流體包裹體研究概述

2022-03-16 23:42:13曾強浩李文霞王格格李景溢朱亞楠

曾強浩，李文霞，王格格，李景溢，朱亞楠

（長江大學資源與環境學院，湖北武漢 430100）

1 什么是流體包裹體

礦物在生長過程中，存在各種缺陷，這些缺陷會被周圍的物質充填；另一方面，礦物在生長過程中，由于外力的影響，導致已結晶部分產生裂隙，周圍的物質會進入裂隙，礦物繼續生長，將這些物質封存在礦物中。

礦物中的流體包裹體，專指在被礦物捕獲時呈流體相（氣相、液相）而不是固相的這些物質。具體的，流體包裹體是指在礦物結晶生長的過程中，成巖成礦的流體（含有氣、液的流體，或是硅酸鹽的熔融體）被圈閉在礦物的晶格缺陷中或穴窩中的，至今尚在該礦物中封存、并和主礦物之間存在相界限的那部分物質。

流體包裹體的分類方案較多，可以根據其物理狀態、成因、形成世代的不同等進行分類。

根據流體包裹體在室溫下的相態不同，細分類型為：氣液兩相包裹體、純液相包裹體、純氣相包裹體、含子礦物的包裹體、含液態二氧化碳的包裹體和油氣包裹體。

一般情況下，礦物捕獲了均一的流體后，礦物圈閉流體的空間（即晶體缺陷的空間）大小不變，隨著溫的降低，流體收縮。若捕獲的為液相，則液相體積變小，出現氣相；若捕獲時為所相，氣相體積變小，相應凝聚出液相。這就是室溫條件下，在顯微鏡下觀察到的氣液兩相包裹體，是最常見的包裹體。

純液相包裹體通常形成于較低的溫度條件，從均勻液相中捕獲的包裹體由于缺乏成核條件，形成溫度和室溫的溫差不足以收縮出另外一相，因此在室溫下仍然為單一液相。

礦物捕獲了非凝聚性氣體（在室溫條件下加壓不能液化的氣體，如H2、O2、N2等），則室溫條件不可能出現液相，包裹體中只有氣相，即為純氣相包裹體。

如果主礦物捕獲的液相濃度較高，溫度降低時，達到過飽和而析出晶體，該晶體稱子礦物（子晶）。在室溫條件下，包裹體中除了氣、液兩相外，還有固相，這就是含子礦物的流體包裹體。流體包裹體中最常見到的子礦物是石鹽和鉀鹽。

原始均一的流體中較富含二氧化碳，捕獲這種流體，在室溫下一般便可見到含液態二氧化碳的包裹體。

除了氣、液相之外，流體包裹體中還可以見到碳氫化合物。碳氫化合物可以是甲烷、高碳氫化合物、液體石油或固體瀝青，這樣的包裹體稱為油氣包裹體。

根據流體包裹體的形成原因，可以將流體包裹體分為：原生、次生和假次生包裹體。

原生包裹體（P型），指礦物生長過程捕獲了流體形成的包裹體，原生包裹體與主礦物同時形成，分布于主礦物的晶格缺陷中，捕獲的物質是成巖成礦的介質。

次生包裹體（S型），指礦物形成后，沿著礦物裂隙、解理或孔隙，后期的熱液溶解礦物使其重結晶，這時捕獲了流體形成的包裹體。捕獲的物質是后期的熱液。

假次生包裹體（PS型），指主礦物形成過程中，地質構造活動等原因使先形成的主礦物某部分產生微裂隙，流體充填其中，裂隙愈合時封存了流體形成的包裹體，并為主礦物繼續生長所封閉。捕獲的物質是成巖成礦的介質。

自從英國科學家Sorby于1858年發表了關于流體包裹體研究的論文以來，流體包裹體研究的技術和方法不斷得到發展和完善[2]。

流體包裹體保存了礦物形成時地質環境的多種地球化學信息，因而流體包裹體的研究，是探索、了解地質過程，比如流體遷移過程、運移通道、流體的演化、成巖成礦機制等的有效手段。流體包裹體研究已經成功應用于礦床學、巖石學、構造地質學、天體地質、殼－幔演化、環境地質、寶石學、石油勘探等諸多領域[3]。

成礦作用過程離不開流體的作用。了解各個成礦階段中流體的化學成分及其物理化學條件，對研究成礦機制十分重要。目前，流體包裹體是礦床學研究的重要手段之一[4]。

通過對流體包裹體的研究，獲得成礦流體的溫、壓條件和組成，如鹽度、金屬離子的含量、氣體的逸度、流體的來源等信息，可以揭示在成礦過程中流體的地球化學行為和起到的相關作用，解釋成礦過程及條件，進而推斷出成礦機制。

油氣包裹體的研究，不但為油氣的勘探評價提供了基礎數據，還可以為油氣普查及勘探提供重要依據。

通過油氣包裹體研究獲得的相關信息，可以重建油氣成藏史，探討油氣運移、聚集等成藏信息，了解成熟度等方面的規律。油氣包裹體的具體應用可以概括為以下幾個方面[5]：

（1）根據油氣包裹體在顯微鏡下的特征，來確定油氣演化的程度，進而識別油氣的形成階段；

（2）根據油氣包裹體測試獲得的溫度、鹽度，以及定年等數據，劃定油氣運移充注期次，進而判定油氣藏形成的時間；

（3）根據油氣包裹體的化學成分數據，確定油氣的成熟度和油氣來源，以及運移的路徑，揭示油氣的充注歷史；

（4）通過流體包裹體地層學的研究，判別油氣的運移及聚集區域。

（5）通過研究油包裹體豐度的變化，來恢復古油藏的位置和油水的相界面，同時查明圈閉油氣藏的蓋層是否發生泄漏。

熔融包裹體是在巖石學中應用較多的一種流體包裹體。熔融包裹體是礦物在結晶過程中捕獲了相對均勻、高溫、高壓的巖漿而形成的包裹體。

熔融包裹體不但是巖漿成巖作用過程中的流體，也是巖漿演化過程中的流體。研究熔融包裹體，一方面可以確定巖漿成巖的溫度及其冷卻的速率，得到巖漿結晶分異及不混溶的相關信息，另一方面還可以確定巖漿的成分[6]。

除此之外，通過研究幔源捕擄體橄欖石和輝石的熔融包裹體，還可以揭示地幔的物質成分、地幔流體的性質，進而推斷巖石圈的演化歷史等相關信息[7]。

對超高壓變質巖主礦物和副礦物的流體包裹體進行研究，可以推斷超高壓變質巖俯沖－折返的演化史[8]。

在地質構造方面，流體包裹體提供的相關信息，可用于推測隱伏斷裂構造、識別區域應力場的方向；還可以識別構造演化的期次及其演化的順序，推斷變質巖區的構造。

值得一提的是，流體包裹體的研究除了應用于上述傳統領域之外，還可以用于古氣候的研究，這是通過對表生環境下蒸發巖（石鹽）中的流體包裹體研究實現的[9]。

目前，對流體包裹體的研究與以往相比，取得了很大的進展。但是，在理論研究和技術方法上仍然存在一些未解的難題。相信隨著科學技術的不斷進步，通過研究人員的不斷努力，對流體包裹體的認識和研究定會向更深更廣的領域發展。