流体包裹体激光拉曼光谱分析原理、方法、存在的问题及未来研究方向

国内外在流体包裹体激光拉曼光谱研究方面取得了大量的成果。本文回顾了流体包裹体激光拉曼光谱分析技术的发展历史,介绍了流体包裹体激光拉曼光谱技术定性和定量分析的原理和方法,指出了该技术存在的问题及未来研究方向。流体包裹体激光拉曼光谱分析主要受到样品、荧光、同位素、光化学反应、水溶性物质信号弱、气相水及水合物、子矿物等因素的影响。由于用来进行定量分析的拉曼散射截面参数明显受到压力影响,加上峰面积计算不规范化使得目前的流体包裹体激光拉曼光谱分析结果可靠性有待于重新审视。未来流体包裹体拉曼光谱分析技术应当在完善不同标准体系和标准物质光谱数据的基础上,针对不同类型包裹体采用采取不同条件,分析结果将在准确定性的基础上从相对定量向绝对定量发展。     

激光拉曼光谱法在单个流体包裹体研究中的应用进展

激光拉曼光谱法以其非破坏性、高灵敏度和高分辨率等特性,一直以来都是研究流体包裹体的重要方法之一。近年来,围绕激光拉曼光谱在流体包裹体中的应用而展开的研究主要集中在半定量-定量测试方面,即在准确定性的基础上,采用高斯-洛仑兹去卷积分峰、低温原位等定量方法获取流体包裹体的成分和含量,从而克服了激光拉曼光谱法应用于溶液中阳离子的定量分析的灵敏度、准确度较低的问题,不仅能获得流体包裹体中一些常温下不具拉曼活性的盐类物质拉曼特征峰信息,还能根据特征峰与浓度、内压之间的线性关系,进一步对盐度和压力等性质进行测定,从而拓展了激光拉曼光谱法在流体包裹体中的应用范围。本文对激光拉曼光谱法应用于分析流体包裹体成分、盐度、同位素和压力所取得的最新进展进行了评述,并认为随着分析测试技术的不断进步,激光拉曼光谱法未来的分析方向也将继续围绕多元复杂体系及其定量方面的研究展开。     

应用显微激光拉曼光谱分析单个流体包裹体同位素

单个流体包裹体同位素是研究特定成岩成矿（藏）阶段古流体成因和来源最有效的方法之一,在矿床、油气、地质流体和大地构造演化动力学等多个领域具有十分重要的用途。但是,目前还没有成熟的分析单个流体包裹体同位素的方法。文中在对目前国内外流体包裹体分析技术总结分析基础上,认为激光拉曼光谱是一项可以分析单个流体包裹体同位素的最有效方法,国外在该领域已经开展了许多创新性的研究工作,并取得了一些重要进展。对激光拉曼光谱分析单个流体包裹体同位素的原理和可行性进行了分析论证,提出通过对已知比值的同位素标准物质拉曼光谱测试和研究,在确定稳定同位素分子的拉曼参数和实验条件等基础上,可以建立起单个流体包裹体稳定同位素激光拉曼测试方法,从而改变目前只能依靠分析群体包裹体同位素来示踪古流体成因和来源的局限性和不确定性。     

白云鄂博REE—Fe—Nb矿床稀土氟碳酸盐矿物激光拉曼光谱特征及流体包裹体内稀土子矿物的鉴定

白云鄂博REE－Fe-Nb矿床典型稀土氟碳酸盐矿物都具有碳酸根离子最特征的拉曼振动频率，并普遍出现有氟化物的拉曼光谱振动峰。利用子矿物的激光拉曼峰特征，结合矿物晶形和扫描电镜能谱分析结果，可以确定这些矿物可能为氟碳铈矿和氟碳铈钡矿，说明初始成矿热液中极富含稀土元素，矿脉内多相包裹体中含稀土元素的子矿物是从被包裹体捕获的流体中结晶出来的，是真正的子矿物，激光拉曼光谱仪可以作为鉴定流体包裹体中未知子矿物的较为可靠手段之一。     

鄂尔多斯盆地定边地区山西组流体包裹体的拉曼光谱特征

拉曼光谱技术是对流体包裹体进行无损分析的重要手段。本文应用激光拉曼技术对鄂尔多斯盆地定边地区山西组石英矿物颗粒中流体包裹体组分特征进行分析研究,发现该区包裹体主要呈现2种拉曼光谱图:分别是代表芳烃存在的荧光型拉曼光谱图和代表饱和烃存在的饱和烃型拉曼光谱图。从所测得的2种谱图来看,该地层包裹体捕获于煤系烃源岩的生烃演化阶段,进一步分析发现在石英颗粒的Ⅰ期、Ⅱ期次生加大边中的包裹体的拉曼谱图主要显现2250 cm~(-1)±和2945 cm~(-1)±拉曼谱峰,而裂缝中的包裹体除了具有与其相同的峰值之外,在600~1500 cm~(-1)之间亦显示出多个拉曼谱峰,说明存在于这2种构造中的包裹体处于不同的煤系烃源岩演化之中,因此所测包裹体组分不完全相同。该研究测得的拉曼光谱图揭示了研究区山西组地层中流体包裹体的主要组分,并且反映了包裹体被捕获时的成烃流体组分变化特征,对最终确定当时地层的流体环境及其与煤系烃源岩生烃演化之间的关系有着重要意义。     

应用于流体包裹体CO_2碳同位素组成的拉曼光谱定量研究探讨

CO_2作为一种流体包裹体中常见的组分,对其中碳同位素的定量研究,能够提供很多地质历史时期地质流体源区的地球化学信息,并为地球碳循环的研究奠定基础。传统的质谱测试存在无法进行单个流体包裹体测试的缺点。拉曼光谱因其快速、无损、高精度的特点被广泛应用于地球科学各个研究领域,尤其在单一流体包裹体的研究中更为重要。当前,拉曼光谱在定性研究物质结构和成分方面已经十分成熟,相比之下,拉曼光谱定量研究仍显不足。结合前人的研究和实际的实验,根据对拉曼光谱基本原理的分析,提出激光拉曼光谱定量研究应当基于相对散射强度进行,且利用13CO_2和12CO_2的拉曼谱峰强度比(I13+/I12+)表征流体包裹体中CO_2的碳同位素组成是可行的。而影响该方法应用的是其较低的准确度,解决这一问题的关键在于如何在单次实验中同时获得准确而强度较高的I13+和I12+的值。     

应用显微激光拉曼光谱法测定CO_2气体碳同位素

<正>拉曼光谱是一项重要的现代分子光谱技术,已广泛应用于物理、化学、材料、石油、生物、环境、地质、天体等领域[1-5]。激光拉曼光谱在微区分析上具有高精度、原位、无损和快速特点,使之逐渐成为地球科学基础研究中的一项重要分析手段。激光拉曼光谱在深入应用于地质学领域的同时,也在流体包裹体中得到了广泛应用。流体包裹体是封存在矿物晶格缺陷及穴窝中的原始地质流体,对其进行分析研究能够揭示不同时期成岩成矿物化条件、流体成分和物质来源[6-7]。在流体包裹体形成过程中,包裹体中不同同位素     

H_2O-CO_2体系融合二氧化硅毛细管样品原位显微激光拉曼光谱研究

使用配备Linkam冷热台的显微激光拉曼光谱仪,采用融合二氧化硅毛细管样品,在-120～31℃温度区间,1 200～1 500cm-1光谱区间上,原位采集H2O-CO2体系流体包裹体的拉曼光谱,并针对CO2特征拉曼光谱展开分析。结果表明,融合二氧化硅毛细管样品中的流体具有代表性。通过对毛细管样品进行拉曼光谱采集,该实验获得了流体包裹体中CO2气相、CO2液相、CO2固相、CO2水合物相和CO2水溶液相的特征光谱。光谱分析结果显示,在实验温度区间上,CO2固相和CO2水合物相特征峰的稳定性,有助于鉴别拉曼光谱;同时,CO2气相、CO2液相和CO2水溶液相费米共振峰峰位因CO2压力或密度影响而发生变化。此外,该实验在温度变化过程中,鉴定了不同相的拉曼特征光谱。结果表明,激光拉曼光谱结合显微测温技术能够有效鉴别包裹体中不同的流体相,获得相变过程,确定相变温度。     

云南大坪金矿含金石英脉中高结晶度石墨包裹体:下地壳麻粒岩相变质流体参与成矿的证据

石墨作为各种岩浆岩和变质岩的副矿物可作为主岩形成条件的指示剂。本文利用激光拉曼光谱分析在大坪金矿含金脉石英中发现了大量孤立的石墨固体包裹体,进一步利用激光拉曼光谱和显微测温分析了其寄主矿物的流体包裹体特征,据此探讨了这些石墨包裹体的形成条件和本区成矿流体的来源。结果表明:所有大坪石墨的拉曼光谱都在1576~1580cm-1处出现尖锐的有序O峰,而绝大多数在1355cm-1附近不出现无序的D锋,表明这些石墨具有完全有序结构和完好的结晶度;其寄主矿物流体包裹体主要是纯CO2包裹体和富CO2包裹体。根据大坪石墨的拉曼光谱D:O峰强度比,估计这些石墨形成于麻粒岩相变质温度条件下,与石英中富CO2流体包裹体的均一温度(300.0~420.0℃)极不相称;含金石英脉中包裹体的类型和成分也表明本区不存在从流体中直接沉淀石墨的物理化学条件,因此推测这些石墨形成于下地壳麻粒岩相变质环境下。本区喜马拉雅期切割较深的韧性剪切带从下地壳麻粒岩相变质基底中汲取大量富CO2的流体的同时,还从下地壳携带微粒石墨,富含CO2和高结晶度石墨的成矿流体沿剪切带上升,并在闪长岩体内脆性断裂中沉淀成矿。本文的研究成果再次证实了下地壳流体对大坪金矿成矿的贡献。     

橄榄石流体包裹体中分子水的发现

利用激光拉曼和红外光谱测定了内蒙古东部喀喇沁地区玻基橄辉岩橄榄石斑晶中的原生流体包裹体的成分,发现了波长分别为３２４５～３５６５ｃｍ＾－１的液态水和波长为３６２７的ｃｍ＾－１气态水的特征峰,而未发现结构水的特征峰,橄榄石的惰性气体同位素测定结果表明包裹休事的水来源于地幔岩浆,而非混染陆壳水。这一发现,揭示了地幔水可以以流体包裹体的形成赋存在火山岩的矿物斑晶中。     

一种潜在的地质压力计：流体包裹体子矿物的激光拉曼光谱测压法

高温高压下矿物的拉曼原位测量表明，某些拉曼活性的物质其拉曼位移与压力之间具有良好的线性关系。这一特性使我们能够通过测量矿物包裹体中含有这些子矿物的拉曼位移以确定矿物的形成压力。与目前常采用的共存矿物对压力计以及流体包裹体的CO2等容线法等压力测定方法相比，该方法具有快速、方便和准确的特点。由于包裹体中可以存在各种不同的子矿物以及不同的溶液物质，因此系统研究包裹体中一切可能存在的矿物或物质的拉曼位移与温度和压力之间的关系将可以提供一种方便、准确的地质压力测量手段。     

白云鄂博碳酸岩脉的显微共聚焦激光拉曼光谱分析

白云鄂博矿区发育的脉状稀土碳酸岩，由于其结晶迅速，矿物颗粒细微，其中的微小矿物的鉴定一直是一个难题。应用显微共聚焦激光拉曼光谱仪则能较好地解决这一问题。研究表明，白云鄂博地区存在富稀土白云质岩浆碳酸岩脉，早期阶段形成碱性长石和铁白云石，无稀土矿化；铁白云石常常出溶铁质而自身则形成方解石。霓石和方解石形成略晚，常常与氟碳铈矿等稀土矿物共生，出现强烈的稀土矿化；而无解理的方解石则形成于更晚的岩浆期后热液阶段，发育大量的流体包裹体，并出现强烈的铌、稀土矿化。铌铁矿分布在氟碳铈矿中和赤铁矿边缘，为热液交代作用的产物。早期结晶的矿物如碱性长石、铁白云石稀土矿化弱，岩浆晚期分异出大量的流体相，稀土元素和Sr等进入岩浆热液中，并在热液结晶矿物中富集，甚至在非平衡结晶的石英中产生强烈的稀土矿化。结合岩相学显微观察，显微拉曼探针很好的揭示了这一地质过程。同时为白云鄂博矿床铌、稀土矿化的热液交代成因提供了依据。     

碳质物拉曼光谱变质温度计及其在造山带热结构重建与演化中的应用

变质沉积岩普遍含有碳质物,其源自沉积母岩中有机质。在变质过程中这些有机质逐渐转变为碳质物或石墨,且碳质物结晶程度可以作为变质等级的可靠指示标志。拉曼光谱是表征碳质物结晶度的有效工具,Beyssac et al.(2002a)基于碳质物拉曼光谱参数(R1=D1/G,D1和G为碳质物拉曼光谱峰强;R2=D1/(G+D1+D2),G、D1和D2为碳质物拉曼光谱峰面积)与寄主岩变质温度之间的线性关系构建了碳质物拉曼光谱温度计:T(℃)=-445(R2)+641,其简单且实用,并被应用到阿尔卑斯和喜马拉雅造山带热结构与折返机制研究中;随后,Rahl et al.(2005)对该变质温度计进行修订,修订后温度估算表达式为:T(℃)=737.3+320.9R1-1067R2-80.638R12,并将变质温度估算范围扩展为100~700℃。本文对碳质物拉曼光谱变质温度计的基本原理、方法、应用条件及其在造山带热结构重建与演化方面的研究进展进行了综述,并对碳质物拉曼光谱温度计与传统温度计估算的变质温度进行了系统的对比分析,结果表明碳质物拉曼光谱温度计代表峰期变质温度,不会受后期退变质影响,当传统温度计结果代表峰期变质温度时,二者计算结果一致。碳质物拉曼光谱温度计已被用于造山带热结构重建、折返过程的热演化,以及高应变带、流体相关热异常等研究。尽管变质过程的压力、变质持续时间、碳质物前体类型等因素对于碳质物拉曼光谱温度计的影响尚待研究,但与传统矿物组合温压计相结合,该方法可以有效评价峰期变质条件和造山多期热演化。     

流体包裹体气液成分原位测定的新进展

综述了近年来流体包裹体原位测定的分析方法,其中较为常用的方法为激光拉曼光谱法,质子探针法等。激光烧蚀法是最近发展起来的一种打开单个包裹体的新方法。该方法与其它技术相结合对测定流体包裹有一定的发展前景。     

储层烃类包裹体类型识别与PVT模拟方法

正确判识烃类包裹体的类型与准确的PVT模拟结果对于含油气盆地储层包裹体研究和应用有着重要的意义。目前有关烃类包裹体类型的分析方法有显微冷冻测温分析、荧光光谱分析、显微激光拉曼光谱分析及傅里叶变换红外光谱分析等方法。显微测温分析是研究包裹体相变特征的基本方法,也是判断烃类包裹体含油类型的简单而有力的工具。根据烃类包裹体的相变特征结合光谱分析结果可以识别不同类型的油气,如重质油、轻质油、湿气、干气和凝析气等。根据其临界点的高低也可以判断其含油类型。在对烃类包裹体判识的基础上,对包裹体进行PVT模拟是准确获取油气成藏温压条件的重要手段,但PVT模拟的难点是难以获取单个烃类包裹体的成分,这将是未来烃类包裹体研究的重要内容之一。     

沉积岩石学的室内研究方法综述*

为了正确、高效地完成沉积岩石学的研究内容,势必要求沉积岩石学的研究方法具多样性和先进性,并可在实践中不断完善和发展。作者着重阐述了沉积岩石学的室内研究方法,旨在为沉积岩石学研究者系统介绍合适的技术和手段。室内研究方法主要包括矿物成分与结构分析、无机与有机地球化学分析和其他实验方法。矿物成分与结构分析主要包括薄片鉴定、粒度分析、重矿物分析、激光拉曼光谱和荧光光谱分析、微区矿物识别和元素分析、阴极发光分析,以及X射线衍射、红外光谱和热谱分析。无机地球化学分析主要包括元素地球化学、风化强度的量化、稳定同位素分析和测年分析。有机地球化学分析主要包括总有机碳、岩石热解分析、镜质体分析、气相色谱分析和生物标志物色谱—质谱分析、非生物标志化合物和有机化合物稳定同位素组成分析等。此外,沉积岩石学的室内研究方法还包括磁性矿物学、物理和数值模拟、岩石地球物理方法和地质大数据方法等。新技术、新方法的应用和发展,是促进沉积岩石学发展的重要原因之一。     

隐藏在苏鲁地体斜长角闪岩锆石中超高压变质作用的信息

运用激光拉曼和阴极发光技术，配备电子探针测试，发现苏鲁地体地表露头和中国大陆科学钻探工程预先导孔CCSD-PP1和CCSD-PP2斜长角闪岩锆石中均保存以柯石英为代表的典型超高压矿物组合：柯石英 石榴石 绿辉石 金红石；柯石英 石榴石 绿辉石；柯石英 石榴石 绿辉石 多硅白云母 金红石 磷灰石；柯石英 绿辉石 金红石；柯石英 菱镁矿。该类矿物包体组合与苏鲁地体超高压榴辉岩的峰期矿物组合十分相似，表明斜长角闪岩可能是由超高压变质的榴辉岩在构造抬升过程中退变质而成。     

论砂岩储集岩相

储集岩相是以基本标志反映储集岩的沉积相、成岩变化以及油气显示面貌的。采用的标志包括：岩石学标志(沉积相、镜质体反射率),物性标志(三维孔喉比、配位数)以及有机地球化学标志(单有机包裹体光化学参数)。区分出的储集岩相类型不仅根据上述定量标志能进行自身评价,还可以编入相柱状图和古地理图进行预测和追索油气藏。依据由岩心或者岩屑制成双面抛光不加盖片的薄光片(岩心部分副样要浸注玫瑰红荧光剂并制成平行与垂直层理的三维薄光片),用显微镜光度法、显微付里叶红外谱和激光拉曼谱确定以上标志。