包裹体分析技术页PPT课件

1、油气测试分析技术与应用第六章 包裹体及其测试分析技术一、包裹体定义及特点二、包裹体成因与分类三、流体包裹体测试研究四、流体包裹体的应用提 纲包裹体何为包裹体？包裹体有什么特点？研究包裹体能够干什么？包裹体与能源环境有关系吗？一、包裹体定义及特点1.1 包裹体研究意义1.2 包裹体定义1.3 包裹体特点（）萌芽阶段（公元10世纪1858） 我国是最早发现包裹体并有文字记载的国家。北宋（1031-1095）时期沈括的梦溪笔谈：“滴翠珠” 李时珍的本草纲目中都有记载：“空青者，中空有水如油，治盲立效” 在国外有Boyle（1672）、D.Brewter（1823）、H.Davy（1822）等人都先后

2、在水晶、黄玉、石英、绿柱石中发现包裹体存在，认为是矿物显微结构的一部分。 1.1 包裹体研究意义1.1.1 包裹体研究简史（）包裹体测温阶段（18581953） 1858年，英国学者Sorby提出了包裹体地质温度计的原理和方法，从而使包裹体研究进入了测温阶段。（）包裹体测温工具的产生；（）加国多伦多大学Smith提出、其徒Scott实现完成的爆裂法：快速测定不透明矿物包裹体的温度；（）Newhouse(1933)对密西西比河河谷型铅矿床均一温度的测定，解决了长期争论，打破了地质界的沉默；（）苏联作者（1950）第一次系统阐述了包裹体的理论基础、分类、测温原理、方法及地质应用。（）成矿流体研究阶

3、段（19531976）（）法国的Deich（1955），加拿大的Smith（1963）以及美国的Roedder等发表了诸多的成矿流体包裹体研究的论著，推动包裹体由单一的测温应用到成矿流体研究。（）建立包裹体研究的新方法均一法、冷冻法、压碎法、压力计、等容线法、克分子分数法等，测定内容由大及小，延伸至同位素、古压力等。（）1960年成立国际成矿流体包裹体委员会。 我国的包裹体研究工作也取得了极大的进步，开始包裹体温度、盐度的测定以及组分分析等研究工作。 （）包裹体地球化学阶段（1976） 理论更新、技术进步、范围扩大、日渐重要。流体包裹体分析技术成为能源地质研究中的重要工具和手段。（）逐渐成为地

4、球化学的一个分支；（）新的分析方法不断介入：电子显微镜、离子和电子探针、离子色谱、气相色谱、色质谱联用、激光拉曼光谱等；（）油气地质研究领域中的应用；（）研究包裹体的内容和范围更广：可以获得十数个参数；（）国际上逐渐形成独立学科：包裹体地球化学。（）与现代测试技术紧密结合；（）先进的手段和有效的方法；（）研究内容：组分、温度、压力、盐度、逸散度、pH值、Eh值、密度、体积、流动速度、稳定同位素、地热史（）广泛应用：环境恢复、能源地质、流体研究、成矿预测（）时效性：直观、省时、经济、准确，广泛应用于地学各领域。1.1.2 包裹体研究意义 1.2 包裹体定义1.2.1 包裹体包裹体：被捕获并保存于

5、矿物晶格缺陷或空穴中、与宿主矿物有明显相界线的原始流体物质。 流体包裹体：主要由流体所组成。石盐气泡水溶液锆石磷灰石石英中主要类型包裹体示意图理解要点：（）时间：沉积成岩成矿过程中（）空间：矿物晶格缺陷或空穴中（）物质来源：原始流体（）界定：被包裹物质（）关系：明显的相界线1.2.2 相关术语（）（宿）主矿物：圈闭包裹体的矿物几乎与包裹体同时形成；（）成岩成矿溶液：捕获包裹体时主矿物周围的流体介质，气体、溶液、岩浆等；（）子矿物：所捕获的过饱和流体溶液在温度降低条件下，部分物质结晶而出形成子矿物。它存在于包裹体中，属于包裹体中的固体相，与气泡等共存。（）相界线：包裹体与主矿物之间的边界，即现今

6、包裹体的外形轮廓。宝石中的瑕疵包裹体包裹体相界线主矿物气液包裹体气液包裹体气液包裹体含有机质包裹体1.2.3 包裹体研究的三个基本假设（）均一性：包裹体形成时，被捕获的包裹体内物质为均匀相；（）封闭性：包裹体形成后，不再有物质的交换作用；（）等容性：包裹体形成后，其体积不发生变化。1.3 包裹体特点（）在沉积成岩成矿作用的任一阶段，只要沉积物(岩)发生结晶或重结晶、胶结(次生加大)或自生矿物的形成作用，即可形成包裹体；（）包裹体不包括介质中的碎屑物质（晶体、晶屑或岩屑等）；（）包裹体的大小受限于矿物晶体的大小，一般不超过0.01mm，大于1mm者罕见。世界最大者7.2cm；（）主矿物与包裹体的

7、形成时间相近；（）包裹体可单独或成群出现，现今仍封存于矿物中；（）被包裹物是成岩成矿溶液：即含气、液的流体或硅酸盐熔融体，可形成固、液、气三种相类型； （）单一成因的均匀相，即为成分一定的等容热力学体系；（）包裹体为一封闭体系，在未发生强烈构造运动和变质作用情况下，不发生物质交换作用，也不发生体积变化；（）无论是在被包裹前或被包裹后，包裹体与主矿物间几乎不发生物质的溶解、交换或其它化学反应；（）现今所见包裹体的外壁就是主矿物与包裹体的相界限。由于界限的存在，包裹体与主矿物之间互为独立。二、包裹体成因与分类2.1 流体包裹体的形成2.2 包裹体形成后的可能变化2.3 包裹体分类2.1 流体包裹体

8、的形成2.1.1 包裹体的形成 从系统角度看，包裹体的最终形成可分为种情况，即均匀流体中的包裹体形成、非均匀流体中的包裹体形成、变生包裹体的形成、次生包裹体的形成以及包裹体形成后的变化等。 均匀流体中包裹体的形成具有代表性。即在一个晶体完整的结晶过程中，任何阻碍或抵制晶体生长的因素都可造成晶体缺陷，从而产生包裹体。2.1.1.1 从均匀流体中结晶出的矿物包裹体（）晶体生长速度：培养基供应不均匀，影响晶体的点、线、面发育。晶体快速生长时，形成树枝状；慢速生长时，致密层封闭培养基，捕获包裹体。（）晶体隅角和晶棱：晶体隅角和晶棱生长较快，而晶面中心生长较慢，易于捕获包裹体。（）过饱和溶液：过饱和溶液

9、中，晶核出现并迅速生长，形成骨架；过饱和程度降低，晶体生长缓慢并形成包裹体。（）晶面缺陷：晶体生长停止或发生部分溶蚀溶解，形成蚀坑或晶体面弯曲，而后又继续生长，在晶面弯曲和蚀坑中封存了成矿溶液，形成包裹体。（）生长螺旋：在晶体的生长螺旋中心，可以捕获包裹体。（）平行六面体堆叠：晶体是由平行六面体堆叠而成的，若堆叠得不够平行，则出现空隙，形成包裹体。（）裂纹：晶面上的裂纹导致晶体的不良生长，因而形成包裹体。这种情况较为常见。（）晶面杂质：外来的固体质点落在生长着的晶面上，可以形成包裹体。（） 结晶后破裂：主矿物形成后，由于晶体破裂，裂隙被流体所充填浸泡，当晶体愈合时就形成了包裹体 2.1.1.2

10、 从非均匀体系中捕获的包裹体 （）从液相气相体系中捕获包裹体：压力释放或温度升高引起流体沸腾、温度降低引起原来均匀流体发生不混溶以及表生作用等，均可导致液相和气相物质同时被捕获。 采用均一法测定古温度时将有可能导致结果偏高现象，如地表条件下形成的大气和水包裹体，采用均一法测定的古温度将会达到150200 。 （）从液相固相的体系中捕获包裹体：含有晶体或固体质点的流体被捕获而形成包裹体。 这种包裹体常被当作“子矿物”，但在加热时，“子矿物”在包裹体中的气相消失时也不溶解。若继续加热至爆裂，也不会出现溶解现象。 （） 从两种不混溶或部分混溶的流体中捕获包裹体：如油和水、熔融体和流体等。2.1.1.

11、3 变生包裹体的形成 变生包裹体是在变质矿物形成或改造过程中捕获了变质流体而形成的包裹体。 目前变生包裹体的形成机制研究还不够清楚。变生包裹体特点可变性（）在变质作用中形成，与原生流体包裹体在分布特征上相似，但各环带中的包裹体性质可能变化较大。（）出溶：在温度升高或压力释放期间，组成石英晶体构造部分的水和碱金属离子通过晶格扩散和迁移，在位能最低的位置和亚晶粒边界形成微小的出溶包裹体。（）迁移和再聚集：受热时，包裹体沿热梯度降低方向迁移、改变形状或扩散再聚集；（）解体：包裹体内表面积趋于减小，在溶解和再沉淀作用下，包裹体趋于分解和消失。2.1.1.4 次生包裹体形成机制 在主矿物形成之后，在某种

12、作用下形成的包裹体。 根据裂隙性质，次生包裹体还可以分为脆性变形包裹体和韧性变形包裹体，前者主要是沿愈合裂隙分布，后者主要出现在变质矿物中。2.2 包裹体形成后的可能变化 2.2.1 相变子相的形成 2.2.2 物理变化 2.2.3 物质交换2.2.1 体积变化 包裹体形成后的体积变化，或为可逆或为不可逆，分别对均一化测温不产生或产生影响。 可逆变化（包裹体体积守恒，可以均一化测温）：热胀冷缩、结晶与溶解作用的调节。 不可逆变化（包裹体体积不守恒，不可以均一化测温）：“卡脖子”作用对包裹体的分割、包裹体的合并、升温破裂卫星状次生（隐爆）密度降低、“强压塑变”。2.2.2 物相变化子相的形成 主

13、要由于温度降低，被包裹流体将发生物相变化。（）负压冷凝：属于不混溶过程。若“负压”条件下极度收缩的气相密度大于液相，则出现“气泡”沉于液体底部。（）结晶：通常发生在包裹体壁上。子矿物生成：在包裹体中形成的所有新相称为子相。如果新相为晶质，则称之为子晶或子矿物。2.2.3 物质交换 在变质作用阶段，由于压力失衡以及微裂缝产生，包裹体破裂，导致包裹体内含物的逸出或外界物质的加入。 2.3 包裹体分类 从目前研究来看，主要从物理状态和成因来分。物理状态分类流体包裹体岩浆包裹体纯液体包裹体纯气体包裹体液体包裹体气体包裹体含液体CO2包裹体含子矿物包裹体含有机质包裹体结晶质熔融包裹体流体熔融包裹体玻璃质

14、熔融包裹体成因分类原生包裹体假次生包裹体次生包裹体变生包裹体2.3.1 流体包裹体分类 纯液包裹体：在室温时为单相液体的包裹体，形成于低温或冷水条件下。纯气包裹体：在室温下为单相气体的包裹体，形成于火山喷气、气成或沸腾条件下。液体包裹体：在室温时含液相和一个小气泡的包裹体，液体的充填度大于50%。几乎在各种地质环境中都可见到，是分布最广泛的包裹体。 气体包裹体：在室温时含有一较大气泡和少量液相，加热时均一到气相的包裹体，气体的充填度大于50%。通常见于岩浆热液（斑岩型）矿床中。含子矿物包裹体：通常由气相、液相和子矿物组成，常见石盐、钾盐、硬石膏、赤铁矿、萤石、方解石、石英等子矿物。含液体CO2

15、包裹体：从包裹体中心向外，由气相CO2 、液相CO2和盐水溶液组成，加热时在低于31.1的某个温度下均一成单一的CO2相。含有机质包裹体：除了气相和液相外，还可以有有机质存在，有机质常见沥青、液体石油和高碳氢化合物或甲烷等。烃水原油沥青纯液气液2.3.2 岩浆包裹体分类 玻璃质熔融包裹体：岩浆在高温下迅速冷却而形成的玻璃和气泡所组成，常见于火山岩中。 流体熔融包裹体：在结晶质矿物或玻璃与气相之间存在一个由岩浆分异出来的、与岩浆共存的流体相。 结晶质熔融包裹体：主要包含硅酸盐熔融体结晶产物和一个气泡，它是被捕获的硅酸盐熔融体在缓慢的冷却过程中结晶形成的，常见于侵入岩中。2.3.3 成因分类 原生

16、包裹体：在矿物结晶过程中被捕获的包裹体，与主矿物同时生成。常沿矿物的生长（结晶）面分布。包裹体中的流体代表了主矿物的成矿流体样品。 假次生包裹体：由于主矿物产生裂隙，后有成矿流体充填其中，因裂隙愈合而封存的成矿流体。它分布在主矿物内部，是原生包裹体的特殊类型，但由于它沿裂隙分布，故具有次生包裹体的分布特征， 次生包裹体：形成于主矿物之后，后期热液沿矿物的裂隙、解理、孔隙进来，溶解矿物，使之发生重结晶，在此过程中捕获形成了沿切穿矿物颗粒的裂隙分布的次生包裹体。其中的流体代表了形成矿物后某一阶段的流体特点。 变生包裹体：在变质作用过程形成的包裹体。假次生包裹体次生包裹体原生包裹体包裹体的分类要点三

17、、流体包裹体测试研究技术 3.1 研究前期准备 3.2 显微镜下研究 3.3 古温度测定 3.4 古盐度测定 3.5 古压力测定 3.6 成分测定 3.7 数据处理和地质解释3.1 研究前期准备 3.1.1 样品采集（）研究目的和要求的确定；（）相关地质资料：收集、整理、分析与研究；（）样品采集：包裹体发育的岩性、代表性、平剖面分布合理、避开风化面以及要有一定的针对性。 （a）温度和盐度：具代表性的单块标本或单矿物。 （b）成分：群体包裹体。以稳定性高的浅色矿物样品（如石英等）为佳，硬度较小的矿物以及易造成主矿物干扰的碳酸盐和硫化物宜少用。 （c）样品数量：每个样品的单矿物数量3-10g，块状

18、粗粒单矿物可采100-200g的手标本。3.1.2 方法准备根据研究目的，选择各自不同方法：显微镜和电子显微镜下鉴定均一法爆裂法冷冻法压碎法各种成分分析法（气相色谱法、电子探针分析、激光拉曼光谱分析等）稳定同位素分析法KAr法和RbSr法不同的研究内容，要求相应的研究方法：包裹体研究的基本方法，除光学显微镜观察外，温度的测定用均一法、爆裂法和淬火法；盐度的测定用冷冻法；气相成分的测定用激光拉曼探针、气相色谱和质谱；液相成分的测定主要用离子色谱、原子吸收光谱和激光拉曼探针；固相成分的测定主要用电子探针和扫描电镜；同位素组成的测定用质谱计和离子探针。 包裹体参数及测试方法3.1.3 样品制备（）均

19、一法、冷冻法样品的制备 （a）两面抛光的光薄片制作一般要求：代表性：切取所要研究的部分切片方向：按指定方向或平行晶轴方向厚度：一般厚度0.05-0.2mm抛光度：抛光度越好，观察效果越好切片大小：尽量要大，普通片子最大约4020mm2。温度：操作温度不能高于80。 （b）两面抛光薄片磨制工艺程序（）爆裂法样品的制备 （a）加工破碎和筛选：碎样后，筛分，留取3g重量的0.2-0.5mm或稍大粒级作为样品 （b）样品处理：去除对测量有影响的碳酸盐岩类矿物和其它杂质。清洗3-5遍、酸洗（30-50%盐酸浸泡约30分钟至不再起泡为止）、清洗（3-5遍） （c）烘干：在80左右的恒温下烘干4小时后备用（

20、）群体包裹体成分分析及稳定同位素成分样品的制备 （a）样品要求与爆裂法大致相同，但更为严格 （b）样品量10g （c）样品纯度：大于98% （d）采用压碎法或爆裂法打开包裹体（）单个包裹体成分分析样品制备 （a）与做均一温度测定的样品要求相同 （b）使用仪器：激光拉曼探针、电子探针、离子探针等。3.2 包裹体的显微镜下研究3.2.1 包裹体镜下寻找 理论上来说，凡是从流体中结晶出来的矿物都会含有包裹体。选择透明度好、结晶程度好的主矿物（石英）晶粒，从低倍到高倍进行镜下观测。 3.2.2 包裹体镜下特征（）包裹体的形状：规则（与主矿物部分相同、相同或相似）与不规则（与主矿物晶形完全不同）（）颜色

21、：受成分、薄片厚度、折射、外界效应等因素影响较大，有机物和高倍镜更易产生虚假色。气、液相一般无色透明。（）大小：通常以包裹体的长径为测量标准，一般小于0.01mm，研究中常用为0.01-0.1mm。（）数量：先测定每cm2中的个数，再换算为每cm3中的个数。包裹体与主矿物的体积比约为1:100。乳白色石英和方解石中的数量最多，1cm3体积中可达109-1015个包裹体。（）分布：规则（环带状、平行条带状等）或不规则（杂乱无章）分布。 （a）沸腾包裹体：气液包裹体之间构成连续过渡、最低均一温度相近但盐度差异较大； （b）“卡脖子”包裹体：分布具有较好的“连续性”但彼此特征相同。（）相态：气液固相

22、和单双多相。通常为气液两相。包裹体中必有气相或液相，杂质为单一的固相。（）充填度：一般来说，充填度越高，均一化温度越低。（）类型： （a）原生包裹体：形状规则、分布规则，通常与裂隙无关，成群包裹体中的充填率相近； （b）次生包裹体：沿切穿主矿物的裂隙分布，与裂隙有关或无关包裹体的充填率相差较大； （c）假次生包裹体：分布于不切穿主矿物的裂隙中，形状和分布不规则。3.3 包裹体测温学 3.3.1 流体包裹体的均一法测温 3.3.2 流体包裹体的爆裂法测温3.3.1 流体包裹体的均一法测温（）理论假设：显微镜下所见包裹体在其形成之初为均匀的热流体，由于温度和压力降低，产生了相界线，出现了相的分异。

23、（）基本原理：温度升高，包裹体内部的两相（或多相）转变成单一的均匀相（相态转变的物理可逆），也即达到了相的统一。这时的温度，即为均一温度（也叫充填温度），它代表了包裹体的形成温度。（）均一法主要仪器设备：显微加热台、温度测量部分、光源和显微镜等。（）均一温度法的特点 优点：均一法是一种常用的方法，所测数据直观可靠，还能测定各相体积，求得密度或比容。 缺点：只能用于透明矿物和半透明矿物、所需时间较长。（）均一温度的影响因素与温度校正（a）由于均一温度数据是在常压条件下获得的，而包裹体却是在成岩成矿时的温度、压力以及成分等条件下被捕获的。因此应该对测定的温度结果加以校正。（b）适用条件。3.3.2

24、 流体包裹体的爆裂法测温（）基本假设：（a）包裹体在爆裂和形成时的成分和密度相同；（b）等容过程；（c）流体包裹体是一个被主矿物圈闭在晶体缺陷内的封闭体系。（）基本原理：当加温使包裹体达到均一后，若再继续升温，包裹体的内压急剧上升，直到发生爆裂，此时所测的温度为包裹体的爆裂温度。根据包裹体爆裂时的温度和压力可以计算形成时的温度和压力。TfA（ Pf Pd ） TdTf为包裹体形成时的温度；A为常数； Pf 为包裹体形成时的压力； Pd 为包裹体爆裂时的压力；Td为包裹体爆裂时的温度。（）主要爆裂仪：热声爆裂仪（声电换能）、热压爆裂仪、热真空爆裂仪（压电换能）。包裹体爆裂谱线爆裂脉冲数T（）（）

25、爆裂法的特点优点：（a）不但能对透明矿物进行温度测定，还能对不透明矿物进行温度测定；（b）速度快、精度高，采用电子自动化装置，可在短时间内得到大量包裹体起爆的温度、频次，甚至相变温度等信息；（c）爆裂温度值及爆裂曲线图谱可以揭示包裹体的活动期次以及蚀变作用的温度和强度等；缺点：（a）爆裂法测温需要进行压力、成分及密度对温度的校正，其中压力的影响是主要的；（b）爆裂法不如均一法直观，又不好区分原生、次生包裹体。（）爆裂温度的影响因素爆裂法测温的影响因素可归纳为两类，一类是和矿物形成时的物理化学条件以及与矿物本身的物理性质有关的因素，如矿物硬度、解理、形成时的压力，密度、成分等；另一类属于测试过程

26、中环境的影响因素，如样品的用量，粒度大小，电磁场、震波、声波干扰等。3.4 成矿流体包裹体盐度和成分测定3.4.1 冷冻法测定包裹体盐度3.4.2 压碎法测定包裹体气体成分3.4.1 冷冻法测定包裹体盐度（）基本假设拉乌尔定律：（a）盐水溶液的冰点下降数值与溶质的种类或性质无关，仅仅取决于溶解在水（溶剂）中的溶质的摩尔浓度。表达式如下：t=kfmt为冰点下降温度；kf为冰点降低常数，与溶剂的性质有关， H2O和苯的kf分别为1.859、5.127，m为溶质摩尔浓度；（b）压力对冰点下降的影响很小，可以忽略不计；（c）该定律只适用于理想溶液或非电解质的稀溶液（如NaCL 溶液）。（）基本原理：通

27、过在冷冻台上改变温度，来观察包裹体中所发生的相变，并与已知有关体系的实验相图进行对比，来测定包裹体流体所属的体系和成分。 对于NaClH2O体系的盐水溶液，可根据拉乌尔定律，即稀溶液的冰点下降与溶质的摩尔浓度成正比的原理来确定溶液的盐度。 根据冰点下降温度（T）与NaCl 含量（w）之间的变化关系，可求得对应盐度。（）冷冻法特点（a）可以测定盐水包裹体的初融温度、冰点、盐度及密度，还可以测定CO2体系的包裹体成分；（b）对于NaClH2O体系，冷冻法只适应于低盐度条件（023.3重量百分比）；（c）当NaClH2O体系不占主导地位时，需按不同体系进行盐度测定。3.4.2 压碎法测定包裹体气体成

28、分（）基本原理：压碎法是测定包裹体中气体的直接方法。各种气体可以在一定的吸附剂中被吸附，从而测定其含量。（）方法特点（a）简易直观（b）气体成分的合理预测及吸附剂的正确选择3.5 包裹体地质压力计 3.5.1 基本理论 3.5.2 几种地质压力计3.5.1 基本理论 （）地质压力一般是由静岩压力和流体静压力所组成；（）均匀流体的压力是由其温度和密度所决定的；（）沸腾流体的压力等于这种流体在沸腾温度时的蒸汽压。（）为了利用流体包裹体来确定（估计）主矿物形成时的温度或流体静压力，需要有两类资料，一是所捕获流体相的成分；二是这种成分流体在有关温度和压力范围内的相变行为以及PVTX性质。3.5.2 几

29、种地质压力计（a）根据溶液的蒸气压估算压力 由于捕获温度时的流体静压力大于其蒸气压力（否则流体会发生沸腾），故根据蒸汽压力大小可求得流体压力的下限。（b）根据P-T关系，可求得捕获压力 主矿物（或主要伴生矿物）形成时的曲线与被测包裹体曲线的交点即为捕获压力。（c）不混溶流体地质压力计：根据两种不混溶流体的PVT关系及其均一温度，在PT组合图上确定捕获温度和压力。（d）沸腾流体地质压力计和温度计：当沸腾的液相和与其共存的气相分别捕获在一对包裹体中时，加热升温而使其达到均一，两种均一作用发生在同一温度，在沸腾曲线上就能够根据均一温度而得到压力。（e）含子矿物包裹体的地质压力计：加热包裹体，子矿物消失时的温度即为捕获温度，根据P-V-T关系可转换为压力。3.6 包裹体成分分析 3.6.1 包裹体群的化学成分分析 3.6.2 单个包裹体的成分测定 3.6.3 包裹体稳定同位素分析 3.6.4 pH和Eh的测定选纯的矿物样品（粒度0.250.5mm）在稀盐酸或稀硝酸中浸泡或在水浴上加热处理，在玻璃砂漏斗中冲洗至中性，最后在超声波清洗器中用去离子水清洗，过滤、烘干、备用热爆法测温，确定包裹体的形成期数