流体包裹体测定计算和分析(下)

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作  者 :
刘斌
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图书 > 行业职业 > 工业技术 > 冶金、地质
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  • 作 者: 刘斌
  • 出版社: 科学出版社
  • 出版时间:2018-06-01
  • 开 本:16开
  • 页 数:379
  • 印刷时间:无
  • 字 数:496000
  • 装 帧:精装
  • 语  种:语种
  • 版 次:1
  • 印 次:1
  • I S B N:9787030570208

目录

目录

前言
(上)
测定篇
第1章 流体包裹体形成机制、相态特征和有关的热力学性质 3
1.1 流体包裹体定义、形成机制和分类 3
1.1.1 流体包裹体定义 3
1.1.2 流体包裹体形成机制 3
1.1.3 流体包裹体分类 5
1.2 流体包裹体有关的相平衡和所属体系相态特征 6
1.2.1 相平衡和相律 6
1.2.2 相图 7
1.2.3 最常见无机成分体系流体包裹体的相态特征 9
1.3 流体包裹体研究的热力学基础 38
1.3.1 流体包裹体研究的三个基本前提 38
1.3.2 流体包裹体等容线 39
1.3.3 流体包裹体常用的状态方程 45
主要参考文献 85
第2章 流体包裹体显微测温原理、成分分析和年龄测定 90
2.1 流体包裹体显微测温原理 90
2.1.1 包裹体捕获后的相变行为 90
2.1.2 均一化测温的相变特征 91
2.1.3 冷冻法测温的相变特征 95
2.2 流体包裹体成分分析 99
2.2.1 成分分析概述 99
2.2.2 成分分析方法 100
2.2.3 包裹体离子成分分析总结和展望 101
2.2.4 包裹体成分分析流程 101
2.3 流体包裹体稳定同位素分析 102
2.4 流体包裹体绝对年龄测定 103
2.4.1 流体包裹体的Rb、Sr同位素年龄测定 104
2.4.2 流体包裹体40Ar、39Ar同位素年龄测定 104
主要参考文献 107
第3章 流体包裹体盐度的测定和计算 110
3.1 盐水(NaCl-H2O)包裹体 110
3.1.1 低盐度(0~23.3%NaCl)水溶液包裹体 110
3.1.2 中等盐度(23.3%~26.3%NaCl)水溶液包裹体 113
3.1.3 高盐度(>26.3%NaCl,含有NaCl子矿物)的水溶液包裹体 114
3.2 其他盐水(KCl-H2O、CaCl2-H2O、MgCl2-H2O)包裹体 116
3.2.1 图表计算法 116
3.2.2 计算公式 118
3.3 NaCl-KCl-H2O包裹体 122
3.4 NaCl-CaCl2-H2O包裹体 126
3.4.1 NaCl-CaCl2-H2O体系包裹体相变特征 126
3.4.2 NaCl-CaCl2-H2O包裹体测定计算 128
3.5 NaCl-H2O-CO2包裹体 130
3.5.1 NaCl-H2O-CO2包裹体相变特征 130
3.5.2 NaCl-CO2-H2O包裹体测定计算 134
3.6 其他三元盐水溶液包裹体 135
主要参考文献 136
第4章 简单体系流体包裹体体积、密度等参数的测定和计算 138
4.1 测定和计算方法概述 138
4.1.1 方法概述 138
4.1.2 单组分体系流体包裹体一般计算方法 140
4.1.3 两组分及多组分流体包裹体一般计算方法 143
4.2 H2O包裹体 143
4.2.1 H2O包裹体密度的计算 143
4.2.2 H2O包裹体体积的计算 146
4.2.3 H2O包裹体均一压力的计算 147
4.3 CO2包裹体 147
4.3.1 CO2包裹体密度的计算 147
4.3.2 CO2包裹体体积的计算 151
4.3.3 CO2包裹体均一压力的计算 151
4.4 CH4包裹体 151
4.4.1 CH4包裹体密度的计算 151
4.4.2 CH4包裹体体积的计算 155
4.4.3 CH4包裹体均一压力的计算 155
4.5 NaCl-H2O及其他盐水包裹体 155
4.5.1 NaCl-H2O包裹体密度的计算 155
4.5.2 H2O-NaCl及其他盐水包裹体 161
4.5.3 NaCl-H2O包裹体均一压力的计算 162
4.6 CO2-CH4(N2)包裹体 163
4.6.1 测定和计算的相变分析基础 163
4.6.2 流体体积、组成等参数的测定和计算 168
4.6.3 CO2-N2 及其他体系 174
4.7 CO2-H2O体系 176
4.7.1 包裹体相变分析和测定的热力学前提 176
4.7.2 CO2-H2O包裹体密度和体积的相图投影法 179
4.7.3 CO2-H2O包裹体密度和体积的计算法 184
4.7.4 计算程序框图 190
4.7.5 计算实例 191
4.8 NaCl-H2O-CO2包裹体 192
4.8.1 测定的热力学前提和计算的基本公式 192
4.8.2 密度和体积的相图投影法 194
4.8.3 NaCl-H2O-CO2包裹体密度和体积的准确计算法 197
4.8.4 计算步骤 199
4.8.5 程序框图 201
4.8.6 计算实例 202
4.9 NaCl-H2O-CH4包裹体 203
4.9.1 溶解度方程计算含挥发分盐水包裹体体积和密度的原理 203
4.9.2 NaCl-H2O-CH4体系包裹体溶解度方程式 204
4.9.3 NaCl-H2O-CH4体系包裹体状态方程式 204
4.9.4 计算步骤 206
4.9.5 计算程序框图 211
4.10 计算实例 211
主要参考文献 212
第5章 含多种挥发分盐水溶液包裹体体积、密度等参数的计算 214
5.1 气体水合物特征 215
5.1.1 气体水合物生成的热力学条件 215
5.1.2 气体水合物的相态平衡曲线 216
5.1.3 烷烃气体水合物的p-T稳定曲线和某温度范围的经验公式 219
5.2 气体水合物的拓扑图、测定过程中相态变化 220
5.2.1 气体水合物的拓扑图 220
5.2.2 包裹体中气体水合物测定过程中相态变化 222
5.3 气体水合物生成条件预测——气体水合常数计算 226
5.3.1 混合气体水合常数Ki 226
5.3.2 混合气体水合物特征 226
5.3.3 气体水合常数计算公式 227
5.3.4 包裹体中气体水合物的稳定温度、压力计算实例 230
5.4 利用气体水合物测定数值计算水溶液包裹体的含盐度 233
5.4.1 有关含盐度的图表 233
5.4.2 根据气体水合物最后熔化温度确定含挥发分盐水包裹体的含盐度 239
5.4.3 几种水溶液包裹体的含盐度计算公式 242
5.5 含挥发分盐水包裹体密度和体积计算原理 244
5.5.1 相平衡常数和相态方程计算方法概述 244
5.5.2 含挥发分盐水包裹体密度和体积计算假设和定义 245
5.6 挥发分相态充填度计算法 246
5.6.1 挥发分相态充填度计算方法概述 246
5.6.2 计算步骤 247
5.6.3 计算框图 249
5.6.4 计算实例 252
5.7 包裹体接近均一温度(Th)测定计算法 253
5.7.1 含多种挥发分盐水包裹体接近均一温度(Th)计算法原理 253
5.7.2 具体计算步骤 253
5.7.3 计算程序框图 255
5.7.4 计算实例 257
5.8 挥发分相态充填度和包裹体接近均一温度同时测定计算法 257
5.8.1 概述 257
5.8.2 计算步骤 258
5.8.3 计算程序框图 258
5.8.4 计算实例 258
主要参考文献 260
计算篇
第6章 流体包裹体及其主矿物共生平衡形成温度和压力计算 269
6.1 流体包裹体与主矿物共生平衡热力学基础 269
6.1.1 形成温度和压力热力学计算原理 269
6.1.2 形成温度和压力热力学计算方法 272
6.2 流体与主矿物不发生反应时的计算 276
6.2.1 流体包裹体状态方程与纯结晶主矿物单变平衡热力学方程联立的计算 276
6.2.2 流体包裹体状态方程与主矿物(固溶体)单变平衡热力学方程
联立的计算 281
6.2.3 流体包裹体状态方程与矿物温度计、压力计联立的计算 287
6.3 流体与主矿物发生反应时的计算 288
6.3.1 包裹体纯组分理想气体或液体参与矿物反应时的计算 289
6.3.2 包裹体纯组分实际气体或液相参与矿物反应时的计算 292
6.3.3 包裹体混合气体或液相参与矿物反应时的计算 294
6.4 自然界主要体系流体包裹体与矿物共生平衡热力学参数计算软件——Visual Basic程序 298
主要参考文献 299
第7章 流体包裹体逸度和氧逸度的计算 300
7.1 流体包裹体逸度的计算 300
7.1.1 流体包裹体逸度的基本概念 300
7.1.2 流体逸度和逸度系数定义式 302
7.1.3 逸度系数计算方法 303
7.1.4 混合物逸度计算 305
7.2 流体包裹体逸度的简化计算 309
7.2.1 流体包裹体逸度简化计算公式的推导 309
7.2.2 流体包裹体逸度系数公式 309
7.2.3 流体包裹体逸度计算实例 312
7.3 流体包裹体氧逸度的计算 314
7.3.1 流体包裹体氧逸度公式推导 315
7.3.2 含氧化学反应的逸度平衡常数(Kf) 318
7.3.3 流体包裹体氧逸度计算公式 321
7.3.4 公式误差 331
7.3.5 计算实例 332
主要参考文献 336
第8章 水溶液包裹体中pH、Eh的计算 338
8.1 包裹体中不同离子反应类型和四种类型离子反应平衡热力学计算 338
8.1.1 离子水溶液反应类型 338
8.1.2 四种类型离子反应平衡热力学计算 338
8.2 简单体系水溶液包裹体pH和Eh计算式的推导和计算实例 345
8.2.1 pH计算式 345
8.2.2 Eh计算式 353
8.2.3 应用注意事项 356
8.2.4 计算实例 357
主要参考文献 360
第9章 熔体包裹体活度方程在岩浆热力学平衡计算中的应用 363
9.1 硅酸盐熔体热力学特征 363
9.2 硅酸盐熔体活度-成分关系式 365
9.3 熔体活度反应 368
9.3.1 常见的熔体活度反应 368
9.3.2 特定组分活度反应 369
9.3.3 压力对熔体组分活度的效应 371
9.4 熔体SiO2、Al2O3活度方程式 373
9.4.1 缓冲剂反应和活度方程式 373
9.4.2 压力对活度的影响 375
9.4.3 温度对活度的影响 376
9.5 熔体包裹体活度方程在岩浆热力学计算中的应用 377
9.5.1 热力学条件计算方法 377
9.5.2 计算实例 378
主要参考文献 381
(下)
第10章 不混溶流体包裹体特征和热力学参数的计算 383
10.1 流体的不混溶性、不混溶流体包裹体组合及其类型 383
10.1.1 流体的不混溶性 383
10.1.2 不混溶性流体包裹体组合及其类型 385
10.

作者简介

刘斌,教授,男,1941年生,江苏人,1965年南京大学毕业,现同济大学工作后退休,中国矿物岩石地球化学学会包裹体委员会第5~8届委员和副主任。2016年获得该专业委员会终身成就奖。
主要研究成果:①理论研究。建立包裹体捕获热力学、不混溶流体包裹体、复杂油气包裹体热力学参数准确计算方法,建立包裹体区域热力条件、势能计算、FIP应力场分析新途径。②实际测定。对我国南北板块俯冲带、东部和汶川地震断裂带、主要油气田和矿床中包裹体进行测定研究。③数值处理。探索有限元、分形分维、小波、人工神经网络等现代数值分析在包裹体中应用。④软件开发。编制我国首套流体包裹体热力学参数等VB软件,并获得国家版权局专利。⑤著作论文。专著7本,核心刊物论文近百篇。

精彩内容

    第10章 不混溶流体包裹体特征和热力学参数的计算
    10.1 流体的不混溶性、不混溶流体包裹体组合及其类型
    10.1.1 流体的不混溶性
    许多研究表明,无论是自然界的地质作用,还是人工合成材料的过程,在固体之间的流体介质中都起着重要的作用。然而,在这些作用过程中,流体介质的相态十分复杂,有时以单相流体存在,但常常以多相流体出现。人们将在某一种体系中具有两种或更多种流体相互相组合而共存的现象,称为流体的不混溶性(Roedder and Coombs,1967)。
    自然界流体不混溶现象不但普遍存在,而且十分复杂。作为纯组分在常温下出现气相和液相共存的现象为人们所熟知。另一种常见的现象是,在较高温度、较低压力条件下发生的沸腾现象,它具有液相和沸腾蒸发的气相共存的不混溶性质(图10.1)。
    图10.1 不同相态充填度的不混溶流体包裹体组合
    左上角图中为两个端元组分包裹体对,左边为含小气泡的液相包裹体(均一成液相);右边为大气泡的气相包裹体(均一成气相);两种包裹体的均一温度相同
    对于不同组分流体,各组分气液分离程度不一,互相溶解程度各异,因此它们存在的相态变化更加复杂。以两种组分为例,它们的不混溶流体相态特征,在温度-压力图中,可分为8 种类型(图10.2)。由图中可以看出,8 种不混溶流体类型不但相态组合、温度压力范围有所不同,而且临界曲线连续形态和其他性质也有所差异。
    图10.2 两组分8 种不混溶流体类型p-T 示意图
    资料来源:Diamond,1996,转引自Koaynenbury et al.,1980
    图中实线表示纯组分气-液平衡曲线;虚线为两相共存临界曲线,阴影部分为不混溶流体区,白色部分为均一流体(在低温高压下似液相,在高温低压下似气相,其中固体相忽略)。类型(a)~(h)是p-T 关系拓扑图,包含类似自然界流体的液-液不混溶
    虽然自然界流体不混溶现象十分复杂,但是它们的成分种类在大多数岩石中属于C-O-H-S-NaCl 类体系,这种体系存在的物种主要为H2O、CO2、CO、H2、CH4、H2S、SO2、N2、NH4、NaCl 盐类等。一旦了解了这些流体种类和组合不混溶性质,就可以描述大多数地质作用形成时的热力学状态。
    矿物中流体包裹体是捕获矿物周围流体介质而形成的,根据包裹体捕获时周围流体相态的不同,将它们分为两种类型:一类为从均匀流体相中捕获的,称为“正常”包裹体;另一类为从不均匀流体相中捕获的,称为“异常”包裹体(Roedder,1984)。
    长期以来,人们一直利用“正常”包裹体的显微测温资料来了解流体密度、含盐度、形成温度、压力、氧逸度等热力学信息。对于那些“异常”包裹体的显微测温数据,由于解释上遇到了困难,甚至发生错误,往往舍弃不用。随着包裹体的深入研究,发现自然界有越来越多的“异常”包裹体存在。正确分析这类包裹体的测定数据,有助于更全面、更深入地了解地质作用过程。
    10.1.2 不混溶性流体包裹体组合及其类型
    地壳中流体不混溶现象十分普遍。许多证据和实验资料表明,地球深部不同成分熔融岩浆中存在不混溶现象。岩浆结晶期间,晶体粒间的残余熔浆和气-液物质共存。断层作用、沉积作用和变质作用过程中各种不同气-液物质不混溶相态同时出现也十分普遍(Roedder,1984)。人们将这些接近不混溶和部分不混溶,并且具有明显相界限的非均匀复相流体,以及具有明显密度差异的非均匀连续流体称为不混溶流体。当矿物从这种流体介质中同时捕获相体积比不同或者密度各异的一组包裹体时,这种包裹体组合称为不混溶流体包裹体组合。
    自然界各种岩石、矿物中,许多人工合成材料内的不混溶流体包裹体组合很多,本书仅列举简单而常见的几种组合。
    1. 熔体-气相(M-V)或熔体-液相(M-L)不混溶流体包裹体组合
    地壳内岩浆分异结晶过程中,不但有硅酸盐熔融体存在,而且有非硅酸盐熔融体和气-液物质的分异,如基性、超基性和富碱质岩浆中常常分离出碳酸盐、硫化物熔融体。岩浆中矿物结晶时除了捕获残余熔体外,还常常捕获碳酸盐熔体分异的CO2 成分;在酸性岩浆中结晶的矿物,也常常捕获花岗质残余熔体、水盐熔体(hydrous saline melt)及富盐水的气-液物质。
    2. 气相-液相(V-L)或液相-液相(L-L)不混溶流体包裹体组合
    这种组合类型十分常见,主要包括以下几种。
    1)水蒸气-盐水(或纯水)[V-L(MCl+H2O),V-L(H2O)]
    由于盐类在水蒸气中的溶解度比与之共存的水中的溶解度低得多,当含盐水溶液发生沸腾时,会产生一种较低盐度的气相和共存的较高盐度的水溶液相(Bodnar and Sterner,1985)。按照水中盐溶解量的多少,可以分成几种情况。第一种,水溶液中盐类含量极少,这时可把它作为纯水看待,出现水蒸气与几乎为纯水的两相共存,从这种流体介质中捕获的包裹体为水蒸气-水的不混溶流体包裹体组合。第二种,水中溶解有低-中等数量的盐类,属于不饱和盐水溶液,并与低盐度水蒸气共存,由此产生水蒸气加低-中等盐度卤水不混溶流体包裹体组合。第三种,水中盐类含量很高,为过饱和溶液,溶液中有固态盐类晶体出现,这时捕获的包裹体为低盐度水蒸气加高盐度卤水不混溶包裹体组合(Bischoff,1991)。
    2)CO2-H2O(或盐水)[CO2-H2O,CO2-L(MCl+H2O)]
    由于CO2 和H2O 的分子物理性质差别很大,它们通常在365℃和250MPa 以下以不混溶状态存在(图10.3);在这区间中捕获的包裹体为CO2+H2O 不混溶流体包裹体组合。另外在400~450℃和很高压力(>1000MPa)时,在CO2-H2O 体系中又有一个不混溶区,这时也可出现CO2 和H2O 的不混溶流体包裹体组合。
    图10.3 CO2和H2O不混溶流体的p - xCO2 相图
    资料来源:Takenouchi and Kennedy,1964,1965
    然而,各种地质环境中纯水很少出现,水中或多或少地溶解有不同数量的盐类。随着盐度的增加,CO2 在盐水中的溶解度大大降低;另外,盐类在CO2 中的溶解度也很低,导致CO2 和盐水之间的不混溶温压区域范围大大扩展。该体系在100MPa 以上和300~800℃有一个两相区,由富CO2 气相与盐水溶液共存(Takenouchi and Kennedy,1964,1965)。因此自然界中常常出现几乎纯CO2 和盐水的不混溶流体包裹体组合(图10.4)。
    图10.4 CO2 和H2O-NaCl 不混溶流体的p-T 相图
    资料来源:Diamond,1996
    3)烃类-盐水[HHC-L(MCl+H2O)]
    本组合类型可分为以下两种情况。
    (1)气态烃-盐水[V(HHC)-L(MCl+H2O)]。气态烃是含1~4 个碳原子的烃类,自然界中以饱和烷烃为主要成分,其中以CH4 含量优选。它们在盐水中的溶解度很低,因此气态烃与盐水常以不混溶相态共存。如果水溶液中盐类含量较低,近于纯水成分,这时气态烃有部分溶解于水,呈部分混溶的两相态,因而产生富气态烃的气相和富水的液相共存的包裹体组合。
    (2)液态烃-盐水[L(HHC)-L(MCl+H2O)]。液态烃是含5~16 个(或以上)碳原子的烃类,主要有两种类型,一种以轻烃为主要成分,另一种以重烃为主要成分,它们在盐水中或纯水中的溶解度较低,因此往往呈不混溶相态与盐水或纯水共存。由此产生轻烃加盐水和重烃加盐水两种不混溶流体包裹体组合。
    4)气态烃-液态烃[V(HHC)-L(HHC)]
    在地下深处高压条件下,当气态烃较多,以致气体不能全部溶解于液态烃时,会出现气态烃和液态烃部分混溶的现象,因此可以产生气态烃+轻烃,以及气态烃+重烃不混溶流体包裹体组合。
    5)其他不混溶流体组合
    特别是在低温条件下,流体不混溶状态十分复杂,可以有很多不混溶相态出现,如烃类-CO2、烃类-H2S、CO2-H2S、H2S-H2O、气态烃-液态烃-盐水等(图10.5)。
    图10.5 CO2-H2S、CO2-CH4、H2S-CH4 体系不混溶流体的p-T 相图
    资料来源:Guilhaumou,1982;Touray and Guilhaumou,1984
    (a)H2S-CO2 体系;(b)CO2-CH4 体系;(c)H2S-CH4 体系。虚线为两相共存临界曲线;细实线为纯组分气-液相平衡曲线;粗实线为含固相平衡曲线

内容简介

    本书是作者在吸收多年来国内外流体包裹体研究精华的基础上,总结流体包裹体**研究成果编写而成。本书分为三个部分,第一部分为测定篇,主要介绍流体包裹体测定和计算的基本热力学原理;显微测温、成分分析和年龄测定的基本方法;盐度测定;简单体系流体包裹体的热力学参数测定和计算;气体水合物测定和复杂体系流体包裹体的热力学参数测定和计算。第二部分为计算篇,主要介绍流体包裹体捕获条件下热力学参数计算方法,包括形成温度、压力、熔体活度、流体逸度、氧逸度、水溶液pH和Eh等;不混溶流体包裹体特征和三种类型不混溶流体包裹体组合的判别、鉴别和计算;烃类(油气)包裹体均一化和捕获时热力学条件的计算;流体包裹体动力学条件计算;流体包裹体迹面表征参数的测定、断层应力参数分析和构造应力场的数值模拟。第三部分为分析篇,主要介绍有限元分析在流体包裹体中的应用;分形理论和流体包裹体迹面分维测定;小波分析在流体包裹体中的应用;人工神经网络系统分析在流体包裹体中的应用。

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