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。     

高温高压实验及原位测量技术

文中简述了高温高压实验技术及其发展现状,主要涉及高温高压实验装置及高温高压原位实验测量技术两方面内容。重点介绍了:(1)金刚石压腔、大体积压力机、高压釜等静态高压实验技术和动高压实验技术及其特征;(2)拉曼、红外、X-射线衍射及同步辐射等高温高压原位谱学研究;(3)超声波、布利渊散射、核共振非弹性X-射线散射等高压物质弹性波速原位测量技术研究现状及其进展;(4)金刚石压腔、大压力机中高温高压电导率的原位测量技术研究现状及其进展。     

原位低温拉曼光谱技术在人工合成CaCl_2-H_2O和MgCl_2-H_2O体系流体包裹体分析中的应用Ⅰ:低温拉曼光谱研究

利用原位低温拉曼光谱分析技术,对在设定的实验条件下合成的CaCl2-H2O体系和MgCl2-H2O体系的流体包裹体进行分析研究,结果表明低温下CaCl2水溶液和MgCl2水溶液形成的盐水合物具有各自不同的特征拉曼光谱,通过测定特征光谱,能够简易直接的鉴定这些物质,进而确定盐水体系包裹体的成分.因此,原位低温拉曼光谱技术,能够有效地测定Ca2+和Mg2+这两种盐水体系包裹体流体中常见,但显微测温过程难以观察和判别的二价阳离子.实践表明,原位低温拉曼光谱分析技术是对传统的流体包裹体显微测温技术的一个十分有效的补充,在包裹体研究领域会得到越来越广泛的应用.     

氟氯磷灰石固溶体的晶格振动特征

振动光谱学是一种研究固体材料的有力手段,其原理与晶格振动能量对电磁波的共振吸收或拉曼散射有关,因此,可提供大量晶体结构与成分的信息,成为晶体化学研究的重要技术手段.磷灰石在地球科学、材料科学、环境科学、矿物加工工程等领域有着重要的作用.     

傅立叶红外光谱及拉曼光谱技术在宝玉石鉴定方面的应用

20世纪20年代来发展起来的波谱分析技术已被广泛地应用于矿物学研究,其中红外光谱为物质分子振动的分子光谱,反映分子振动的能级变化及分子内部的结构信息,由无机化合物组成的矿物质具备各自不同特征的红外光谱;而拉曼光谱为分子振动的散射光谱,物质振动的频率及强度由物质内部分子的结构和组成决定,拉曼光谱反映出不同物质的组成和分子内部的结构信息.近几十年来,红外、拉曼光谱技术已经成为矿物学研究的重要手段之一,同时以德国布鲁克光谱仪器公司为首的光谱仪器制造厂家不断推出红外反射光谱、红外显微镜、拉曼显微镜、探针等新的测试技术,对矿物学和矿床地球化学的研究起到了重要的推动作用.近年来随着宝玉石行业的蓬勃发展,红外、拉曼光谱作为非破坏、快速鉴定的方法得到了广泛的应用,同时矿物学研究分析的许多方法及仪器也在宝玉石鉴定中被广泛认可和使用.下面就德国布鲁克光谱仪器公司的红外、拉曼光谱仪器在宝玉石鉴定方面的应用方法做一简要介绍.     

光纤传感器及其在地质矿产勘探开发中的应用

与传统电、磁及机械传感器相比,光纤传感器集传输、传感于一体,具有诸多独特优势,在各领域中均存在广泛、特殊的应用前景和潜力。目前研究最多、应用最广泛、在该领域内占重要地位的两类光纤传感器是光纤光栅传感器和分布式光纤传感器,前者以光纤Bragg光栅（FBG）传感器为主,后者以基于拉曼散射的分布式温度传感器（DTS）和基于布里渊散射的分布式温度应变传感器（DTSS）为主。着重阐述了这两类光纤传感器在地质矿产勘探中的应用：光纤地震检波器在石油勘探中的应用、DTS和光纤光栅压力传感器在油页岩勘探中的应用、光纤传感器在智能完井中的应用以及光纤气体传感器在地下煤矿安全监测中的应用。光纤传感器目前存在规范性差、成品率低等的问题,特殊结构或特殊用途的光纤传感器的研制是未来发展方向。     

铅锌富集机制实验研究方法综述

元素富集机制的研究是重现成矿过程和查明成矿机制的基础,有助于深化对矿床的认识,为找矿提供理论依据。本文总结了近年来关于铅锌元素的迁移与沉淀机制的研究及其应用,包括3种铅锌迁移沉淀模式,4种含铅锌流体驱动模式,铅锌的迁移形式及其沉淀机制;同时简述了我国高温高压实验的发展历程以及4种高温高压模拟实验方法。重点介绍了4种高温高压实验模拟方法及其研究现状：(1)高压釜实验;(2)热液金刚石压腔—激光拉曼实验;(3)熔融毛细硅管—激光拉曼实验;(4)计算机模拟实验。从封闭—平衡—静止到(半)开放—非平衡—流动、淬火分析到原位观察,应是今后高温高压实验的发展方向。以地质特征为基础,采用高温高压成岩成矿模拟实验结合计算机模拟,精细刻画成矿过程并揭示元素富集机制不仅是解决实际地质问题的有效手段,更是很长一段时间内要为之努力的方向。     

原位低温拉曼光谱技术在人工合成CaCl2-H2O和MgCl2-H2O体系流体包裹体分析中的应用I：低温拉曼光谱研究

利用原位低温拉曼光谱分析技术,对在设定的实验条件下合成的CaCl2-H2O体系和CaCl2-H2O体系的流体包裹体进行分析研究,结果表明低温下CaCl2水溶液和CaCl2水溶液形成的盐水合物具有各自不同的特征拉曼光谱,通过测定特征光谱,能够简易直接的鉴定这些物质,进而确定盐水体系包裹体的成分。因此,原位低温拉曼光谱技术,能够有效地测定Ca^2＋和Mg^2＋这两种盐水体系包裹体流体中常见,但显微测温过程难以观察和判别的二价阳离子。实践表明,原位低温拉曼光谱分析技术是对传统的流体包裹体显微测温技术的一个十分有效的补充,在包裹体研究领域会得到越来越广泛的应用。     

三角帆蚌贝壳珍珠层中类胡萝卜素的激光拉曼光谱研究

三角帆蚌贝壳珍珠层及养殖珍珠的拉曼光谱中除由文石矿物引起的拉曼峰外，还可观察到明显的由全反式结构的类胡萝卜素引起的1132cm^-1(C-C单键的伸缩振动）和1527cm^-1(C=C双键的伸缩振动）两个拉曼峰，根据类胡萝卜素的拉曼光谱特征推断其分子中的C＝C双键的数目为10。珍珠层中类胡萝卜素的相对浓度与珍珠层的颜色密切相关，在同一贝壳中从壳后端至壳顶，其相对浓度逐渐变小。对贝壳珍珠层中类胡萝卜素的研究可为珍珠漂白及在食品、化妆品等领域的应用提供科学的依据。     

激光拉曼光谱技术在地矿领域的应用与研究进展

激光拉曼光谱技术作为一种微区定性分析方法,在地质矿产领域中的应用主要体现在流体包裹体分析、沉积有机质研究以及矿物组分鉴定方面。在流体包裹体分析中,诸如高斯-洛仑兹去卷积分峰、频移参数法、CO₂拉曼光谱压力计等方法以传统的定性分析为基础,借助峰面积、峰半高宽等拉曼特征参数与浓度、压力、同位素的良好线性关系,可对其盐度、压力、同位素进行分析; 在沉积有机质研究中,碳质物拉曼温度计可反映岩石变质级别、有机质成熟度和热演化程度; 在矿物组分鉴定中,运用点到点、点到面方式可方便快捷地对相似矿物、微小矿物进行鉴别。结合相关文献,评述了激光拉曼光谱在以上方面的最新发展,总结了现有成果和应用中存在的问题,认为这些新方法能较好地弥补传统方法的不足,但也需注意诸如荧光干扰、不同实验条件等对实验过程的便捷性、重现性和实验结果准确性的影响; 认为未来应当加强激光拉曼光谱与其他仪器之间的联用,以提高测试效率,进一步拓展拉曼光谱技术在矿产资源利用与综合研究中的应用范围,为地质工作提供更为高效的技术手段。     

华中高压变质柯石英的拉曼谱学研究

采用光学显微镜、X衍射仪和拉曼分子探针对华中皖西南榴辉岩中的柯石英的晶体结构和分子配位体结构进行了研究,在中国自己的实验室中首次测定了自然柯石英的拉曼散射谱并获得下列结论:①通常高压变质柯石英是不可能结晶成大的颗粒,其大小为几个微米至几十微米。②根据因子群分析理论确定石英的465cm~(-1)峰为对称伸缩振动A_1,柯石英的521cm~(-1)峰为反对称伸缩振动Bg。③利用拉曼分子微探针鉴定SiO_2多形具有独特的效果,研究表明在α-方石英(CR)石英(QZ)和柯石英(CS)中Si-O键长基本不变,但是[SiO_4]配位体密度从CR、QZ至CS是递增的,并导致矿物密度及[SiO_4]架状结构振动频率的增加,这为研究分子结构与地质体温度、压力之关系提供了新的依据。     

川南宁西地区龙一段高密度甲烷包裹体发育特征及地质意义

作为川南志留系页岩气重点拓展区,宁西地区经历多次断裂活动,龙一段普遍发育方解石脉体,同时由于热演化程度极高,出现石墨化现象,致使页岩气富集规律不明.本次研究以区内重点探井——宁西202井的龙一段为研究对象,通过系统岩心描述、薄片镜下观察、阴极发光、激光拉曼光谱和显微测温等实验分析,进行了古温压恢复研究.研究表明:龙一段主体分布高角度方解石脉体（A类）,局部发育顺层脉体（B类）.A类脉体中主要发育高密度甲烷包裹体、部分样品出现特殊的沥青包裹体.沥青包裹体中沥青的拉曼R_o（_RmcR_o）为3.52%~4.16%,处于过成熟至石墨化阶段.甲烷拉曼散射峰介于2 910.711 2~2 912.495 1 cm—1,均一温度介于-99.8~-96.3℃.通过拉曼参数位移法和显微测温法分析得出的密度值分别介于0.253 6~0.344 5 g/cm3和0.291 6~0.303 2 g/cm3,呈典型的高密度特征.综上,高密度甲烷包裹体可能捕获于燕山构造运动抬升初期,处于超压状态,指示页岩系统封闭性较好,有利于页岩气的富集.      

以遥感为基础的近代地球动力学的综合研究

“天山星际”(Tien-Shan-Intercosmos)国际航空、航天实验从1988年开始到完善遥感技术的过程中,在活动地质现象和高地震区以及其它一些灾害现象等方面的应用上显示出很好的效果。这个实验室是由星际计划(Intercosmos Progranm)机构组织的。从事不同专业研究的100多位专家和来自保加利亚、捷克-斯洛伐克、德国、匈牙利、波兰、罗马尼亚和前苏联等国家的应用组织都参加了实验。     

葡萄石的热膨胀性与压缩性及其地质意义

利用同步辐射X射线衍射及拉曼光谱技术对葡萄石分别进行了原位高温及原位高压实验。原位高温实验结果表明葡萄石的热膨胀系数为K=1. 77(3)×10~(-5)K~(-1),轴向热膨胀系数具有各向异性(α_aα_bα_c),葡萄石在1073K时开始发生脱水反应,分解为钙长石及硅灰石。原位高压X射线衍射实验结果表明,在大于12. 4GPa时,葡萄石的晶胞参数发生不连续变化,可能发生了相变;在24. 0GPa左右,葡萄石发生不可逆的非晶化转变。原位高压拉曼光谱表明,葡萄石在12. 6GPa左右发生相变,这一相变很可能与其[(Si,Al)O_4]四面体中的Si发生有序排列有关。结合葡萄石的热膨胀性及压缩性,我们确定了葡萄石在高温高压下的稳定范围,这一结果对认识上地幔中含水矿物的状态以及地幔中水的来源有重要意义。     

大别-苏鲁超高压变质岩研究新思路: 偏光显微镜阴极发光技术的应用

利用偏光显微镜阴极发光技术可观察到其他常规成分结构测试法不易识别或容易忽略的多种矿物的生长结构, 该技术是进行后续成分分析的有效预研究手段, 可为重建矿物形成演化过程提供重要信息.该技术在国际岩石矿物学、油气储层及矿床学领域应用广泛, 但在变质岩研究领域的应用较薄弱.综述该技术在国际超高压变质岩研究领域的应用, 并利用其对大别-苏鲁超高压变质带经典地区的超高压榴辉岩、云母片岩、大理岩进行初步研究, 讨论它在多期微细矿物相快速鉴别、生长环带、微量元素分布规律、双晶纹、出溶结构等内部结构表征方面的应用价值和前景.偏光显微镜阴极发光技术与拉曼光谱、扫描电镜、电子探针等分析技术相结合, 可为我国超高压变质岩的研究开辟和扩展一条新思路.      

高温高压下石膏脱水相变的原位拉曼光谱研究

本文运用激光拉曼光谱仪,利用水热金刚石压腔装置对高温高压条件下石膏-水体系中的石膏脱水相变进行拉曼光谱研究。在压力0.1MPa～837.9MPa 和温度16～200℃条件下通过系列实验对相变的过程进行了原位光谱分析。与人们已知的无水条件下石膏分两步脱水的过程不同,高压下石膏在饱和水环境下倾向于一次性的脱去所有结晶水而形成无水石膏,实验中没有观察到半水石膏的出现。通过实验数据得到石膏和无水石膏的转折温度和平衡压力间的关系式为 P_(MPa)=19.56·T_(℃)-2926.5。     

水及其高压相的研究进展

人们通过喇曼光谱、红外光谱、X射线衍射、中子散射、Brillouin散射等各种方法,在各种条件下(如低温、高温、高压)研究了水的结构性质和相行为.Okhulkov等对常温液态水的能量散射X光衍射(EDXD)研究发现,在0.1～200 MPa,水分子间的OO间距rO-O随压力的升高而减小;之后,rO-O随着压力升高而增大,在400～500 MPa时达到初始最大值;然后,随压力的升高而减小.A.KSoper等通过中子衍射研究发现,液态水与冰一样,也有多形现象.     

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。     

人工合成烃类包裹体的实验研究

运用 Sterner 和 Bodnar(1984)提出的愈合裂隙的实验技术,在石英中成功地合成了烃类包裹体,并对合成的包裹体进行了岩相学观察、显微温度测定及激光拉曼光谱分析等。实验揭示出除合成压力之外,合成温度、反应时间和油水比例是烃类包裹体合成时几个需要重点考虑的因素。此外,合成时加入的初始溶液盐度和酸碱度也值得进一步考虑。人工合成烃类包裹体为研究天然烃类包裹体的形成机制及测定分析奠定了基础。     

埃塞俄比亚染色欧泊的研究

目前,埃塞俄比亚染色欧泊在我国市场上屡见不鲜.本文采用常规宝石学测试手段、光谱分析、吸水实验、浸泡褪色实验和浸泡染色实验等方法对市场上常见的3种颜色的埃塞俄比亚染色欧泊进行了研究.结果表明,这些埃塞俄比亚染色欧泊主要通过浸泡于不同颜色的化学颜料溶液中上色,浸泡过程中往往添加含有羧酸根离子的表面活性剂或颜料超分散剂(如邻苯二甲酸酯),以使颜料颗粒分布更加均匀,这主要是由于埃塞俄比亚欧泊的孔隙度相对较大,对染料的吸附性相对较强.这些埃塞俄比亚染色欧泊的主要特征如下: ① 亚透明至微透明,染橙色和染蓝色样品具有弱至强的变彩,染黑色样品体色以灰蓝色或黄灰色为主,具有强烈的红色、黄色、绿色和蓝色变彩;透射光下照射,染黑色欧泊具有强至弱的红色调以及明显的染剂不均匀富集现象. ② 埃塞俄比亚染色欧泊和其天然欧泊一样吸水性强,吸水后密度、质量均有所增加,透明度增强,变彩可能会有所增强,也可能会有所减弱,染色欧泊密度范围为1.63～1.86 g/cm³,折射率在1.40(点测)左右,与天然欧泊一致,均低于澳大利亚和墨西哥的欧泊. ③ 在高倍显微镜下观察,染色样品颜色分布不均,内部常见色点、色斑、色块或色团分布,在表面部位染剂富集现象更为明显,常见染剂沿着边缘、刮痕或凹坑处富集. ④ 染色欧泊浸泡在不同的溶剂中会使溶剂变色. ⑤ 拉曼光谱表明,染色欧泊出现了很强的荧光背景及弱的热效应峰3 362 cm^-1,拉曼散射峰很弱. ⑥ 紫外可见光分光光谱表明,埃塞俄比亚染色欧泊与天然欧泊的吸收光谱不同.