板上，80條件下卸下薄片，并將粘結(jié)劑用酒精或有機(jī)試劑（如丙酮）洗 凈、烘干并晾干，編號(hào)備用。 注意！一定要將薄片表面的膠清洗干凈。 樣 號(hào) 主 礦 物 分 布 類(lèi) 型 相 態(tài) 類(lèi) 型 相 組 合 大 小 ( m) 形 態(tài) 顏 色 相 比 例 (Vo l%) 充 填 度 ( F) 豐 度 素 描 圖 部 分 均 一 溫 度 THC O2 部 分 均 一 狀 態(tài) TH（）完 全 均 一 狀 態(tài) 均 一 溫 度 再 現(xiàn) 溫 度 平 均 溫 度 （4）觀測(cè)技巧 a)升溫速率可采取分段變化的辦法，開(kāi)始時(shí)可用較大的速 率（如20

16、/min），接近均一時(shí)減小到1-5/min， 使之達(dá)到熱平衡。 b)加熱過(guò)程中，氣泡大小的突然變大變小，可能指示這個(gè) 包裹體發(fā)生了泄漏。 c)當(dāng)包裹體的腔壁較厚時(shí)，氣泡變到很小會(huì)進(jìn)入黑的腔壁 消失，妨礙均一溫度的判斷。可以通過(guò)快速降低溫度 10-20來(lái)檢驗(yàn)：氣泡馬上出現(xiàn)，則之前所達(dá)到的溫度 不是均一溫度，不出現(xiàn)或一段時(shí)間后再出現(xiàn)，則之前已 經(jīng)達(dá)到了均一狀態(tài)。 d)富氣相包裹體不易觀測(cè)，常選擇那些扁平和有小的尾端 的包裹體，相對(duì)能夠較清楚地見(jiàn)到氣泡變大時(shí)的過(guò)程。 其他測(cè)溫方法爆裂法、淬火法 爆裂法（decrepitation） 流體包裹體爆裂過(guò)程示意圖 基本原理：流體包裹體是一個(gè)被 主礦物圈閉在

17、晶體缺陷內(nèi)封閉的 流體體系。當(dāng)溫度升高包裹體達(dá) 到均一后，若再繼續(xù)升溫，包裹 體的內(nèi)壓急劇上升，當(dāng)內(nèi)壓大于 包裹體腔壁所能承受的壓力時(shí)， 包裹體發(fā)生破裂，同時(shí)發(fā)出噼啪 的響聲?？蓪l(fā)出大量響聲時(shí)的 溫度記錄下來(lái)，這個(gè)溫度稱(chēng)為爆 裂溫度，用爆裂溫度測(cè)定礦物生 成溫度的方法稱(chēng)為爆裂法測(cè)溫。 石英爆裂曲線(xiàn)圖譜 其他測(cè)溫方法爆裂法、淬火法 淬火法（熔體包裹體的均一法） 熔體包裹體的均一溫度測(cè)定主要是通過(guò)高溫?zé)崤_(tái)或淬 火儀來(lái)進(jìn)行。 由于硅酸鹽熔體的高粘度，達(dá)到熱平衡較慢，需要較 長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)使一個(gè)熔體包裹體達(dá)到均一狀態(tài)，一般要 24h或幾天。 通常采用分段加熱的方法，即每次提高30-50，恒 溫保持1-2

18、小時(shí)。因此，這需要高溫?zé)崤_(tái)具有長(zhǎng)焦距 的高溫物鏡和良好的循環(huán)降溫系統(tǒng)，或采用淬火儀分 段加溫、淬火觀察的辦法。 淬火法（熔體包裹體的均一法） 瞬時(shí)淬火：熔融包裹體在加熱過(guò)程中，氣相逐漸縮小， 如果讓溫度逐步下降至室溫時(shí)，氣相又會(huì)重新回到原 來(lái)的狀態(tài)和大小。采用瞬時(shí)淬火法，可使收縮變小的 氣泡和相變情況固定下來(lái)，保持在恒溫階段（如 900）淬火時(shí)的狀態(tài)。如樣品升溫至900、恒溫 3小時(shí)后，將樣品快速投入冷水中淬火。 現(xiàn)在已經(jīng)很少運(yùn)用熔體包裹體的均一溫度來(lái)表征熔體 的捕獲溫度，更多的是利用均一了的熔體包裹體進(jìn)行 有關(guān)的微區(qū)成分測(cè)定，獲得熔體的各種主量和微量元 素成分，進(jìn)行源區(qū)、巖漿形成和演化、成礦

19、元素富集 等過(guò)程有關(guān)的地球化學(xué)示蹤研究。 小結(jié)（Summary） 均一法測(cè)溫的原理 典型流體包裹體均一過(guò)程的理解和觀測(cè)方法的掌握。 均一法測(cè)溫 基本原理（Basic principle of heating）：均一法是流 體包裹體相變分析的基本方法。通過(guò)提高流體包裹體溫度的辦法， 把由于不均勻收縮形成的不同相態(tài)，恢復(fù)到原來(lái)的單相流體狀態(tài)。 捕獲 均勻、單一相流體 P、T 相變 多相體系 封閉 相變 P、 T 實(shí)驗(yàn)室加溫、 升壓 多相體系均勻、單一相流體 Th：均一溫度 均一過(guò)程 1.氣-液兩相包裹體的均一過(guò)程 均一到液相狀態(tài)（均一到液相狀態(tài)（L+VLL+VL） 隨著加熱，氣相逐漸縮小直至消失，

20、包裹體完全變成液相， 氣泡最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度（ThL）。 說(shuō)明原先說(shuō)明原先被捕獲被捕獲的的成成礦溶液是密度較高的流體相。礦溶液是密度較高的流體相。 均一到氣相狀態(tài)（均一到氣相狀態(tài)（L+VL+V V V） 隨著加熱，氣相逐漸擴(kuò)大，最后充滿(mǎn)整個(gè)包裹體成為均勻的 氣相，液相最后一閃消失的瞬間溫度即為完全均一溫度 （ThV）。說(shuō)明原先說(shuō)明原先捕獲的是具有低密度的流體相捕獲的是具有低密度的流體相。 均一到臨界狀態(tài)（均一到臨界狀態(tài)（L+VL+V C C） 隨著溫度的增加，氣相即不縮小也不擴(kuò)大，而是表現(xiàn)為氣-液 兩相界線(xiàn)間的彎月形界面逐漸模糊，直至最后顯示而使包裹 體成為一個(gè)均勻相，這就是臨界狀態(tài)。指示這種包裹體是在指示這種包裹體是在 臨界狀態(tài)下捕獲的，稱(chēng)為臨界包裹體臨界狀態(tài)下捕獲的，稱(chēng)為臨界包裹體。 2.富CO2包裹體的均一過(guò)程 這類(lèi)包裹體的