包裹体方法及应用Application of inclusions method桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn1.包裹体的概念n 矿物生长时包裹在矿物的晶格缺陷、窝穴或浸入到矿物裂隙中的一部分成矿溶 液或硅酸盐熔融体，它们与主矿物有着相的界限。n2.包裹体的分类n（1）按照成因分类：有原生、次生、假次生三种n1）原生包裹体：在主矿物形成过程中形成的，其中封存的流体，就是主矿物的成矿 溶液，即：该包裹体是形成主矿物的成矿溶液的样品，他的性质代表了该矿物形成 时的成矿溶液的成分和介质的物理化学条件。n2）次生包裹体：是主矿物形成之后，后期的热液沿裂隙、解理进入并局部溶解主矿 物，随着T、P的下降主矿物发生重结晶，在重结晶过程中捕获形成的包裹体。n3）假次生包裹体：主矿物结晶过程中，由于应力和构造的作用，使已结晶的矿物发 生破碎和裂开，以致同一种母液又进入这些裂隙中，溶解裂隙两侧的主矿物，在主 矿物继续结晶生长时，使裂隙愈合，在窝穴内封存了母液，形成似次生的包裹体。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn（2）按照物理状态分类：气态、液态、多相和熔融体包裹体四种n1）气态包裹体：气液比大于50%的气液包裹体n2）液态包裹体：气液比小于50%的气液包裹体n3）多相包裹体：由气相、液相、固相等组成的包裹体n 含液体CO2包裹体（气相、液体CO2 盐水溶液）n 含子矿物包裹体（所包裹的溶液中由于过饱和而析出子矿物：石盐、钾盐、方 解石、石膏、磷灰石、萤石、赤铁矿等）n 含有机物包裹体（有机液体有石油、甲烷、乙烷；固体沥青等，气态也为甲烷 、乙烷）n4）熔融体包裹体：在成岩过程中，有捕获岩浆或硅酸盐熔融体所形成的包裹体。 在迅速冷凝条件下，形成玻璃质的固态包裹物（玻璃包裹体），常见火山岩中。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn3.气液包裹体特征的观察与描述n1）气液比 N=V气/（V气+ V液）n2）颜色 颜色的不同表明了溶液的成分不同或离子阶态的差异。n3）形态 规则的为指与主矿物的晶形相近似的，表明主矿物结晶比较缓慢，环境 比较稳定。故，形态规则的包裹体是沿晶体生长带生长的，常具规则的定向排列 ，成群出现，为原生包裹体的主要鉴别标志之一。n4）包裹体的大小 同形状一样，在一定程度上反映了矿物结晶时的物理化学条件 。n5）包裹体的分布特征 杂乱无章的包裹体常在晶体的核部，而有规则的，沿晶体 生长面呈带状分布的包裹体，常位于晶体的向外部分，前者的形成温度高于后者 。 桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn4.原生包裹体的查定n1）占据着主要矿物的结晶构造位置。较理想的是平行晶面成环带状分布。当出现 数量少时，各包裹体的形态基本相似，有时其长轴方向近于一致。n2）包裹体的形状常与矿物的晶形一样，例如，在石英中包裹体常呈六边形，萤石 中包裹体常呈正方形，有时甚至在一个主矿物内同一个方位上的包裹体，出现同 样的缺陷。n5. 包裹体形成温度的确定n（一）均一法 包裹体测温的基本方法n1）原理 各种气液包裹体有液相和气相组成，当外加温度与形成瞬间温度相近时 ，包裹体内部的物质便恢复原来的均一向，这时的温度点称为均一温度。n熔融包裹体无论是单相、两相或多相包裹体，当达到均一温度时，全部转变为熔 融体。而对于气液包裹体，其均一现象有三种情况：桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn（1）液体包裹体：当加热时，液相逐渐扩大，气相逐渐缩小，最后完全 消失达到均一。此称均一到液相。说明原始捕获的成矿溶液是液相。n（2）气体包裹体：当加热时，液相逐渐变小，气相逐渐扩大，直至在均 一温度时充满整个包裹体的内腔。此称均一到气相。说明原始捕获的成 矿溶液是气体。n（3）加热时，气相和液相既不缩小也不扩大，而是在升温过程中气、液 相的界限逐渐模糊直至消失，此现象表明包裹体捕获的成矿溶液体系可 能是处于超临界状态。n2）仪器 普通偏光显微镜和显微加热台。显微加热台是一种安装在显微 镜载物台上的小型加热装置。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn3）优缺点 n（1）在显微镜下直接观察进行，比较直观可靠。n（2）仪器简单操作方便，有利于普及和推广。n（3）它能区分各种类型的包裹体，所以可根据不同的研究目的选择不同 类型的包裹体进行测定，这样的出的数据就能说明地质上的一些问题。n（4）它只适用于透明矿物和部分半透明矿物的测定。而与有用金属矿产 有关的矿物大多数为不透明的，这就使本方法使用范围受到限制。n（二）爆裂法 利用包裹体因受热而破裂发声的效应，测定包裹体的方法n1）原理 加热包裹体并使其均一到液相（或均一到气相）时的温度（均一温度） ，当继续升温，则由于包裹体内部压力迅速增大，内压增大到超过包裹体腔壁所 能承受的压力时，包裹体就破裂并发出响声，此时测得的温度即为爆裂温度。n2）仪器 n声-电变换装置，将包裹体因受热破裂而发出的声讯号转换为电讯号；温度由热电 偶测量。n放大器、监听监视设备、记录仪等组成。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn包裹体方法工程勘察中的应用n1 概 述 n 随着我国经济建设的迅速发展,大型或特大型工程越来越多,其地基勘 察要求也越来越高,在对其地基工程勘察的钻探过程中会经常遇到断层裂 隙,通过钻孔岩芯研究基岩裂隙的发育情况、力学性质目前已比较成熟;但 基岩形成时代、活动性却难于解决,而它们对工程的安全性影响又是举足 轻重的。近年来,南京大学优势面研究组在水电、桥梁等一些重要工程中, 通过引进包裹体方法,在确定场区断裂的规模、活动性和场区的稳定性等 方面取得了令人满意的成果。使工程勘察工作又添了一个新方法。现将 专题说明此初步研究成果。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn2 包裹体分析方法在工程勘察中应用的理论依据n 矿物形成过程中,由于晶格缺陷、孔穴等原因,可以捕获部分成矿介质而形成 包裹体。与矿物同时形成的包裹体称原生包裹体,矿物形成以后由于压力变化或构 造运动等外力作用产生微裂隙,微裂隙捕获后期成矿介质并封闭起来,形成次生包 裹体。因为它含有许多构造作用和地质信息,可以开发出来为工程勘察服务。n2. 1 包裹体均一化温度与断裂切割深度的关系n 根据矿物包裹体研究理论,包裹体的均一化温度是矿物生长带的最低温度,因 此断层带内构造岩中的包裹体均一化温度可以代表其带中矿物生长时的温度。例 如液体包裹体的均一化温度可用来表示断层活动时破碎带中的水温度。水的温度 与水的来源和断层摩擦热有关。断层摩擦热虽然可以产生大量热能,但它是短暂的 过程,而矿物的形成需要数万年、数十万年,甚至更长的时间,故摩擦热不是断层带 水温的主要热源,而应该是决定于来自变质水或地层水等水源的温度。由此据矿物 包裹体的均一化温度可以推算断层的切割深度。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn2. 2 包裹体特征与断层活动性的关系n 断层的活动性是评价区域稳定性和场区稳定性的重要指标。工程场地是否有 大断裂通过,是否坐落在活动性断裂之上,是关系到工程的安全性以至于能否营造 的问题。在一些工程项目地基勘察中根据包裹体的形态、大小和类型以及断层带 中充填物的矿物特征来分析断层的活动性,已经收到了较好效果。n(1) 矿物包裹体的形态n 从结晶矿物学可知不同的矿物种类有不同的结晶习性。如方解石多为菱形、 柱形等,石英多为六方柱和菱面体的聚形、短柱状等,萤石多为立方体、八面体或 菱形十二面体,硬石膏多厚板状、纤维状等等。断层充填物中的矿物及包裹体的形 态主要受控于矿物的种类。如果包裹体多为规则的形态,说明断层是不活动的,场 地是相对稳定或不动的;反之,若为不规则的形态,说明断层是活动的,场地是相对 不稳定的。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn(2) 矿物包裹体的大小及分布情况n 一般来说,矿物包裹体的大小及分布情况主要受其形成环境条件的控制。如果 一个地区的地壳相对稳定,断层带活动相对较弱,处于稳定环境下,则矿物生长缓慢 ,晶格缺陷少,包裹体个体大,数量少,形态规则,分布稀疏;如果一个地区的地壳活 动相对强烈,断层发生多期活动,则矿物晶格缺陷多,包裹体个体小、数量多、形态 不规则、分布密集,即使有少数个体大的包裹体形成,在后期构造活动作用下易被 破坏,很难保留。因此,我们可以根据矿物包裹体这一特征判别场区稳定性和断层 的活动性。n(3) 矿物包裹体的类型n 从矿物包裹体的成因类型可知,断层充填物中如果主要发育为原生包裹体说明 断层活动较弱,场区属相对稳定区;若多为次生包裹体说明断层有多次活动,场区构 造活动强烈,裂隙发育,属不稳定区;而固态包裹体特别是晶质包裹体说明断裂切割 深达地幔,伴有岩浆活动;液态包裹体说明断裂切割有一定深度,伴有热液活动;单 相液态包裹体指示形成环境为冷水沉积或低于50 温水沉积。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions methodn2. 3 包裹体与断裂的相互关系n 作为建筑物地基的岩体,一般都经历了多期构造活动,如何根据断裂 构造痕迹确定构造期次,找出最新构造无疑是十分重要的,也是工程设计 的一项重要依据。传统方法是根据断层带的特征和相互切割关系确定出 时代相对较新的构造裂隙。但对于一些大型工程需要了解地基岩体中断 裂活动性及绝对年龄,特别当裂隙隐伏于第四系松散层下,仅能通过钻孔 揭露取得岩芯时,用传统方法就难于作出准确的判定,甚至出现误判、错 判。而通过矿物包裹体分析方法很容易进行判别,不同期的构造运动在其 断裂带内会形成不同类型的矿物包裹体,同时结合显微构造分析,可以很 方便判别出裂隙的发育期次及相互切割关系。n 一般来说,不同特征的包裹体反映不同期次的裂隙特征,裂隙中矿物 包裹体发育完整的形成时间比发育不完整的要早,裂隙中有矿物包裹体发 育的比没有发育的要早,矿物包裹体被切割的比没有切割的要早。另一方 面,根据其确定出的最新活动裂隙,作为断层的测定绝对年龄的取样点,使 断层的年龄测定更为合理准确。n 矿物包裹体地球化学研究方法的引入 ,为工程地基勘察和场区的地基 稳定性评价提供了一种新的有效方法，具有重要的应用价值。桂林工学院资源与环境工程系Application of inclusions method桂林工学院资源与环境工程系