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【地质科普】解密地质流体:激光拉曼分析揭示地球演化的秘密

已有 1497 次阅读 2023-3-17 02:19 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记

  激光拉曼分析是一种利用激光散射光谱学原理对物质进行非侵入式分析的技术。激光拉曼分析可用于对固体、液体和气体等不同相态的物质进行分析。流体包裹体是指在地球深部形成的流体包裹在矿物中的微小空腔中。流体包裹体中包含了地球深部物质的信息,对于研究地质过程和资源勘探具有重要意义。利用激光拉曼分析可以对流体包裹体中的物质进行非侵入式分析。激光拉曼分析可以通过激光散射光谱学原理来分析样品中的分子振动信息,从而确定样品中的分子种类和化学成分。激光拉曼分析还可以通过测量样品中的拉曼频移和强度等参数来确定样品中分子的状态和环境信息,从而可以了解样品中的温度、压力等物理参数。利用激光拉曼分析技术对流体包裹体进行分析,可以帮助研究者了解地球深部物质的成分和性质,从而深入了解地球内部的构造和演化过程,同时也可以为资源勘探提供重要的参考。这种方法具有无损、快速、灵敏、准确等优点,可以用于研究地质流体的来源、演化、成矿作用等方面。

激光拉曼分析流体包裹体具有以下几个优势:

1.非侵入性:激光拉曼分析技术不需要对样品进行处理或破坏,因此可以对流体包裹体进行非侵入性分析,避免了样品污染或变化等问题。

2.高分辨率:激光拉曼分析技术具有高分辨率的特点,可以分辨出样品中不同种类的分子,从而可以提供更为精确的分析结果。

3.快速性:激光拉曼分析技术可以在短时间内对样品进行分析,从而可以提高分析效率和样品处理能力。

4.多参数分析:激光拉曼分析技术可以同时测量样品中多个参数,如温度、压力、成分等,可以提供更为全面的样品信息。

5.非接触性:激光拉曼分析技术可以通过光学方法对样品进行分析,因此可以避免样品接触造成的污染和变化等问题。

激光拉曼光谱法在包裹体研究中有以下一些应用案例:

1.在流体包裹体、熔体包裹体、流体-熔体包裹体和矿物包裹体的成分分析、盐度测定和压力测定等方面;

2.可以更清晰地显示包裹体的形态、大小、数量和空间分布等信息;

3.在油气勘探、成藏机理、流体演化等方面,可以提供有关油气来源、运移路径、成藏时代等重要信息。

激光拉曼法分析流体包裹体存在的问题:

1.样品的质量和制备方式会影响流体包裹体的形态和稳定性,从而影响拉曼光谱的采集和分析。

2.荧光是一种常见的干扰因素,它会掩盖或混淆拉曼信号,导致定性和定量分析的困难。荧光的产生与样  品的成分、激光波长、功率、温度等因素有关。

3.同位素效应是指不同同位素组成的分子具有不同的振动频率,从而导致拉曼峰位置和强度的变化。这种效 应会影响流体包裹体中氢气、二氧化碳等组分的定量分析。

4.光化学反应是指激光束照射样品时引起样品中某些物质发生化学变化,从而改变流体包裹体中原有物质的含量和比例。这种反应会影响流体包裹体中甲烷、硫化氢等组分的定量分析。

5.水溶性物质信号弱是指流体包裹体中一些水溶性物质如盐类、酸类等具有较低或无拉曼活性,导致其在拉曼光谱中难以检测或区分。这种情况会影响流体包裹体中水溶性物质的定性和定量分析。

6.气相水及水合物是指在高温高压条件下,流体包裹体中存在着气态水或水合物(如冰)等形式。这些形式与液态水具有不同的拉曼特征,需要进行区别处理。同时,气相水或水合物也会受到压力、温度等因素的影响,导致其在拉曼光谱中发生变化。

7.“拉曼光谱有其局限性,这导致了应用限制,如:并非所有物质都具有拉曼效应,有些物质具有强荧光效应且无法规避导致干扰测试结果。此外对流体包裹体测试而言,针对不透明矿物中的流体包裹体因在可见光下观察不到故无法测试,以及对烃类包裹体而言存在的荧光干扰也是致命的的”。(第7条引自仪器信息网对倪培的采访: https://www.instrument.com.cn/news/20171019/231426.shtml)。

8.子矿物是指在流体包裹体内部或外部存在着微小颗粒状或晶状矿物(如金属、硫化物等),它们可以作为 地质信息载体,也可以干扰拉曼信号。子矿物需要进行识别和排除,并注意其对流体包裹体形成条件和演化过程的意义。 



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图1 激光拉曼法分析流体包裹体谱图

图2. 激光共聚焦拉曼光谱仪

(图片来源:中国科学院西北生态环境资源研究院地球化学分析测试中心网站)





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