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        熔體包裹體分析技術(shù)進(jìn)展*

        2024-03-11 09:07:12蔡佳祺馮珮玲周伶俐陳偉軍張亞輝史艷茹王永彬
        礦床地質(zhì) 2024年1期
        關(guān)鍵詞:實驗分析研究

        蔡佳祺,馮珮玲,周伶俐,陳偉軍,張亞輝,史艷茹,王永彬**

        (1 云南大學(xué)云南省地球系統(tǒng)科學(xué)研究重點實驗室,云南昆明 650500;2 云南大學(xué)云南省關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦過程和機(jī)制國際聯(lián)合實驗室,云南昆明 650500;3 阿姆斯特丹自由大學(xué)地球科學(xué)系,荷蘭阿姆斯特丹 1081HV;4 中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院,北京 101300;5 內(nèi)蒙古科學(xué)技術(shù)研究院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010000)

        熔體包裹體,又稱熔融包裹體,為巖漿體系中礦物結(jié)晶生長時所捕獲的微量硅酸鹽熔體(Sorby,1858)。熔體包裹體保存著原始巖漿和初始熱液的物質(zhì)組成及物化條件信息,成為反映巖漿-熱液演化和成巖-成礦環(huán)境的直接證據(jù)(Davidson et al.,2006;Zajacz et al., 2007; Esposito et al., 2014; Hamada et al.,2020)。自20 世紀(jì)以來,對礦物內(nèi)部熔體包裹體進(jìn)行測試和分析的技術(shù)手段迅速發(fā)展,吸引著地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、分析化學(xué)等專業(yè)學(xué)者的關(guān)注,并結(jié)合相關(guān)科學(xué)問題進(jìn)行了大量的應(yīng)用研究(Audétat et al., 2014; Cannatelli et al., 2016; 張道涵等, 2017; 王國光等,2020)。

        早期學(xué)者對熔體包裹體的研究側(cè)重于對其特征的觀察和描述,并初步提出了熔體包裹體可以作為探討火成巖起源的潛在工具的設(shè)想(Zirkel, 1873)。然而,受制于當(dāng)時分析技術(shù)的落后,多相熔體包裹體難以準(zhǔn)確識別,導(dǎo)致其在地質(zhì)學(xué)研究受限,進(jìn)而落后于“同族”流體包裹體的應(yīng)用。百年之后,Barrabé 和Deicha首次嘗試通過高溫加熱對石英中的熔體包裹體進(jìn)行了均一化實驗,獲取了熔體包裹體的物化信息,使得該方法發(fā)展為獲取包裹體內(nèi)部信息的關(guān)鍵技術(shù)(Cannatelli et al., 2016)。至1970 年前后,地球化學(xué)學(xué)家開始利用電子探針對熔體包裹體展開成分測試,進(jìn)而推動了熔體包裹體在火山巖成因方面的研究(Sobolev et al.,1975)和月球樣品的分析(Roedder et al.,1970)。同期,部分學(xué)者專注于探索熔體包裹體的起源和研究方法(Clocchiatti, 1975; Roedder,1979),極大地推動了熔體包裹體研究的發(fā)展。到20世紀(jì)90 年代初期,地質(zhì)學(xué)家將熔體包裹體研究重點放在了火山系統(tǒng)的應(yīng)用,討論了它們在確定巖漿噴發(fā)前揮發(fā)性成分中的作用(Roedder, 1992; Johnson et al.,1994;Lowenstern,1994;1995;Sobolev,1996)。隨著微區(qū)原位分析技術(shù)的發(fā)展,熔體包裹體研究成果呈指數(shù)增長,尤其是單個熔體包裹體顯微測溫和成分分析技術(shù)的發(fā)展,加速了成礦巖體的熔體包裹體研究進(jìn)程,對巖漿熱液礦床的成因提出了新認(rèn)識(王蝶等,2017)。雖然,針對熔體包裹體的探索已經(jīng)歷了近百年的歷程,但仍然存在一系列問題,成為新的研究難點和熱點,例如熔體包裹體成分的變化、邊界層效應(yīng)及捕獲后的改造等(Wallace et al.,2021)。

        隨著宜居地球這一重大科學(xué)問題的提出,以地球系統(tǒng)科學(xué)思維探討深部過程與淺部效應(yīng)耦合的研究方興未艾(朱日祥等,2021)。而作為宜居地球深部過程的重要見證者和記錄者——熔體包裹體,具備了新的使命。因此,深入探討熔體包裹體分析方法的研究進(jìn)展和存在問題成為重中之重。本文針對熔體包裹體分析的相關(guān)測試流程、技術(shù)手段和研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),希望對相關(guān)學(xué)科的科研工作者了解并應(yīng)用熔體包裹體研究提供幫助。

        2 熔體包裹體巖相學(xué)觀察

        2.1 熔體包裹體的厘定

        開啟熔體包裹體研究的第一步也是最重要的一步就是有效識別熔體包裹體及其組合(Cannatelli et al.,2016)。然而,由于在成巖-成礦作用早期形成的熔體包裹體數(shù)量較少,并且大都在后期發(fā)生一定程度的改造,形成較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使之和流體包裹體相比,觀察起來更為困難。因此,精細(xì)厘定熔體包裹體的類型是首要任務(wù)。

        目前對于熔體包裹體的分類主要依據(jù)2 個原則。其一是按照熔體包裹體的捕獲時間可以分成原生、次生和假次生包裹體3 種類型(Roedder,1979)。原生包裹體就是在礦物生長的同時被捕獲于主礦物生長缺陷中的高溫巖漿熔體。它們的直徑較大,通常隨機(jī)獨立分布在主礦物中,是準(zhǔn)確獲取巖漿演化信息的有效載體。次生包裹體是指在主礦物晶體形成之后被捕獲于裂隙等晶體缺陷中的包裹體。由于其無法代表成巖-成礦作用早期或同期的熔/流體成分,因此在進(jìn)行鏡下觀察時要對這些包裹體進(jìn)行篩選。這類熔體包裹體往往具有體積小、成群成帶分布的特點。假次生包裹體和次生包裹體的捕獲機(jī)制類似,但捕獲后主礦物會沿其上部晶面繼續(xù)生長,成為硅酸鹽熔體演化過程的重要記錄者,因此假次生熔體包裹體也記錄了部分“原生”巖漿信息。

        另一種分類方法是根據(jù)包裹體內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為玻璃質(zhì)、結(jié)晶質(zhì)和熔-流體包裹體(圖1a~f)。最初捕獲的原始巖漿的熔體包裹體顯示完全玻璃質(zhì)的組成,但由于主礦物在巖漿通道中快速上升會經(jīng)歷一個淬火過程,誘發(fā)玻璃質(zhì)熔體包裹體內(nèi)部出現(xiàn)一個或多個氣泡;而隨著冷卻速率減慢,包裹體內(nèi)部還會逐漸發(fā)生細(xì)小結(jié)晶;當(dāng)冷卻速度到達(dá)一定程度時,包裹體完全結(jié)晶,內(nèi)部呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)晶相(王蝶等,2017)。結(jié)晶質(zhì)包裹體因其內(nèi)部成分不均勻,所以對其做成分分析前通常要進(jìn)行均一化實驗。熔-流體包裹體是指硅酸鹽熔體與流體(水或CO2)相同時被圈閉的一類包裹體(常海亮等,1998),因此該類包裹體是研究巖漿-熱液過渡階段流體演化的絕佳樣品。這里需要特別注意的是熔-流體包裹體并非同一空間內(nèi)共存的熔體包裹體與流體包裹體的組合,這種溶體包裹體的共存組合具有獨特地質(zhì)意義。

        圖1 石英內(nèi)不同程度結(jié)晶的熔體包裹體顯微照片a.云南薄竹山花崗巖內(nèi)石英中的玻璃質(zhì)熔體包裹體;b.云南個舊地區(qū)似斑狀花崗巖內(nèi)石英斑晶中的含氣泡和子礦物相的熔體包裹體;c、d.云南薄竹山花崗巖內(nèi)石英中的細(xì)結(jié)晶熔體包裹體;e.云南薄竹山花崗巖內(nèi)石英中的細(xì)結(jié)晶熔體包裹體;f.云南老君山二云母花崗巖內(nèi)石英斑晶中的粗結(jié)晶熔體包裹體Fig.1 Micrograph of melt inclusions with different degrees of crystallization in quartz phenocrysta.Glassy melt inclusions in quartz from the Bozhushan granite,Yunnan Province;b.Melt inclusions containing bubbles and daughter minerals in quartz phenocryst from porphyritic granite in Gejiu region,Yunnan Province;c,d.Finely crystallized melt inclusion in quartz from the Bozhushan granite,Yunnan Province;e.Finely crystallized melt inclusions in quartz from the Bozhushan granite,Yunnan Province;f.Coarsely crystallized melt inclusion in quartz phenocryst from the Laojunshan two-mica granite,Yunnan Province

        另外,熔體包裹體中的氣泡需要特別關(guān)注。熔體包裹體常賦存于火成巖中,通常由玻璃±一個或多個氣泡±子礦物相組成。其中氣泡的大小是首要的觀察項,其相對大小主要取決于冷卻行為、熔體成分和包裹體的揮發(fā)分物含量。通過估計玻璃中氣泡的體積百分比,可以初步推斷硅酸鹽熔體包裹體的氣泡中是否存在揮發(fā)分。一般在室溫下,富含揮發(fā)分的巖漿會形成更大的氣泡。另外需要注意的是,部分熔體包裹體在減壓和冷卻期間會通過連接寄主礦物外部的微細(xì)通道發(fā)生內(nèi)部成分的泄漏。這類泄漏的包裹體對于研究巖漿上升過程中的氣體行為提供了獨特的視角(Anderson, 1991; Liu et al., 2007;Humphreys et al.,2008)。但在其他類型的研究中應(yīng)避免使用,因為它們在被捕獲時已經(jīng)丟失了熔體的原始成分。

        2.2 待測熔體包裹體的選擇

        在嘗試通過熔體包裹體來解決地學(xué)領(lǐng)域一系列問題的過程中,一個重要的考慮因素是選擇哪些熔體包裹體做測試最為合適。如果研究人員想要證明熔體包裹體記錄了可靠的原始成分信息,那么判斷包裹體相對于寄主礦物的捕獲時間顯得至關(guān)重要。因此首先需要考慮的是熔體包裹體的時間分類,再根據(jù)研究需求選擇原生或次生的包裹體進(jìn)行測試(Cannatelli,2012)。

        與流體包裹體組合(Fluid Incluison Assemblages,FIA)的定義類似,學(xué)者們基于巖相學(xué)觀察在熔體包裹體中劃分熔體包裹體組合(Melt Inclusion Assemblages,MIA)(Bodnar et al.,2006),即,在同一生長區(qū)內(nèi),在相同的時間、溫度和壓力下以及具有相同成分的熔體包裹體組合。當(dāng)我們通過分析測試證明它們代表了捕獲時熔體的組成并且沒有發(fā)生擴(kuò)散再平衡作用時,就可以將熔體包裹體組合作為有效指標(biāo)來研究火山系統(tǒng)的演化。選擇熔體包裹體組合時需要確保包裹體遵守Roedder(1979)提出的3 個原則:①熔體包裹體必須被捕獲為單一的均質(zhì)相;②熔體包裹體為一個封閉的等容系統(tǒng);③在包裹體形成之后,構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)不與外界發(fā)生物質(zhì)交換。當(dāng)多個熔體包裹體被困在晶體的生長區(qū)時,很容易將它們組合在一個MIA 中,并且隨著晶體的生長,可能會捕獲不同組的MIA 并記錄有關(guān)其熔體演化歷史的信息。因此,在將熔體包裹體暴露于寄主礦物表面進(jìn)行均一化實驗和成分分析之前,必須對熔體包裹體進(jìn)行詳細(xì)的巖相學(xué)觀察。對熔體包裹體的大小、形狀、外觀(例如,存在氣泡、子晶等)的識別分析對于更好地解釋熔體包裹體數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

        隨著實驗技術(shù)的革新,對于包裹體巖相學(xué)觀察的相關(guān)研究也與時俱進(jìn)。除了常用偏光顯微鏡、紅外顯微鏡等設(shè)備進(jìn)行觀測外,高分辨率X 射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)(High-resolution X-ray Computed Tomography, HRXCT)的出現(xiàn)使人們可以更加直觀立體地觀察包裹體的三維形態(tài),不僅為我們提供包裹體準(zhǔn)確的位置信息,而且能在更大尺度上依據(jù)包裹體形狀、分布排列去直接辨別原生和次生包裹體,同時也解決了一些不透明礦物(例如磁黃鐵礦、黑鎢礦等)在紅外顯微鏡下透明度不佳的問題。除此之外,該項技術(shù)另一個值得關(guān)注的應(yīng)用是可以對包裹體進(jìn)行三維成像從而輔助計算包裹體的體積以及各相體積分?jǐn)?shù),從而有助于更準(zhǔn)確地還原巖漿信息(Kyle et al., 2015; Richard et al., 2018)。因此,結(jié)合顯微鏡觀察和高分辨率X 射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)對包裹體巖相學(xué)觀察,將成為探討熔體包裹體內(nèi)部信息的重要基礎(chǔ)手段。

        2.3 樣品制備

        一般開展熔體包裹體研究時,常采用巖石直接切片方法。如果進(jìn)行熔體包裹體的精準(zhǔn)研究,需要將巖石輕輕壓碎和過篩,并在雙目顯微鏡下手工挑選斑晶。在選擇到合適的寄主斑晶后,通常將選定的含熔體包裹體的主礦物安裝在載玻片或環(huán)氧樹脂底座上,并輕輕研磨至其表面平坦,然后使用氧化鋁粉末或金剛石拋光盤將其拋光至玻璃質(zhì)表面(Cannatelli et al.,2016)。

        所選熔體包裹體的磨片和拋光方法取決于下一步所做的測試技術(shù),因為不同的測試方法需要以不同的方式制備含有熔體包裹體的主礦物薄片。如果制備樣品是為了便于進(jìn)行熔體包裹體的巖相學(xué)觀察,甚至之后的原位成分分析,需要制作雙面拋光的包裹體薄片(30 μm 至1.5 mm 厚),具體規(guī)格取決于在光學(xué)顯微鏡的透射光下主礦物內(nèi)部的透明度以及實驗儀器的要求。另外需要注意的是由于熔體包裹體分為玻璃質(zhì)和重結(jié)晶,尤其是重結(jié)晶的熔體包裹體需要進(jìn)一步分析以確定是否進(jìn)行再加熱實驗。測試之前,可以通過將薄片放入丙酮中12~24 h將其從載玻片上脫離。然而,由于丙酮的揮發(fā)性成分會沿著暴露玻璃表面上的細(xì)小裂隙沉淀,導(dǎo)致包裹體中的揮發(fā)性成分(尤其是CO2)可能會受到污染(Esposito et al.,2014)。因此,如果是針對熔體包裹體中的揮發(fā)分進(jìn)行研究時,應(yīng)盡可能避免使用丙酮,此時最好使用熱源從環(huán)氧樹脂中取出礦物晶體以保證后續(xù)實驗的準(zhǔn)確性。

        2.4 熔體包裹體巖相學(xué)觀察需要注意的問題

        對熔體包裹體進(jìn)行識別和制備的過程需注意以下幾點:

        (1)熔體包裹體寄主礦物的選擇。熔體包裹體被捕獲于不同深度的主礦物中,其形成于熔體演化早期,可追蹤巖漿分異早期階段,因此常賦存于輝石、橄欖石、斜長石等火山巖礦物中。另外在石英晶洞和斑晶礦物(石英、磷灰石、角閃石等)中也多有發(fā)現(xiàn),通常石英中的熔體包裹體較難觀察,其內(nèi)部已發(fā)生一定程度的結(jié)晶,但由于該類熔體包裹體常與部分熔-流體包裹體共存,故而是研究巖漿-熱液過渡階段流體演化的絕佳指標(biāo)。研究人員可根據(jù)自己的研究目標(biāo)選擇合適的主礦物樣品開展采樣工作以便下一步觀察測試。

        (2)熔體包裹體切片。由于包裹體的大小、形態(tài)、深淺各異,并且熔體包裹體被捕獲后其內(nèi)部通常發(fā)生細(xì)結(jié)晶或一系列的成分改造,使得顯微鏡下不易觀察篩選。另外原生包裹體若在結(jié)晶過程中與主礦物發(fā)生再平衡,使其無法代表原始成分,需要使用拋光的薄切片和厚切片對熔體包裹體進(jìn)行初步篩選。因此,針對熔體包裹體的復(fù)雜性,為保證實驗順利進(jìn)行,建議多切制一定數(shù)量、合適厚度的包裹體片。

        (3)熔體包裹體識別。熔體包裹體類型復(fù)雜,常含有除水以外的揮發(fā)性成分并與多種類型包裹體共存。由于某些成分分析測試具有破壞性并且可能需要多方法應(yīng)用,最佳方案是準(zhǔn)備兩套包體片,并識別盡可能多且全面的類型。

        3 熔體包裹體均一化分析

        由于熔體包裹體在捕獲后的冷卻過程中大多發(fā)生了成分改造,這種改造分為可逆(即包裹體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或一系列結(jié)晶行為)和不可逆(成分泄露)兩種。對發(fā)生可逆改造的包裹體進(jìn)行加熱實驗,能夠使其重新均一至原始狀態(tài),即均勻的玻璃相。在加熱過程中,包裹體達(dá)到均一的瞬時溫度就稱為均一溫度,據(jù)此能夠推斷其被捕獲時的溫壓環(huán)境。另外,在對熔體包裹體進(jìn)行成分分析時,部分實驗技術(shù)(如電子探針和二次離子探針,也包括激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀分析等)也要求熔體包裹體為均一的玻璃質(zhì)才能獲得具有代表性的分析結(jié)果(張道涵等,2017)。因此,在過去的幾十年里,關(guān)于熔體包裹體的大部分工作都需要通過對其進(jìn)行再加熱實驗,使熔體包裹體恢復(fù)到原來的均一熔體狀態(tài)(圖2),才能進(jìn)一步展開成分分析。

        圖2 熔體包裹體通過加熱實驗均一至玻璃相的過程1—熔體包裹體壁上結(jié)晶的固相;2—硅酸鹽固相;3—水溶液;4—熔體Fig.2 The homogenizing process from crystallized phase to the glass phase of melt inclusions1—Solid-phase crystallization on the sidewall of a melt inclusion;2—Silicate solid phase;3—Aqueous solution;4—Melt

        常用的熔體包裹體均一化方法有3 種:①在內(nèi)壓為一個大氣壓的管式淬火爐中加熱;②在一個大氣壓下,使用配有顯微鏡的高溫?zé)崤_加熱;③在高壓容器內(nèi)加熱。

        3.1 一個大氣壓的管式淬火爐

        一個大氣壓下的管式淬火爐是最早用于包裹體加熱的實驗方法,它可以將熔體包裹體直接加熱到最終溫度,也可以分步加熱至均一。一步加熱法是將礦物晶體放入預(yù)熱的淬火爐中,根據(jù)前人的相關(guān)研究結(jié)論設(shè)置一個預(yù)估溫度;分步加熱法需要逐步加熱樣品,然后淬火并從爐中取出樣品在顯微鏡下觀察。利用淬火爐進(jìn)行加熱實驗的方法允許同時讓大量包裹體達(dá)到均一,從而節(jié)省實驗時間。但是該實驗的前提是必須假設(shè)所有礦物晶體和熔體包裹體都是在相似條件下形成且具有相同的均一溫度,所以得到的結(jié)果不夠精確,并且無法觀察整個過程中熔體包裹體的相變,從而產(chǎn)生誤差(Sinton et al., 1993; Student et al.,1999;Fedele et al.,2003;Schiano,2003)。

        3.2 安裝在顯微鏡上的高溫臺

        本方法是將顯微鏡與加熱裝置連接,使得在整個加熱過程中可以原位觀測到包裹體不同相態(tài)的變化,例如不同子礦物和氣泡的消失溫度及其先后順序,理論上可以獲得較準(zhǔn)確的均一溫度。目前常用的加熱裝置有Vernadsky 冷熱臺和Linkam 高溫?zé)崤_兩種(Esposito et al.,2014;Cannatelli et al.,2016)。

        火成巖斑晶中的熔體包裹體可以在Vernadsky冷熱臺上進(jìn)行加熱分析(Sobolev et al.,1980)。該冷熱臺的優(yōu)點是熔體包裹體可以快速地淬火,可在幾秒鐘內(nèi)從1500℃冷卻到室溫(Cannatelli et al., 2007)。相對而言,Linkam 高溫?zé)崤_是目前廣泛應(yīng)用的實驗儀器,能夠裝載5×5 mm 的樣品,最高溫度可升至1400~1500℃。值得注意的是,使用Linkam高溫?zé)崤_進(jìn)行加熱實驗期間,為避免樣品發(fā)生氧化,需要向熱臺內(nèi)輸入惰性氣體(氦氣或氬氣)。若輸入氣體是氦氣,則在加熱實驗中可達(dá)到的最高溫度為1260℃;如果輸入氬氣,那么在加熱實驗中的最高溫度可到1360℃(Esposito et al., 2012)。與Vernadsky 冷熱臺相比,Linkam 高溫?zé)崤_的優(yōu)勢在于裝載樣品的過程更便捷,可以在同一實驗期間對多個加熱階段進(jìn)行時間溫度設(shè)定,并能夠在所需溫度下暫停加熱,因此Linkam熱臺是目前對熔體包裹體均一實驗進(jìn)行加熱的首選辦法。由于在不同環(huán)境捕獲的熔體包裹體需要按照不同的加熱速率進(jìn)行均一實驗,并且熔體包裹體的大小也會影響所需的加熱速率,因此在均一過程中沒有固定的加熱程序,實驗人員根據(jù)實驗需要自己設(shè)定加熱速率(Danyushevsky et al.,2002)。

        不過該方法目前仍存在一些不便之處,例如實驗前期樣品準(zhǔn)備耗時較長,需應(yīng)用乙醇或丙酮將包裹體片從載玻片上脫離,而該過程中形成的微裂隙容易破壞包裹體,并且不適合測試過小或過大的包裹體,因此在實驗前需要對包裹體進(jìn)行仔細(xì)篩選。另外需要注意的是,由于Linkam 高溫?zé)崤_在加熱過程中無法對壓力進(jìn)行控制,因此更適合選擇低內(nèi)壓的熔體包裹體進(jìn)行測試,并且升溫過程最好不要持續(xù)超過1 h,盡量減少加熱過程中熔體包裹體中揮發(fā)物的擴(kuò)散,以便得到更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)(Student er al.,2004)。Esposito等(2012)通過對不同樣品中的熔體包裹體進(jìn)行加熱實驗對比發(fā)現(xiàn),Linkam TS1400XY高溫?zé)崤_針對均一溫度小于1100℃的熔體包裹體的觀察效果最好,更適用于石英、長石樣品中的熔體包裹體,對于富含鎂鐵質(zhì)成分或揮發(fā)分的熔體包裹體則很難觀察到完全均一的現(xiàn)象。

        3.3 高壓容器

        1984 年Roedder 首次提出可以運用熱液金剛石壓腔(Hydrothermal Diamond-anvil Cell,HDAC)對熔體包裹體進(jìn)行加熱實驗的可能。此后隨著高溫高壓實驗設(shè)備的更新迭代,通過HDAC 裝置對熔體包裹體進(jìn)行加熱,已成為目前唯一可以在均一實驗期間可以原位觀察到高內(nèi)壓熔體包裹體相變的方法(Li et al., 2014)。另外,與其他傳統(tǒng)方法相比,使用HDAC 設(shè)備還可以通過提高外部壓力防止高內(nèi)壓熔體包裹體在加熱過程中發(fā)生爆裂(Student et al.,2004)。目前使用的V 型HDAC 原理圖如圖3,上下兩顆砧面平行的金剛石壓合在存在孔洞的金屬墊片上,形成密閉的樣品腔,樣品腔可裝載1 mm×1 mm的樣品,其深度由于金剛石對墊片的壓合作用而小于0.25 mm(王新彥等,2015)。因此,實驗中需選擇厚度小于0.25 mm 的熔體包裹體,其樣品腔和觀察窗之間的距離比早期類型的更短,其距離僅為12 mm,有可能通過工作距離較長的物鏡連續(xù)觀察加熱和熔體包裹體均一化過程(李勝虎等,2015)。另外,使用HDAC 進(jìn)行均一化實驗需要仔細(xì)遵循許多步驟,包括樣品腔準(zhǔn)備、樣品制備、樣品裝載、壓力調(diào)整、預(yù)熱和正式加熱等(王新彥等,2015)。李建康等(2014)提出對甲基卡偉晶巖礦床花崗巖樣品中的熔體包裹體均一化實驗最好使用基于HDAC 的方法進(jìn)行,因為外部壓力適當(dāng)升高和較短的加熱時間有助于抑制熔體包裹體發(fā)生成分泄漏,并且允許在均一化試驗期間進(jìn)行實時觀察。此外,使用HDAC 方法還有其他優(yōu)勢:可以精確控制加熱速率,防止樣品氧化;可以通過激光拉曼同步輻射X 射線等原位微束分析技術(shù)對樣品進(jìn)行定性或定量分析(李勝虎,2021)。例如,有學(xué)者應(yīng)用金剛石熱液壓腔還原流體出溶的高溫高壓環(huán)境,配合原位拉曼光譜技術(shù),揭示出巖漿-熱液過渡階段鎢的主要賦存方式,并在模擬的原始溫度壓力條件下,獲得鎢在流體和熔體間的分配系數(shù),進(jìn)而探討了鎢在流體出溶過程中富集規(guī)律(Qiu et al.,2022)。

        圖3 V型HDAC設(shè)備原理圖(據(jù)Li et al.,2014修改)Fig.3 Schematic diagram of the type-V HDAC equipment(modified after Li et al.,2014)

        總之,基于HDAC 的方法可以克服Linkam 高溫?zé)崤_只能在大氣壓下進(jìn)行加熱實驗的缺點,而未來隨著HDAC 設(shè)備的淬火方法和溫度控制的發(fā)展,將進(jìn)一步提高該方法在熔體包裹體均一實驗中的應(yīng)用(Li et al.,2014)。

        3.4 熔體包裹體均一化分析需要注意的問題

        通過系統(tǒng)梳理已有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),雖然學(xué)者們對熔體包裹體進(jìn)行加熱實驗時所使用的技術(shù)各有不同,但是研究結(jié)果顯示不同技術(shù)所獲取的熔體包裹體物化條件并沒有顯著差異,表明不同研究方法都能較好地實現(xiàn)熔體包裹體測溫研究(Fedele et al., 2003;Student et al.,2004;Nielsen,2011)。然而,在處理花崗巖樣品時,避免使用淬火爐或高溫容器,這是由于高溫下熔體包裹體和主礦物可能會發(fā)生部分熔融,導(dǎo)致熔體包裹體甚至整個主礦物無法繼續(xù)完成測試。

        建議應(yīng)用安裝在顯微鏡上的高溫臺對熔體包裹體進(jìn)行加熱實驗,可以在整個過程中連續(xù)觀察包裹體瞬息的相態(tài)變化,能夠更精確地獲取均一溫度。但是,對于玄武巖中在超高壓下形成的熔體包裹體,一個大氣壓條件下的實驗方法可能無法達(dá)到均一化,這種情況優(yōu)選高壓容器進(jìn)行加熱實驗,以避免內(nèi)外壓力差過高導(dǎo)致包裹體發(fā)生爆裂(Cannatelli et al.,2016)。

        4 熔體包裹體成分測試

        隨著分析技術(shù)的不斷革新,人們逐漸掌握了熔體包裹體的成分分析技術(shù),拓寬了在熔體包裹體中可獲取信息的范圍。熔體包裹體成分分析的取樣方式與流體包裹體相同,可分為包裹體群分析和單個包裹體原位分析。對包裹體群進(jìn)行整體分析較為簡單快速,但是因為包裹體群可能由不同世代的包裹體共同組成,所獲得數(shù)據(jù)為混合信息,無法反映單一期次的包裹體信息(孫賀等,2009)。而選擇不同世代的單個包裹體分別進(jìn)行測試所得到的數(shù)據(jù)更加精細(xì),可以避免群體成分分析法出現(xiàn)的成分混雜問題,是常用的也是前沿的包裹體研究手段(付樂兵等,2015)。

        單個包裹體激光原位分析最早始于20 世紀(jì)80年代初,主要用于檢測包裹體內(nèi)金屬元素的含量。隨著分析技術(shù)手段的進(jìn)步,不斷推動熔體包裹體研究的發(fā)展。目前開展熔體包裹體成分分析的方法有掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)、電子探針(Electron Probe Microanalysis, EPMA)、二次離子探針(Secondary Ion Mass Spetrometry,SIMS)、激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, LA-ICP-MS)、顯微激光拉曼光譜(Micro-Raman Spectra, MRS)等,其中EPMA、SIMS 和LAICP-MS 可以對玻璃質(zhì)(包括實驗加熱均一化后的樣品)和已發(fā)生結(jié)晶的熔體包裹體進(jìn)行主量元素、微量元素、揮發(fā)分或同位素的分析。Mason 等(2008)通過對來自同一橄欖石內(nèi)的一組成分相同(或近似)的熔體包裹體分別利用EPMA、SIMS 和LA-ICP-MS(局部分析)對其成分分析,結(jié)果顯示除部分微量元素(Pb、Th、Nb 和U)外,3 種方法獲得的主、微量元素組成接近一致,證明了熔體包裹體成分分析技術(shù)的可靠性。下文將簡要概述這幾種方法的特點和應(yīng)用。

        4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)

        掃描電子顯微鏡(SEM)是地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域常用的實驗手段之一,可用于礦物相的識別和鑒定,在熔體包裹體的研究中也是非常有效的工具。掃描電鏡可集成背散射電子探頭(BSE)、X 射線能譜(EDS)、陰極發(fā)光熒光譜儀(CL)、背散射電子衍射儀(EBSD)等附件(陳莉等,2015)。其中,使用背散射電子(BSE)的成像是巖石學(xué)中最常用的方法,該技術(shù)可用于下一步成分分析之前檢查待測包裹體的均一性,并使用能量色散X 射線光譜(EDS)或波長色散X 射線光譜(WDS)創(chuàng)建包裹體的元素分布圖(Klébesz et al.,2012; Chen Y et al., 2011; Chen W et al., 2013)。但是,使用掃描電子顯微鏡(SEM)時必須注意因為元素在被電子束照射時可能會發(fā)生位移而產(chǎn)生誤差:例如F、Cl、Ca和P在磷灰石和玻璃中變得活化;Na和K在斜長石和玻璃中變得活化(Cannatelli et al., 2016)。另外,掃描電鏡成像使用陰極發(fā)光熒光譜儀(CL)可以捕獲由電子束與樣品表面相互作用產(chǎn)生的光子,例如Marie(2007)從格拉斯伯格斑巖礦床中采集的熱液石英樣品圖像(圖4),其中,明亮的CL區(qū)是由晶體生長期間捕獲的大量流體包裹物生成的。這為研究石英中的熔體包裹體,提供了新的思路和可能,尤其是更精準(zhǔn)地識別熔體包裹體。最近,國內(nèi)學(xué)者將掃描電鏡與共焦距拉曼成像聯(lián)用對熔體包裹體進(jìn)行逐層掃描,重建了熔體包裹體三維空間分布,成功獲取熔體包裹體內(nèi)部不同相態(tài)的體積分?jǐn)?shù),可為推斷熔體包裹體捕獲溫度和巖漿房深度提供依據(jù)(Yuan et al.,2022)。

        圖4 含有豐富流體內(nèi)含物的明亮發(fā)光區(qū)的復(fù)合圖像(據(jù)Baline et al.,2007)Fig.4 Composite image of a bright luminescent zone containing abundant inclusions(after Baline et al.,2007)

        4.2 電子探針分析(EPMA)

        電子探針(EPMA)的工作原理是將電子束聚焦于樣品表面,激發(fā)樣品組成元素產(chǎn)生特征性X 射線,然后將樣品X 射線的波長和強(qiáng)度與標(biāo)樣對比,從而獲得對樣品的定量分析結(jié)果(Blundy et al., 2008)。該方法主要用于研究物質(zhì)表面的元素組成及分布,是研究地球物質(zhì)組成最基礎(chǔ)的微束分析技術(shù),也是最早應(yīng)用于熔體包裹體成分研究的分析方法(張迪等,2019;陳意等,2021)。例如Carron(1961)通過電子探針嘗試測定了熔體包裹體中的主量成分(Xia et al., 1991)。其工作原理是將電子束聚焦于樣品表面,激發(fā)樣品組成元素產(chǎn)生特征性X 射線,然后將樣品X 射線的波長和強(qiáng)度與標(biāo)樣對比,從而獲得樣品的定量分析結(jié)果。EPMA 可以分析熔體包裹體主量和部分微量元素以及揮發(fā)分組成(例如Si、Ti、Al、Fe、Mg、Mn、Ca、Na、K、Cr、P、Cl、F 和S)(Kent,2008),同時可以通過“差值法”計算H2O 含量,為進(jìn)一步限定包裹體最小捕獲壓力提供前提條件(張道涵等,2017;李菊景等,2022)。

        EPMA的優(yōu)勢在于:①測試方法簡單,且大多為無損測試,可對同一包裹體進(jìn)行多次實驗;②空間分辨率較高,可以斑束小至1~2 μm,其中主量元素分析精度優(yōu)于5%,而對于微量元素分析精度略差(10%~50%),具體取決于元素含量(Audétat et al.,2014)。該分析方法的局限在于只能對暴露至表面、內(nèi)部均一的熔體包裹體成分分析。由于儀器硬件設(shè)備的發(fā)展和測試軟件的更新,電子探針已不再滿足于僅測試樣品的主量元素,開始追求“微區(qū)、微量、高精度”的測試目標(biāo),以支撐地學(xué)前沿領(lǐng)域研究需求(張迪等,2019)。

        目前已有大量應(yīng)用電子探針進(jìn)行熔體包裹體研究的報道,徐九華等(2012)對烏拉嘎金礦含金斑巖體的石英斑晶中的熔體包裹體電子探針分析,表明SiO2含量較高,屬酸性巖漿熔體;楚亞婷等(2016)對礦化斑巖中不同期次的玻璃質(zhì)熔體包裹體展開電子探針測試,顯示富堿高鉀貧硅含鋁的特征,并推斷含礦地幔流體性質(zhì)變化與熔流體不混溶作用有關(guān);Jian等(2021)選取小秦嶺脈狀金礦區(qū)內(nèi)含金石英礦脈中的富Au-Ag-Te 熔體包裹體,通過包裹體測溫、掃描電鏡和電子探針分析手段,發(fā)現(xiàn)富碲熔體包裹體中的金屬液滴能夠從流體中汲取金進(jìn)而導(dǎo)致富集成礦。相關(guān)研究顯示了電子探針分析方法在熔體包裹體研究中具有重要的作用。

        4.3 二次離子探針(SIMS)

        20 世紀(jì)80~90 年代,地質(zhì)學(xué)家開始使用離子探針(SIMS)對熔體包裹體展開成分分析。在真空下,使用直徑為10~30 μm 的一次離子束(如O-或Cs+)濺射包裹體樣品表面,利用質(zhì)譜儀收集和分析二次離子,最后通過法拉第杯或電子倍增器收集和測量經(jīng)過質(zhì)譜分離的二次離子強(qiáng)度,將其與標(biāo)樣對比,進(jìn)而獲得樣品的元素、同位素豐度和比值等信息(Kent,2008;Audétat et al., 2014)。SIMS 具有較高的空間分辨率(10~30 μm),除了可以測定主、微量元素,還能夠測量揮發(fā)性元素(H、C、F、S、Cl)、穩(wěn)定同位素(H、Li、B、O、C、S、Cl)特征,并且是第一個用來分析熔體包裹體Pb 同位素組成的分析技術(shù)(Zhang et al.,2020)。對于含量>(1~10)×10-6的元素,其分析精度一般優(yōu)于5%~10%,而對于含量更低的元素,分析精度為10%~40%(Kent,2008)。另外該方法對樣品的破壞性較小,剝蝕深度在2~5 μm,可以在測試后保留樣品做下一步分析(Cannatelli et al.,2016)。相對而言,其缺點在于:①樣品制備較為繁瑣,需要將包裹體拋光至表面;②分析效率較低,每次測試時間在30~90 min;③實驗結(jié)果受基體效應(yīng)影響較大。另外,在運用SIMS 對包裹體進(jìn)行成分分析時,內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)元素的選擇非常關(guān)鍵,通常使用電子探針測量熔體包裹體中的Si元素濃度作為其內(nèi)標(biāo)。

        目前國外研究人員已經(jīng)采用SIMS 開展了大量熔體包裹體微量元素含量等研究。例如,有學(xué)者利用玄武巖中橄欖石和斜長石斑晶中的熔體包裹體示蹤巖漿的起源與演化(Manfredo Capriolo et al.,2020)。Cooper 等(2020)利用CAMECA IMS-1270型SIMS 測試了島弧火山巖單斜輝石中熔體包裹體的揮發(fā)分、微量元素及B 同位素組成,探討了深部熔體來源。相比之下,目前國內(nèi)對于該方面的研究報道較少。張樂等(2019)應(yīng)用中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的CAMECA IMS 1280-HR 型SIMS 對夏威夷玄武巖中橄欖石捕獲的熔體包裹體進(jìn)行了分析測試,結(jié)果與全巖數(shù)據(jù)顯示了較好的一致性,證明了CAMECA IMS 1280-HR 型SIMS 可以作為分析熔體包裹體微量元素的有效工具,并建立了相應(yīng)的微量元素數(shù)據(jù)處理包SIMSTraElement,可以對SIMS 測試的微量元素數(shù)據(jù)進(jìn)行快速便捷處理。

        4.4 激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICPMS)

        使用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀方法(LA-ICP-MS)對單個包裹體原位分析的方法已有40余年的研究歷史(Bennet et al., 1980; Deloule et al.,1982;Tsui et al., 1979)。最早使用激光剝蝕系統(tǒng)與攝譜儀聯(lián)用分析剝蝕產(chǎn)物的光譜特征實現(xiàn)元素的定性-半定量分析,隨后與電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)和原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)等聯(lián)用對單個包裹體展開定量分析(Günther et al.,1998)。隨著激光剝蝕技術(shù)的發(fā)展,在21 世紀(jì)初期,學(xué)者們嘗試通過激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICPMS)對多相且未暴露至表面的單個熔體包裹體進(jìn)行成分分析,并全面總結(jié)了基本原則和數(shù)據(jù)分析方法(Halter et al.,2002;Pettke,2006;Mason et al.,2008)。目前,LA-ICP-MS 已成為分析單個熔體包裹體成分的前沿測試方法(Zhang et al., 2020)。值得一提的是,南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室建立了單個熔體包裹體LA-ICP-MS 微區(qū)分析方法,可以自主完成單個熔體包裹體成分?jǐn)?shù)據(jù)的測試,具備國際先進(jìn)水平的單個包裹體成分分析技術(shù)(倪培等,2021)

        LA-ICP-MS的工作原理為利用脈沖激光束對樣品表面進(jìn)行剝蝕,使之熔蝕氣化,形成氣溶膠,同時輸入惰性氣體(He 或Ar)作為載氣將剝蝕物質(zhì)傳送至電感耦合等離子體中快速離子化,再經(jīng)過質(zhì)譜儀,根據(jù)質(zhì)荷比進(jìn)行過濾,最后利用接收器的檢測系統(tǒng)對不同質(zhì)荷比的離子信號強(qiáng)度進(jìn)行分析,如此可獲得樣品成分的瞬時信號。LA-ICP-MS對于分析樣品微量元素具有較大的優(yōu)勢,元素周期表中除F、O、N、H及惰性氣體外的其他元素都可以用LA-ICP-MS進(jìn)行分析,但針對不同元素的檢測限差異很大(Kent,2008;Pettke et al.,2012)。考慮到激光斑束的特點,在選擇待測包裹體時要盡量選擇形狀接近于球形的包裹體,最佳包裹體尺寸為20~50 μm(郭偉等,2020),并且距主礦物表面適當(dāng)淺深度,以便激光可以將其完整剝蝕從而獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。另外,樣品切片的厚度盡量控制在100~200μm,避免包裹體片太薄導(dǎo)致激光打穿而破壞剝蝕池。

        目前應(yīng)用LA-ICP-MS 對單個熔體包裹體進(jìn)行成分分析的方法分為局部剝蝕和整體剝蝕2 種(孫賀,2014)。局部分析法與EPMA和SIMS類似,主要針對直徑較大、內(nèi)部成分均一且暴露于表面的熔體包裹體,測試過程中激光直接剝蝕到熔體包裹體,因此分析精度較高(優(yōu)于5%~10%)。另一種包裹體整體剝蝕的方法在分析結(jié)晶質(zhì)熔體包裹體時無需事先均一化,其工作原理是在測試過程中,激光首先照射在主礦物上,再穿透主礦物對其內(nèi)部熔體包裹體進(jìn)行剝蝕(圖5)。所以該方法所得到的信號是部分主礦物+熔體包裹體的成分,因此需要通過選擇合理內(nèi)標(biāo)測得主礦物在混合信號中的質(zhì)量比例,在數(shù)據(jù)處理時將主礦物的貢獻(xiàn)量扣除,才能得到更準(zhǔn)確的包裹體成分信息,這種方法的優(yōu)點是可容許的剝蝕深度大(可達(dá)100 μm),不需要提前均一熔體包裹體,避免了均一過程中發(fā)生的物質(zhì)泄露和損耗;缺點是該方法計算時容易引入誤差,所得數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度相比局部分析法較差(Pettke et al.,2012)。

        圖5 單個熔體包裹體(MI)的LA-ICP-MS分析示意圖(據(jù)Pettke et al.,2006修改)Fig.5 Sketch map showing the LA-ICP-MS analysis of a single melt inclusion(MI)(modified from Pettke et al.,2006)

        近年來,國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用LA-ICP-MS 分析單個熔體包裹體元素組成的報道與日俱增,孫藝等(2011)通過LA-ICP-MS 對不同巖相帶內(nèi)石英中的熔體包裹體進(jìn)行原位研究,證實了巖漿殘余富集和流體疊加對稀土元素配分的改造作用;Zhang等(2017)對美國Bingham Canyon 斑巖型Cu-Mo-Au 礦床中的單個熔體包裹體進(jìn)行原位分析,重建了成礦巖漿中金屬和硫的含量,并得出成礦巖漿中并不富含Cu 的結(jié)論;Chang 等(2020)運用LA-ICP-MS 對不同侵入體和不同寄主礦物中的熔體包裹體進(jìn)行整體剝蝕分析,并對所得數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)評估,結(jié)果表明相比其他分析方法,LA-ICP-MS 是目前獲得中基性深成侵入體中熔體包裹體內(nèi)未改造元素含量最直接有效的手段;劉曉陽(2022)對膠東地區(qū)與金成礦有關(guān)的中基性巖脈中的硫化物熔體包裹體展開LA-ICP-MS 原位微量元素成分測試,結(jié)果表明巖漿源區(qū)殼?;旌线^程中的物理化學(xué)變化導(dǎo)致硫化物熔體包裹體出熔,并對后期成礦起到了金屬預(yù)富集作用。

        4.5 顯微拉曼光譜(MRS)

        20 世紀(jì)70 年代中期,科研人員開始嘗試使用激光拉曼光譜(MRS)對流體包裹體展開測試(Delhaye et al., 1975)。隨著幾十年來地質(zhì)學(xué)家們的不斷探索,顯微激光拉曼已成為熔體包裹體化學(xué)分析的一種基本方法,通常用于測量熔體包裹體氣泡中的揮發(fā)分含量及子礦物相成分(Bodnar et al.,2020)。其工作原理是當(dāng)激光穿過待測樣品時,部分散射光頻率發(fā)生改變,這種現(xiàn)象稱為“拉曼散射”,其中改變了頻率的光譜稱為拉曼光譜。通常將光學(xué)顯微鏡與拉曼光譜儀聯(lián)用,使用高倍物鏡聚焦于包裹體樣品,對包裹體中的不同相態(tài)部分進(jìn)行定性和半定量分析(陳勇等,2006)。

        拉曼光譜具有空間分辨率高(1~2 μm)、低成本、無損且原位(與激光輻射反應(yīng)的樣品除外)、制樣簡單、不需要將包裹體拋光至表面的優(yōu)點(Chou et al.,2017),并且適用于花崗巖中的含水量較高的包裹體,其最優(yōu)條件下測H2O 的準(zhǔn)確度為±0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));其缺點在于,熒光效應(yīng)較強(qiáng),計算過程較為復(fù)雜,需要設(shè)定與待測樣品成分相近的標(biāo)樣(Muro et al.,2006;Severs et al.,2007)。在應(yīng)用拉曼光譜測定揮發(fā)分含量時需要注意,如果熔體包裹體中氣泡的密度較低,那么用其測定揮發(fā)分含量時要將包裹體和氣泡到樣品表面的距離控制在30 μm 內(nèi),以避免由于包裹體位置過深導(dǎo)致的拉曼信號弱,所得數(shù)據(jù)不佳(Cannatelli et al.,2016)。

        本世紀(jì)以來,中國學(xué)者通過拉曼光譜技術(shù)對熔體包裹體進(jìn)行了大量研究,Xie等(2009)對牦牛坪稀土礦內(nèi)石英和螢石中的熔體包裹體及共存的流體包裹體中的CO2、液相和子晶成分進(jìn)行了研究,結(jié)合測溫數(shù)據(jù)探討了成礦流體的起源和演化過程。另外,有學(xué)者分別對中國北方和長江中下游地區(qū)多個代表性矽卡巖型礦床中的熔體包裹體進(jìn)行了激光拉曼測試,結(jié)果表明包裹體內(nèi)固相成分與寄主礦物一致,認(rèn)為該類礦化矽卡巖為巖漿成因,矽卡巖巖漿為成礦提供了物質(zhì)來源(趙勁松等,2015;趙斌等,2017);趙巖巖等(2020)在湖北銅綠山銅鐵(金)礦床矽卡巖帶的熔融包裹體中檢測到石榴子石、方解石、赤鐵礦和水,推斷早期流體已經(jīng)富集了足夠的鐵。近期,有研究者通過拉曼光譜測試在橄欖石內(nèi)富CO2的熔體包裹體中發(fā)現(xiàn)了菱鎂礦子礦物,認(rèn)為其是寄主礦物橄欖石在特定溫度下與富CO2流體反應(yīng)而沉淀形成的次生礦物,論證了巖石圈地幔吸收了大量的CO2,是碳循環(huán)的“碳陷阱”(Xu et al., 2023)。另外,有國外學(xué)者首次提出將拉曼3D 成像新技術(shù)與X 射線熒光光譜儀和掃描電子顯微鏡聯(lián)合應(yīng)用,成功識別和測量出玻璃質(zhì)熔體包裹體中氣泡的成分分布特征,發(fā)現(xiàn)氣泡內(nèi)壁上的細(xì)小結(jié)晶相,這項研究表面對熔體包裹體中的收縮氣泡進(jìn)行三維識別有利于更準(zhǔn)確評估巖漿中的噴發(fā)前的揮發(fā)分含量(Schiavi et al.,2020)。

        4.6 熔體包裹體成分分析需要注意的問題

        (1)做微區(qū)分析前要提前熟知相關(guān)方法,不同方法對于所測包裹體的選擇要求也不同,研究人員應(yīng)明確自己的實驗需求,確定測試前包裹體樣品的切片方式、仔細(xì)篩選包裹體組合或單個包裹體以及是否需要將包裹體加熱至均一化等工作。

        (2)所有的微束技術(shù)都是相對的分析方法,對于EPMA、SIMS 等儀器,檢測根據(jù)已知元素豐度作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)是實驗順利進(jìn)行的先決條件,因此針對不同的分析技術(shù)和實驗對象,選擇合適的校正方法尤為關(guān)鍵。并且測試流程中涉及信號強(qiáng)度(束斑大小、頻率、強(qiáng)度)、分餾效應(yīng)、基體效應(yīng)等一系列信息干擾,研究人員要綜合考慮各種情況,對相應(yīng)干擾采取預(yù)防措施。

        (3)使用微區(qū)成分分析所得結(jié)果的不確定度和準(zhǔn)確性可能取決于許多因素,包括分析的元素、光束、分析條件和軟件及人為誤差等。例如,由于銅在硅酸鹽熔體中的擴(kuò)散速度很快,如果寄主礦物外界巖漿的銅含量發(fā)生了變化,則熔體包裹體將會和巖漿發(fā)生擴(kuò)散再平衡導(dǎo)致熔體包裹體內(nèi)部銅含量偏離初始值(Zhang et al., 2023)。因此在數(shù)據(jù)處理要格外注意。建議實驗人員將所得包裹體數(shù)據(jù)與全巖化學(xué)數(shù)據(jù)相對比,以保證實驗數(shù)據(jù)是可靠的。

        5 總結(jié)和展望

        國際上關(guān)于熔體包裹體的分析已走過幾十年的研究歷程,但中國的研究尚處于起步階段,尤其受制于分析技術(shù)和分析方法的薄弱。然而,熔體包裹體保存有原始的巖漿成分信息,并記錄了各瞬時的巖漿演化信息,在巖石成因研究中獨具優(yōu)勢,加強(qiáng)其研究對解決地球科學(xué)問題迫在眉睫。因此,系統(tǒng)梳理熔體包裹體的分析技術(shù)勢在必行。

        綜合國內(nèi)外研究進(jìn)展,針對熔體包裹體的系統(tǒng)分析總體可以分為3 個步驟:①在光學(xué)顯微鏡下對熔體包裹體進(jìn)行巖相學(xué)觀察,盡量選取大小適合(>10 μm)、形態(tài)近似球形、并且符合研究內(nèi)容所需的熔體包裹體進(jìn)行下一步測試;②熔體包裹體顯微測溫,通過一個大氣壓下的管式淬火爐、高溫?zé)崤_、高壓容器等對包裹體進(jìn)行加熱實驗使其內(nèi)部均一化,在獲取成巖成礦流體的溫度同時,便于展開其他實驗研究;③熔體包裹體成分分析,利用SEM、EPMA、SIMS 或LA-ICP-MS 對包裹體內(nèi)部組成進(jìn)行仔細(xì)篩查和甄別。

        隨著獲取單個熔體包裹體的主、微量成分的技術(shù)設(shè)備和方法不斷完備,該方法相比于全巖地球化學(xué)更為豐富的巖漿成分信息,揭示出傳統(tǒng)巖石地化手段難以識別的地質(zhì)過程信息,正日益成為探討巖漿起源和演化不可或缺的重要手段。尤其是精確測定熔體包裹體中同位素組成的工作方興未艾,目前已成功應(yīng)用SIMS 和LA-ICP-MS 開展了熔體包裹體中H、Li、B、C、O、S、Cl、Sr、Nd、Pb 同位素研究,在揭示地殼深循環(huán)、地幔源區(qū)不均一性、地殼巖漿混染過程等方面顯示出巨大潛力。另外,熔體包裹體是揭示巖漿揮發(fā)分含量(如H2O、CO2、F、S、Cl 等)至關(guān)重要的手段,在研究火山活動及其環(huán)境效應(yīng)方面正發(fā)揮著不可替代的作用,為深入認(rèn)識全球碳-水循環(huán)、氣候變化和生物滅絕事件等重大關(guān)切問題提供了新的視角。尤其值得注意的是,熔體包裹體可以提供珍貴的原始巖漿中成礦元素和重要絡(luò)合物含量信息,是研究成礦過程的有力手段。

        致 謝感謝主編及匿名審稿專家對本文提出的寶貴意見和建議,使得文章內(nèi)容得以提升。

        Chang H L and Huang H L.1998.Characteristics and origin of meltfluid inclusion[J].Bulletin of Geological Science and Technology,17(S1):36-39(in Chinese with English abstract).

        Kyle J R and Ketcham R A.2015.Application of high resolution X-ray computed tomography to mineral deposit origin, evaluation, and processing[J].Ore Geology Reviews,65(4):821-839.

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