淺述流體包裹體研究及應(yīng)用

鐘傳欣

摘 要：通過流體包裹體研究，可恢復(fù)盆地埋藏史、熱演化史、成巖史，確定其成巖和成藏作用時間與溫度，推斷油氣生成、運移、聚集、構(gòu)造運動及古熱流歷史，追蹤盆地流體的組成、性質(zhì)、成因、活動期次及推測流體的古溫度、壓力條件等。著重論述了流體包裹體在金礦、石油地質(zhì)、盆地流體方面的應(yīng)用，希望為今后開展相關(guān)地質(zhì)研究和應(yīng)用提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：流體包裹體；金礦；石油地質(zhì)；盆地流體

中圖分類號：P618.41 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.007

隨著各研究領(lǐng)域研究的不斷深入和技術(shù)水平的不斷提高，流體包裹體的應(yīng)用更加廣泛，例如通過礦物流體包裹體研究恢復(fù)盆地埋藏史，恢復(fù)盆地的熱演化史、成巖史；在石油地質(zhì)中，通過包裹體的研究，確定其成巖和成藏作用時間與溫度，推斷油氣生成、運移、聚集、構(gòu)造運動及古熱流歷史等；通過包裹體群δD、δ18O、δ13C同位素分析系統(tǒng)的建立，追蹤盆地流體的組成、性質(zhì)、成因、活動期次，并推測流體的古溫度、壓力條件等。

1 在金礦及其他礦床研究中的應(yīng)用

成礦流體活動記錄在熱液礦物及其流體包裹體中，從而使得流體包裹體成為研究流體成礦作用、礦床類型、成因、溫度計壓力的“指示劑”。根據(jù)前人的研究可知，造山型金礦的流體包裹體主要具有三種類型，分別是富CO2包裹體、含CO2水溶液包裹體和水溶液包裹體。陳衍景等對這三種包裹體進行研究分析，認為造山型金礦體系的成礦流體為低鹽度的碳質(zhì)流體，其鹽度通常低于10wt%NaCl.eq。資料顯示，在其成礦過程中，從早期到晚期，流體包裹體的捕獲溫度和壓力降低，由超靜巖壓力體系變?yōu)殪o水壓力體系，但其成礦流體的溫度卻低于500 ℃，成分流體由成礦初期的富CO2演變?yōu)樗芤?，其氣液比在其中間階段發(fā)生突降，這說明期間發(fā)生了逸失，通過注入與混合其淺緣低溫?zé)嵋海傻V流體從原來的變質(zhì)熱液演變?yōu)榇髿饨邓疅嵋?。漿控高溫?zé)嵋撼傻V系統(tǒng)中的流體包裹體的組成極其復(fù)雜，主要有CO2—H2O型包裹體、水溶液包裹體及含多種子礦物和鹽類子礦物的包裹體，通過對前人的測試數(shù)據(jù)進行分析可知，其成礦流體具有高溫、高鹽度、高氧化、富CO2等特征，然而，隨著成礦作用的不斷深入，其成礦物質(zhì)和環(huán)境條件的不斷變化，致使流體體系的溫度、鹽度、CO2含量等會不斷降低，最后呈現(xiàn)出大氣降水熱液的性質(zhì)。淺成低溫?zé)嵋撼傻V系統(tǒng)的流體包裹體組合則極其簡單，其中的水溶液包裹體的均一溫度顯示，其在相似的溫度條件下異相均一現(xiàn)象常見，說明其流體的沸騰現(xiàn)象普遍。對于微細粒侵染型金礦的流體包裹體，盧煥章等對其進行了歸類，主要有水溶液包裹體、石油包裹體、富CO2包裹體等，通過對其中的包裹體進行分析得出，其包裹體的均一溫度一般低于300 ℃，從而估算出包裹體捕獲時的壓力小于60 MPa，且其主體來自大氣降水或活化的封存于地層中的沉積建造水，而其中CO2含量低于10%，所以其屬于改造型熱液成礦體系。前人在對黔西南此類微細粒侵染型金礦的流體包裹體進行研究分析得出，其原生包裹體主要以液體和氣液包裹體為主，氣體包裹體少見。其包裹體均一溫度和爆裂溫度測試結(jié)果表明，礦床形成溫度集中于中低溫條件，其包裹體成分測試結(jié)果與張景榮等關(guān)于揚子板塊東南緣此類礦床成礦熱液來源相似（即地層建造水的盆地鹵水成礦熱液），所以其認為成礦熱液可能屬于地層建造水型成礦熱液。

余大龍等在對黔東南石英脈型金礦流體包裹體的研究表明，各類石英脈中的包裹體特征大體相同，塊狀脈體包裹體大，節(jié)理充填脈中的包裹體小，條帶狀和角礫狀脈體其相差較大等。成礦流體中主體成分是H2O，占據(jù)包裹體的主體，含金礦物中出現(xiàn)了大量的液態(tài)CO2包裹體。通過對包裹體進行均一溫度的測定，其成礦溫度主要在150～250 ℃之間，從而得出其礦床屬于中溫?zé)嵋好}型金礦床的結(jié)論。

曹俊臣等在對黔西南晴隆銻礦石膏晶洞成因研究過程中對其石膏包裹體作了詳細的研究，研究表明，石膏包裹體的化學(xué)成分與洞穴水化學(xué)成分基本相似，這說明兩者在成因上必有密切關(guān)系。石膏包裹體的氣體成分主要為H2O，而未見CO2、CH4、H2S等，因此，其石膏應(yīng)屬于表生作用產(chǎn)物；包裹體中陽離子以Ca2+為主，少K+、Na+，陰離子以SO42-為主，而少F-、Cl-，說明成礦母液為富SO42-的硫酸鹽溶液，處于較強的氧化環(huán)境中，所以石膏應(yīng)屬于氧化帶的產(chǎn)物。

將流體包裹體的對比地球化學(xué)研究用于區(qū)別含礦與非含礦熱液體系，Holland等指出，含金礦床中δ18O值在3‰～20‰之間，而非含礦體系中δ18O值在3‰～11‰. 這說明在含礦體系中，相對來說要富O，其流體相對活動性較非含礦流體強，更能有效地提取金等成礦物質(zhì)。Sherlock等對含礦金和非含金的石英脈中的CO2—H2O包裹體進行了測試，得出含金脈體中鹽度較高，而非含金的脈體鹽度變化較大；在非含金礦脈中，富CO2流體的初融溫度在-57.4～-56.4 ℃之間，且只含有CO2，而缺少H2S；在含礦脈中，富CO2流體的初融溫度在-56～-52.5 ℃之間，流體中氣相除了含有CO2外，還有H2S。這說明了非含金礦脈中CO2流體包裹體中缺少H2S，其當(dāng)初為氧化狀態(tài)，也正是因為這種氧化環(huán)境，不利于金以還原狀態(tài)的絡(luò)合物形式遷移。

2 在石油地質(zhì)中的應(yīng)用

近年來，流體包裹體的研究正在快速發(fā)展，前人的研究表明，無論是在生油巖中烴類的原生運移階段，還是油氣在儲集層中聚集的次生運移階段，沉積物只要發(fā)生結(jié)晶或重結(jié)晶作用，就能在晶體中形成相應(yīng)的包裹體。原生運移階段形成的有機包裹體，其物質(zhì)基礎(chǔ)是沉積有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成的各類烴類物質(zhì)，它為巖石中烴類的原生運移提供了證據(jù)。次生運移階段形成的有機包裹體，是油氣次生運移時形成的，它是油氣次生運移聚集和演化的直接標(biāo)志。但其應(yīng)用也受到很多條件的限制，例如流體包裹體是在均一體系中形成的，形成后其保持封閉狀態(tài)處于等溶體系中。

在石油地質(zhì)中，流體包裹體的均一溫度常被用來推斷成巖和成藏時間，在結(jié)合相應(yīng)成分測試的基礎(chǔ)上，其可以為油藏流體成分的變化提供佐證。Nedkvitne 等通過對油田儲層進行研究得出，成巖作用自生礦物的形成先后順序為：先為方解石，

次為鉀長石，最后為石英和鈉長石。前人通過包裹體研究對自生鉀長石、石英和鈉長石的均一溫度進行了測定，鉀長石的均一溫度在30～50 ℃之間，石英和鈉長石的均一溫度在110～143 ℃之間，其以現(xiàn)代油藏溫度相一致。結(jié)合相關(guān)的相關(guān)數(shù)據(jù)（沉積埋藏史和地溫梯度）推測鉀長石的成巖作用發(fā)生于45～75 Ma，石英和鈉長石的成巖作用開始于10 Ma。盧煥章等在研究貴州萬山一帶沉積盆地中的巖石中流體包裹體時得出，石油包裹體中大部分是含CH4的包裹體，未見含天然原油，則表明原油可能已經(jīng)變?yōu)樘烊粴?。此外，在地溫梯度未知的情況下，根據(jù)流體包裹體的均一溫度與一定鹽度等容線的關(guān)系，得出流體包裹體的捕獲壓力，結(jié)合沉積埋藏史，可以得出其成巖作用時間。

而不同時代成巖作用形成的礦物及巖石中不同時期形成的微脈中產(chǎn)生的流體包裹體記錄了隨著時間變化而發(fā)生的溫壓條件和成分等的變化，因此，應(yīng)用不同時代和不同期次的流體包裹體可以確定油氣中排烴的相應(yīng)期次，油氣產(chǎn)生、運移、聚集過程及其構(gòu)造運動過程等。覃建雄通過對鄂爾多斯盆地奧陶系方解石脈、石膏脈及白云石脈的流體包裹體及其在脈體中的空間分布進行研究，得出其油氣運移的通道。而在石油地質(zhì)中，古地溫梯度同樣可以根據(jù)包裹體均一溫度、成巖礦物形成時間和沉積埋藏時間推斷出來，在此基礎(chǔ)上甚至可以推斷盆地古熱流狀態(tài)。

3 流體包裹體與盆地流體

流體包裹體在研究碳酸鹽巖成巖作用、恢復(fù)盆地?zé)嵫莼瘹v史中同樣具有重要意義。礦物包裹體是盆地流體的原始樣品，其記錄了地質(zhì)歷史中盆地流體的很多信息。有效測定各期盆地流體包裹體的均一溫度，可以很直接地了解到盆地流體的相關(guān)活動。系統(tǒng)地測定盆地流體包裹體的初融溫度計冰點溫度，能大致判斷出流體的礦化類型和礦化程度等。然而，在盆地沉積物的成巖演化和盆地沉降、抬升、再沉降過程中，均有可能形成流體包裹體，因此，應(yīng)用盆地流體包裹體研究，可以對其成巖過程及沉降、抬升過程作出相應(yīng)的評價。碧嫻等通過對泌陽拗陷下第三系流體包裹體進行研究得出，其第三期脈體的均一溫度比第二期低，說明第三期流體包裹體形成時，沉積盆地受到了抬升作用的影響。通過對盆地流體包裹體的均一溫度進行測定，可以推測出盆地地溫和熱演化歷史。而通過包裹體的δD、δ18O、δ13C同位素分析，可以追蹤流體的組成、性質(zhì)、成因、活動期次，并推測流體的古溫度、壓力條件等。Lacroix等根據(jù)流體包裹體的顯微測溫數(shù)據(jù)確定了SV1剪切脈和EV2延伸脈沉積有關(guān)的兩條等容線。其限定與變形（SV1脈變形）第一階段有關(guān)的壓力小于570 b，使用溫度約為210 ℃來計算同源方解石和石英礦物的氧同位素組成，與這些P—T條件一致的靜壓地溫梯度為34 ℃/km，并根據(jù)流體包裹體等容線確定了Monte Perdido逆沖活化埋深條件為7 km。Blumstein等通過對Moine 沖斷帶中的原生流體包裹體進行研究，得出了其自生赤鐵礦的磁化與流體遷移有關(guān)。總之，流體包裹體封存了地質(zhì)歷史中盆地流體的很多信息，通過對其包裹體的相應(yīng)研究，可以對盆地成巖演化，地?zé)嵫莼?，盆地沉降、抬升、再沉降過程以及盆地流體性質(zhì)、成因、活動期次等作出很好的評價。

4 結(jié)束語

對流體包裹體的研究不僅可以用來追溯成礦流體系統(tǒng)的演化、追蹤流體的來源，還可以用來確定含礦流體系統(tǒng)的運移通道。而流體包裹體中的氣體成分，例如CO2、H2S等，則用來評價成礦物質(zhì)的沉積效果和不同礦物質(zhì)之間沉積的先后順序。石油地質(zhì)中流體包裹體主要用于確定其成巖和成藏作用的時間、溫度，估算古地溫梯度及其成熟度，推斷油氣產(chǎn)生、運移、聚集過程，推測其構(gòu)造運動過程和古熱流史等。其原生運移階段形成的有機包裹體為巖石中烴類的原生運移提供了證據(jù)，次生運移階段形成的有機包裹體是油氣次生運移時形成的，它是油氣次生運移聚集及演化的直接標(biāo)志。在盆地沉積物的成巖演化和盆地沉降、抬升、再沉降過程中，均有可能形成流體包裹體，因此，應(yīng)用盆地流體包裹體研究，可以對其成巖過程及沉降、抬升過程作出相應(yīng)的評價。而對其均一溫度進行測定，可以推測出盆地地溫和熱演化歷史。通過盆地流體包裹體的δD、δ18O、δ13C同位素分析，可以追蹤流體的組成、性質(zhì)、成因、活動期次，并推測流體的古溫度、壓力條件等。但在個別研究領(lǐng)域中，流體包裹體的應(yīng)用均受到很多條件的限制，例如流體包裹體是在均一體系中形成，形成后保持其封閉狀態(tài)并處于等溶體系中。但往往不可能達到上述理想條件，在包裹體形成后，當(dāng)宿主礦物受到較高的溫度和壓力影響時， 包裹體的均一溫度可能會再平衡。此外，包裹體均一溫度的再平衡還與包裹體的大小和形態(tài)有關(guān)，其越大，越易發(fā)生再平衡，形態(tài)越不規(guī)則，越易發(fā)生再平衡。因此，在應(yīng)用流體包裹體時，應(yīng)對其進行相應(yīng)的校正。

參考文獻

[1]劉德漢.包裹體研究——盆地流體追蹤的有力工具[J].地學(xué)前緣，1995（3）：149-154.

[2]尹福光.貴州微細粒浸染型金礦成礦流體性質(zhì)[J].特提斯地質(zhì)，1998（22）：106-116.

[3]朱賴民，何明友.黔西南地區(qū)微細粒浸染型金礦床礦物流體包裹體地球化學(xué)[J].火山地質(zhì)與礦產(chǎn)，1996（1）：66-76.

[4]蘇文超，胡瑞忠，漆亮，等.黔西南卡林型金礦床流體包裹體中微量元素研究[J].地球化學(xué)，2001（6）：513-516.

[5]余大龍，周珍國，陶紅.黔東南金頭金礦礦層地質(zhì)及包裹體特征初探[J].貴州地質(zhì)，1991（3）：241-250.

[6]余大龍.湘西黔東南脈型金礦流體包裹體成分研究[J].貴州地質(zhì)，1993（3）：234-240.

[7]余大龍.黔東八客金礦地質(zhì)地球化學(xué)特征研究[J].地質(zhì)地球化學(xué)，1997（1）：12-17.

[8]孫士軍，潘文卯.貴州八客金礦富金包成因 [J].黃金地質(zhì)，2002（2）：21-25.

[9]陳衍景，倪培，范宏瑞，等.不同類型熱液金礦系統(tǒng)的流體包裹體特征[J].巖石學(xué)報，2007（9）：2086-2108.

[10]盧煥章，郭迪江.流體包裹體研究的進展和方向[J].地質(zhì)論評，2000（4）：386-391.

[11]曹俊臣，吳大清，施繼錫，等.貴州晴隆銻礦石膏晶洞的成因及其晶體的結(jié)晶特征[J].地球化學(xué)，1981（4）：374-380.

[12]Marray R C. Hydrocarbon fluid inclusions in quartz[J].AAPG Bull，1957（41）：950-952

[13]Blumstein D，Elmore R.D.Multiple fluid migration events along the Moine Thrust Zone[J].Scotland Journal of the Geological Society，2005（162）：1031-1045.

〔編輯：王霞〕