自然界岩石样品中的超临界流体记录

超临界流体是有别于富水流体和含水熔体的一种低粘度、高迁移性和高元素携带能力的一类流体,在变质岩体系中,其形成的温压条件一般高于对应的H_2O-岩体系的第二临界端点。俯冲带岩石是自然界最有可能保存超临界流体活动记录的地方,而超临界流体的活动对于地球内部物质循环、俯冲带岩浆作用和俯冲带成矿等方面可以发挥巨大作用。目前对于天然岩石和矿床样品中超临界流体的识别仍处于经验推测阶段,缺乏定量的岩相学和地球化学指标。本文主要基于目前已有研究结果,介绍自然体系中超临界流体的地质特征,包括俯冲带超高压变质岩、高压-超高压脉体以及地幔楔岩石中的超临界流体记录,主要是一些多相包裹体及元素迁移变化的记录,最后讨论超临界流体的相分离与岛弧岩浆作用之间的关系。     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。     

区域变质作用中的流体

区域变质条件下流体的流动有 4种标志 :( 1)细脉 ;( 2 )岩石学 ;( 3 )稳定同位素 ;( 4 )常量元素的交代作用。不同级别的区域变质作用中 ,流体影响着岩石的变质反应和变形 ;在高级变质的情况下甚至有熔体出现。在超高压变质条件下 ,流体量比地壳范围区域变质要少得多 ,从大别山超高压变质带的资料可知 ,流体的演化有明显的阶段性 ,局部曾发现熔融包裹体。水流体的介入 ,引起岩石的退变质和元素地球化学变异 ,是超高压变质岩抬升、进入中下地壳的产物。新近的实验岩石学成果说明 ,多硅白云母、角闪石等含羟基的矿物 ,在俯冲达 10 0km以下依然稳定 ,而一些花岗岩体系在超高压的条件下产生的超临界流体 ,乃是花岗岩、片麻岩只能部分保留超高压矿物组合的原因。     

俯冲带流体作用的地球化学示踪

俯冲带流体包括俯冲带岩石脱水形成的水流体和熔融作用产生的熔体。俯冲带流体循环及伴随的化学作用是壳幔演化和物质交换的重要机制。岛弧火山岩地球化学研究可以示踪流体的性质、成分。造山带变质岩内高压脉是俯冲带流体活动的直接记录。通过高压脉及其主岩地球化学研究 ,可以示踪流体成分和来源。俯冲带水流体成分与流体释放深度有关 ,俯冲带深处 ( >5 0km)形成的水流体内溶质相当可观。水流体流动方式有大规模沟道式和小规模弥散式 ,与其相应的流体来源分别为外来的和内部的。俯冲带流体组分、流动方式、物质交换机制与俯冲带深度、热状态、物质结构的定量关系 ,以及矿物 /水流体间元素分配系数的高压实验可能将是俯冲带流体今后研究的重要课题。中国西天山高压变质带榴辉岩及蓝片岩中广泛发育高压脉 ,根据脉的矿物组合 ,高压脉可分成 4种类型。高压脉氧同位素研究表明 ,脉体与流体间氧同位素交换宏观与局部平衡 ,流体活动为大规模的 ;流体活动方式既有沟道式 ,又有渗透式 ;流体的δ18O值为 + 10 .8‰左右 ,流体来源于主岩经过海水低温蚀变的大洋玄武岩。西天山广泛发育的高压脉 (尤其是蓝片岩中的高压脉的发现目前在世界范围尚属首例 ) ,是研究古俯冲带流体作用良好的野外天然实验室。     

超高压榴辉岩-脉体体系成因和俯冲带变质流体演化

超高压岩石-脉体体系是认识俯冲带流体性质和行为的天然实验室.通过总结大别超高压变质带3个榴辉岩（角闪岩）-脉体体系的研究成果,探讨了大陆俯冲带变质流体的溶解-结晶过程和氧逸度变化规律以及流体对轻元素硼的迁移过程.对榴辉岩-复合高压脉体的研究发现超高压流体通过溶解矿物富集溶质组分,流体随后经历3期结晶过程,分别形成绿辉石-绿帘石脉、绿帘石-石英脉和蓝晶石-绿帘石-石英脉.绿帘石La、Cr和δEu值是判断结晶次序的关键指标.对榴辉岩-角闪岩-低压脉体研究表明大陆俯冲带低压变质流体的氧逸度明显高于高压-超高压变质流体.高氧逸度条件也导致一些反常矿物（如退变金红石）的生长.对含电气石榴辉岩-脉体研究揭示变质碳酸盐岩是大陆俯冲板片中重硼同位素的重要储库,其在汇聚板块边界的脱硼作用显著影响深部硼循环.上述研究成果为理解俯冲带变质流体演化和物质循环提供重要科学依据.      

俯冲带深部流体:来自超高压变质锆石晶内结构和包裹物的证据

利用阴极发光和激光拉曼研究了大别山俯冲带超高压基性和长英质变质岩中的锆石。超高压变质增生锆石环带或新生锆石颗粒从不同角度反映了俯冲带地幔深度流体作用信息。其一,在超高压变质锆石生长域中存在微米级流体包裹体。由于其十分细小,组成往往难以测定。但是在变基性岩中检测到富CO2的负晶形包裹体。其二,在超高压锆石生长域中较普遍地发现富含挥发份的多硅白云母和磷灰石包裹体,其与典型的超高压变质矿物———柯石英稳定共生。副矿物研究表明,即使是在新鲜的弱退变质的榴辉岩中,富含挥发份的矿物相———磷灰石仍是含量较高的矿物,说明在俯冲带的深部(>100km),流体仍可以稳定地保存在高挥发份的矿物晶体格架中。其三,超高压变质增生锆石环带的边界呈蚕食状或港湾状,指示流体参与了锆石的变质生长过程,即通过流体与锆石之间的相互作用导致原有锆石的溶解和新生锆石的沉淀结晶。考虑到如此高的锆溶解度,认为在地幔俯冲深度,流体的成分复杂,并不是简单的富水体系,其化学组成与深熔融体相似,且赋存状态应为含水融体相。     

俯冲洋岛玄武岩脱水释放的水流体成分：来自西天山榴辉岩相高压脉的约束

俯冲洋壳的脱水作用对于岛弧火山岩的成因具有重要意义。西天山高压低温变质带中切割主岩蓝片岩/榴辉岩的榴辉岩相脉体记录了古生代俯冲带中的脱水过程。脉体具有典型高压矿物组合：石榴石(＞8%)+绿辉石(15%)+石英(＞55%)+蓝闪石(5%)+冻蓝闪石(10%)±黝帘石±方解石。高压脉及其主岩的岩相学与矿物化学研究表明流体是在俯冲过程中蓝片岩向榴辉岩进变质条件下释放。脉的主量元素成分显示流体富Si。主岩的稀土元素和微量元素表明其原岩为洋岛玄武岩(OIB)。脉和主岩具有相似的微量元素配分模式,并且相对N-MORB都显示富Li、Be、Cs、Rb、Ba、Pb、La的特点。通过模拟计算,在高压脉、与脉平衡的流体以及模拟的原生流体中都富集流体活动性元素(Li、Be、Pb)和LILE(Cs、Rb、Ba),贫HFSE(Nb)和REE(Nd、Sm)。证实了在古生代南天山洋俯冲时洋岛玄武岩脱水释放出富Li、Be、LILE、La和Pb,贫HFSE和HREE的流体。     

超高压变质作用过程中的流体——来自苏鲁超高压变质岩岩石学、氧同位素和流体包裹体研究的限定

苏鲁造山带超高压变质岩岩石学、氧同位素、流体包裹体和名义上无水矿物的研究表明，流体-岩石相互作用在大陆地壳的俯冲与折返过程中起到多重的重要作用，并形成了复杂的流体演化过程：（1）大陆表壳岩通过与高纬度大气降水的交换作用被广泛水化，并获得了异常低的氧同位素成分；（2）在水化陆壳物质的俯冲过程中发生了一系列的进变质脱水反应，所释放的流体主要结合进了高压、超高压含水矿物和名义上无水超高压矿物；（3）在超高压变质过程中，以水为主的变质流体通过选择性的吸收使其盐度逐渐升高，并在峰期出现高密度、高盐度的H2O或CO2-H2O流体。有机质的分解反应在局部形成了以CO2、N2、CH4或它们的混合物为主要成分的变质流体；（4）名义上无水超高压矿物的结构水出溶是早期退变质流体的主要来源，并在局部富集形成了高压变质脉体；（5）透入性的中、低盐度水流体活动使超高压变质岩通过一系列的水化反应转变成角闪岩相变质岩；（6）沿韧性剪切带和脆性破碎带的强烈水流体活动为绿片岩相退变质作用和低压石英脉的形成提供了变质流体；（7）可变盐度的H2O或CO2-H2O流体是整个超高压变质岩形成与折返过程中的主要流体，但局部的流体．岩石相互作用形成了非极性的变质流体。     

超高压变质矿物中的多相固体包裹体研究进展

大陆碰撞过程中熔/流体的组成和演化是研究大陆深俯冲动力学的重要内容,而超高压岩石记录了大陆俯冲和折返过程中的熔/流体-岩石相互作用,因而是研究大陆碰撞过程中熔/流体组成和演化的天然实验室。大陆俯冲带高压/超高压变质矿物中多相固体包裹体作为熔/流体活动的直接记录,为我们提供了揭示超高压变质过程中熔/流体演化的重要制约。近年来,围绕超高压岩石中多相固体包裹体的形成时间、演化过程及其所反映的俯冲带超高压变质熔/流体的组成和性质,进行了大量的研究工作。超高压岩石中多相固体包裹体的发现,为理解峰期超高压变质流体的组成和演化提供了重要制约,同时也为研究俯冲板片-地幔楔界面的熔/流体交代作用提供了新的途径。本文从多相固体包裹体形成机制、结构形态特征、矿物化学成分及其地质地球化学意义等方面,对于超高压变质岩中多相固体包裹体的研究现状和存在的问题进行系统地总结和探讨,以期促进多相固体包裹体的岩石学和地球化学研究。     

超高压变质岩——造山带深部过程的见证

超高压变质岩是大陆碰撞过程中俯冲于地幔较深部位的地壳物质（包括早先从地幔就位于地壳的超基性岩）,记录了地球系统内部物质再循环的过程。了解折返至地壳的超高压岩石的峰变质深度,是讨论造山带深部变质作用、岩浆形成和流体活动的关键,也是讨论折返机制的基础。详细的岩相学和变质反应热力学分析通常还不足以对岩石峰变质物理条件作出判断。高压下矿物固溶体的稳定性、相转变及出溶机制是最终解决问题的前提知识。柯石英假象具有特征的结构。并非只有相变才能引起矿物包裹体周围的放射状裂开。柯石英在寄主矿物中的保存情况对岩石的ｐ Ｔ路径有指示意义。以构造过压为主导的超高压变质作用观点与现有地质观察和高压下岩石的力学状态分析不相一致。定量估计构造过压在岩石俯冲过程中的作用尚需更深入的理论分析和观察资料。准确的ｐ Ｔ路径对于理解俯冲、折返机制至关重要。流体和熔体是岩石俯冲至较深部位时与地幔围岩发生物质交换的主要介质。进变质过程中岩石多放出流体,但也有一些发生在超高压下的水化或碳化反应。退变质过程晚期围岩流体渗入折返的超高压变质岩,但在退变质过程早期,由于温度增高,一些超高压含水矿物可能发生脱水。典型的地壳岩石在俯冲带深部很容易发生部分熔融。高?     

内生金矿床的成矿流体

流体具有媒介和作用剂的双重属性,流体作用贯穿于整个内生金矿成矿作用过程.不同地区、不同类型金矿床具有相似的原始成矿流体——来源于上地幔或下地壳的、富含SiO₂、挥发份、成矿元素的C-H-O体系.在从深部至浅部的运移过程中受岩石建造性质、岩石(层)中流体成分的混入以及水-岩反应等因素作用,原始的成矿流体物理化学性质、组成成分等发生了不同程度的改变,最终形成直接导致金矿化的成矿流体.造成成矿流体中金等成矿物质发生沉淀的主要原因是流体的沸腾作用、流体中挥发份的逸失、流体相的分离作用、不同类型流体之间的混合作用以及热液蚀变(水-岩反应)作用等.     

成矿流体活动信息的三个示踪标志研究

本文是构造物理化学研究的一项理论研究成果,提出了成矿流体活动信息的三个示踪标志的概念和识别方法。     

成矿流体及成矿机制

根据成矿流体样品——流体包裹体研究资料，目前已知的成矿流体主要有下列四种类型：（１）硅酸盐熔融体＋Ｍ（金属）；（２）Ｈ２Ｏ＋ＮａＣｌ＋Ｍ；（３）Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋Ｍ；（４）Ｈ２Ｏ＋有机质＋Ｍ。这里所说的Ｈ２Ｏ，实际上是含有一定溶质的盐水；ＣＯ２则还包含有ＣＨ４、ＣＯ、Ｎ２、Ｈ２、Ｈ２Ｓ等等其它组分。不同的矿种、不同成因的矿床与一定种类的成矿流体有关，也就是说，成矿流体具有一定成矿专属性。通过成矿流体研究，我们认为成矿作用主要有下述几种形成机制：（１）不同种类流体混合成矿机制；（２）单一流体不混溶分离成矿机制；（３）流体＋有机质成矿机制；（４）水—岩交换成矿机制；（５）流体物－化条件改变成矿机制。     

流体的沸腾和混合在热液成矿中的意义

讨论了流体沸腾和混合在热液成矿中的重要作用及研究进展。成矿汉体的降温可能不是许多金属矿物沉淀的最有效机制；流体的沸腾作用对浅成热液帮床，斑岩铜钼等矿床中矿物的沉淀作用很大，造成的矿化具有强度大，品位富及垂向分带较发育的特征，同时因其影响范围小，作用时间短，限制了它的作用的发挥。     

流体包裹体成分分析研究

笔者在日本研修期间学习和了解了先进的流体包裹体成分分的方法,其中包括分析群体包裹体液相成分的ＩＣＰ－ＭＳ和ＰＩＸＥ分析方法;分析单个包裹体液相成分的ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ方法,ＬＲＭ,ＦＴ－ＩＲ单个包裹体气相成分分析方法等。这些方法极大地提高了包裹体成分分析的水平,促进了包裹体研究的发展,本文简要介绍这几种流体包裹体成分分析方法和其它包裹体研究方法及笔者的一些研究成果,以供国内同行借鉴和共同探讨。     

盆地流体及其成矿作用

盆地流体指在大陆性地壳基底上的沉积盆地演化过程中活动于沉积柱内的有机,无机复杂流体相,包括来自盆地内部由有机,无机沉积物压实和相变所释放出的自生流体和外来流体(盆地边缘隆起区补给的大气水和基底补给的流体)。盆地演化早期的沉积水地质阶段很可能以压实驱动流为主的自生流体占优势,而在晚期的渗入水地质阶段则以重力驱动流为主的外来流体。典型的低温热液地球化学特性和丰富有机组分的广泛参与,乃是盆地流体的两大突出特征。盆地流体广泛参与了沉积物的成岩一后生和成烃成矿过程。它既可以上升到达海底以沉积喷流的方式成矿,也可在海底以下的沉积柱中运移时遇到合适的地球化学障而发生沉淀卸载。献中报道的典型矿床类型主要包括沉积喷流型矿床,密西西比式铅锌矿床和大陆砂页岩型矿床。但在我国却发现了一批具有复杂成矿元素组合的重要矿床类型,包括沉积岩容矿的微细浸染型金矿床等。     

流体包裹体中盐度分析与应用——以福山凹陷为例

盐水包裹体中盐度（w（NaCl））信息与均一温度一样,是进行流体活动分析的主要依据。基于福山凹陷盐水包裹体盐度测试数据并结合均一温度等信息,对福山凹陷流体包裹体的幕次组合及成藏期流体的幕式活动特征进行了分析。结果表明：福山凹陷烃类包裹体荧光色丰富,均一温度单一峰值,盐水包裹体盐度具有先下降后上升再下降的变化特征;其流体包裹体可划分为7个幕次组合,即福山凹陷古近系存在着7幕流体活动,早2幕为排烃早期流体活动,中间3幕为成藏期流体活动,后2幕为异常热流体活动。分析还得出：福山凹陷具有多幕成藏、多源混注的成藏特征,成藏时期为13~6 Ma,油气主充注幕次对应于生排烃高峰;异常热流体活动时期晚于成藏期,且异常热流体活动是导致地层水盐度中途突然升高的主因。     

流体沸腾机制探讨及在石油地质中的可能性——来自合成流体包裹体的证据

本文通过对流体包裹体的合成实验研究,探讨了流体沸腾机制及在石油地质中的可能性。研究表明,流体沸腾作用的发生,主要跟降压或降温降压作用以后流体落入一定盐度流体气相线与TP(H2O)-CP(H2O)-CP(NaCl-H2O)曲线的下方L V或L V H(石盐)相图区的温度与压力范围内有关。由于深大断裂的存在,可能使部分油气流体发生间歇性的沸腾作用,这对于加速油气运移、提高油气成熟度和促进天然气藏的形成可能具有十分重要的意义。     

流体成矿系统与成矿作用研究

对几乎所有金属矿床类型来说，其形成过程均与金属从源岩的活化、原始渗滤、矿质运移和金属沉淀富集成矿关系密切，这些过程主要是由流体的运动和作用完成的。因此，识别金属和流体的来源，追溯流体从源区将金属运载至最终成矿部位所经过的路径，以及查明金属和流体沿运移通道发生的物理、化学和时间上的各种变化及其特殊性质，可以为矿床评价与勘查提供很有价值的定量成矿信息。成矿流体的来源－运移－沉淀（－堆积）过程会以流体成矿系统的形式保留下来。对流体成矿系统和作用的全面了解可通过调查活动的和古代的两种系统获得。活动流体成矿系统是目前正在进行原始矿质搬运的系统，调查这些系统可对运移通道中的含矿流体进行取样和监测研究。古流体成矿系统包括各时代从含金石英脉到铅－锌矿脉系统的所有热液脉型矿床以及沉积喷气型和所谓层控矿床。对含矿矿物和岩石的广泛岩石学、化学、流体包裹体和同位素研究将为定量评价与预测矿床的分布和变化提供至关重要的资料。流体成矿系统内具有一些重要特征，如各种地质要素的方向性、相关性和指示性变化。     

浏阳七宝山铜多金属矿床成矿流体演化与成矿的关系

从不同标高、不同矿化带的流体包襄体研究入手，系统地论述了七宝山铜多金属矿床成矿流体的性质、演化过程及其与成矿的关系。黄铁矿爆裂测温表明：成矿流体温度变化在平面上以岩体为中心向四周依次为291℃～287℃～279℃，在剖面上由下往上依次为312℃～286℃～228℃。成矿流体成分主要为H2O，其次为CO2，H^ ，浓度由早期到后期呈递减趋势，表明成矿热液为酸性—弱碱性的演化过程。