包裹体分析技术.ppt
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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
2、都先后在水晶、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
3、体研究阶段(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
4、为地球化学的一个分支;()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
5、并保存于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,即现今包裹体的外形
6、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
7、与包裹体的形成时间相近;()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
8、.1 流体包裹体的形成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
9、饱和溶液:过饱和溶液中,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
10、就形成了包裹体,2.1.1.2 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
11、体等。,2.1.1.3 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
12、在主矿物形成之后,在某种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
13、 物相变化子相的形成 主要由于温度降低,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。,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
14、,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、
15、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
16、,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、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
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