流包在礦床中的應(yīng)用

1、中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院區(qū)域地質(zhì)調(diào)查方法結(jié)課論文 流體包裹體在礦床研究中的應(yīng)用學(xué) 院 地球科學(xué)與資源學(xué)院 專 業(yè) 地質(zhì)學(xué) 學(xué)生姓名 張三 學(xué) 號 03207415 任課教師 黎明明 2016年 月 日 流體包裹體在礦床研究中的應(yīng)用摘要：流體與內(nèi)生礦床有著成因上的聯(lián)系，進行礦床研究必須對成礦流體進行深刻的觀察、研究和探討。流體包裹體作為成礦古流體的唯一樣品，在礦床研究中起著其他方法不可替代的作用。本文闡述了流體包裹體的概念和三個基本假設(shè)；概述了從流體包裹體中獲得的參數(shù)和獲得參數(shù)方法；簡述流體包裹體在礦床研究中應(yīng)用的方面。關(guān)鍵詞：流體包裹體 礦床研究 參數(shù)巖漿相關(guān)礦床都存在強烈的圍巖蝕變，不發(fā)育蝕變的

2、巖石缺乏成礦潛力，圍巖蝕變總是表現(xiàn)為含水（揮發(fā)分）礦物交代無水（揮發(fā)分）礦物，成礦作用的基本解是成礦物質(zhì)從含礦流體中析出流體的存在和遷移是形成礦床的必要條件，是礦質(zhì)聚集和發(fā)生成礦作用的前提。研究礦床在某種意義上說就是研究成礦流體。在成礦過程中，一部分流體會包裹在礦物中，這部分流體代表了那時的成礦流體或成巖流體，也就是說它是一種古流體。這種包在礦物巖石中的古流體叫做流體包裹體，成為研究成礦流體的窗口。1 流體包裹體的概念和基本假設(shè)流體包裹體是成巖成礦溶液在礦物結(jié)晶生長過程中，被捕獲在礦物晶體缺陷、空穴、晶格空位、位錯及微裂隙之中，而且至今尚在主礦物中完好封存并與主礦物有相界限的獨立封閉體系。研究

3、包裹體的根本目的是了解成礦過程中的化學(xué)環(huán)境和物理化學(xué)條件。礦物中保存下來的包裹體是多種多樣的，它們記錄了礦物生長和演化史的各種條件，具有不同成因意義。由于包裹體成因和變化的復(fù)雜性，并不是任何包裹體都能提供所需要了解的各種信息，因此必須從繁雜多樣的包裹體中，選擇符合研究條件的包裹體。符合研究的包裹體有以下3個基本假設(shè)：1. 捕獲在包裹體內(nèi)的物質(zhì)為均勻相-均一體系；2. 包裹體的體積未發(fā)生變化-等容體系；3. 捕獲后未發(fā)生物質(zhì)的滲漏或逃逸-封閉體系。一般認為，只有符合以上三個前提的包裹體的測定結(jié)果才是有效的和可靠地。大包裹體通過“卡脖子”而形成的幾個小包裹體是包裹體形成后其中物質(zhì)和相態(tài)發(fā)生改變的一

4、種特殊情況。當“卡脖子”發(fā)生在大包裹體中的氣泡出現(xiàn)之后，那么有“卡脖子”而形成的幾個小包裹體具有不同的相比。捕獲有氣泡的小包裹體比原來的大包裹體具有更高的均一溫度，甚至高于形成溫度，其他未捕獲的氣泡的小包裹體雖然隨后冷卻時會出現(xiàn)一個小氣泡，但其均一溫度低于原來大包裹體的均一溫度。因此，對發(fā)生“卡脖子”現(xiàn)象的包裹體所測得均一溫度數(shù)據(jù)一般沒有意義。之所以研究的流體包裹體需要滿足上述三個條件，是因為人們通過：均一體系、等容體系、封閉體系，這3個條件對已知體系進行人工模擬流體包裹體，得到了一系列的參數(shù)和相圖，根據(jù)這些參數(shù)和相圖，建立一個標準數(shù)據(jù)庫。自然界中凡是從符合上述三個標準的流體包裹體測得的參數(shù)，

5、能和標準數(shù)據(jù)庫進行對比，能對其進行合理的解釋。但是不是全部不符合上述基本條件的流體包裹體就毫無用處。例如：正常流體包裹體（從均勻流體中形成的包裹體）用于研究流體性質(zhì)，而異常流體包裹體（從非均勻流體中形成的包裹體）用于形成流體后的某一事件，某些異常流體包裹體還能能用于地質(zhì)壓力的測定。相信，隨著對包裹體研究的深入發(fā)展，對于那些不符合三個基本前提的包裹體也能對其進行合理的解釋。2 從流體包裹體中獲得的參數(shù)和獲得參數(shù)方法對包裹體研究可以獲得下列主要參數(shù)：溫度、壓力、鹽度、成分、密度、流體體系、pH、Eh、穩(wěn)定同位素組成（18O、D、13C和15N等）、流體捕獲時間（K-Ar、Rs-Sr、Sm-NdA年

6、齡）、巖漿冷卻史、流體流動速率以及找礦暈（鹽暈、蒸發(fā)暈、熱暈）等。為了獲得這些參數(shù)，建立了均一法、爆裂法、淬火法、冷凍法、壓碎臺法、各種成分分析方法氣相色譜、液相色譜、顯微激光拉曼光譜、顯微傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜、中子活化分析、激光消融電感偶合等離子光譜一質(zhì)譜(ICP-MS)、電子探針、掃描電鏡、穩(wěn)定同位素和放射性同位素測定等以及顯微鏡和電子顯微鏡鑒定等方法。下表總結(jié)了包裹體的包裹體研究中的所能獲得的參數(shù)及方法。從下表中我們可知道流體包裹體研究中所能獲得的參數(shù)及方法。從包裹體研究中所能獲得的參數(shù)參數(shù)獲得參數(shù)所用的方法參數(shù)的地質(zhì)意義溫度 均一溫度（Th） 爆裂溫度(Td)熔融溫度(Tm) 冷凍溫度(

7、Tf) 捕獲溫度(Tt)均一法：高溫均一法和低溫均一法爆裂法淬火法冷凍法均一溫度+壓力校正值成礦流體的溫度、成礦流體相變的溫度、成巖和變質(zhì)時流體的溫度、成巖時硅酸鹽熔融體的溫度壓力NaCl-H2O體系法CO2-H2O體系法CO2-CH4體系法成巖、成礦時流體的壓力、變質(zhì)作用時流體的壓力，深源巖石的壓力鹽度冷凍法(利用冰晶最后熔化溫度換算)、均一法(利用子礦物熔化溫度換算)成礦流體離子濃度的總和；不同流體區(qū)分之依據(jù)流體的體系顯微鏡下各相的鑒定:均一法、冷凍法測定相變溫度(三相點溫度、臨界溫度和初熔溫度等)確定流體所屬的體系:為區(qū)分不同流體，以及推導(dǎo)流體的其他物理化學(xué)參數(shù)提供依據(jù)流體的流速從流體密

8、度變化和包裹體中亞穩(wěn)態(tài)來推得確定成礦流體的移動速度成分氣相、液相、子礦物和熔融體成分群體、單個包裹休成分分析法；顯微鏡下鑒定法，進一步可分為打開和不打開包裹體法成巖、成礦流體的成分、熔融休的成分密度均一法；冷凍法；體積法確定成礦流體的密度;由此還可計算壓力和流體遷移速度等流體的Ph值打開包裹休直接測定及根據(jù)包裹體成分進行計算礦物沉淀時的Ph值流體的Eh值根據(jù)包裹體成分進行計算礦物沉淀時的氧化-還原環(huán)境流體的氧、氫和碳同位素打開包裹體提取H2O和CO2分別測D及13C，從石英等礦物的18O及均一溫度計算得出18OH2O、13C（對碳酸鹽類礦物）成礦物質(zhì)的來源流體捕獲年齡K-Ar、Rs-Sr、Sm

9、-Nd法流體的捕獲時間巖漿的冷卻史熔融包裹體各相的測定巖體侵入深度和冷卻時間找礦 熱暈 蒸發(fā)暈 氣暈爆裂法、均一法爆裂法氣相色譜法尋找熱液盲礦體3 從流體包裹體中獲得的參數(shù)在礦床研究中的應(yīng)用3.1 確定成礦溫壓條件礦化的類型及礦種不同、成礦環(huán)境和物質(zhì)來源不同，則礦床形成時的溫度和壓力條件各異，因此，在成礦理論研究方面，礦床形成的溫度和壓力條件是進行礦床分類以及礦床成因研究的基礎(chǔ)。而在地質(zhì)找礦方面，了解成礦流體的溫壓條件也能在一定程度上為找礦指明方向。一般情況下，熱液活動的中心部位礦化強度大，溫度和壓力也最高；隨著與中心部位距離的增加，礦化強度漸漸變?nèi)?，溫度和壓力也逐漸變小。因此，了解成礦流體的

10、溫壓條件有助于指示成礦熱液流動方向，確定礦液的來源，判斷隱伏礦體可能存在的位置。3.2 推斷成礦和剝蝕深度成礦深度是礦床成因研究的重要內(nèi)容，目前主要是通過測定成礦流體包裹體的壓力，并依據(jù)一定的壓力梯度進行換算求得。因此，在估算成礦深度方面，最重要的就是確定合理的壓力梯度。常用的壓力梯度包括靜水壓力梯度(10×106 Pa/km)和靜巖壓力梯度(2633×106 Pa/km) 2類。3.3 分析流體成分和成礦環(huán)境不同礦床流體包裹體成分相差較大，就算是同一礦床，不同成礦階段的流體成分也有所不同，因此，流體包裹體成分分析對于確定成礦物質(zhì)來源和反演流體演化都且有十分重要的指示意義。

11、內(nèi)生礦床的形成從本質(zhì)上來說就是成礦流體中所含的金屬元素在一定的條件下因其遷移能力下降而大量化合沉淀富集，形成有用金屬礦物的過程。而流體系統(tǒng)的pH值和Eh值可以改變元素在流體中的存在形式和離子價態(tài)，進而影響元素的富集沉淀，直接控制著礦質(zhì)的運移和沉淀，因此，了解成礦體系的pH值和Eh值對于了解成礦環(huán)境和礦床成因具有重要意義。3.4 判別流體的來源對作為成礦流體代表的流體包裹體進行同位素示蹤研究能夠很好地解決成礦物質(zhì)的來源問題。目前，流體包裹體的同位素示蹤主要是針對H、O同位素，以及稀有氣體同位素等。熱液礦床中熱液(也就是水)是普遍出現(xiàn)的組分，也是含量最多的組分，它既是成礦介質(zhì)又是溶劑，因此可以通過

12、測定包裹體所含溶液的H、O同位素組成，來指示成礦物質(zhì)的來源。因此，流體包裹體H、O同位素體系是熱液礦床示蹤成礦流體來源采用最為廣泛的手段。盡管成礦流體的來源多種多樣，但每一種來源的流體其H、O同位素組成是不同的：初生水18O=+6+8.5，D=7030；巖漿水18O=+6+8，D=5080；大氣水18O=44+10，D=340+50；全球大洋水18O=1（8）；D=1（8）。同生水的H、O同位素組成與海水相似，但18O、D的數(shù)值隨鹽度的增高而增加；變質(zhì)水的同位素組成變化很大，受原巖成分的制約。因此，只要把成礦期流體包裹體的H、O同位素組成與已知流體源區(qū)的同位素組成進行對比即可方便地判斷成礦流體

13、來源。根據(jù)Taylor 構(gòu)建的D18O圖解只要將所測數(shù)據(jù)在圖中進行投點，便可清晰地反映出成礦流體來源。飽和空氣雨水、地慢來源和地殼放射成因是He和Ar的三大來源，不同來源的同位素組成極不相同，尤其是He，地慢w (3He)/w (4He)值(69 Ra, Ra是空氣的w (3He)/w (4He)值)是地殼w (3He)/w (4He)值0.01 0.05 Ra的近1 000倍，即使地殼流體中有少量幔源He的加入，用He同位素也容易判別出來。3.5 對成礦物質(zhì)搬運方式的揭示金屬在成礦熱液中主要以絡(luò)合物的形式溶解，而Cl是最重要的絡(luò)陰離子。這個認識雖然最終來自高溫高壓實驗，但流體包裹體研究所提供

14、的鹽度資料也是一個很重要的因素。目前，礦床學(xué)研究中流體包裹體所指示的流體成分(包括鹽度)仍然是討論成礦物質(zhì)搬運方式的主要依據(jù)之一。近年來，流體包裹體研究對成礦物質(zhì)搬運方式方面的貢獻，主要在于認識氣體在金屬搬運中的作用。3.6 對成礦流體動力學(xué)的認識熱液礦床的形成牽涉到許多復(fù)雜的化學(xué)過程，因此地球化學(xué)成為礦床成因研究的主要手段，即礦床地球化學(xué)。另一方面，熱液礦床的形成牽涉到大量流體的流動，而流體流動需要驅(qū)動力，此為流體動力學(xué)的研究內(nèi)容。相對于礦床地球化學(xué)，成礦流體動力學(xué)的研究比較少，這與地質(zhì)流體流動的尺度大、時間長、其過程很難在實驗室模擬有關(guān)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，通過數(shù)值模擬來研究地質(zhì)流體的流

15、動正受到越來越多的重視。為了檢驗數(shù)值模擬的有效性，需要對一些參數(shù)進行制約，其中最有用的參數(shù)是流體的溫度和壓力。在這方面，流體包裹體再次起到重要的作用。3.7 流礦床類型劃分的依據(jù)之一礦床類型劃分作為礦床學(xué)研究的重要分支，是成礦理論研究的基礎(chǔ)，準確辨別礦床類型對礦床成礦作用和成礦模式研究至關(guān)重要。通常的礦床類型劃分方案是將礦床的地質(zhì)特征、形成環(huán)境及形成過程結(jié)合在一起歸為某一類，其名稱可以是地質(zhì)特征(如斑巖銅礦)、形成過程(如噴流型鉛鋅礦SEDEX)或典型產(chǎn)區(qū)(如密西西比河谷型鉛鋅礦MVT)，隱含在每個礦床類型里既有地質(zhì)特征也有成因。然而，不同類型的礦床形成于不同的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境之中，其成礦流體必然

16、有所差異，因此，不同類型礦床的流體包裹體特征也有所不同，于是流體包裹體便完全可以作為鑒別礦床類型的依據(jù)之一。流體包裹體對于礦床類型劃分的價值在研究程度較高的地區(qū)有時不能很好地表現(xiàn)出來。但在野外地質(zhì)工作中，常常會遇到這樣的情況，發(fā)現(xiàn)了一個新的礦點，但是相關(guān)地質(zhì)資料貧乏，野外現(xiàn)象揭露不夠理想，初期無法進行深入的地質(zhì)觀察，致使礦床(化)類型無法確定，對進一步評價該點的成礦潛力以及確定找礦方向都造成了很大困擾。在這種情況下，流體包裹體劃分礦床類型的重要性和實用性便能突出表現(xiàn)?？梢赃x取少量樣品進行包裹體觀測，根據(jù)其特征與已知的礦床類型的包裹體特征進行對比研究，推測其可能是某種礦床類型，在初步判斷了礦床類型后，便可以很好地指導(dǎo)該礦點的野外地質(zhì)找礦工作。4 結(jié)語流體包裹體作為成礦古流體的唯一樣品，在礦床研究中起著其他方法不可替代的作用。包裹體所提供的流體溫度、壓力、鹽度、成分、密度、流體體系、pH、Eh、穩(wěn)定同位素組成、流體捕獲時間等是研究礦床成因的重要參數(shù)；對于確定成礦溫壓條件、推斷成礦和剝蝕深度、分析成礦流體成分、反映成礦體系環(huán)境pH和