Inklusi Fluida untuk Eksplorasi Mineral

[last update 20 April 2020] --> materi kuliah "Inklusi fluida: dasar, metode, interpetasi dan aplikasi"

Di laman ini, saya coba kumpulkan beberapa referensi bermanfaat bagi teman-teman yang ingin belajar tentang inklusi fluida. Inklusi fluida adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan adanya fluida yang terperangkap selama kristal tumbuh. Fluida yang terperangkap bisa berupa fluida, gas (vapor) atau fluida superkritikal, dimana masing-masing akan mempunyai salinitas: bisa berupa air murni (pure water), fluida dengan salinitas tinggi, misal air laut (brine), gas atau gas-fluida, silikat, sulfida maupun karbonat.

Inklusi fluida di kuarsa dan mineral opak, pirit

Inklusi fluida adalah salah satu analisis yang dilakukan oleh "economic geologist" maupun "petroleum geologist" karena dapat menjelaskan kondisi batuan ketika fluida itu terperangkap.  Dari satu sampel (misal kuarsa, karbonat, feldspar), kita bisa menjumpai ribuan inklusi fluida. Dari ribuan itu, kita harus mencari mana inklusi yang pas untuk dianalisa. Untuk menemukan inklusi, kita menggunakan mikroskop refraksi dan sampel yang digunakan berbeda dengan sampel sayatan tipis. Umumnya, sayatan tipis mempunyai tebal 25-30 mikron, sedangkan sampel inklusi fluida mempunya tebal 100 mikron. Di gambar di atas, saya menggunakan dua buah sumber cahaya, yaitu sinar dari bawah untuk mengamati inklusi fluida dan sinar dari atas untuk mengamati opak. Tidak harus, cuma karena nganggur aja.

Di kampus tempat saya belajar di Leoben, saya bersyukur dibimbing salah satu inklusionis yang terkenal, Ronald Bakker dan juga pembimbing saya, Walter Prochaska. Saya menemukan banyak referensi yang bermanfaat untuk studi inklusi fluida, dan rasanya sayang kalau disimpan sendiri, saya coba tulis biar ga gampang lupa. 

INFORMASI APA YANG DIDAPAT DARI INKLUSI FLUIDA
(1) Komposisi Fluida
• Disajikan dalam hal elemen terlarut spesies (mis aqueous ions, molekul), isotop stabil dan isotop radiogenik
• unit konvensional (fraksi mol): xi

(2) Densitas Fluida
• Inklusi fluida menyediakan satu-satunya densitas paleo-fluid
• unit konvensional: ρ α (1 / V)

(3) kondisi P-T dari fluida saat terperangkap dalam mineral
• Pengukuran temperatur homogenisasi memberikan informasi tentang suhu temperatur formasi batuan
 • Dalam keadaan normal ( "homogenous entrapment"), kondisi dibatasi dengan garis dalam P-T (Isochore), yang berasal dari suhu minimum dan tekanan.
• Dalam keadaan khusus ( "heterogenous entrapment jebakan"), misalnya cairan immiscibility,  formasi batuan dapat ditentukan dari P dan T .
(4) evolusi Temporal
• Perbandingan beberapa generasi inklusi fluida memungkinkan evolusi komposisi fluida, densitas fluida dan kondisi fluida saat terjebak
• Interpretasi tekstur memberikan informasi tentang sejarah deformasi dan P-T-t

Tampak puluhan inklusi di kuarsa. Menentukan inklusi yang sesuai untuk analisis mikrotermometri adalah satu dari beberapa bagian paling melelahkan dari studi inklusi fluida

Inklusi fluida H2O-NaCl dari salah satu sampel disertasi saya

WEB EDUKASI TOPIK INKLUSI FLUIDA
- Montanuniversität Leoben 
- Wisconsin Univ
- Duan Research Group 
- Virginia Tech 
- NIST Standard Reference

APLIKASI

1. Ore deposit: memahami pembentukan endapan dari segi fisika (temperatur, tekanan) dan kimia (salinitas)

2. Gemologi: membedakan batuan yang terbentuk di alam dengan sintetis. Batuan umumnya mempunyai defek yang hanya bisa dilihat dengan menggunakan mikroskop. Inklusi fluida dapat digunakan untuk melacak asal dari batuan tersebut (fingerprinting), sehingga ketika terjadi konflik, maka dapat dengan mudah ditelusuri asal batuannya. 

3. Karakteristik meteorit dan sampel ekstra terestrial

4. Pada stratigrafi dan sedimentasi
5. dan aplikasi lainnya

Perhatikan saat gelembung itu hilang, itu yang ditunggu-tunggu oleh inklusionis. Duduk berjam-jam di depan mikroskop untuk satu sampel bukan hal baru bagi inklusionis

Suhu -56.5 derajat celcius adalah titik leleh dari CO2 padat menjadi CO2 cair

  

Pada sistem inklusi fluida CO2-H2O, akan terbentuk gas hidrat yang disebut "chlathrate", yang akan ikut mencair pada suhu antara 8-15 derajat

REFERENSI
- Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits - Bodnar et al (2014)
- Short Course oleh Goldstein (1994) - zip

- Short Course oleh van den Kerkhof (2011) - pdf

- Buku: 

Fluid Inclusions Analysis and Interpretation (2003) (kumpulan resume dari para inklusionis): 

R Bodnar - Introduction to Fluid Inclusions

R Goldstein - Petrographic Analysis of Fluid Inclusions

L Diamond - Systematics of H2O inclusions

R Bodnar - Interpretation Data from Aqueous-electrolyte Fluid Inclusions

R Burrus - Petroleum Fluid Inclusions: An Introduction (not available)

R Bakker and P Brown - Modelling in fluid inclusion research

R Bodnar - Re-equilibration of fluid inclusions

S Gleeson - Bulk Analysis of electrolytes in fluid inclusions

S Salvi and A E Williams-Jones - Bulk analysis in fluid inclusions

R Burrus - Raman spectroscopy of fluid inclusions (not available)

6 Juni 2016
University Jena - Course Resume Fluid Inclusions
LA-ICP MS of single fluid inclusions in quartz

Sepengetahuan saya, hanya beberapa instansi di Indonesia yang memiliki "cooling-heating" stage untuk keperluan studi ini, sehingga belum banyak yang melakukannya secara personal. Apa itu artinya studi inklusi tidak tidak penting? Nein..... riset itu penting. Kalau semua ditakar dengan keuntungan dalam materi, maka kita sendiri yang mengantarkan diri kita ke bangsa yang hanya bisa memakai, namun tidak bisa menciptakan. Tinggal nanti kita berdoa saja, semoga alat ini bisa dimiliki banyak universitas maupun lembaga riset di Indonesia, biar kita makin paham tentang dongeng geologi tentang terbentuknya endapan di Indonesia ini.

Salam dari Alpen yang puuuanas dan tiba-tiba bisa ada petir di atas gunung "jegeeeerrrr"

Kelak saya bakal kangen coretan-coretan seperti ini. Kalau sekarang? Sing sabaaaar.......

Bintik hitam di dalam mineral transparan (gambar atas) adalah mineral opak. Jejak diagonal yang memotong mineral adalah inklusi fluida sekunder. Mineral opak berwarna hitam di tepi gambar adalah pirit, kalkopirit dan galena. Di dalam mineral transparan, terdapat banyak inklusi fluida yang diperbesar pada gambar bawah. . 

Update 28-11-2017 - Pressure-temperature correction for fluid inclusion

Salah satu metode untuk melakukan koreksi tekanan-temperatur, karena temperatur homogenisasi hasil pengukuran adalah fungsi dari tekanan dan temperatur. Pada endapan MVT atau carbonate hosted Pb-Zn, koreksi temperatur bisa mencapai 25 derajat celcius. Untuk endapan yang terbentuk pada kedalaman >10km, koreksi bisa mencapai 300  derajat celcius. Caranya, tentukan densitas dari inklusi fluida terlebih dahulu dan temperatur homogenisasi, kemudian plot ke dalam diagram di bawah. Gambar di bawah saya kutip dari halaman ini.

. 

Update 23-10-2017

Tidak semua data temperatur homogenisasi-salinitas dapat di plot di Diagram Haas!

Banyak sekali artikel yang menggunakan data inklusi fluida (Th dan salinitas) untuk mengetahui "paleo depth" dari suatu sistem, namun, beberapa di antaranya tidak tepat sasaran. Diagram Haas (1971) digunakan ketika kita yakin bahwa endapan tersebut terbentuk pada kondisi mendidih atau "boiling", misalnya pada endapan epithermal (HS atau LS) dan geothermal. 

Endapan lainnya (misalnya emas orogenik), tidak dengan semerta-merta menggunakan diagram Haas untuk menentukan kedalaman. Sebagai contoh, endapan emas orogenik bisa bervariasi dari kedalaman 2km hingga 20 km. Fluida dapat terhomogenisasi dari suhu 200 hingga 700 derajat, namun rata-rata berkisar antara 200-450 derajat. Coba kita bandingkan dengan diagram Haas. Diagram ini hanya memfasilitasi temperatur homogenisasi kurang dari 350 dan kedalaman 2 km. Semua angka yang kita dapat dari inklusi fluida bisa saja kita plot di diagram itu, tapi maknanya tentu saja akan berbeda karena diagram tersebut dibuat untuk kondisi pendidihan saja. Kalau boleh mengutip judul artikel dari Haas "The Effect of Salinity on the Maximum Thermal Gradient of a Hydrothermal System at Hydrostatic Pressure" . Grafik ini sesuai untuk endapan hidrotermal, bukan endapan metamorfogenik. 

Penggunaan diagram Haas pada endapan orogenik atau metamorfogenik (menurut saya) tidak tepat, karena endapan orogenik terbentuk bukan dari fluida hidrotermal atau magmatik, melainkan dari fluida metamorfik. Fluida metamorfik terbentuk saat terjadi metamorfosis, dan umumnya berada jauh dari permukaan. Fluida ini kemudian ikut terangkat pada saat retrograde metamorphism, membentuk urat kuarsa atau mengisi rekahan di sepanjang shear zone. 

Pada endapan emas orogenik, koreksi temperatur dan tekanan perlu dilakukan, mengingat fluida yang membentuk endapan orogenik bukanlah fluida magmatik. Setelah diketahui komposisi fluida (densitas, volume fraction, hadir tidaknya CO2), kedalaman dapat ditentukan dengan menggunakan data dari grafik isokor (P-T diagram). 

Ketika kita melihat inklusi lebih detail, mungkin saja ada gas yang terperangkap (CO2, N2, CH4), yang harus di tentukan juga temperatur klatrat dan homogenisasi temperatur dari CO2, karena jika tidak, salinitas yang didapat tidak menunjukkan nilai sebenarnya, melainkan lebih rendah dari seharusnya. 

Just my two cents, maybe I am wrong. 

Update (28-8-2017)

- Fluid inclusion for mineral exploration using decrepitation technique (Kingsley Burlinson)

Me with Kingsley Burlinson in SGA meeting in Quebec City, Canada, August 2017. In this conference, he bring his bike and cycled for about 4,000 km from Toronto heading to East and back to Toronto (read more details about his trip in his blog)

He worked a lot with fluid inclusion as an indicator for mineral exploration. He criticized my work (poster on the back side of us) and gave a constructive comments (mainly to  carbonic rich inclusion composition). Carbonic rich inclusion is not the source of gold mineralisation but the main source is the heterogenous fluid inclusions. 

He paid our (me+Tomy) dinner, and he is such a kind person, funny and full of laugh. We share same hobbies, cycling and writing. Find more details about Kingsley's work on his fluid inclusion website and his biketouring experience in this link. Anyway, he is almost 70 years old.

Inklusi fluida dengan komposisi H2O-CO2-NaCl

UPDATE: 15 Juni (perhitungan dan pemodelan online)

Temperatur homogenisasi, densitas dan perhitungan isokorik H2O-NaCl 

(Homogenization Pressure, Density and Isochore Calculations) H2O-NaCl

Pemodelan Inklusi Fluida
Sistem inklusi fluida

Klik Gambar di bawah untuk melihat artikel lain