流体包裹体是研究存在于矿物和岩石包裹体中的古流体，对包裹体均一温度的测定可以获得流体被捕获时的温度下限。在测量均一温度的过程中，升温使得流体包裹体内压增大，特别是富气相和高盐度的流体包裹体在加热到均一的过程中会产生很高的内压，从而导致包裹体发生拉伸变形或爆破而使得测定的包裹体均一温度产生误差或由于爆裂而无法获得均一温度数据，阻碍了对热液、火成、中高级变质环境中包裹体的研究。热液金刚石压腔(HDAC)可以在加热包裹体的同时通过水等介质对包裹体施加外压，从而减弱包裹体的拉伸变形或爆裂(Schmidt et al.，1998)，以获得较为准确的均一温度。

热液金刚石压腔(HDAC)可承受1000℃、10 GPa(Bassett，2003；周义明，2003)。金刚石压腔在加热时可对置于其中的流体包裹体施加特定的外压，因此可以利用热液金刚石压腔研究外压对包裹体均一温度的影响机制，如果施加的外压与包裹体达到均一温度时的内压一致，即弹性应力对t_h(L-V)的作用接近于零(Schmidt et al.，1998)，不但可以防止包裹体爆破，而且可以准确的获得流体包裹体的均一温度。目前利用金刚石压腔研究外压对包裹体均一温度影响程度的主要研究工作有以下进展：合成条件为500℃，400MPa的包裹体，均一温度的理论值应该为227.6℃，然而不同外压和常压下的均一温度数据相差约15℃；对于组分为H₂O+40%NaCl_(wt)，H₂O+40%NaCl_(wt)+10%CO_2(mol)，H₂O+20%NaCl_(wt)+20%CO_2(mol)体系的包裹体，常压下测定的均一温度和在金刚石压腔中测定的均一温度相差几十度(Schmidt et al.，1998)；对于天然的H₂O+NaCl+CO₂包裹体，当外压从242.4MPa变化到114MPa时，均一温度对应的从214.8℃升高到216.4℃(Darling and Bassett，2002)；利用金刚石压腔还测得了Adirondack山的有很高内压的富水富气相包裹体的均一温度(Bassett，2003)；李盛虎博士利用热液金刚石压腔测定川西甲基卡矿床中的不同外压下天然包裹体均一温度，对于H₂O+NaCl和H₂O+NaCl+CO₂体系包裹体测得dt/dp(℃/10⁸Pa)分别为5.6、1.5(数据暂未发表)。

合成流体包裹体以Roedder(1985)的研究作为理论依据，沿用Sterner和Bodnar等人合成流体包裹体的方法，相继又有一些人做了一些不同体系和不同浓度的合成包裹体。合成流体包裹体的合成类型主要包括以下：不同密度的纯水、低盐度的H₂O-NaCl、H₂O-CaCl₂、H₂O-KCl、H₂O-CO₂(Sterner和Bodnar，1984；Bodnar et al.，1985；Knight and Bodnar，1989)；H₂O-NaCl(Bodnar et al.，1985)；H₂O-NaCl-KCl(Sterner et al.，1988)；H₂O-NaCl-CaCl₂(Vanko et al.，1988)；临界H₂O-NaCl(Becker et al.，2008)；H₂O-NaCl-CO₂(Schmidt and Bodnar，2000)；H₂O-CH₄(Lin and Bodnar，2010)；H₂O-NaCl-FeCl₂(Lecumberri et al.，2015)；同时对合成流体包裹体的p-V-t-X和相平衡做了相应的研究。合成包裹体实验说明包裹体圈闭的流体与呈现在包裹体形成时的均一流体相一致(Shelton and Orville，1980)，因此可以用合成流体包裹体作为研究天然流体包裹体的样本。

由于传统的方法是在常压下测定包裹体的均一温度，急需研究包裹体外压条件下均一温度与常压下的均一温度的不同，本研究在前人已有工作的基础上，结合高压釜、热液金刚石压腔、冷热台等实验仪器，开展对比外压对合成和天然流体包裹体均一温度影响的实验工作，探讨外压对流体包裹体均一温度的影响机理，获得更准确的包裹体的均一温度数据。

本实验研究分为2个主要部分：流体包裹体的合成和热液金刚石压腔(HDAC)中流体包裹体不同外压下均一温度的测定。

合成流体包裹体以Roedder(1985)的理论作为依据，沿用Sterner和Bodnar(1984)的方法，即将不含包裹体的天然石英柱通过加热并快速淬火来产生微裂隙，然后再在一定的温度和压力条件下捕获特定组分的流体并愈合，从而产生含有特定流体组分的合成包裹体。实验中的石英柱取自于天然的不含包裹体的石英，尺寸为长约1cm、宽约3mm的四方石英柱。石英柱通过热冲击产生微裂隙，即将石英柱放在350℃马弗炉里恒温3h，然后迅速将石英柱放入到过冷的去离子水中使其产生裂隙。实验证明，350℃可以使石英柱产生较多的裂隙且石英柱不至于裂解，带裂隙的石英柱需要在150℃的真空烘箱中恒温24h使其烘干。

取长度约6.5cm内径4.5mm的圆柱形金管并将一端焊封，然后将烘干的石英柱、特定体系的流体组分、过量的石英粉按照装样顺序装入金管中，然后将另一端焊封。将焊封好的金管放在干燥箱中24h，温度为110℃进行查漏，确定没有泄露(两次称量相差小于1mg)后，将两头都焊封好的金管放入RQV-内冷淬火高压釜中，设定合适的温度、压力，在高压釜中恒温十天使带裂隙的石英柱捕获预定的流体组分，然后淬火并取出石英柱，将石英柱磨成厚度小于250μm的包裹体薄片。

HDAC是Bassett在1993年为模拟地壳温压条件下的地质作用而设计的(Bassett et al.，1993)，尤其适用于观测水或其他流体与地质样品之间的相互作用，HDAC可对-190～1200℃，0～10 GPa的热液体系进行实验，并可在实验温压条件下，用各种先进的光学方法(拉曼、同步辐射等)原位分析样品，更可以把实验的全程录像存档(周义明，2003)。HDAC的腔体是由上下金刚石顶砧和垫片构成的，垫片的材质通常为铼或者不锈钢，为防止金刚石被氧化，在加热到较高温度(>200℃)时通常需要开保护气(Ar2％～4%)。在使用之前需要对HDAC的热电偶进行温度校正，利用NaCl、NaNO₃的熔点校正热电偶，显示温度与实际温度相差小于1%，能满足实验要求；同时此次实验中包裹体的盐度是利用型号为Linkam CAP500的冷热台来测定的，测定盐度前对冷热台进行温度校正，校正采用人工合成的H₂O-CO₂和临界密度的纯水包裹体来校正，校正结果显示，理论与实际的温度相差在1%以内，可以满足实验的要求。

本实验HDAC的型号为Type V，垫片的材质为铼，铼片孔的厚度和直径分别为：250μm、800μm，通过计算得出未加压时铼片孔与金刚石压砧之间的体积为0.1256mL，腔体内压力可以通过水的状态方程来计算(Haar et al.，1984)。实验前，对于合成包裹体应首选生长包裹体较多的裂隙，然后选择包裹体的生长方向与包裹体薄片平行的包裹体并且尺寸较大的，然后在双目镜下用小刀将包裹体切下；对于天然的样品，可以直接用钢针将含有较多包裹体的小区域取下，然后再用小刀切割到可以放入金刚石压腔中的尺寸；样品准备完毕后，将样品和超纯水放入金刚石压腔中，然后密封加压。

在加热实验时，首先应该记录金刚石压腔中气泡和水的大概比例，从而可以确定压腔中的水均一时的相态，然后再对金刚石压腔进行加热，加热过程中记录压腔中水的均一温度和包裹体中流体的均一温度；实验结束后，通过调整上盖的螺丝可以调整金刚石压腔中的气泡和水的比例，再次密封重复上述过程，记录在不同的外压下包裹体的均一温度变化情况。实验结束后，统计不同外压下包裹体的均一温度的变化情况。

临界密度的纯水包裹体是在温度、压力分别为650℃、100MPa，时间为7天的条件下合成的。包裹体取出后在常压下测得包裹体的均一温度为373.5℃，均一到液相，理论值为374.15℃，实测值与理论值相差0.65℃，包裹体的均一压力约为22MPa。同时，在HDAC中70MPa和110MPa的外压下，对包裹体均一温度的测定结果显示，均一温度随外压的增大而减小，计算得出包裹体均一时的密度从常压的0.38 g/cm³增加到0.42 g/cm³。通过对纯水包裹体在常压下的测温结果和不同外压下包裹体均一温度的测定可以看出，包裹体的均一温度随着外压的增大而减小，对比Schmidt等(1998)的密度为0.8286g/cm³纯水包裹体的实验结果，包裹体的均一温度同样表现为随外压的增大而减小。实验数据见表 1和图 1，其中虚线代表包裹体均一温度仅由石英的摩尔体积变化所导致的包裹体均一温度的变化，其根据不同的温压条件下石英的摩尔体积不同导致包裹体均一温度不同所画出的，由石英的状态方程计算(Hosieni et al.，1985)得出，其中假定流体包裹体的体积变化仅与一定温度、压力条件下石英的摩尔体积相关，图 2中的虚线(两条虚线分别为A、B包裹体的模拟曲线)的计算方法与图 1中的虚线是相同的。

表 1

表 1 纯水包裹体在不同外压下均一温度数据 Table 1 Homogenization temperatures of pure H2O fluid inclusions under different external pressures 序号 水均一温度/℃ 水密度/(g/cm3) 外压/MPa 包裹体均一温度/℃ 1 0.1 373.5 2 311.6 0.68725 69.2 372.7 3 280.5 0.74955 113.8 371.2 注：水均一温度系指金刚石压腔中作为传压介质的水的均一温度；水密度系指金刚石压腔中传压介质水均一时的密度；外压为纯水包裹体均一时的外压。

表 1 纯水包裹体在不同外压下均一温度数据 Table 1 Homogenization temperatures of pure H2O fluid inclusions under different external pressures

图 1

图 1 纯水包裹体均一温度随外压变化散点图 Fig. 1 Homogenization temperatures versus external pressures of pure H2O inclusions

图 2

图 2 盐度为18.72%NaCleqv的H2O-NaCl体系的 包裹体均一温度随外压变化散点图 Fig. 2 Homogenization temperatures versus external pressures for fluid inclusions with a composition of H2O+18.72%NaCleqv

对于H₂O-NaCl体系人工包裹体的合成条件为600℃、100MPa，时间为10天。通过在型号Linkam CAP500的冷热台下对包裹体的冷冻实验，测得包裹体冰点为-15.1℃，利用冰点和盐度的关系方程w(NaCl%)=0.00+1.78θ-0.0442θ²+0.000557θ³计算得到包裹体的盐度为18.72%NaCl_eqv(Bodnar，1993)。实验针对编号为A、B(图 3)的包裹体分别进行了不同压力下的测温实验。

图 3

图 3 H2O+18.72%NaCleqv体系的合成流体包裹体 Fig. 3 Synthetic fluid inclusion containing H2O+18.72%NaCleqv system

表 2

表 2 不同外压下H2O+18.72%NaCleqv体系的 合成流体包裹体均一温度数据 Table 2 Homogenization temperatures of synthetic fluid inclusions with H2O+18.72%NaCleqv under different external pressures 序号 水均一温度/℃ 水密度/(g/cm3) 外压/MPa 包裹体均一温度/℃ A1 0.1 422.2 A2 330.0 0.64087 85.5 416.9 A3 312.7 0.68473 110.6 416.0 A4 223.3 0.83600 287.2 413.2 A5 173.8 0.89354 408.5 413.1 B1 0.1 421.0 B2 330.0 0.64087 85.0 416.3 B3 312.7 0.68473 110.6 416.1 B4 223.3 0.83600 285.7 412.2 B5 171.8 0.89561 407.6 409.6 注：A1-A5和B1-B5分别代表包裹体A、B的5次不同的实验。

表 2 不同外压下H2O+18.72%NaCleqv体系的 合成流体包裹体均一温度数据 Table 2 Homogenization temperatures of synthetic fluid inclusions with H2O+18.72%NaCleqv under different external pressures

对于盐度为18.72%NaCl_eqv的H₂O-NaCl体系的包裹体，其临界温度、压力、密度分别为552.4℃、69MPa、0.64 g/cm³(http://models.kl-edi.ac.cn/fluidinc/h2o_nacl/calc.php)，而对于此包裹体中气体所占比例为48.15%，气液比例约为1︰1。对于在本次实验条件(600℃、100MPa)下合成的H₂O-NaCl体系的包裹体，通过包裹体的均一温度可以得出包裹体均一时的密度为0.73～0.76 g/cm³，包裹体均一到液相，均大于此盐度包裹体的临界密度，均一时的压力在27～31MPa，而气体占比为38％～42%，都小于48.15%。由不同外压下测定的包裹体的均一温度可以看出，均一温度随外压的增大而减小，当外压足够大时，外压的增大对包裹体的均一温度影响似乎有减小的趋势，主要是因为石英有更高的压缩强度相对于拉张强度(Sterner and Bodnar，1989)，从而可以使得石英包裹体在较高的外压作用下而不发生较大的体积变化，更不会发生包裹体被压破的现象。总之，结合密度为0.8286 g/cm³的纯水包裹体和盐度为18.72%NaCl_eqv的H₂O-NaCl的包裹体在不同外压下包裹体均一温度的数据，可以得出当包裹体均一时的密度大于其临界密度时，包裹体的均一温度随外压的增大而减小(图 4)。

图 4

图 4 H2O-CO2体系包裹体均一温度随外压变化散点图 Fig. 4 Homogenization temperatures versus external pressures for H2O-CO2-bearing fluid inclusions

本文中流体包裹体样品来自玉龙铜矿。包裹体显微测温表明，斑岩铜矿成矿期流体均一温度多为250～500℃，高者可达650℃及以上，盐度多为10％～50%NaCl_eqv，但也有高达70%及以上者(王蝶等，2011)，本文选取特定的包裹体在热液金刚石压腔(HDAC)中进行加热，测定不同外压下的均一温度(表 3)，通过下表可以看出包裹体的均一温度随外压的增大而减小。

表 3

表 3 不同外压下H2O-CO2体系包裹体均一温度数据 Table 3 Homogenization temperatures of H2O-CO2 fluid inclusions under different external pressures 序号 水均一温度/℃ 水密度/(g／cm3) 外压/MPa 包裹体均一温度/℃ 1-1 0.1 514.5 1-2 372.8 0.40481 72.1 505.9 1-3 312.0 0.68633 191.3 495.8 2-1 0.1 516.0 2-2 372.8 0.40481 72.1 510.0 2-3 312.0 0.68633 188.5 493.0 注：序号代表包裹体的6次不同的实验。

表 3 不同外压下H2O-CO2体系包裹体均一温度数据 Table 3 Homogenization temperatures of H2O-CO2 fluid inclusions under different external pressures

本文测定了人工合成的临界密度的纯水包裹体和盐度为18.72%NaCl_eqv的H₂O-NaCl体系的包裹体，通过对比在常压下和热液金刚石压腔(HDAC)中不同外压下包裹体均一温度的数据，可以得出这2种体系的包裹体的均一温度随包裹体外压的增加而减小，主要归因于压力的存在引起包含包裹体的主矿物石英发生弹性形变，导致包裹体体积变小及内部流体密度变大，据此可以获得压力对均一温度的校正依据。对于天然流体包裹体玉龙铜矿中的H₂O-CO₂体系的包裹体，数据同样显示包裹体均一温度随外压的增大而减小。

综上所述，通过利用热液金刚石压腔(HDAC)研究纯水包裹体、盐度为 18.72%NaCl_eqv 的H₂O-NaCl体系的包裹体、H₂O-CO₂体系的天然包裹体不同外压下的均一温度数据，得出此类包裹体的均一温度随外压的增大而减小。

致谢：本文实验中的天然包裹体样品由昆明理工大学王蝶博士提供；研究工作得到中国科学院深海科学与工程研究所(筹)周义明研究员和中国地质科学院李建康副研究员、李盛虎博士，以及中国地质大学(北京)毛世德教授的指导和帮助，在此一并表示感谢。