研究地壳中流体的工作方法

地壳中广泛存在流体,它在地壳的演化过程中起着重要作用。目前对于地壳中流体的研究主要重于其来源、时代、成分、热和质量的传递以及流体和矿物、岩石的相互作用。文中叙述了研究地壳中流体有关内容所采用的各种工作方法,包括了流体的同位素及年代学研究方法,重点介绍了近年运用人造卫星和遥感技术研究地壳中流体的新方法。最后用实例阐明了当前研究地壳中流体的成就。     

地壳深熔条件下的转熔矿物研究进展

地壳深熔作用有两种形式,即流体相缺乏的脱水熔融和流体相存在的加水熔融。由于地壳岩石中水含量的差异(岩石中含水矿物的丰度和外来水的加入量),岩石发生不同形式的部分熔融所需要的温度和压力条件有很大差异。转熔矿物是岩石发生不一致熔融的产物,在形成过程中携带了地壳深熔源区物质和熔体的大量信息,是追溯高温变质岩石经历深熔作用的最可靠依据。它们与高级变质岩中残留的变质矿物和岩浆或熔体中结晶的岩浆矿物具有明显不同的来源,分别代表了岩石曾经历的不同演化历史。通过对不同成因的矿物进行矿物结构、包裹体、主量元素、微量元素和同位素以及共生矿物组合等多方面的综合考察,可以有效识别出高级变质岩中的转熔矿物、变质残余矿物和岩浆矿物。准确识别高温-超高温变质岩以及花岗岩中不同成因的矿物相,是研究高温变质作用的前提条件,对研究混合岩和S型花岗岩的成因都起着非常重要的作用。     

成矿环境中的高密度碳质流体:以阿尔泰南缘为例

碳质流体(CO2-CH4-N2体系流体)常见于地幔橄榄岩和下地壳麻粒岩中。近期研究表明,阿尔泰南缘晚古生代成矿环境中的碳质流体极为丰富,不仅在造山型金矿中赋存大量与成矿有关的碳质流体,而且在VMS型矿床中也存在同造山期的变质碳质流体。由共生的富CO2包裹体(LCO2-LH2O型)和H2O-CO2包裹体(LH2O-LCO2型)的均一温度推测,造山型金矿的碳质流体捕获温度大于254～394.5℃,压力大于150～320MPa;VMS矿床的变质碳质流体捕获温度大于209～430℃,压力大于180～300MPa,两者具相似的捕获温度压力条件。碳质流体的捕获温度压力条件与变质相带相平衡计算的变质温度、压力范围相当。碳质流体源于区域变质作用,并参与了与造山型金矿有关的构造-变质-流体-成矿作用和对VMS型矿床的变质改造作用。     

云南大坪金矿含金石英脉中高结晶度石墨包裹体:下地壳麻粒岩相变质流体参与成矿的证据

石墨作为各种岩浆岩和变质岩的副矿物可作为主岩形成条件的指示剂。本文利用激光拉曼光谱分析在大坪金矿含金脉石英中发现了大量孤立的石墨固体包裹体,进一步利用激光拉曼光谱和显微测温分析了其寄主矿物的流体包裹体特征,据此探讨了这些石墨包裹体的形成条件和本区成矿流体的来源。结果表明:所有大坪石墨的拉曼光谱都在1576~1580cm-1处出现尖锐的有序O峰,而绝大多数在1355cm-1附近不出现无序的D锋,表明这些石墨具有完全有序结构和完好的结晶度;其寄主矿物流体包裹体主要是纯CO2包裹体和富CO2包裹体。根据大坪石墨的拉曼光谱D:O峰强度比,估计这些石墨形成于麻粒岩相变质温度条件下,与石英中富CO2流体包裹体的均一温度(300.0~420.0℃)极不相称;含金石英脉中包裹体的类型和成分也表明本区不存在从流体中直接沉淀石墨的物理化学条件,因此推测这些石墨形成于下地壳麻粒岩相变质环境下。本区喜马拉雅期切割较深的韧性剪切带从下地壳麻粒岩相变质基底中汲取大量富CO2的流体的同时,还从下地壳携带微粒石墨,富含CO2和高结晶度石墨的成矿流体沿剪切带上升,并在闪长岩体内脆性断裂中沉淀成矿。本文的研究成果再次证实了下地壳流体对大坪金矿成矿的贡献。     

变质作用与流体包裹体:进展与展望

流体广泛存在于大多数地质作用过程中,并担任着元素迁移的载体、化学反应的"容器"和活化剂等重要角色。流体包裹体作为古变质流体研究最直接的样本,在各种变质矿物中普遍存在,同时对各种后期改造有一定的抵抗力。因此,流体包裹体是了解变质过程中流体的物理化学行为和限定变质条件的最佳对象。本文从流体和变质作用类型等基本概念出发,系统介绍了不同类型变质作用中流体的产生、成分、作用及后期包裹体可能受到的改造过程,重点阐述了麻粒岩中流体包裹体和UP/UHP变质岩中流体包裹体研究热点,为大陆演化和壳幔相互作用等方面的探索提供帮助。最后展望了未来流体包裹体分析方法和技术方面上的改善以及流体示踪剂可能的发展趋势。     

太古宙克拉通型下地壳剖面：华北怀安－丰镇－尚义的麻粒岩－角闪岩系

华北克拉通北缘晋冀内蒙交界地区有变质程度连续变化、从高压基性麻粒岩、麻粒岩到角闪岩相的变质岩系出露。它们的古变质压力由＞１．４ＧＰａ（５０ｋｍ）变化到０．５ＧＰａ（１５ｋｍ）；岩石类型从变辉长岩、中酸性正片麻岩到表壳岩变化；变质矿物组合由不含水的耐火组合变为富含云母和角闪石的组合；地球化学性质表现出从贫Ｓｉ和Ａｌ、轻度亏损生热元素到具有正常的化学成分的连续变化；包裹体流体性质在轻度亏损生热元素的麻粒岩中均为ＣＯ２流体，而在麻粒岩相的表壳岩和角闪岩系中Ｈ２Ｏ流体逐渐增加。上述变质岩系剖面的组成和特点符合大陆下地壳的定义，可能代表了包括最下部地壳在内的华北地块太古宙克拉通型大陆下地壳。据此本文建立了我国第一条克拉通型大陆下地壳剖面，并讨论其地质意义以及相关的问题     

辽西医巫闾山变质核杂岩中间流变层变形特征

医巫闾山变质核杂岩具有典型的三层结构:变质核、中间韧性流变层和上盘脆性变形的盖层。由中新元古界沉积岩系组成的韧性流变层是医巫闾山变质核杂岩的重要组成部分,它们主要分布在变质核杂岩东部、北部和南部一带,遭受了低绿片岩相的变形变质作用改造,其内发育了各种顺层流变组构。中间韧性流变层同构造石英脉的流体包裹体分析结果表明:均一温度为150~170℃,密度为0.96~0.98g/cm3,压力为40~50 MPa,形成深度为5~6 km。依据流体包裹体分析数据,结合显微构造特征分析,韧性流变层变形作用发生在地壳浅部层次低温低压环境中,以韧脆性变形机制为主。     

下地壳游离CO2和缺乏流体环境：流体包裹体研究模式

许多下部地壳的麻粒岩含有早期流体包裹体,这些包裹体基本上分为两类:高密度CO_2和富Nacl卤水。其它成分如N_2和CH_4,似乎也出现在某些高压麻粒岩中(Calabr-ia,Italy,Massif Gent(?)al,F(?)amce),但它们的作用需要进一步证实。许多包裹体是在峰期变质条件之后被封闭或再平衡,但是所有为晚期的估计与一些基本观察是不一致的。 1 某些流体,尤其是卤水,与一定的岩性(变质沉积岩,酸性火山岩)有关,它们继承了变质阶段前上壳岩的流体特点(Touret,1985)。这并不意味着它们作为一种永久的游离流体相而存在,但它们至少表明一些流体包裹体在高级变质重结晶作用过程     

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。     

太古宙下部地壳流体研究现状

太古宙下部地壳流体的研究对于阐明麻粒岩相变质作用成因及深成地质作用过程具有重要意义。下部地壳流体的性状，成因，运移方式及其与麻粒岩相变质作用成因联系等方面取得了一定的研究成果。采取流体包裹体研究与脱水变质反应平衡热力学计算，矿物对地质温压计估算等相结合的方法才能获得更可信的结果，实验研究是今后重要的发展方向。     

超高压变质流体的组成与演化：中国大陆科学钻探工程主孔岩心的流体包裹体研究

中国大陆科学钻探工程主孔位于大别-苏鲁超高压变质带东段的江苏东海县,孔深为5100m,其上部2050m钻遇的岩石主要为榴辉岩,其次是正、副片麻岩、石榴橄榄(辉石)岩以及少量片岩和石英岩。它们经历了超高压变质作用和随后的角闪岩相退变质作用。通过对上述各种岩石的详细流体包体观察和RAMAN光谱分析,发现了五种不同成分的流体包裹体:(1)中-低盐度水溶液包裹体(Ⅰ型),呈原生的孤立和小群存在于榴辉岩和片麻岩锆石的岩浆核和超高压变质边缘,或存在于绿辉石、黝帘石和被绿辉石包裹的方解石和石英中,偶尔呈出溶包裹体产于磷灰石中,而主要沿绿辉石、石榴石、蓝晶石、黝帘石和石英等矿物的穿颗粒裂隙分布;也呈孤立和小群产于切穿榴辉岩的方解石脉和片麻岩重结晶石榴石和绿帘石中;(2)CO2(±CH4)-H2O包裹体(Ⅱ型),存在于锆石的岩浆核和变质边缘,或沿石英裂隙分布;(3)含石盐±SiO2±CaCO3的复杂盐水包裹体(Ⅲ型),呈原生流体包裹体产在榴辉岩的绿辉石中,与石英出溶棒一起平行于绿辉石的C轴分布,或产在石榴辉石岩透辉石的晶内裂隙中;(4)富CO2包裹体(Ⅳ型),在榴辉岩的石英中随机分布;(5)单气相包裹体(Ⅴ型),沿各种矿物穿颗粒裂隙分布。流体包裹体产状及其与捕获时代关系表明,Ⅰ型和Ⅱ型包裹体可以出现在超高压变质岩原岩、峰期变质和退变质各阶段。Ⅲ型包裹体出现在超高压变质岩的早期减压退变质阶段。而Ⅳ型和Ⅴ型包裹体主要形成于角闪岩相及更晚的退变质阶段。本研究的主要认识是:(1)低盐度H2O和CO2流体在进变质、超高压变质和退变质作用各阶段均有存在,这表明在整个超高压变质演化过程中流体具有继承性。(2)超高压变质岩原岩和角闪岩相退变质岩中存在较丰富的流体包裹体,但在超高压峰期捕获的流体包裹体却很少见,这表明丰富的原岩流体或在超高压进变质过程中被排出岩石体系,或进入含水超高压矿物和结合进名义无水矿物。(3)复杂成分原生流体包裹体的发现证明在超高压变质峰期后的早期减压退变质阶段存在一种高盐度似熔体流体,名义上的无水矿物在超高压条件下可以保存相当量的流体,并在退变质过程中分离出来,产生流体-岩石相互作用。(4)角闪岩阶段的流体包裹体具有各种不同的化学组成,且在局部富集,推测可能有部分外部加入的流体。(5)流体包裹体类型、丰度和成分在不同岩石类型中和不同钻孔深度都存在明显差异,表明超高压变质作用过程中没有大规模的透入性流体活动。(6)根据超高压变质峰期包裹体等容线得到的压力值大大低于根据矿物温压计获得的近峰期变质压力,这表明包裹体的密度在捕获后发生了改变。这些改变是由于流体渗漏、部分爆裂和流体-岩石相互作用所引起。     

江苏东海预先导孔（CCSD-PPl）超高压岩石变质流体及其演化

中国大陆科学钻探工程预先导1孔(CCSD-PPH1)位于大别—苏鲁超高压变质带东段的江苏东海县,孔深为432 m,其岩心为一套变质表壳岩、花岗质片麻岩和镁铁-超镁铁质侵入岩。它们经历了超高压变质作用和随后的角闪岩相退变质作用。这些岩石中存在四类流体包裹体:①中高盐度CaCl_2-NaCl-H_2O包裹体(Ⅰ型),宿主为榴辉岩中的石榴子石、绿辉石和蓝晶石石英岩中的蓝晶石,可能代表了峰期变质流体;②H2O-CO_2(±N_2)-NaCl±固体的包裹体(Ⅱ型),宿主为榴辉岩中的石英和蓝晶石石英岩中的蓝晶石,可能为超高压岩石折返和退变质期间带入岩石的流体;③中—低盐度水溶液包裹体(Ⅲ型),产于蓝晶石石英岩、榴辉岩和片麻岩中。蓝晶石石英岩中的包裹体是部分继承了俯冲阶段变沉积岩脱水-脱挥发分流体;榴辉岩和片麻岩中的中-低盐度水溶液包裹体主要是角闪岩相退变质期间或更晚期捕获的;④中-低密度的富CO_2包裹体(Ⅳ型),沿蓝晶石石英岩石英中的(切)穿颗粒裂隙分布。根据包裹体显微测温数据,从Ⅰ型包裹体的等容线得到的压力值大大低于根据矿物温压计获得的压力。这表明大多数Ⅰ型包裹体的组成和密度在捕获后均发生了不同程度改变。这些变化包括渗漏、部分爆裂和流体-岩石相互作用等。流体包裹体研究也表明本区超高压变质作用峰期流     

山东沂水紫苏花岗岩中残晶相矿物的发现及紫苏花岗岩的形成过程

山东沂水地区紫苏花岗岩主要有 3种类型 ,分别为紫苏花岗闪长岩、紫苏石榴花岗闪长岩和紫苏奥长花岗岩。紫苏花岗岩中普遍存在有熔体交代结构 ,主要由残晶相矿物和结晶相矿物组成。对紫苏花岗岩及变质表壳中流体包裹体产状、成分的研究发现 ,富CO2 流体包裹体和富N2 流体包裹体均来自地幔深部。紫苏花岗岩的形成过程如下 :基性岩浆的底侵作用使本区经历了第一期麻粒岩相变质作用 ,地幔富CO2 流体包裹体的存在使系统a(H2 O)很低 (a(H2 O) =0 .1～ 0 .3) ,麻粒岩相变质作用没有产生熔融作用。幔源岩浆活动的逐渐停止 ,该区又经历了近等压降温的第二期麻粒岩相变质作用。此时 ,深源富CO2 流体作用减弱 ,水的活度增加 ,a(H2 O) =0 .6 5～ 0 .75 ,从而产生岩浆 ,新生岩浆对早期形成的变质矿物进行熔蚀交代作用 ,使早期形成的难熔变质矿物如紫苏辉石、石榴石、单斜辉石等呈残晶相 ,随着温度的降低岩浆基本在原地半原地结晶形成紫苏花岗岩。     

CCSD HP-UHP变质岩中石英脉和东海水晶流体包裹体惰性气体同位素组成及其成因指示意义

中国大陆科学钻探（CCSD）岩心中存在大量石英脉和长英质脉体，关于其成因目前存在板块折返过程中的减压和流体释放以及后期流体穿插等不同成因观点。本文利用高真空气相质谱系统分析了CCSD石英脉和东海水晶流体包裹体中惰性气体同位素组成，其He-Ar、Xe和Ne同位素体系均清楚显示它们主要由地壳变质流体和大气饱和水组成，而基本不含深源地幔流体。在CCSD900～1500m深度的石英脉流体包裹体出现^40Ar／^36Ar和δ^18O同步下降，且与前人对CCSD中HP-UHP岩石的矿物原位δ^18O测定结果变化趋势相似，说明该段原岩在板块俯冲前曾与大气降水发生较为充分的水／岩反应，石英脉继承了围岩的同位素组成特征。流体包裹体惰性气体同位素组成显示CCSD中石英脉和东海水晶可能具有相似的成因，它们均主要形成于HP-UHP岩石在板块折返到地壳中的压力降低和流体释放过程。CCSD HP-UHP岩石及其石英脉中基本不合地幔流体的原因在于本区印支期快速的俯冲和折返过程，被俯冲地壳物质无法与地幔进行充分的同位素交换。此外，退变质作用及其伴生的地壳流体也进一步减弱了HP-UHP岩石中的地幔流体信息。     

变质过程中流体作用的实验研究

人们对变质过程中流体的认识是逐步深入的。最早的变质岩的研究者不认为变质过程中有流体存在。后来发现有H_2O的存在,然后又发现了CO_2。现在的研究认为变质过程中流体的成分可以非常复杂,除了H_2O和CO_2外,还有各种盐类。变质过程单独流体相存在的间接证据是通过变质岩的地球化学和岩石学研究,根据原岩与变质岩或低级变质岩与高级变质岩岩石成分的不同,经质量平衡计算得出的。足以证明变质过程中独立流体相存在的最直接的证据是各种成分的气液包裹体的存在。这些气液包裹体不仅能给出变质过程中某一点所存在流体的成分,而且有可能给出这时的温度和压力。     

麻粒岩相变质流体和流体岩石相互作用

麻粒岩作为下部地壳岩石的重要组成部分,是高温高压条件下的变质产物。变质流体是麻粒岩相变质过程的主要动力学因素之一。麻粒岩相变质流体成分以ＣＯ２为主,含有少量的Ｈ２Ｏ,ＣＨ４,Ｎ２和Ｈ２Ｓ等,具有高密度、低水活度、强还原弱氧化、低氧逸度和弱酸性的物理化学性质。麻粒岩的形成和大离子亲石元素的亏损均与流体岩石相互作用有关。稳定同位素的变化记录了麻粒岩相变质过程流体岩石相互作用的规模和范围。来源于地幔的富ＣＯ２流体的干化作用是麻粒岩形成的主要机制。角闪岩相到麻粒岩相的转变过程也是流体性质发生变化的过程。角闪岩相的流体成分以Ｈ２Ｏ为主,而麻粒岩相则以ＣＯ２为主。流体成分的变化也能导致变质相的转变。因此,流体是变质相转变的重要控制因素,直接影响和控制变质相的转变,应成为变质相划分的重要因素之一。     

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。     

当前变质地质学研究的几个重要前沿和热点

该文认为，当前变质地质学研究中的几个重要前沿和热点是：1．变质作用P－T-t轨迹及其地球动力学研究；2．对高压、超高压变质地质体的研究；3．高温麻粒岩相变质地质体及其有关的花岗质岩浆的成因研究；4．变质流体的研究;5．流变学研究；6．高温高压实验研究。     

苏北青龙山超高压变质榴辉岩流体包裹体特征与流体演化

根据青龙山超高压变质榴辉岩中流体包裹体的化学成分、矿物中的分布特征将岩石中的流体包裹体分为五类,即富N2包裹体、高盐度(22.4-略大于23.2wt%NaCl)的NaCl CaCl2 H2O体系流体包裹体、中高盐度(12.6-16.0wt%NaCl)的含Mg2 或Fe2 的NaCl H2O体系流体包裹体、中等盐度(6.4-10.5wt%NaCl)水溶液包裹体和低盐度(3.3-0.2wt%NaCl)的水溶液包裹体。富N2包裹体形成于超高压变质峰期阶段,高盐度的流体包裹体形成于超高压变质岩折返早期固体出溶体出溶阶段,中高盐度的流体包裹体形成于高压变质重结晶作用阶段,中等盐度的流体包裹体形成于角闪岩相变质重结晶作用阶段,低盐度的流体包裹体形成于折返晚期的绿片岩退变质作用阶段。超高压变质峰期阶段和折返早期的高盐度流体和中高盐度的流体主要来自继承原岩中的流体(如含NH4 矿物分解或片麻岩原岩中的有机质分解,名义上无水矿物中羧基水的出溶),晚期角闪岩相退变质阶段的中等盐度的流体除名义上无水矿物中羟基水的出溶外还有外来流体的加入,绿片岩相退变质作用阶段的流体主要为外来流体。     

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.