基本介紹
- 中文名：包裹體
- 外文名：inclusion
- 研究方法：均一法、爆裂法和淬火法
- 分類：原生、假次生和次生包裹體；
- 學科：固體物理學
- 套用：成岩成礦理論
包裹體系及其研究現狀,分類,研究方法,套用,
包裹體系及其研究現狀
包裹體系指晶體生長過程中界面所捕獲的夾雜物，它可能是晶體原料中某一過量組分形成的固體顆粒，也可能是晶體生長中坩堝材料帶入的金屬微粒或者其它雜質的微粒。 包裹體是一種體缺陷，一方面包裹體本身將嚴重影響晶體質量，如造成光散射，或者吸收強光引起發熱、熔化、氣化，產生應力集中而使晶體碎裂； 另一方面，由於包裹體的熱膨脹係數一般說來與晶體不同，在晶體生長的冷卻過程中產生體內壓印，將導致大量位錯的形成。
關於體內壓印形成位錯的機制可以用經典彈性力學來處理。 在冷卻過程中晶體與包裹體之間由於存在熱膨脹係數的差異而產生體積失配，這種失配量隨著溫度的降低而增加。 Mott和Nabarro在1940年首先提出尺寸效應模型，並且計算了晶體與包裹體之間因體積失配所產生的彈性應力。 隨著冷卻過程中失配量的增加，彈性應力也相應增加。在這種彈性應力的作用下，晶體中將形成一串同軸稜柱位錯環，這種位錯組態的幾何特徵是一串位錯環位於以Burgers矢量為母線的稜柱面上，而該稜柱面即位錯環的滑移面。Jones和Mitchell在生長AgCl晶體時放入了玻璃小球模擬包裹體，發現了在小球鄰近沿滑移方向產生了同軸稜柱位錯環。
近年來在GGG和YAG晶體中還觀察到以包裹體為中心的同心位錯環（如圖1所示）。由於在氧化物晶體中滑移比較困難，因此在高溫生長時造成的大量過飽和空位使稜柱位錯環以攀移的方式擴張出去，以鬆弛包裹體的應力場。包裹體嚴重地影響晶體的質量，在晶體生長過程中應採取各種措施，不讓包裹體出現在晶體中。
圖1 GGG晶體中的同心位錯環分類
按它與主礦物形成的時間關係，可分為原生、假次生和次生包裹體；按其含有物的物理狀態，可分為岩漿包裹體和流體包裹體，後者又可按氣液比分為氣相包裹體（氣液比>50%）和液相包裹體（氣液比<50%）；按相態數分為單相、兩相和多相包裹體；按成分分為高鹽度、低鹽度、含二氧化碳、硫化氫以及含有機質包裹體等。
研究方法
包裹體研究的基本方法，除光學顯微鏡觀察外，溫度的測定用均一法、爆裂法和淬火法；鹽度的測定用冷凍法；氣相成分的測定主要用雷射拉曼探針、氣相色譜和質譜；液相成分的測定主要用離子色譜、原子吸收光譜和雷射拉曼探針；固相成分的測定主要用電子探針和掃描電鏡；同位素組成的測定用質譜計和離子探針。
套用
通過礦物中的包裹體，除研究成岩成礦物質的相態和相變外，還可提供下列參數：溫度，壓力，成分，同位素（氫、氧、碳、硫、氬和鍶），酸鹼度（pH），氧化還原電位（Eh），氣體分壓（或逸度），鹽度，密度、黏度以及火山岩形成的年齡。在上述參數中，只有溫度（需經壓力和成分校正）、成分、同位素和年齡是直接測定的，而其他則用包裹體測定的某些數據，按有關體系的相圖或熱力學公式進行估計或計算。
包裹體研究主要套用於成岩成礦理論研究、找礦勘探、古氣候研究、寶石鑑定和核廢物處置庫場地的安全評價等方面。在成岩成礦理論研究方面主要著重於：劃分礦床成因類型和成礦階段，再造成礦過程的演化歷史；查明熱液來源、熱液上升原因、運移方向、成礦物質的搬運形式和沉澱富集機理；判斷溶液的物理狀態，是冷液還是熱液成礦，是氣相還是液相，是否存在臨界狀態、溶液的不混溶性和沸騰現象；確定成礦溶液的溫度、壓力、成分、同位素、鹽度、氣體分壓、pH、Eh和密度等。此外，包裹體研究還有利於解決下列問題：在火成岩和變質岩地區，有時可了解上升剝蝕區的溫壓變化，辨認侵入岩、次火山岩和火山岩以及隱爆和爆發火山岩；在沉積岩中起指紋印作用，有助於鑑別岩屑顆粒的來源。在找礦勘探方面主要套用於熱液礦床和油氣礦床的尋找。利用包裹體分散流、次生分散暈和原生分散暈，按不同比例尺可尋找熱液礦化的遠景區、遠景地段和盲礦體。現今所用的方法有氣暈、蒸發暈和熱暈。包裹體研究有助於查明油氣生成條件、油氣層類型、演化程度、遷移時代以及提供油氣區域評價和勘探等方面有關資料。洞穴中的包裹體可提供古氣候和古溫度資料。在寶石礦的勘探、寶石鑑定、確定寶石來源以及鑑別天然寶石與人工合成寶石方面包裹體均有重要意義。包裹體研究還能為確定核廢物處置庫場地岩鹽中的流體成分、流體運移規律以及材料抗腐蝕等方面提供科學依據。
