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时间胶囊下的地球记忆：揭秘熔体包裹体与流体包裹体(图片由EarthScience读书会整理)

已有 372 次阅读 2024-6-8 02:00 |个人分类:自然科学|系统分类:科普集锦

编者按：在地球科学的探索之旅中，微小的包裹体如同时间胶囊，封存着远古地球的秘密，为科研人员揭示了岩石形成、岩浆活动与成矿作用的奥秘。在这场微观世界的探险中，熔体包裹体与流体包裹体作为两类重要的地质记录者，常常成为研究的焦点。尽管它们在名称上仅一字之差，却各自承载着迥异而丰富的地质信息，因此，在科研实践中正确区分并利用这两类包裹体显得尤为重要。熔体包裹体和流体包裹体都是地质学中研究岩浆作用、成岩过程、成矿作用等的重要微观证据，它们分别封装了地质历史中岩浆或流体的信息，为理解地球内部过程提供了直接的窗口。

熔体包裹体（Melt inclusion）：熔体包裹体，又称为岩浆包裹体、硅酸盐熔体包裹体，是矿物在岩浆中结晶生长过程中捕获并封存起来的微小硅酸盐熔体滴。它们的尺寸通常在微米级别（1~300 μm），在快速冷却条件下可能会以玻璃质状态保存下来，或者在较慢的冷却速率下含有结晶相。熔体包裹体可以包含气体气泡，这些气泡对研究岩浆中的挥发分（如水、二氧化碳等）尤为重要。由于它们相对隔绝于外界环境，熔体包裹体能完好地保存原始岩浆的成分和物理化学条件信息，包括岩浆的来源、成分、温度、压力以及岩浆演化的线索。

流体包裹体（Fluid inclusion）：流体包裹体则是指在矿物或岩石形成过程中被捕获并封闭在内的微小古流体样本。这些流体可以是水、石油、天然气或是它们的混合物，以及其他溶解在流体中的矿物质和挥发性成分。流体包裹体的尺寸同样非常微小，可以揭示过去的流体组成、压力、温度以及地质体经历的物理化学条件。通过分析流体包裹体，研究人员能够了解成矿流体的性质、油气藏的形成条件、地下水的循环以及岩石形成的环境等。

表1. 熔体包裹体和流体包裹体对比

特征	熔体包裹体	流体包裹体
定义	矿物结晶过程中捕获的微小硅酸盐熔体滴，反映了岩浆的成分和物理化学条件。	矿物形成时捕获的微小古流体样本，可以是水、气体或其他溶液，提供了地质流体的历史信息。
成分	主要为硅酸盐熔融物，可能含有气泡和微量元素。	水、气体（如CO₂、H₂O）、油、盐水溶液等，以及溶解的矿物质。
形成环境	岩浆环境，尤其是在火山岩和部分侵入岩中。	更广泛的地质环境，包括岩浆、沉积、变质及成矿过程中。
研究应用	岩浆演化、源区性质、成矿作用机制。	成矿流体性质、油气藏形成、地下水循环、古温度和压力条件。
形态	规则至不规则，取决于捕获时的条件，可为玻璃质或含结晶相。	形态多样，受捕获条件影响，从圆形到复杂形状均有。
分析技术	高温热台、激光拉曼光谱、电子探针分析等，用于测定成分、温度、压力。	高温高压实验、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱、显微测温技术等，以研究流体组成和物理条件。

参考资料：

Kesler, S. E., Bodnar, R. J., & Mernagh, T. P. (2013). Role of fluid and melt inclusion studies in geologic research. Geofluids, 13(4), 398-404.

Qin, Z., Lu, F., & Anderson, A. T. (1992). Diffusive reequilibration of melt and fluid inclusions. American Mineralogist, 77(5-6), 565-576.

Thomas, R., Davidson, P., & Beurlen, H. (2012). The competing models for the origin and internal evolution of granitic pegmatites in the light of melt and fluid inclusion research. Mineralogy and Petrology, 106, 55-73.

附图：流体包裹体和流体包裹体图片（图文源自2019版本书籍《流体和熔体包裹体研究进展》，EarthScience读书会整理）

石英和硼镁石中的流体包裹体

测温实验期间盾状火山管质玄武岩安山岩橄榄石中典型熔融包裹体的显微照片

斜辉石，磁铁矿等矿物中的熔体包裹体显微照片

Fe-Ni硫化物与磁铁矿（Mt）和斜长石（Plag）接触熔体包壳中的现象（Si熔体）；磁铁矿宿主中的Curich硫化物包裹体。

伟晶岩中的石英记录了大量的熔体和流体包裹体

地开石中的包裹体形成示意图

使用FIB-SEM逐步切片获得的一个分析包裹体的3D重建

（a）FIA的显微照片，该FIA含有与B2高盐包裹体共存的富含蒸汽的夹杂物（箭头表示沉淀的条纹富含蒸汽的包裹体中的晶体）和（b）包含与富含蒸汽的包裹体共存的致密B2高盐包裹体FIA的愈合裂缝

B2包裹体加热过程中的相变：（a）在25°C时，包裹体含有汽泡和多个盐晶体，赤铁矿和黄铜矿，（b）在500°C时含有汽泡、圆形石盐晶体、硬石膏、赤铁矿和黄铜矿，（c）在777°c时，它们含有气泡、赤铁矿和黄铜矿，（d）在1050°c时含有两种不混溶的液体和一个蒸汽泡，（e）在1200°C时为绿色液体（盐熔化）已经变圆，并且清晰可见的透明液体，并且仍然只有少数夹杂物包含一个汽泡，（f）在1287°C下显示不同的包裹体，其中包含两个不混溶的ffuids、熔融硫化物的不透明小气泡和较大的蒸汽气泡。