D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1979.01.001 钟乳石和石笋中气一液包体的 发现及其成因 地质教研室何知礼 摘 要 再次对桂林等地钟乳石(Stalactite)和石笋(Stalagmite)进行了研究，首次发现 其中有丰富的气-液包体。矿物爆裂温度为215~335°C,个别可达435°℃。部分样品均化温 度为110~187°C。对矿物热爆裂过程进行了录音，並进行了显微摄影。成分分析证实，包体 的气相为CO:或含大量CO,。这些包体是在外生作用下化学成因的产物，属异常成因，不能 用于包体矿物学中的一般测试和找矿工作。提出了区分异常成因和正常成因包体的必要性和 区分标志。计算了方解石等碳酸盐在热声分析中可能产生的严重干扰。提出这种干扰起源于 这类包体和非由解理产生。鉴于这些结果，包体矿物学的某些基础理论或技术应作适当修改 与补充。 一、概 述 一九七七年，我们再次对钟乳石和石笋进行研究，首先发现其中有丰富的气一液包体。 其成因是外生作用下化学分解的产物。鉴于这些结果，包体矿物学的某些传统理论或技术似 应适当修改与补充。否则这些钟乳石和石笋岂非应属热液成因了。 测矿物或其他地质体形成过程中的物理地球化学作用的温度、压力及介质成分等，无疑 对解决矿床成因、确定找矿标志、探索成矿理论和规律及指导普查勘探等许多方面均有重要 意义。经近一百五十年的努力，，气一液包体研究已成为解决这些问题的较直接而又可靠的先 进方法之一，甚至被视为最先进的。 上世纪初，布留斯捷尔(Brocrep)等，就对矿物热裂现象及其包体作过研究〔1)。一八 五八年，H.C.索尔比〔2)，提出用气~液包体测成矿温度，並订出成矿温度和压力的计算公 式。他认为，矿物中的气~液包体是被捕获时呈非均匀状态出现的母液冷缩后呈非均匀状态 的结果。若对这些包体加热，其均化温度即代表结晶时的最低温度。此即当代包体矿物学的 理论基础。后按这一理论建立了包体测温法、测压法及包体找矿法等及用包体研究矿床成因 的新理论和方法〔3、4、5)。前国际成矿溶液包体委员会(COFFI)主席耶尔马可夫认为， 按包体可把矿床分为几大类：矿物中气-液包体均化为气相的为气成和伟晶岩矿床，均化为 液相的为热液矿床，有单相液态包体的属沉积矿床〔6)。文献（如〔6）、〔7)等)中，方解石测 温数据很多，並有计算方解石形成温度的公式和目视曲线（图解法之一）。这些资料中的一 些资料正确程度，值得重新考虑。某些外生矿物没有或无明显的热爆裂现象。如我们十余年
钟 乳 石 和 石 笋 中气一液 包体 的 发 现 及 其 成 因 地质教研 室 何 知礼 摘 要 再次对桂 林等地 钟 乳石 和石笋 进 行 研究 ， 首次发现 其 中有丰富 的气一 液 包 体 。 矿物爆裂温度为 、 ’ ， 个别可达 “ 。 部分样品均 化温 度为 、 “ 。 对矿物热爆裂过 程 进 行了录 音 ， 业 进行了显微摄影 。 成分 分析证实 ， 包体 的气相为 。 ，或 含大量 。 这些 包体是在外生作用下化学成 因的产物 ， 属 异 常成 因 ， 不能 用 于包体矿物学 中的一般测试 和找矿工 作 。 提 出了 区分异 常成因和正 常成因 包体的必要性和 区 分标志 。 计算了方解石等碳酸盐在热声分析 中可能产生的严 重干扰 。 提 出这种干 扰 起源于 这类 包体和非 由解理 产生 。 鉴于这些 结果 ， 包 体矿物学的某些 基础理 论或技 术应 作适 当修改 与补充 。 、 概 述 一九七七年 ， 我们再次对钟乳石和石笋 进行研究 ， 首先发现其 中有丰富 的 气一 液 包体 。 其成 因是外生作用下化学分解的产物 。 鉴于这些 结 果 ， 包体矿 物学的某些传统理论或技 术似 应适 当修改 与补充 。 否则这 些 钟 乳石和石笋 岂非应属 热液成因 了 。 测矿物或 其他 地质 体形 成过 程 中的物理 地球 化学作用 的温 度 、 压力及 介质 成分等 ， 无疑 对解决矿床成因 、 确定找 矿标志 、 探索成矿理 论 和规律 及 指导普 查 勘探 等许 多方面 均有重要 意义 。 经近一百五十年的努 力 ， 气一液包体研究已成为解决这些 问题 的较直接而 又可靠 的先 进方法之一 ， 甚室被视为最 先进的 。 上世纪 初 ， 布 留斯捷尔 等 ， 就对矿物 热裂现 象及其 包体作过 研究 〔 〕 。 一八 五八年 ， 索 尔比 〕 ， 提出 用气 一 液 包体测 成矿 温 度 ， 业订出成矿 温 度和压 力的计算公 式 。 袍认为丫 矿 物 中的 气一液 包体是被捕获时呈 非均匀状态 出现 的母 液冷缩后 呈 非均匀状态 的结果 。 若对这些 包体加热 ， 其均 化温 度即代表结 晶时的最低温度 。 此 即 当代包体矿 物学的 理 论基础 。 后按这一理 论建立了 包体测 温法 、 测 压法 及包体找矿 法 等及用 包体研究矿 床成因 的新理 论和方法 〔 、 、 〕 。 前国际成矿 溶液 包体委员 会 主 席耶尔马可夫认为 ， 按 包体可把矿 床分为几大类 矿物中 气 一 液 包体均化为气相 的为气成和伟 晶岩矿 床 ， 均化为 液 相的为热液矿床 有单相液态包体的属 沉 积矿 床 〔 〕 。 文献 如 〔 〕 、 〔 〕等 中 ， 方解石测 温数据很 多 ， 业 有计算方解石形成温 度的公 式 和 目视 曲线 图解法之一 。 这些 资料 中的一 些 资料正确程度 ， 值得重新 考虑 。 某些 外生矿 物没有或无 明显 的热爆裂现 象 。 如我们十 余年 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1979．01．001
前研究的四川普格含铜砾岩中的黄铁矿结核和辉铜矿结核以及最近研究的包头表生针铁矿与 宜龙式赤铁矿即如此。但B.Ⅵ.斯尔诺夫提出，表生矿物不含流态包体和无热声效应的结论不 宜视为通论。史密斯教授等〔8)研究过钟乳石与方解石，认为加热时有异常爆裂，但未提到 其中有外生气-液包体。普扎诺夫等〔9)误认为低温范围内（低于300~350°C)可进行碳酸 盐的热声分析。在叙述可能引起干扰的原因时，也只顺及解理。其他文献（如〔1、10、11、 12等))也很少提到所研究的这些问题。也未见到钟乳石和石笋中有这种异常成因的由化学 分解产生的气-液包体的报导。 二、钟乳石和石笋的热测量研究 十余年前，我们用爆裂法在我们所装置的热声自动爆裂仪上研究陕西铜厂铁矿床蒸发晕 及其它矿床成因时，为了研究方解石等碳酸盐在热声分析过程中可能产生的严重干扰及其起 因，曾对一一些碳酸盐（主要为方解石）作过热声分析。所选标本都具有明显沉积成因。其中 有的直接取自沉积石灰岩。测试结果表明：所有标本加热时均强烈爆炸。每一标本都有一简 单而又完整的爆裂曲线图，而且有明显的拐点。它]的爆裂温度可能不同。但多为两百余度 到三百多度。对这种异常爆裂的原因，国外曾认为这是方解石中广泛发有的解理所引起，特 别是方解石硬度较低（摩氏硬度3）。但对此种解释我们有怀疑，並在对其他矿床标本进行 热声测量时，一般都采用酸处理，以排除其中可能存在的方解石等碳酸盐。一九七二年，又 曾对芦笛岩一块钟乳石用同一仪器进行热声分析。所得结果仍与十余年前所作前述一些方解 石相似，即加热时有强烈爆炸和具有类似的爆裂温度。上述两次实验均因任务变动等原因未 能继续进行。一九七七年我们按教学科研工作需要，在研究有关富铁矿成矿规律时，再次对 桂林芦笛岩、七星岩、甲山、迭彩山及其他地方-一些钟乳石与石笋进行热声分析测，试数据 列于表1，爆烈曲线见图1。 所获结果和爆裂曲线图显示：这些标本的热声分析与一般内生成因矿物的分析结果相 似。从监听装置听到爆裂声也与一般起源于内生成因矿物的气-液包体爆裂声无异。但这些 钟乳石与石笋是典型外生产物。表1中的爆裂温度，绝不能代表有关钟乳石与石笋的形成温 度。 为进一步查明其爆裂原因，对各标本均磨制了两面抛光的薄片。为保证不改变矿物及其 中可能有的流态包体的性质，在粘胶时，是在尽可能低的温度下进行的。在偏光显微镜下， 发现这些标本的光薄片中均有气一液包体（照片1一4，见图版），也有单相液态包体等。且 在其它条件相同的情况下，钟乳石与石笋中气-液包体的含量与其透明度有关。如乳白色半 透明变种中比无色透明变种中包体多。对1号标本的两块光薄片的碎片进行了均化温度的初 步测定，其中气一液包体都均化成液相。为了判定它们属于真正的气-液包体，而非制片时可 能混进去的其它什么气体等，我们在加热台上对所观察的气一液包体反复进行升温和降温， 以观察汽泡消失温度和汽泡重现的温度。测试结果列于表2。所测包体形状示于图2。 这几个包体，在加热过程中汽泡均逐渐缩小直至消失而均化成液相。包体【和直经反复 两次升温和降温。包体I两次均化温度分别为175°C和178°C,两次降温过程中汽泡重现温 度均为148°C±。汽泡的重现，有时是在148°C±下突然跳出来的，並随温度降低而逐渐增 大，至室温时恢复原来大小。汽泡在加热过程中位置能发生变动，降温后汽泡重现时可能不 在原来位置。但气相与液相之比不变。包休重加热至110°C时均化为液相，包体N均化为液 2
前 研 究 的 四 川普格 含铜砾岩 中的黄 铁矿 结 核 和辉 铜矿 结核 以及最 近研究 的包头 表生针 铁矿 与 宣 龙式赤 铁矿 即如 此 。 但 斯尔诺夫 提 出 ， 表生矿 物不 含 流态 包体和无 热声 效应 的结论不 宜 视为通 论 。 史 密斯教授 等 〔 〕 研究过 钟 乳石 与方解石 ， 认为加 热 时有异 常 爆裂 ， 但未 提 到 其 中有外生气一 液 包体 。 普扎诺夫 等 〔 〕 误 认为低瀑范 围内 低于 、 、 如 可进 行碳 酸 盐 的热声 分析 。 在 叙述可 能 引起 干扰 的原 因 时 ， 也只 顾 及 解理 。 其他文献 如 〔 、 、 、 ‘ “ 等〕 也很 少 提 到所 研究 的这些 问题 。 也未 见 到钟 乳石和 石 笋中有 这种 异常 成 因 的 由化学 分解产生 的气一 液 包体的报 导 。 二 、 钟乳 石 和石 笋 的热测 量研 究 十 余年前 ， 我 们 用 爆裂 法在我们 所装 置 的热声 自动爆 裂仪 上研究 陕西 铜厂 铁矿床 蒸 发晕 及 其它矿床 成因 时 ， 为了研究 方解 石等碳酸 盐在 热声 分析 过程 中可 能产 生 的严 重 干扰 及 其 起 因 ， 曾对一 些 碳 酸盐 主 要 为方解 石 作过 热声 分析 。 所选标 本都具 有明显沉 积 成因 。 其 中 有 的 直接取 自沉积 石灰岩 。 测 试 结果表 明 所有标 木加热 付均 强 烈爆炸 。 每 一 标 木都 有一 简 单 而 又 完整 的爆裂 曲线 图 ， 而且有明显 的拐点 。 它们 的爆 裂温 度可 能不同 。 但 多为两百 余度 到三百 多度 。 对这 种 异 常爆 裂 的 嚎因 ， 国外 曾认为这是方解 石 中广泛 发育 的解理所 引起 ， 特 另 是方解石硬 度较 低 摩 氏 硬 度 。 但对此种 解 释 我们 有怀 疑 。 业 在对其 他矿 床标 本 进行 热声 测 量 时 ， 一 般 都 采 用酸处理 ， 以 排 除其 中可能存 在 的方解石等碳 酸 盐 。 一九 七二年 又 曾对芦 岔岩一块 钟 乳石用 同一 仪 器 进 行热声 分析 。 所得 结果 仍 与十 余 年前所 作前述一些 方解 石相 似 ， 即加 热 时有强 烈爆 炸 和 具有 类似 的 爆 裂温 度 。 匕述两 次 实验 均因任务 变 动等原 因未 能 继续 进行 。 一 九 七 七年我们 按 教 学科研工 作需 要 ， 在研 究 有关富 铁矿成矿 规律时 ， 再 次对 桂 林芦 笛岩 、 七星 岩 、 甲 山 、 迭 彩 山 及其他 池方 一 些 钟 乳石 与石笋 进 行热吉 分析 测 ， 试数据 列 于表 ， 爆 烈 曲线 见 图 。 所获 结 果 和爆 裂 曲线 图 显 示 这些 标 本的 热声 分析 与一般 内生成因矿 物 的 分析结 果相 似 。 从 监 听装 置听 到爆裂 声 也与 一般 起 源 于 内生成 因矿 物 的 气一 液 包 体爆 裂声 无 异 。 但 这 些 钟乳 石 与石笋 是典型外 生产 物 。 表 中的爆裂 温 度 ， 绝 不 能 代 表有关钟 乳石 与石笋的形成 温 度 。 为 进一 步 查 明 其爆裂原 因 ， 对 各标 本均磨 制 了 两 面 抛 光的薄片 。 为保 证不 改 变矿 物及 其 中可能 有的 流态 包体为性质 ， 在 枯胶 时 ， 是 在尽 可 能 低 沟温 度下 进行 的 。 在偏 光显 微 镜下 ， 发 现这些 标 木 的光薄 片 中均有 气一 液 包 体 照片 一 ， 见 图版 ， 也有单 相 液 态 包 体等 。 且 在其 它 条件 相 同的情 况 下 ， 钟 乳石与石笋 中 气一 液 包 体的 含量 与其透 明度有关 。 如 乳 白色 半 透 明 变种 中比 无 色透 明变种 中包体 多 。 对 号标 本的 两块 光薄片 的碎片 进 行 了均 化温 度的初 步 测 定 ， 其 中气一 液 包 体 都均 化成液相 。 为 了判 定 它们 属于真正 的气一 液 包 体 ， 而非制片 时可 能 混 进去 的其 它 什 么气 体等 ， 我们 在 加热台 上对所观 察 的 气一 液 包体反复进行升温和 降温 ， 以 观察 汽 泡 消失温度和 汽 泡重 现 的温 度 。 测 试结 果 列 于表 。 所测 包体形状 示 于图 。 这 几个 包 体 ， 在加 热过 程 中汽泡均逐 渐 缩 小 直 至 消失而均 化成液 相 。 包体 和 经反 复 两 次 升温 和 降温 。 包体 两 次均 化温 度分别为 犷 和 ， 两 次 降温过程 中汽泡 重现温 度均 为 士 。 汽泡 的重 现 ， 有时 是 在 ” 士 下 突然 魂 出来 约 ， 业 随温 度降低而逐渐 增 大 ， 至 室 温 时恢 复原来大 小 。 汽泡 在加 热过 程 中位 置能 发生 变动 ， 降温后 汽泡 重 现 时可 能不 在原 来位 置 。 但 气相 与液相 之 比不 变 。 包休 贾加 热室 。 “ 时均化 为液 相 ， 包体 均 化为液
( 084010- 231408 05402- 031408- (安) 惑 8O06L 26850 61169 768902 62205 28681 66084 66909 21112 胡 等 品 学 号 厨 器 房 品 H 8007985 8287095 18971081 3127913 發3 胡 系 系 第 号 学 062 翠 抗 热 2600- 6810-4 0610-0 2020-1 2120-4 4020- 6020-4 9020-4 2120-1 2810- 2810-4 N p 6 2 装 3
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表2 芦笛岩钟乳石（标本1）气-液包体均化温度 整个包 包体中 均化时 汽泡消失温度（°C) 汽泡重现时温度（°C) 包体号 体粒度 汽相直径 (u) (μ) 特 征 第1次 第2次 文 均 第1次 第2次 平均 恤】 76 16 175 178 176.5 148 148 148 恤I 10 3 均化成液 180 192 186.5 173 165 169 的重 40 7± 110 110 №W 32 7± 115 115 注：包体№重、恤W在140°C±爆裂，並見液体沿晶体解理渗透。 图2钟乳石中气一液包体，示均化前情况 图3钟乳石中气-液包体，宅们在同一晶体 包体I、I見于同一花战； 同一生长带上同时形成，但充填不同 包体置、V見于同一试片另一税域 标本2，取自某地×250 标本】，取自广西桂林芦笛岩溶洞中 相的温度约为115°C。两者加热至140°C时爆裂，冷却后汽泡未能再现。 关于测定精度，一般认为加温过程中汽泡消失温度与降温过程中汽泡重现温度之差小于 ±5°C时，结果才可靠。但由于显微镜分辩能力，汽泡在行将消失时躲进包体边缘粗黑腔中 去了（如包体I),可能产生一定误垄。另外，汽泡重现时位置有所变动，並突然成为小汽 泡跳出。因而，误差大一些。不过这点误差对所研究问题来说影响不大。重要的是典型外生 成因钟乳石与石笋中发现了气-液包体才是问题的本质。 所研究的这些气-液包体有一重要特征，它们虽系在同一晶体同-一生长带上同时形成， 但其充填度常不同（图3）。有时在同一钟乳石的同一试片中，有的包体充填度小于或近于 10%,而有的可达40%±。 表2中的均化温度和前述用爆裂法测得的温度一样，它们绝不能代表其形成温度，尽管 其爆裂的起因及均化过程与内生矿物的情况有相似之处。因为钟乳石中气-液包体的起源与 内生矿物中正常气~液包体的成因显然不同。同理，如用图解法或计算法所得温度也不能代 表这些钟乳石和石笋的形成温度。 5
表 芦 苗岩钟乳石 标 本 气一 液包体均化温 度 、 一 ， 一一 一 一 一 一 口翻 甲 一 曰 一一 体 整个 粒 包 度 一 卜 包 体 中 汽相 直径 均 化时 ’ 汽泡 消失温 度 。 汽泡重现 时温 度 “ 包体号 卜 特 征 第 次 第 次 …平 均 第 次 第 次 … 平 均 上，上 甘甲‘ 石自八， 土，， 斤了八八 口匕户一 上工 匕任八 」八比 上明 勺任八月 一 取 和 地 地 均成相液化 厅，了‘ 十一 性几，，矛月 自八 注 包体取 互 、 加 万在 ” 士 爆 裂 ， 重 尧液体浴 晶 体解 理 渗透 。 犷 ·回盆 丫珍 二办 澎号砂 爪﹃、、 了︸‘，夕、卜 丑 一 图 钟乳石 中气一 液包体 ， 示均化 前情 况 图 钟乳石 中气一 液包体 ， 它们在 同一 晶 体 包体 、 晃于 同一 视 域 同一 生长 带上 同时形成 ， 但 充填不 同 包体 、 晃 于 同一 试 片 另一 视 域 标本 ， 取 自某地 标本 ， 取 自广 西桂 林芦 笛岩 溶洞 中 相 的温 度约为 。 两者加 热 至 时爆 裂 ， 冷却后 汽泡未能 再现 。 关于测 定精 度 ， 一 般认 为加 温过程 中汽泡 消失温 度 与降温过 程 中汽泡重现 温 度之 差 小 于 士 “ 时 ， 结果才 一 可靠 。 但 由于显微镜分辩 能力 ， 汽泡 在行将 消 失时躲 进 包体边 缘 祖黑腔 中 去了 如 包 体 ， 可 能产 生一定误 荃 。 另外 ， 汽 泡 重 现 时位 置有所 变动 ， 业 突然 成 为小 汽 泡跳 出 。 因而 ， 误 差大 一些 。 不 过 这点误 差 对所 研究 问题来说 影响不 大 。 重要 的是典型外 生 成因钟乳石 与石笋 中发现 了 气一 液 包 体才是 问题的本质 。 所研究 的这些 气一液 包体有一重 要特征 ， 它们 虽系在 同一 晶 体同一 生 长 带 上 同时形 成 ， 但 其充 滇度 常不 同 图 。 有时在同一 钟乳石的同一 试片 中 ， 有的 包体充填 度小于 或近于 ， 而 有的可达 士 。 表 中的均化温 度和前述 用爆裂 法测 得的温 度一样 ， 它们绝不 能 代表 其形 成 温 度 ， 尽管 其爆裂的起因及均 化过 程 与内生矿 物 的情 况有相似 之处 。 因为钟乳石 中 气一 液 包体的起源 与 内生矿 物 中正 常 气一 液 包体的成 因显 然不 同 。 同理 ， 如 用图解 法或计 算法所得 温 度也不 能代 表这些 钟 乳石和石笋的形 成温 度