讲课5-流体地质学-第五章剖析课件

第五章相变方法（2）

Chapter5Fluidinclusionmicrothermometry(2)冷冻法测温原理不同体系流体包裹体的冷冻相变过程冰点、盐度、密度的测算冷冻法测温冷冻法是指将包裹体薄片样品放置在冷台上，通过改变温度、观察包裹体中发生的相变，再与已知流体体系的实验相图进行对比，来确定包裹体流体所属体系及某些特征成分（主要是盐度）。主要研究成岩成矿流体的：组成体系、浓度（盐度）、流体密度（ρ）。不同成分体系的包裹体具有不同的低温行为，据此得出不同的低温相图、经验公式等，成为识别和计算盐度等参数的主要依据。冷冻台冰点温度实验相图拉乌尔定理经验公式流体组成体系盐度流体密度

不同体系流体包裹体在低温下的行为(BehaviourofFIinlowtemperature)盐-H2O溶液包裹体包括了一系列盐类成分的体系都具有相似的低温行为和参数类型。最常见的是NaCl-H2O(-20.8℃)，还有KCl-H2O(-10.6℃)，CaCl2-H2O(-49.5℃)，MgCl2-H2O(-33.6℃)，NaHCO3-H2O(-2.3℃)，H2O-NaCl-KCl(-23.5℃)，H2O-NaCl-CaCl2(-55℃)等。NaCl-H2O体系最具有典型性，也是在地质研究中最常见的流体成分体系，少量的其它成分的介入也不会对估算的结果有明显的影响，其误差也完全不会高于半定量的估算精度。NaCl-H2O体系低温相变NaCl-H2O的相图是含有一种不一致熔融中间产物的二元共结系。右图特征：低于-20.8℃时仅有固相存在，而高于这个温度时，在很大温度范围内固体与液体共存。中间化合物是NaCl的水合物NaCl.H2O，称为石盐水合物或水石盐（Hydrohalite）。有一个低共熔点E（初熔温度）和一个反应点P，共有5个相出现。（一）NaCl-H2O体系低温相变盐度在(0-23.3)wt%的NaCl-H2O流体盐度在(23.3-26.3)wt%的NaCl-H2O流体盐度在(26.3-61.9)wt%的NaCl-H2O流体——室温下为饱和溶液，包裹体中出现稳定的NaCl子矿物。盐度大于61.9wt%的NaCl-H2O流体在冷冻时，该包裹体沿一条平行于温度轴的垂直轨迹变化。理论上，温度达到t1点(-5.8℃)应出现冰，然后继续冰结晶直到t2点(-20.8℃)为止；持续冷冻后，剩余的液体结晶成水石盐，直至包裹体完全冻结。T2为共结温度。实际冷冻过程中，绝大多数包裹体在降温过程中都存在亚稳态现象，直至t3附近(-90℃)包裹体内还没出现冰，液体变得越来越过冷却，最后突然发生凝固作用。重新加热回温过程中，包裹体沿同一轨迹返回，到达低共结温度t2点时，体系中的水石盐熔化，这就是初熔温度（Tfm），体系内剩下冰+液体。继续升温，冰不断熔化，直到t1处，最后一块冰晶熔化，这就是最终的冰熔化温度Tm。盐度在(0-23.3)wt%的NaCl-H2O流体：

冷冻过程中的相变——以含9%wtNaCl水溶液包裹体为例盐度在(23.3-26.3)wt%的NaCl-H2O流体：

冷冻过程中的相变——以含25%wtNaCl水溶液包裹体为例含25%NaCl的包裹体（B），在低温下的性状与包裹体A非常相像，也在t4点（-30℃）最终冷冻之前显示过冷却现象。回温过程中，液体首先在低共结温度t2点（-20.8℃）重新形成，此时冰熔化，余下水石盐+液体。继续升温，水石盐继续熔化，最终在t5点（-7℃）完全熔化。冷冻回温至开始熔化后，稳定的固相不是冰而是水石盐。③盐度在(26.3-61.9)wt%的NaCl-H2O流体

④盐度大于61.9wt%的NaCl-H2O流体冷冻过程中的相变含盐度26.3-61.9wt%的NaCl-H2O流体，室温下为饱和溶液，包裹体中出现稳定的NaCl子矿物。低温实验时：-20.8℃<T<+0.01℃，存在的固相为水石盐；T=+0.01℃，水石盐分解，生成固体石盐+水：

NaCl.2H2ONaCl+2H2O。继续升温，NaCl开始熔化。含盐度大于61.9wt%的NaCl-H2O流体包裹体：T<+0.01℃，石盐+石盐水合物+气体；T=+0.01℃，NaCl.2H2ONaCl+2H2O；T>+0.01℃，石盐+液体+气体。NaCl熔化，需要更高的温度（>550℃）。(26.3-61.9)wt%NaCl-H2OH2O-NaCl体系包裹体低温范围相变的4种典型途径与现象20-69.1-47.4-26.4-11.1-4.6萤石中H2O-NaCl-CaCl成分的富液两相包裹体（Tm=-52℃）冷冻过程石英中H2O-NaCl成分的富液两相包裹体（Tm=-21.2℃）冷冻过程一个H2O-NaCl成分的富液两相包裹体（Tm=-21.3℃）冷冻过程，注意接近Tm前、后存在水合物和消失后的不同。一个典型的H2O-NaCl富液两相包裹体（盐度为15wt%）的冷冻相变过程20℃-90℃-20.8℃-19℃-15℃-12℃-10.5℃-10℃（二）NaCl-H2O体系冰点的测定——将包裹体迅速降温至过冷却，流体相全部凝固，再缓慢回温直至最后一块冰晶熔化，从而测得冰点（Tm）。（三）NaCl-H2O体系盐度、密度计算盐度在(0-23.3)wt%的NaCl-H2O流体盐度在(23.3-26.3)wt%的NaCl-H2O流体盐度在(26.3-61.9)wt%的NaCl-H2O流体盐度大于61.9wt%的NaCl-H2O流体盐度在(0-23.3)wt%的NaCl-H2O流体盐度求法：第一步.：测出冰点实验相图经验公式方法1：与已有实验相图对比方法2：利用已有经验公式计算

盐度在(23.3-26.3)wt%的NaCl-H2O流体盐度求法：回温过程中，根据水石盐的最终熔化温度，在下图曲线EF上求出NaCl浓度。③盐度在(26.3-61.9)wt%的NaCl-H2O流体

④盐度大于61.9wt%的NaCl-H2O流体

(26.3-61.9)wt%NaCl-H2O密度求法：通过测定包裹体中流体（或固体）的相变温度（均一温度、冷冻温度、结晶或熔化温度），确定包裹体流体密度。

NaCl-H2O体系：1）利用温度-盐度-密度相图来确定流体密度。测出盐水包裹体的盐度、均一温度及均一方式（均一至气相或液相）后，根据均一温度值，在X坐标轴做出垂线，与测得的盐度（W）曲线相交，其交点在Y轴（密度）上的投影点，即为流体密度。利用测出的均一温度（T）和盐度（W），分别在Y、X轴上找出相应数值，并引垂线，两个垂线的交点落在某条密度线上，这一密度值即为所求流体密度。均一温度密度均一温度密度（四）其他复杂盐水体系包裹体的低温相变自然界流体体系中除NaCl外，可能还包括KCl、CaCl2、MgCl2或罕见的FeCl2组分。这些盐水体系中的任何一个都具有自身特有的共结温度，这种共结温度可以用来鉴定所存在的特殊盐类。NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2和FeCl2是在绝大多数包裹体中占主要成分的盐组分，可将复杂盐水体系进行简化。任何一种显示出比-20.8℃低的低共结温度包裹体都应引起我们的注意，说明除了NaCl外，还可能有其他盐类存在。二、含CO2包裹体成分与密度的确定含CO2的包裹体：纯CO2包裹体CO2-H2O包裹体CO2-CH4包裹体CO2-N2包裹体由这些组分形成的单相或混合流体的相变主要是在低温下发生，因而可以用冷冻法研究含CO2包裹体的成分和性质。(一)简单非水溶液CO2包裹体低温相变与成分和密度确定室温下，非水溶液CO2包裹体可以呈现为：单一气相（GCO2）单一液相（LCO2）气-液两相（GCO2

+

LCO2

）冷冻实验时，单相CO2包裹体中会出现一个气泡，并且体积逐渐扩大；由于过冷却作用，含CO2包裹体一般在冷却到-90℃—-120℃时，液相突然凝固，形成若干微小晶体。回温过程中，包裹体中CO2重结晶形成单个CO2晶体。CO2晶体在≤-56.6℃熔化，形成CO2气相和液相。进一步加温，包裹体在31.1℃时均一成单相。取决于CO2的整体密度含CO2包裹体冷冻-加热实验过程中相变P-T图解（据Shepherdet.al.,1985）冷冻从室温（t0）开始，包裹体沿液气平衡曲线变化，包裹体内唯一显著变化的是CO2气泡的增大。在t1（-56.6）时，液体CO2应冷结成固体CO2，但由于过冷却作用，包裹体沿亚稳态气液平衡线到t2’，并在此点冻结，同时直接向固-气曲线上的t2’’移动。回温后，包裹体沿固-气曲线返回到t1点，在这里，固体CO2熔化成CO2液体和气体。T1称为CO2的最终熔化温度，也称CO2三相点。在t2’’到t1间由于固体CO2升华气相CO2晶体体积通常稍微减小。随着温度进一步升高，CO2气泡逐渐减小，直到t3包裹体完全均一为止。此后包裹体沿等容线变化。含CO2包裹体均一温度和CO2相密度关系图解（据Shepherdet.al.,1985）在加热过程中，

CO2包裹体的完全均一方式有三种：气相逐渐消失，均一到液体状态；液相逐渐消失，均一到气相状态；液相与气相间弯液面逐渐消失，临界均一的包裹体，应具有接近临界点的密度（纯CO2，+31.3℃）。知道了包裹体的均一温度和均一方式，可利用右图推算CO2相密度。室温下，CO2-CH4包裹体是难以区分的，CH4的存在只有根据低温相变才能测试出来。CH4的加入，降低了CO2的三相点（-56.6℃），扩大了固相CO2熔化的温度范围。纯CH4包裹体的三相点和临界点温度分别为：-182.5℃和-82.1℃随着CH4含量的增大，CO2-CH4包裹体被完全冻结的温度也大大降低，甚至低至CH4的三相点。包裹体的亚稳态指冷冻和加温至一定温度，包裹体某个成分应该成核（晶核或气泡等）而未成核的包裹体相。造成亚稳态的原因是成分中缺乏成核的条件。包裹体测温实验中出现的三种亚稳态存在形式当冷冻流体包裹体至冰点以下，冰晶或其他结晶固相并不立即产生，直到明显过冷却后才形成；在回温到0℃以上，有时冰晶并不立即熔化，相应地在冷冻时消失的气泡也不立即产生。包裹体从较高温度冷却时，并不因为流体溶解度减小而立即出现子矿物，直到明显过冷却时才出现子矿物。流体冷却时，并不立即产生气泡，直到明显过冷却时才产生气泡。冷冻法操作方法

Procedureoffreezing（1）准备工作首先要对所需研究样品进行详细的岩相学观察、鉴定和纪录，区分不同世代的流体包裹体和不同类型的包裹体，确定合适的研究方案和步骤。选择有代表性的包裹体，一般按照从低温到高温的原则进行测温，并可同时对几组或几个世代的包裹体同时进行测定，对所用过的样品碎片要注意保存。（2）将样品碎片放入冷热台，选择易测定的包裹体（外形较规范、个体较大、腔壁较薄、相界线清楚者），进行相应的包裹体特征的纪录。冷冻法操作方法

Procedureoffreezing（3）操作冷热台，快速降温至包裹体完全冻结，可根据岩相学观察的包裹体类型和可能的成分体系结果，控制降温的幅度。（4）控制升温速率在较低的水平上，根据包裹体的类型，依次测定初熔温度、冰点温度或水合物熔化温度。根据有关资料和图解及软件，确定包裹体的主要成分体系和盐度等成分的含量。（5）观测技巧为了更好地观测小的盐水包裹体中的冰晶，可以通过比估计的Tm低几度下