流体包裹体研究进展

本世纪前十年(2001年-2010年),国内流体包裹体的研究和应用都有了很大的进展。本文就流体包裹体研究的几个主要方面——包裹体流体体系PVTX性质的模拟、人工合成流体包裹体、成矿流体和成矿机制研究以及油气包裹体和成藏过程研究等——进行了总结。国内包裹体流体体系PVTX性质的模拟研究已经达到国际水平,各种天然流体体系的状态方程被应用于包裹体研究中。结合国际上流行的流体包裹体合成技术,国内学者利用人工流体包裹体,已经开展了流体包裹体形成机理、包裹体中流体体系相平衡和流体包裹体分析设备标定的研究工作。成矿流体和成矿机制研究仍然是流体包裹体的主要应用领域,一些国际前沿的新技术和新方法,如金属矿物中流体包裹体的红外显微测温技术,单个流体包裹体成矿元素的LA-ICP-MS测定方法,以及流体包裹体组合(FIA)研究方法等,被国内学者在研究中采用。油气包裹体研究越来越受到石油地质学家的重视,其在油气成藏机理尤其是油气充注以及成分演化史研究中发挥着日益重要的作用。除了上述主要研究领域,利用熔体包裹体研究地幔流体,通过超高压变质岩中流体包裹体研究变质流体,应用表生环境下蒸发岩(石盐)中的流体包裹体研究古气候,这些方面也都取得了很好的研究成果。本世纪的前十年,国内流体包裹体研究与国际研究紧密结合,中国学者创立的ACROFI系列会议目前也已经成为国际流体包裹体界的重要系列会议之一。     

当前流体包裹体研究和应用概况

本文概要总结近年来流体包裹体研究和应用的发展情况,包括流体包裹体岩相学,PVTX研究,分析技术和应用等四个方面。岩相学方面的主要进展反映在“流体包裹体组合”概念的提出和应用。在PVTX研究方面,人工包裹体和热液金刚石压腔的应用极大地促进了我们对地质流体体系相特征的了解。各种分析技术不断涌现或改进,其中以Laser-Raman对气体成分和LA-ICP—MS对溶质成分的分析尤其有用。流体包裹体的应用领域一直以矿床学研究为主,当前和今后一段时间仍将如此。但是,流体包裹体在地球科学的其它领域,尤其是石油地质以及岩浆和地球内部过程的研究等方面,正得到越来越多的应用。     

焉耆盆地流体包裹体特征与油气成藏期次

为进一步落实焉耆盆地博湖坳陷的油气成藏期次,采用储层成岩矿物及其流体包裹体测试分析法,并结合自生伊利石同位索年龄分析等各种研究成果来综合确定盆地油气成藏期次。盆地侏罗系储层中流体包裹体主要分布于三工河组和八道湾组,其均一温度多为101～110℃和121～130℃,组分中的正构烷烃碳数呈双峰态,前主峰为18或20,后主峰为26或27,这些特征指示盆地在侏罗纪中晚期发生两次成藏作用：第一期形成于源岩处于低成熟阶段的中晚侏罗世;第二期形成于源岩处于成熟阶段的侏罗纪末。     

流体包裹体在油气地质地球化学中的应用

流体包裹体研究是油气形成和成藏定量化研究的重要手段。本文总结了油气藏中流体包裹体的地质地球化学意义及其在石油、天然气研究中的应用,探讨了烃源岩和储层流体包裹体在确定源岩演化、沉积环境、有机母质类型、成熟度、油气运移充填期次等方面的应用,指出目前流体包裹体油气地球化学研究应关注的几个前沿方向：①在流体包裹体分析实验技术中,单个包裹体分析技术在油气地质定量化研究中具有重要的作用;②通过有机包裹体自然剖面与模拟实验对比研究烃类流体运移分馏,为建立油气成藏过程地球化学示踪指标提供基础参数;③通过储层中不同期次有机包裹体的化学组成、同位素组成、生物标志化合物与圈闭中已经聚集成藏的油气地球化学特征的对比研究,确定圈闭中油气的成因、来源和充填过程;④有机包裹体成烃作用研究为碳酸盐岩生烃和深层油气成因理论提供依据;这些方向的研究成果为深化油气理论、提高勘探水平具有重要意义。     

四川盆地侏罗系流体包裹体与致密油形成演化

四川盆地侏罗系发育具有分型结构的超致密储层,孔隙度多数在5%之下,渗透率小于0.1m D。长期以来,有关侏罗系油藏是裂缝油藏,岩性油藏,还是致密油,一直存在争议;对于如此致密储层,在没有裂缝的情况下,石油能不能进入储层,是如何进去的,运移路径是什么;是储层先致密后进油,还是先进油而后储层致密化;致密油的运聚机理与富集因素是什么,应采取怎样的勘探思路等等,是勘探和研究中需要面临和解决的基础科学问题。本文运用流体包裹体、场发射和环境扫描电镜、纳米CT和成藏物理模拟等方法,从储层微观介质空间含油性、流体包裹体分布及特征、储层演化与生烃演化等研究入手,开展了侏罗系石油运移、聚集机理和富集规律研究,结果表明四川盆地侏罗系油层以致密油为主体,储层致密化过程中及以后发生石油充注,致密储层基质中各种成岩次生微缝、结晶矿物晶间缝隙、各种微-纳米缝隙等基质缝是石油运移和渗滤有效路径,生烃增压和毛细管压力差是致密油运聚的主要动力,致密储层非达西渗流特征明显,具有启动压力梯度。四川盆地侏罗系致密油具有"源储共控、近源富集、网状赋油、甜点高产"的分布规律,指出在勘探中需要遵循致密油的自身属性和地质规律,按照"整体部署、分层评价、优选甜点"的工作思路,实现创新研究、科学评价和效益勘探。     

塔里木盆地克拉2气田储层流体包裹体与油气成藏研究

储层流体包裹体研究是认识油气运移、油气成藏的有效方法之一.通过对塔里木盆地克拉2气田克拉201井储层流体包裹体的系统取样研究,得到储层流体包裹体的四组均一温度:75～105℃,120～135℃,155～175℃,200～250℃.其中前三组与油气成藏有关,第四组及更高的温度可能与地下的热液活动有关.结合沉积埋藏史和热史的恢复,认为克拉2气田的成藏时间为11～2.5 Ma之间,即康村组至库车组沉积初期开始,到库车组遭受抬升剥蚀时停止.推测来自地下的高温热液可能对气藏起过重要的改造作用.     

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。     

地幔岩中流体包裹体研究

地幔岩石中的流体包裹体代表地幔流体的样品。地幔流体包裹体可以存在从地幔来的金刚石,地幔捕虏体和岩浆碳酸岩中。研究这些岩石和矿物中的流体包裹体可以得出其所代表的地幔流体的温度、压力、成分和同位素。我们目前见到的这三类地幔岩石的包裹体主要可在橄榄石、辉石、金刚石、方解石和磷灰石中见到。这些包裹体可以粗略地分为CO2包襄体和硅酸盐熔融体包裹体。又可细分为四类包裹体：（1）富碳酸盐的硅酸盐熔融包裹体。这种包裹体在金刚石、地幔岩捕虏体和岩浆碳酸盐岩中见到,它又可分为结晶质熔融包裹体和玻璃包裹体。（2）CO2包裹体。这种包裹体大多见于地幔捕虏体中,在金刚石和岩浆碳酸岩中也可见到。（3）含硫化物的包裹体。这种包裹体见于地幔捕虏体中,与纯CO2包裹体和含CO2的熔融包裹体共存。（4）高密度的流体包裹体。这种包裹体见于金刚石中,是一种高盐度、高密度的含K、Cl和H2O的流体包裹体,又可分为高卤水包裹体和含卤水的富硅的碳酸盐岩浆包裹体。从对金刚石、地幔捕虏体和岩浆碳酸盐岩中流体包裹体的研究表明,地幔流体存在不均匀性和不混溶性。     

沉积盆地中的流体包裹体：理论基础、图解与分析方法

本文主要介绍如何利用流体包裹体来获得合理的数据。首先对H2O-体系进行总结,着重介绍利用显微测温法和其他新的分析技术来确定流体的组成,并举例说明流体混合在流体包裹体研究中的应用。介绍了H2O-(气)-盐体系特别是CO2-CH4体系的图解,探讨了在低温下由于笼舍物的形成H2O-(气)-盐体系的复杂相变。重点介绍显微激光拉曼光谱仪在含甲烷水溶液流体中的应用,并根据相图详细讨论了如何确定流体的不混溶。     

黑龙江省三矿沟矽卡岩型铁铜矿床流体包裹体研究

对黑龙江省三矿沟矽卡岩型铁铜矿床内花岗闪长岩中石英斑晶、硫化物阶段及石英-碳酸盐阶段的石英、方解石中流体包裹体的岩相学、显微测温学和显微激光拉曼光谱分析等的研究结果表明,流体包裹体有富液相、富气相和含子矿物多相包裹体3种类型;花岗闪长岩石英斑晶中的含子矿物多相包裹体均一温度均值为4320C,盐度在30.92 wt%～63.91 wt%NaCl eqv.之间,平均为52.96 wt%NaCl eqv.,代表了高温、高盐度岩浆流体;硫化物阶段形成的黄铜矿磁铁矿矿石中流体温度主要介于323～424℃之间,盐度介于8.95 wt%～62.51 wt%NaCl eqv.之间;硫化物阶段形成的黄铜矿矿石中流体温度主要介于333～441℃之间,盐度介于8.28 wt%～65.32 wt%NaCl eqv.之间;石英-碳酸盐阶段流体温度主要介于124～140℃之间,盐度介于1.65 wt%～4.34 wt%NaCl eqv.之间.铁铜矿石均形成于高温、高盐度阶段,以岩浆热液为主,在成矿晚期,由于大气降水的混合,形成了少量低温、低盐度流体,成矿流体以富Na、K、Ca、Cl-和CO~2_3-的高盐度流体为特征,主体属于NaCl-H_2O-CO_2-H_2S-CH_4体系.成矿流体在300～400℃区间内发生了强烈的沸腾作用,导致大量金属硫化物和少量金属氧化物沉淀,沸腾作用对三矿沟铁铜矿床的形成起到至关重要的作用.     

实验室合成石盐包裹体的均一温度以及古气候意义

石盐是表生环境下形成蒸发岩系的主要矿物,在形成过程中捕获大量的原生包裹体。通过低温冷冻测温技术,可以得到石盐中原生包裹体的一系列均一温度,如何正确理解这些数据是应用石盐原生包裹体恢复古气候的关键。石盐沉积可以发生在气水界面以及水体底部,其均一温度记录了卤水结晶的温度。Lowenstein et al. (1998) 曾经用水浴法在恒定水温下合成了人工合成石盐,进行原生包裹体的均一温度研究,然而如何用水温来恢复古气温是古环境解释的关键。本次实验通过40℃下(气温,烘箱中蒸发)人工合成石盐,在岩相学观察基础上,对形成于气水界面漏斗晶中的包裹体和在底水沉积人字晶中的包裹体的均一温度进行低温冷冻测温法测定。测温过程中石盐包裹体可以得到一系列均一温度(10.6~39.9℃),而只有最大均一温度才能反映卤水结晶时的温度,两种类型的包裹体也显示了相似的最大均一温度。因此在浅水环境下,两种包裹体都可以用来反映古气温。     

胶东牟平邓格庄金矿床流体包裹体研究

邓格庄金矿是胶东牟平-乳山金成矿带内第二大石英脉型金矿,金主要产于黄铁矿和多金属硫化物石英脉/细脉中。流体包裹体研究表明,邓格庄金矿不同蚀变带岩石和各成矿阶段金矿石中的流体包裹体主要有三种类型：H2O-CO2包裹体、CO2-H2O±CH4包裹体和H2O溶液包裹体。早期乳白色石英中主要赋存原生的H2O-CO2包裹体和次生的CO2-H2O±CH4包裹体;成矿期黄铁矿石英脉和多金属硫化物石英脉中的CO2-H2O±CH4包裹体主要为原生,随机分布,气液比变化较大,有时出现不同相比例的包裹体共存现象,而H2O溶液包裹体明显沿愈合裂隙分布;在成矿晚期的石英和方解石中主要发育原生H2O溶液包裹体。显微测温结果显示,成矿前（第1阶段）H2O-CO2包裹体的完全均一温度（Th,TOT,至液相）为254℃至365℃,成矿期（第Ⅱ和Ⅲ阶段）CO2-H2O±CH4包裹体的完全均一温度（Th,TOT,至液相）为195～317℃,成矿后（第Ⅳ阶段）H2O溶液包裹体的均一温度（Th,TOT;至液相）为156—219℃。成矿的初始流体富CO2,主成矿期有CH4流体加入,成矿晚期则演化为低温的水溶液流体。水／岩反应及流体不混溶可能是邓格庄金矿金沉淀的主要原因。     

山东七宝山隐爆角砾岩型Cu-Au矿床流体包裹体及成矿流体演化特征

山东七宝山隐爆角砾岩型Cu-Au矿床位于郯庐断裂带东侧,矿体主要赋存在七宝山杂岩体中。通过显微学观察,发现在深部蚀变斑岩的重结晶石英斑晶中发现了含子晶包裹体(Type 1型),同时伴生有气相(Type 2型)和富气相水溶液(Type 3型)包裹体。浅部矿坑石英脉中的流体包裹体主要为气液两相包裹体,并对较为发育的石英晶柱进行了详细的阴极发光特征和显微学观察研究。从其根部到末端可以划分为三个期次,其中第一期次石英环带中主要发育富液相包裹体(Type4型),另外还发育少量的负晶形气液两相包裹体(Type 5型),第二期石英环带中主要发育Type 5型包裹体,第三期石英环带中主要发育形态各异的气液两相包裹体(Type 6型)。显微测温结果显示,Type 1型包裹体均表现为子晶熔化均一特征,均一温度介于375~450℃之间,计算获得的盐度为43.8%~52.2%NaC leqv;Type 3型包裹体表现为临界均一特征,均一温度介于347~420℃之间,估算盐度为0.8%~7.1%NaC leqv;Type 4,5和6型包裹体均均一至液相,均一温度分别为221~327℃、199~379℃以及109~193℃,相应的盐度为2.4%~7.8%NaC leqv、10.2%~16.8%NaC leqv以及0.3%~4.0%NaC leqv。热力学计算获得Type 1型包裹体均一压力为623.46~1111.82bar,平均855.70bar。Type 3型包裹体均一压力范围为139.18~362.47bar,平均为250.70bar。由此可以认为,尽管富气相包裹体和含子晶包裹体共存,并且具备相近的均一温度范围,但是压力相差极为明显,所以这种共存特征并不能表征流体沸腾作用。根据前人实验研究结果,本文认为Type 2和3型包裹体代表了斑岩体结晶早期由于上覆地层隐爆而导致的压力降低条件下分异出来的流体,由于角砾岩筒后续固结引起压力增加,由Type 1型含子晶包裹体所代表的高盐度流体逐渐从成矿岩体中分异出来。当这两种流体沿裂隙通道向上运动时,被同期石英包裹体捕获而共存。这部分流体代表了深部斑岩成矿系统的流体。根据H-O-S同位素研究,Type 4和5包裹体主要来自岩浆流体,并且在后期经历了大气降水的混合,形成了Type 6型流体。这部分流体则代表了浅成热液系统的流体。由于Type 3和4型包裹体均为岩浆成因流体,两者盐度范围一致(5.0%~7.0%NaC leqv),并且随着温度的下降,密度演化趋势明显,从0.4101增加至0.8816g/cm3。本文认为代表斑岩系统的深部富气相成矿流体在向上逃逸过程中由于压力扰动而在超临界区域内发生相态收缩,随着温度下降形成了富液相成矿流体,转变为浅成热液系统的流体,在此过程中不会发生流体沸腾。由于Cu和Au易于被HS-络合而在气相中运移,并且液相流体之间的混合能力较强,所以当含金的富气相流体收缩成富液相流体时,可以与浅部的天然降水或者富Fe流体发生任意比例的混合,导致了Cu和Au的卸载成矿,这应该是七宝山Cu-Au矿化主要的成矿机制,但是不排除由于温度和压力的下降而引发的金属矿物沉淀成矿。     

Fluid inclusions in mantle xenoliths

Fluid inclusions in olivine and pyroxene in mantle-derived ultramafic xenoliths in volcanic rocks contain abundant CO₂-rich fluid inclusions, as well as inclusions of silicate glass, solidified metal sulphide melt and carbonates. Such inclusions represent accidentally trapped samples of fluid- and melt phases present in the upper mantle, and are as such of unique importance for the understanding of mineral–fluid–melt interaction processes in the mantle. Minor volatile species in CO₂-rich fluid inclusions include N₂, CO, SO₂, H₂O and noble gases. In some xenoliths sampled from hydrated mantle-wedges above active subduction zones, water may actually be a dominant fluid species. The distribution of minor volatile species in inclusion fluids can provide information on the oxidation state of the upper mantle, on mantle degassing processes and on recycling of subducted material to the mantle. Melt inclusions in ultramafic xenoliths give information on silicate–sulphide–carbonatite immiscibility relationships within the upper mantle. Recent melt-inclusion studies have indicated that highly silicic melts can coexist with mantle peridotite mineral assemblages. Although trapping-pressures up to 1.4 GPa can be derived from fluid inclusion data, few CO₂-rich fluid inclusions preserve a density representing their initial trapping in the upper mantle, because of leakage or stretching during transport to the surface. However, the distribution of fluid density in populations of modified inclusions may preserve information on volcanic plumbing systems not easily available from their host minerals. As fluid and melt inclusions are integral parts of the phase assemblages of their host xenoliths, and thus of the upper mantle itself, the authors of this review strongly recommend that their study is included in any research project relating to mantle xenoliths.     

Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits

The principal aim of this paper is to consider some of the special problems involved in the study of fluid inclusions in ore deposits and review the methodologies and tools developed to address these issues. The general properties of fluid inclusions in hydrothermal ore-forming systems are considered and the interpretation of these data in terms of fluid evolution processes is discussed. A summary of fluid inclusion data from a variety of hydrothermal deposit types is presented to illustrate some of the methodologies described and to emphasise the important role which fluid inclusion investigations can play, both with respect to understanding deposit genesis and in mineral exploration. The paper concludes with a look to the future and addresses the question of where fluid inclusion studies of hydrothermal ore deposits may be heading in the new millenium.     

Fluid unmixing/immiscibility as an ore-forming process in the giant REE–Nb–Fe deposit, Inner Mongolian, China: Evidence from fluid inclusions

The giant Bayan Obo REE–Nb–Fe deposit consists of replacement bodies hosted in dolomite marble made up of magnetite, REE fluorocarbonates, fluorite, aegirine, amphibole, calcite and barite. Two or three phase CO₂-rich, three phase hypersaline liquid–vapor–solid, and two phase liquid-rich inclusions have been recognized in mineralized fluorite and quartz samples. Microthermometry measurements indicate that the carbonic phase in CO₂-rich inclusions is nearly pure CO₂. Fluids involving in REE–Nb–Fe mineralization at Bayan Obo might be mainly of H₂O–CO₂–NaCl–(F–REE) system. Coexistences of brine inclusions and CO₂-rich inclusions with similar homogenization temperatures give evidence that immiscibility happened during REE mineralization. An unmixing of an original H₂O–CO₂–NaCl fluid probably derived from carbonatitic magma. The presence of REE-carbonates as an abundant solid in fluid inclusions shows that the original ore-forming fluids are very rich in REE, and therefore, have the potential to produce economic REE ores at Bayan Obo.     

胶东三甲金矿床流体包裹体特征

三甲金矿是胶东牟平-乳山金成矿带内重要的石英脉型金矿,金主要产于黄铁矿和多金属硫化物石英脉中。流体包裹体研究表明,三甲金矿蚀变岩石和各成矿阶段金矿石中的流体包裹体主要有三种类型：H2O-CO2包裹体、富CO2包裹体和H2O溶液包裹体。早期乳白色石英中主要赋存原生的H2O-CO2包裹体;成矿期黄铁矿石英脉和多金属硫化物石英脉中的富CO2包裹体主要为原生,随机分布,气液比变化较大,常与早期H2O溶液包裹体共生且均一温度接近,显示不混溶流体包裹体组合特征;在成矿晚期的石英和方解石中主要发育原生H2O溶液包裹体。显微测温结果显示,成矿前（第1阶段）H2O-CO2包裹体的完全均一温度（Tb．TOT,至液相）为280℃至416℃,成矿期（第Ⅱ和Ⅲ阶段）富CO2包裹体的完全均一温度为210—330℃,同期的H2O溶液包裹体均一温度为253～377℃,成矿后（第Ⅳ阶段）H2O溶液包裹体的均一温度为176—207℃。成矿流体为低盐度的CO2-H2O-NaCl型热液,成矿应力场转变导致的流体减压沸腾作用可能是三甲金矿金沉淀成矿的主要原因。