地幔流体为C—H—O体系
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发布时间：2022-04-29 14:19
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时间：2023-10-10 05:49
众多分析资料表明，虽然不同地区的地幔捕虏体和金刚石中流体包裹体挥发分组成相当复杂，且各种挥发分的含量变化很大，但总体为C—H—O体系，其主要成分为CO2和H2O，同时含有少量CO、N2、He、Ar、H2S、SO2以及多种CH化合物。
目前在世界范围内的地幔捕虏体中发现的流体包裹体绝大部分都是CO2流体包裹体，CO2是这些流体包裹体中惟一或占绝对数量的挥发分种类。从图1-1可见，大部分地幔捕虏体的流体包裹体中CO2的密度具有较宽的变化范围，有时从CO2三相点的密度（1.18g/cm3）变化到低于临界点的密度（0.47g/cm3）。表1-2是中国东部玄武岩中地幔捕虏体流体包裹体挥发分组成，可见CO2在气相和液相中均是主要成分。另外，赫英等（1996）报道胜利油田火山岩中流体包裹体CO2在气相和液相中的摩尔分数分别为22.2%～72.7%和22.0%～72.2%；张铭杰等（1999）测得中国东部碱性玄武岩及其中的二辉橄榄岩捕虏体的流体组成中CO2分别变化于27.58%～91.87%和6.71%～80.48%之间。这些均表明，（CO2）是地幔流体的主要挥发分组成。
表1-2 中国东部地幔岩中流体包裹体气、液相成分
H2O是地幔流体中另一主要挥发分组成。地幔捕虏体中除角闪石、金云母等常见的含H2O矿物相外，近年来的研究发现橄榄石、辉石、石榴子石等名义上无H2O矿物相也含有一定的H2O（Bell and Rossman,1992）。从表1-2中可见，H2O也是地幔捕虏体流体包裹体的主要挥发分组成之一。赫英等（1996）和杨晓勇等（1999）的分析数据均显示，H2O也是玄武岩中流体包裹体的主要挥发分组成之一。
值得注意的是，与地幔捕虏体中以CO2为主的流体包裹体相比，以H2O为主的流体包裹体相对较少，目前只有Trial等（1984）在日本Ichinomegata捕虏体中发现了以H2O为主的CO2-H2O的流体包裹体，Schiano等（1995）在菲律宾岛弧Batan捕虏体中发现了由H2O+硅酸盐玻璃±含水分子矿物（金云母、角闪石）组成的流体包裹体。虽然Belkin and De Vivo（1993）在意大利的Vesuvius柱状喷出物的超镁质结核中也发现了含水的流体包裹体，但这些结核是亚岩浆房中聚集的产物，而不是地幔捕虏体。Andersen等（1984）在澳大利亚Bullenmerri and Gnotuk火山口捕虏体的橄榄石和辉石中以CO2为主的流体包裹体壁上发现了含碳酸盐和含氯角闪石的固体产物，由此认为：在地幔环境中流体与包裹体壁之间的反应使H2O从包裹体流体中移走，因而现存的以CO2为主的流体包裹体是反应后的残余流体。根据矿物反应：无水寄主矿物（橄榄石、辉石等）+H2O+CO2＝含水矿物相（角闪石、金云母等）+碳酸盐，Andersen等（1984）通过流体包裹体矿物的扫描电子显微镜观察和半定量的能散射线谱仪（EDS）的分析资料推断出初始流体包裹体中H2O的摩尔分数上限为15%。
图1-1 地幔捕虏体的流体包裹体中CO2的含量
：范围，口：集中区域；图中括号内的数字为资料来源编号，详见表1-1
表1-1 图1-1中原始数据的来源
从表1-3可见，CO2和H2O也是金刚石流体包裹体的主要挥发分组成，且不同地区、不同晶形金刚石流体包裹体中CO2和H2O含量有较大的变化范围，郑建平和路凤香（1994）的分析资料显示，我国辽宁复县50号金伯利岩岩管中的金刚石流体包裹体的CO2和H2O的摩尔分数分别为30.0%～79.9%和15.3%～52%,CO2/（CO2+H2O）值（摩尔比）介于0.5581～1.000之间；肖化云等（2001）的统计结果表明，大多数金刚石流体包裹体含包裹体总质量40%左右的H2O和CO2，其变化范围分别为（118～294）×10-6和（44～107）×10-6,H2O/（H2O+CO2）值（摩尔比）在0.6～0.8之间；路凤香（1996）的研究结果表明，C+H+O在大多数华北地台金刚石流体包裹体挥发分中占95%以上；在图1-2上，世界各地金刚石中的流体包裹体的挥发分组成大多数落于CO2—H2O—CH4成分三角区内。这些均表明，地幔流体最基本挥发分组成为C、H、O，总体为C—H—O体系。
表1-3 金刚石气相包裹体的成分及含量（%）
（据Ivamkin等，1988）
除CO2和H2O外，地幔捕虏体和金刚石流体包裹体反映出地幔流体挥发分组成中还存在少量CO、N2、H2S、SO2以及多种C—H化合物和He、Ar等稀有气体。在地幔条件下，CO是与地幔矿物平衡的C-H-O流体的重要组分。地幔流体中CO含量高低与氧化还原环境密切相关，且多与CO2和H2O的含量呈负相关关系，高温、低fo2的地幔流体中CO含量相对较高。Bergman and Dubessy（1984）利用拉曼探针在美国Nevada的地幔捕虏体的一条角闪石脉中检测到了CO的存在，摩尔分数达到8.5%～12%；Huraiova等（1991）在斯洛伐克Filakovske Sovace地幔捕虏体的流体包裹体中也发现了少量CO的存在。我国东部玄武岩中地幔捕虏体和世界各地金刚石流体包裹体挥发分组成中均含有一定量的CO（表1-2，表1-3）；赫英等（1996）和杨晓勇等（1999）在玄武岩的流体包裹体的气相成分中均检测出CO，个别样品CO的摩尔分数超过50%；张铭杰等（1999）测得中国东部碱性玄武岩及其中的二辉橄榄岩捕虏体的流体组成中CO摩尔分数分别为0.93%～12.52%和3.64%～48.40%。
图1-2 金刚石流体包裹体成分投点分布图
（转引自肖化云等，2001）
●中国金刚石中的气相流体；▲南非金刚石中的包裹体；△南非、博茨瓦纳及美国金刚石流体包裹体平均成分；■俄罗斯雅库特金刚石中流体包裹体平均成分；口俄罗斯Mir金刚石中流体包裹体平均成分
N2、SO2和H2S也是地幔捕虏体和金刚石流体包裹体中常见的挥发分组成（表1-2，表1-3）。Huraiova等（1991）首先直接测得斯洛伐克Filakovske Sovace捕虏体和巨晶流体包裹体中N2的摩尔分数为0.14%～0.38%；Andersen等（1995）在加那利群岛Lanzarote捕虏体的尖晶石和橄榄石中发现了N2和CO2-N2流体包裹体，N2在这些流体包裹体中的摩尔分数从0%连续变化到100%。Murck等（1978）在研究美国Red Hill、夏威夷Oahu和德国Eiffel地幔捕虏体流体包裹体的过程中，发现部分包裹体含少量的SO2和H2S（0.05%～0.10%）；Frezzotti等（1992）在加那利群岛Tenerife尖晶石二辉橄榄岩和方辉橄榄岩捕虏体的高密度富CO2流体包裹体中发现有1%～2%的SO2；赫英等（1996）和杨晓勇等（1999）均在部分玄武岩的流体包裹体的气相和液相成分中检测出N2、SO2和H2S，且其摩尔分数大都超过10%；张铭杰等（1999）的分析资料显示，我国东部碱性玄武岩N2、SO2和H2S的摩尔分数范围分别为0.32%～5.74%、3.05%～63.76%和0.00%～0.26%，其中地幔捕虏体N2、SO2和H2S的摩尔分数范围分别为0.26%～2.25%、0.05%～8.18%（浙江西垄二辉橄榄岩SO2摩尔分数高达40.79%例外）和0.01%～1.18%。
CH4是地幔捕虏体和金刚石流体包裹体挥发分中最常见的C—H化合物（表1-2，表1-3）。赫英等（1996）和杨晓勇等（1999）在我国东部玄武岩大部分流体包裹体的气相和液相成分中检测出CH4，其摩尔分数大都超过5.0%；张铭杰等（1999）测得中国东部碱性玄武岩及其中的二辉橄榄岩捕虏体的流体组成中CH4摩尔分数分别为0.00%～1.80%和0.15%～1.64%。与CO相似，地幔流体中CH4含量高低也与氧化还原环境密切相关，高温、低fo2的地幔流体中CH4含量相对较高。除CH4外，0'Reilly等（1987）报道在澳大利亚Victoria二辉橄榄岩捕虏体的流体包裹体中存在C2H6、C3H8、C4H10、C5H12和C6H14等C—H化合物；杜乐天等（1995）在我国大麻坪、辉南、汪清和蛟河等地二辉橄榄岩捕虏体的流体包裹体中也检测出C2H2、C2H4、C2H6、C3H6和C3H8等C—H化合物。地幔流体中这些C—H化合物的存在说明非生物有机质是原始地球的组成成分之一（张铭杰等，2000），同时为寻找非生物成因油气藏提供了重要依据。
