Какой-либо панацеи для решения проблемы определения состава флюидных включений нет, хотя были использованы многие методы. Если не считать очень крупных включений, которые сравнительно легко анализировать, ни один из известных методов, ни их комбинация не дают точного однозначного анализа любого включения в любом минерале. Вследствие весьма большого разнообразия исследуемого материала|и вариантов точности применяемых методов имеющиеся в литературе данные анализов по флюидным включениям требуют строгой оценки.
По мере уменьшения размера анализируемого включения довольно быстро возрастает количество ошибок, недостоверность отдельных результатов и одновременно столь же быстро падает количество поддающихся определению компонентов. Эта ненадежность связана с тем, что определяемый объем (вес) включения является функцией куба радиуса. Таким образом, может показаться, что следует анализировать лишь крупные включения. К сожалению, крупные флюидные включения (больше 1 см), позволяющие применение стандартных аналитических методов, встречаются лишь в редких случаях. Если же необходимо изучить геологический процесс какого-либо типа в различных его проявлениях или если для расшифровки сложного объекта приходится изучать флюидные включения, следует их искать не только во многих образцах, но и в тех участках, в которых эти образцы были отобраны. При такой работе включения даже с диаметром порядка 1 мм обычно оказываются очень редкими. Кроме того, результаты ряда исследований указывают на то, что вероятность негерметичности быстро возрастает у включений большего размера. Решение этого вопроса должно основываться на компромиссе между исключительным изобилием мелких включений и простотой и аналитической надежностью крупных включений. Простой способ сбора образцов, содержащих большое количество мелких включений, с целью извлечения соответствующего количества флюида может быть использован в тех случаях, когда большая часть включений принадлежит одной генерации. Если этот отбор не сделан с достаточной осторожностью, может появиться много дополнительных проблем, таких, как загрязнение (обсуждаемое ниже), которое, по-видимому, служит причиной огромных ошибок в некоторых уже опубликованных анализах. Совершенно необходимы особые методы анализа, которые могли бы быть применимы к очень мелким включениям. Основой для ряда таких методов служит петрографический микроскоп, снабженный различными приставками. Методы микроскопии базируются на оптической идентификации присутствующих фаз по удивительно разнообразным свойствам. Несмотря на то что эти методы лишь качественные или в лучшем случае полуколичественные, они обычно общедоступны и быстро дают результат. Как и при других оптических измерениях, имеется некоторая неоднозначность, особенно если используется один параметр, однако обычно можно воспользоваться дополнительными и независимыми оптическими методами. Эти методы ценны тем, что они исключительно чувствительны и позволяют изучать отдельные включения весом менее 10в-9 г (< 10 мкм в диаметре).
В силу самой природы и условий нахождения включений практически невозможно получить пробы, которые были бы истинными дубликатами по количеству или составу содержащихся в них флюидов. Одиночное крупное включение одной генерации в каком-либо образце может содержать столько же флюида, сколько миллион мелких включений другой генерации в том же образце. Доказано также, что состав флюидов меняется даже в процессе образования кристаллов. Так, было установлено, что каждая из 20 выделенных зон включений содержит флюиды, образовавшиеся при своей собственной, существенно отличной комбинации значений температуры и степени солености.
Кроме того, только очень небольшой процент включений в данном образце будет обладать оптимальным сочетанием свойств: большим размером, четкими границами имеющихся фаз и полной определенностью в отнесении включения к какой-либо генетической группе. Таким образом, имеет большое значение получение максимума информации от изучения включения с помощью недеструктивных методов до того, как будут применены методы, требующие разрушения включения.
Методы исследования без разрушения включений позволяют получить данные о составе жидкой фазы путем оценки или определения их вязкости, цвета, величины поверхностной энергии относительно других фаз (например, данные по смачиваемости), абсорбции инфракрасного света, показателей преломления, термического расширения, изменений фазовых соотношений при нагревании или замораживании, критических явлений. Твердые фазы во включениях в большинстве случаев столь малы, что только оптические методы могут быть адекватны по чувствительности для их диагностики; при этом весьма большое количество характеристик можно получить, изучая поведение включений при нагревании или замораживании. Высокую минерализацию (всегда выражаемую в весовом эквиваленте NaCl в процентах) обычно получают по понижению точки замерзания флюида. Недеструктивный метод анализа с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния при лазерном возбуждении, как было показано в работе, является мощным средством анализа индивидуальных твердых, жидких, газовых фаз во включениях, но он рассчитан на ограниченный круг компонентов.
Деструктивные методы самых различных типов использовались для анализа состава включений с различной той или иной степенью удачи. Конечная цель представляется как полный и точный количественный анализ всего содержимого отдельного включения (газа, жидкой и твердой фаз) на основные компоненты, малые компоненты, редкие элементы, газы, на изотопный состав по таким элементам, как водород, сера, кислород, углерод, а также на H+ (pH), е- (Eh). Поскольку эта цель едва ли достижима в настоящее время, все имеющиеся аналитические данные являются в лучшем случае только частичными. Сравнительно небольшое количество анализов имеет одновременное определение воды и солей, что необходимо для расчета концентраций.
Обычно в работе выделяются четыре стадии, в каждой из которых возможна существенная ошибка (например, вследствие загрязения или потерь): вскрытие включений (обычно при декрепитации, дроблении или растирании в мельнице на воздухе или в вакууме); выделение содержимого включений из массы минерала-хозяина (обычно при удалении летучих в потоке газа или вакууме или при выщелачивании остатка водорастворимых солей водой или кислотами); сбор и концентрирование (чаще всего путем вымораживания или абсорбции газовых составляющих, электродиализа, фильтрации или выпаривания для растворимых солей) и собственно анализ. Для газов к наиболее распространенным аналитическим методам в настоящее время относятся волюмометрия, барометрия, газовая хроматография, масс-спектрометрия, причем многие опубликованные данные содержат только определения газов; для растворимых солей включений наиболее подходящие методы их определения следующие: пламенная фотометрия, атомная абсорбция, колориметрия, эмиссионный спектральный анализ и нейтронная активация. По сравнению с первыми тремя стадиями работы в аналитической части сейчас меньше проблем, хотя до сих пор в современных публикациях приводится значительное количество данных, выполненных грубыми, полуколи-чественными методами.
Установлено, что жидкая фаза включений обычно представляет собой водный раствор с общим содержанием солей, которое находится в пределах практически от нуля до 40 вес. %. Основные составляющие солей — Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl- и SO2-; в меньшей степени — Li+, Al3+, BO3в3-, POJ-, SiO3в2-, НСО3, CO3в2- и многие другие. Из представленного списка многие отдельные ионы могут стать преобладающими в конкретных условиях, тогда как Na+H и Cl- преобладают практически всегда.
Если кристаллы можно выделить из включений при осторожном дроблении, то твердые фазы минералов-узников могут быть определены как с помощью различных нормальных петрографических методов, так и рентгеновским или микрозондовым методом. Однако при дроблении среди обломков эти очень мелкие зерна чрезвычайно трудно обнаружить. В работе показано, как некоторые минералы-узники можно найти и идентифицировать на поверхности обломков с помощью сканирующей электронной микроскопии с полупроводниковым рентгеновским детектором.
Давление газов во включениях можно оценить простым путем — вскрытием пузырька, погруженного во флюид. Показано, что пузырьки пара во многих включениях представляют собой практически чистый водяной пар, поскольку, попадая в условия атмосферного давления, они мгновенно и полностью разрушаются. С другой стороны, такие сильно сжатые тазы, как жидкая CO2 (при ~70 атм), будут практически взрываться в жидкости. Хотя исследование со вскрытием включения в жидкости приводит, очевидно, лишь к качественным или полуколичественным результатам, оно представляется весьма ценным вследствие быстроты и высокой чувствительности. Таким путем можно обнаружить очень малые количества сравнительно нерастворимого газа (порядка 10в-14 г или меньше 10в9 молекул), который в условиях атмосферного давления образует хорошо видимый пузырек диаметром в несколько микрометров.
Главная