高温高压条件下水镁石相变的拉曼光谱研究

本文应用金刚石压腔装置结合拉曼光谱分析技术原位观测了高温高压条件下水镁石的结构变化特征。结果表明：常温升至300℃过程中,随温度升高,水镁石中表征H-O对称伸缩振动的3652 cm-1拉曼特征峰向低波数移动,拉曼特征峰波数与对应的体系温度呈现良好的线性相关关系。常温条件下体系加压过程中,当压力升高至1.19 GPa时,水镁石中表征H-O振动的3652 cm-1拉曼峰向高波数移动并逐渐消失,同时产生表征方镁石的1078 cm-1拉曼特征峰,表明水镁石脱水相变为方镁石。随后压力降低过程中,表征水镁石H-O振动的3652 cm-1拉曼特征峰没有重新出现,脱水相变过程不可逆。     

流体包裹体压力计研究之一:高温高压下Na2SO4溶液的拉曼光谱

用金刚石压腔研究了Na2SO4溶液在温度30~400℃、压力90~2400 MPa条件下的拉曼光谱特征。结果表明:温度相同时,SO42-的对称伸缩振动随压力增大向高频方向偏移;而在压力基本相同时,随温度升高则向低频方向偏移。经过数据拟合得到了SO42-对称伸缩振动的拉曼位移与温度、压力的关系为:ρ=190.44Δυp 0.002 7t2 2.901 9t-111.68。该公式可以用来作为流体包裹体的压力计。     

高压下白云石的原位拉曼光谱研究

利用热液金刚石压腔研究了白云石在温度298 K、压力100~1 000 MPa下C-O键弯曲振动峰1ν097的拉曼变化特征。结果表明,在实验的压力范围内白云石稳定,其拉曼位移和压力具有很好的线性关系,拟合后得出压力与白云石1 097 cm-1拉曼线频率位移的关系为:p=143.47(Δpν)1 097+102.67(1 097相似文献   

马鞍山绿松石中水的振动光谱表征及其意义

在室温和变温条件下对安徽马鞍山绿松石中水的结构特征进行红外吸收光谱和激光拉曼光谱分析研究,结果表明:绿松石中部分水分子与Cu2 结合成[Cu(H2O)4]2 水合离子,并在很大程度上制约了绿松石的颜色;马鞍山地区绿松石中结晶水的脱失温度约为303℃～310℃,结构水的脱失温度约为346℃～375℃。绿松石中H2O,OH-的振动是导致其水的激光拉曼光谱形成的主要原因,ν(OH)振动导致的强拉曼特征谱峰在3470 cm-1,3502 cm-1～3505 cm-1之间的弱谱峰则隶属3470 cm-1的次级谱峰,ν(H2O)的拉曼谱峰主峰位于3442 cm-1～3449 cm-1处。由ν(MFe,Cu-H2O)伸缩振动致平缓的拉曼谱峰主要分布在3074 cm-1～3303 cm-1附近。     

不同变质程度煤的激光拉曼光谱特征

对不同矿区，不同变质程度煤的9个镜煤样品进行了激光拉曼光谱测定，并对其特征光谱进行了参数化。在1000－2000cm^-1的波数范围内有两个明显的拉曼频率振动峰G峰和D峰。当镜质体反射率R0＜2．28％时，D峰位置随R0的增大向低波数位置偏移。G峰与D峰峰位差和峰高比随R0的增大而增加。当R0约为2．1％时，拉曼光谱特征趋势发生逆转性变化。在2500－3250cm^-1之间有一个明显的拉曼谱带，并随煤变质程度的增加呈现如下规律，其谱带的变化与有机质的成熟度演化具有一珲的同步性，特别是在有机质进入成熟门限后，由于油相和气相成分的大量生成，出现明显的振动峰，而进入无烟煤（R0＞4．4％）后，其振动峰变弱，因此，煤的激光拉曼光谱特征可作为油气盆地判断有机质成熟度的一个指标。     

常温和压力0.1～1300 MPa下硬石膏的拉曼光谱研究

利用立方氧化锆压腔装置测量了高压下硬石膏中硫酸根离子内部S-O键的四个振动（对称伸缩振动、弯曲振动、反对称伸缩振动和变形弯曲振动）的拉曼位移,研究结果表明：在25℃和0．1～1300MPa压力范围内硬石膏未发生相变,所观察到的硬石膏各个拉曼峰的位移值随压力的增加而线性增加,它们与压力之间的关系可分别表达为：υ1018=0．0053p＋1016.8,υ417=0．0013p＋416．82,υ498=0．0044P＋499．25,υ1129=0．0052p＋1128．5,υ1160=0．0067p＋1159．5,υ608=0．0028p＋608．76,υ627=0．0036p＋627．01,υ675=0．0039p＋675．32,且伸缩振动受压力的影响比弯曲振动大。其1018cm^-1峰强度大,是石英464cm^-1峰的6倍,因此硬石膏也是宝石压腔良好的压力标定物质。     

流体包裹体压力计研究之二:高温高压下碳氢化合物的拉曼光诸

在温度23～315℃、压力高达近2000MPa下用金刚石压腔下研究了正庚烷、环己烷及其混合物的拉曼光谱特征.结果表明:环已烷和正庚烷混合,只是改变了环已烷及正庚烷的平均C-H伸缩振动的拉曼位移,但是并不影响其P-△vp关系式.另外,经过数据拟合,得到了平均C-H伸缩振动的拉曼位移与压力的关系为:P=78.21(△vp)+71.56.该公式可以用来作为流体包裹体尤其是油气包裹体的压力计.     

流体包裹体压力计研究之二:高温高压下碳氢化合物的拉曼光谱

在温度23～315℃、压力高达近2000MPa下用金刚石压腔下研究了正庚烷、环己烷及其混合物的拉曼光谱特征。结果表明：环己烷和正庚烷混合,只是改变了环己烷及正庚烷的平均C-H伸缩振动的拉曼位移,但是并不影响其P-△^-vp关系式。另外,经过数据拟合,得到了平均C-H伸缩振动的拉曼位移与压力的关系为：P=78．21（△^-vp）＋71．56。该公式可以用来作为流体包裹体尤其是油气包裹体的压力计。     

激光拉曼光谱技术在获取流体包裹体内压中的应用及讨论

本文详细介绍了二氧化碳、甲烷、氮气及其混合物拉曼位移与压力的关系。对实验数据进行拟合发现,不管是纯组分还是混合体系中,气体的拉曼位移基本上是随压力增加呈一级指数递减。在混合体系中,压力对拉曼位移的影响最大,含量次之。氮气与甲烷混合由于分子相互作用发生变化,结果使得氮气拉曼位移随压力变化的灵敏度增加,而甲烷的灵敏度却是降低。随压力增加,峰面积、峰半高宽、峰高等参数也将随之变化。实际的应用结果表明,激光拉曼光谱技术是一种获取复杂体系流体包裹体内压的新方法。     

原油裂解过程中固体沥青的拉曼光谱演化特征

固体沥青是石油天然气的伴生产物,它记录了油气藏演化过程中的重要信息。本文通过原油裂解模拟实验得到不同成熟度条件下的固体沥青,并利用激光拉曼光谱仪对其进行测定。测定结果表明,拉曼光谱中的D峰随着成熟度的增加总体呈现出向低波段移动的趋势,G峰没有明显的变化趋势,已有的拉曼参数(如G峰与D峰的拉曼位移和面积比)也随着成熟度的增加发生了规律性的变化,为实际地质条件下固体沥青的拉曼光谱特征研究提供了科学的实验依据。     

CTAB-Al复合改性蒙脱石的合成及表征

采用不同CEC浓度的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)预先改性蒙脱石,然后再加入羟基铝离子柱撑液合成CTAB-Al-Mt复合物并利用X射线衍射分析?热重?化学分析及红外光谱分析,研究合成产物的层间结构特性,结果显示:CTAB在粘土中的加载量明显决定着CTAB-Al-Mt的层间距,铝含量。此外,在羟基铝阳离子进入粘土层间的过程中,部分层间的CTAB被置换了出来,从而引起Si(Al)—O,Si—O—Al和(M—O)Td伸缩振动波数的漂移。随着吸附水含量的减少,H—O—H弯曲振动(2ν)向高波数飘移,而O—H伸缩振动(ν1和ν3)向低波数漂移,这是由于H2O分子中的氢键较少所致。     

琥珀的激光拉曼光谱特征研究

采用激光拉曼光谱仪对波罗的海、多米尼加、缅甸三个地区的琥珀样品进行了拉曼光谱测试分析,描述了拉曼光谱的位置、形态、相对强度,分析了振动模式,同时对某些分子基团如ν（C-H）,ν（C-O）做了谱带归属。结果表明,琥珀结构中碳链骨架振动是导致其拉曼光谱形成的主要原因,同一产地不同品种琥珀的拉曼谱峰特征基本一致,不同产地琥珀的拉曼谱峰仅在个别拉曼位移处存在较小差异。另外,对前人提出的用拉曼光谱中ν（C=C）和δ（CH2）的强度比值N（I1645cm-1／I 1450cm-1）来确定天然树脂成熟度的初步设想进行了验证分析。拉曼光谱对于琥珀真伪及其产地的鉴定有一定的辅助作用,但不能作为鉴别产地的唯一指示性依据。     

单晶菱锰矿的压缩性研究及方解石型碳酸盐的高压行为

碳酸盐矿物在地幔温压条件下的稳定性和结构变化对理解地球内部碳的存在形式、建立深部碳循环模型具有重要的指示意义。本文利用金刚石对顶砧装置,借助同步辐射X射线衍射和拉曼光谱技术,对天然菱锰矿单晶的结构稳定性和弹性性质进行了研究。结果表明:菱锰矿在压力达到~10 GPa时结构保持不变,但c轴方向的压缩性大于a轴。菱猛矿的等温状态方程参数为V_0=308.8(2)~3、K_0=104(1)GPa和K'_0=4(fixed)。[CO_3]~(2-)基团对称伸缩振动(ν_1)和平面内振动(ν_2)引起的拉曼峰分别位于1 087.9 cm~(-1)和720.5 cm~(-1),基团外振动峰(ν_3)出现在293.8cm~(-1),三者的拉曼位移均与压力呈良好的线性正相关关系,且外振动对压力的响应比内振动敏感。计算得到内振动的模式Grüneisen参数γ_(ν_1)=~0.29和γ_(ν_2)=~0.26,远小于外振动γ_(ν_3)=~1.57。进一步证明菱锰矿的压缩取决于[MnO_6]体积的减小而非[CO_3]~(2-)基团的压缩。结合前人的研究结果,本文对方解石型碳酸盐的弹性性质及其变化规律进行了总结。     

异极矿热相变过程的高温原位拉曼光谱

利用高温拉曼光谱技术,对异极矿进行了原位拉曼光谱的测试和研究。结果表明,异极矿加热至800 K时,与结晶水(H₂O)中O-H伸缩振动对应的3 470 cm^-1特征拉曼谱峰消失,但标志硅酸盐骨架[Si₂O^₇] (Q1)结构的特征谱峰926 cm^-1未受影响,表明结晶水的丢失并不影响异极矿的整体结构。当加热至1 050 K,反映结构水O-H伸缩振动的特征峰3 580 cm^-1消失,与Q1结构单元Si-Onb对称伸缩振动相对应的特征峰926 cm^-1强度逐渐减小,并出现与Q0相对应的852.4 cm^-1特征峰。这表明加热到1 050 K时,异极矿开始出现相变。当升温达1 100 K以上,结构水(OH)的特征谱峰(3 580 cm^-1)消失,与Si-Onb对称伸缩振动对应的特征拉曼谱峰变为855 cm^-1,这标志着异极矿原有的Q1结构已完全转变为硅锌矿的Q0结构 ([SiO₄]结构),也就是说异极矿已完成向硅锌矿的转变。     

低温加热后伊利石的激光拉曼光谱特征

在分析伊利石结构和常温下拉曼光谱特征的基础上，尝试用激光拉曼光谱法监测伊利石随温度变化而发生的一系列情况，对经历了不同温度后的伊利石样品开展了拉曼光谱研究。结果显示，高波数段羟基振动峰带宽随温度升高呈现逐渐缩短的趋势，且其振动峰峰面积比值随温度升高而逐渐增大，并最终利用这些特征建立了温度与拉曼峰特征参数的数学表达式。     

X射线粉晶衍射-拉曼光谱法研究含甲烷双组分水合物结构及谱学特征

天然气水合物的晶体结构主要取决于客体分子种类与组成,目前单组分水合物的结构和谱学特征较为明确,但多组分水合物相关研究较少。为解决多组分水合物的结构识别问题,探讨其谱学特征,本文实验合成了甲烷-丙烷(CH₄-C₃H₈)和甲烷-四氢呋喃(CH₄-THF)两种含CH₄双组分水合物以及CH₄、C₃H₈和THF等三种单组分水合物,并采用低温X射线粉晶衍射(PXRD)和显微激光拉曼光谱进行了表征。结果表明:CH₄-C₃H₈和CH₄-THF双组分水合物的晶格常数a分别为17.2312×10^-10 m和17.2241×10^-10 m,为典型的Ⅱ型结构水合物,与相应C₃H₈和THF单组分水合物结构相同。在CH₄-C₃H₈水合物中,CH₄在大、小笼中均有分布,呈现两个特征拉曼峰(2900cm^-1和2911cm^-1);C₃H₈仅分布在大笼,与单组分水合物相比,其C—H伸缩振动峰峰位几无变化,而C—C伸缩振动峰(873cm^-1)向低频迁移约3cm^-1。在CH₄-THF水合物中,大笼被THF占据,CH₄仅填充在小笼中(2910cm^-1);双组分水合物中,THF分子C—C和C—H伸缩振动峰峰位均与单组分水合物基本一致。分析认为,含CH₄双组分水合物的结构类型与其相应的大分子水合物一致,大分子对双组分水合物的晶体结构特征具有决定作用。同时,大分子影响了CH₄分子在笼型结构中的分布,致使双组分水合物的拉曼光谱特征存在显著差异。研究结论对基于谱学特征识别多组分水合物微观结构具有重要的指导意义。     

稀有矿物天津蓟县锰方硼石振动光谱特征研究

锰方硼石是一种罕见的锰氯硼酸盐矿物(Mn_3B_7O_(13)Cl),天津蓟县锰方硼石矿床是世界上唯一一个锰方硼石矿床,该地锰方硼石矿物粒度细小(50~300 nm),与美国锰方硼石存在明显差别。目前涉及我国锰方硼石的研究较少,为了探究稀有矿物蓟县锰方硼石矿物学和材料学特征,本文对其进行振动光谱和高温拉曼光谱研究。常温振动光谱结果表明,蓟县锰方硼石与美国锰方硼石各主要谱带归属一致,但峰位整体上表现为向高频方向偏移且谱峰宽、强度小。高温拉曼光谱显示,随着温度升高,谱带向低频方向偏移,位移距离随温度升高呈现先增大后减小的趋势,且在680~687K处位移距离出现转折。蓟县锰方硼石粒度细小是造成上述谱峰变化的主要原因。本文运用高温拉曼技术对粒度极为细小的锰方硼石进行测试分析,研究其谱峰变化与相变的关系,实验证明高温拉曼光谱可以作为研究矿物相变的一种有效手段。     

CH4-H2O体系流体包裹体均一过程激光拉曼光谱定量分析

对南黄海盆地二叠纪地层中某石英脉中的CH4-H2O体系流体包裹体均一过程进行了激光拉曼光谱定量分析。利用甲烷与水的拉曼峰面积比值计算不同温度下流体包裹体中水溶液相中甲烷的浓度,除了在100℃附近出现最小值,随温度增加甲烷浓度呈指数增大。包裹体在214℃完全均一,均一时甲烷的浓度为0·1347mol/L。同时利用甲烷的拉曼特征对流体包裹体均一过程的内压变化作了分析。压力变化可以分为三个区间:19~100℃,随温度升高压力增大;100~150℃压力随温度升高减小;150℃之后压力迅速增大。均一温度下的内压为21·92MPa。流体包裹体内压的变化主要是由甲烷溶解行为和封闭体系的热力学特征决定的。实验表明激光拉曼光技术可以作为定量分析含甲烷流体包裹体的一种有效方法。     

基于红外光谱-拉曼光谱研究山东郯城砂矿的金刚石及包裹体类型

对山东郯城砂矿中的金刚石开展了傅里叶红外光谱和显微激光拉曼光谱的测试,结果显示,红外光谱均可见C—C的本征峰;绝大多数可见氮的吸收峰:双氮的吸收峰、聚合氮的吸收峰和氮片晶的吸收峰;部分可见氢的吸收峰:C—H的吸收峰、C—N的吸收峰和H2O的吸收峰.郯城金刚石以Ⅰa型金刚石为主,有ⅠaA、ⅠaB、ⅠaAB型,而Ⅱa型仅1粒;氮类型包括双氮(A心)、聚合氮(B心)及氮片晶(B'心),说明金刚石中的孤氮(C心)已经转化为双原子氮,但部分双原子氮未完成进一步的聚形.金刚石拉曼峰值集中在1131 cm–1,拉曼位移漂移程度较小,说明金刚石内部应力发生小幅的变化.在郯城金刚石中首次发现柯石英包裹体,出现139 cm–1、152 cm–1、212 cm–1、272 cm–1、328 cm–1、356 cm–1、428 cm–1和529 cm–1左右的拉曼峰值.在1粒金刚石中柯石英包裹体数量多达十余个,直径几μm至几十μm,呈针状、哑铃状、浑圆状和短柱状等多种形态.郯城金刚石中柯石英包裹体的出现,可作为郯城地区存在榴辉岩型金刚石的可靠标志,也佐证了该地部分金刚石的来源可能和洋壳循环或者俯冲过程有关.镁橄榄石包裹体上覆分散的黑色石墨斑点,与山东蒙阴、辽宁和湖南金刚石中的镁橄榄石等不同种类包裹体具有相似特征,推测这些石墨斑点是晶体包裹体形成后,由于外部环境温压条件的变化产生.     

褐帘石的谱学特征

本文研究了6个来自不同产状、不同地区的含褐帘石样品,包括4个伟晶岩(M1663来自内蒙集宁益元兴、M7673来自内蒙集宁察汗营地区、M4960来自美国Amherst County Virginia地区、M4976来自挪威Liksviken地区)、2个矽卡岩(M1697产自河北地区、M1679产自湖南郴县地区)。通过对这6个不同产状褐帘石的电子探针主量、稀土和微量元素分析及拉曼、红外光谱学的研究来揭示褐帘石晶体化学特征。结果表明,褐帘石成分均匀,晶体内发育微裂隙,局部有脉体充填,但不同产状的褐帘石样品在主量元素如Fe O、Ca O、Al_2O_3以及REE如Ce_2O_3、Nd_2O_3、La_2O_3的含量具有明显的差别。其系统的光谱学数据表明褐帘石晶体的特征峰强度和峰位的偏移均与其组分有关,并分析指派了部分光谱峰位的归属,揭示了褐帘石中特殊谱峰位置的迁移与其元素含量、晶体结构之间的关系。拉曼光谱揭示了褐帘石单晶有20组拉曼活性谱峰(ν1～ν20),其中ν2～ν4、ν5～ν8、ν16～ν19谱峰的迁移与A位上的Ca与稀土元素之间置换作用有关;ν10～ν12谱峰是O-Si-O弯曲振动引起,其拉曼谱峰的偏移可能与Si含量有关;ν13～ν14谱峰的迁移则可能是多种元素变化共同作用的结果。褐帘石单晶红外光谱展示了13组红外活性谱峰(a-m),h-k谱峰的偏移与在M1或M3位上Fe~(3+)和Al相互替代而导致的; b-g谱峰的偏移是与硅氧四面体中Si-O非对称伸缩振动有关; OH(l-m)双峰的出现可能与M1、M3位上Fe~(3+)的含量有关。研究结果表明伟晶岩类岩石中褐帘石晶体结构中Fe~(3+)与Al~(3+)间的置换作用强于矽卡岩类岩石中的褐帘石;而矽卡岩类岩石中褐帘石晶体结构中在A位上稀土元素与Ca置换作用则大于伟晶岩类岩石中的褐帘石。