大型儀器運(yùn)用在當(dāng)代巖石礦物分析中

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摘要：伴隨社會(huì)科技的發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)技術(shù)手段在當(dāng)代巖石礦物分析中的主導(dǎo)地位受到了極大沖擊，大型儀器在當(dāng)代巖石礦物中發(fā)揮著越來越重要的作用。文章通過闡述巖石礦物分析（巖石礦物分析含義、特征），對(duì)大型儀器在當(dāng)代巖石礦物分析中的應(yīng)用展開探討，旨在為如何促進(jìn)當(dāng)代巖石礦物分析有序開展研究適用提供一些思路。

關(guān)鍵詞：巖石礦物；大型儀器；分析；應(yīng)用

0引言

傳統(tǒng)技術(shù)手段在當(dāng)代巖石礦物分析中的主導(dǎo)地位受到了極大沖擊，大型儀器憑借其高技術(shù)、高投入及高收益特征，為其取代傳統(tǒng)技術(shù)手段提供了切實(shí)科學(xué)依據(jù)，大型儀器所具備的這些特征與當(dāng)代巖石礦物分析發(fā)展需求不謀而合，而傳統(tǒng)理論方法，分析效率不足，并且其高污染、高消耗與當(dāng)今社會(huì)提倡生態(tài)環(huán)保的理念相違背，顯然傳統(tǒng)技術(shù)手段已難以滿足當(dāng)代巖石礦物分析需求[1]。大型儀器所具備的低污染、低能耗特征完全符合生態(tài)環(huán)保發(fā)展需求，有助于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

1巖石礦物分析概述

巖石礦物有著各式各樣的種類，且各種巖石礦物中所含成分不盡相同，基本可涉及到天然存在的一系列元素，同時(shí)其含量跨度可達(dá)到十幾個(gè)數(shù)量級(jí)，由此決定了巖石礦物分析屬于化學(xué)分析領(lǐng)域中極為復(fù)雜、極具活力的一大分支。為了開展好巖石礦物中常量、痕量的無機(jī)組分以及有機(jī)物質(zhì)的檢測(cè)工作，巖石礦物分析一方面要應(yīng)用到化學(xué)分析領(lǐng)域中各式各樣的分析技術(shù)，一方面要應(yīng)用到絕大多數(shù)物質(zhì)的分離富集技術(shù)，從而確保分析檢測(cè)準(zhǔn)確度、精密度。巖石礦物分析可歸結(jié)為下述幾項(xiàng)特征：1）樣品來源廣泛，組合成分多樣復(fù)雜；2）試樣量不盡相同，自微量到常量；3）分析手段眾多，涉及各式各樣分析技術(shù)；4）相互間存在極大干擾，需要得到一系列分離富集技術(shù)的支持[2]。當(dāng)代巖石礦物分析基于標(biāo)準(zhǔn)化、計(jì)量化質(zhì)量保證體系，將現(xiàn)代儀器分析作為主要分析手段，再輔以化學(xué)試樣制備、分離富集手段，準(zhǔn)確、有序的為各個(gè)領(lǐng)域巖石礦物分析提供了十分可靠的數(shù)據(jù)保障。

2大型儀器在當(dāng)代巖石礦物分析中的應(yīng)用

2.1紅外光譜儀在當(dāng)代巖石礦物分析中的應(yīng)用伴隨紅外光譜技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外光譜定量分析越來越為研究人員所關(guān)注。近些年，紅外光譜法在油氣包裹體的豐度、成分、溫度等方面得到廣泛推廣，進(jìn)一步為油氣藏評(píng)定、盆地構(gòu)造史、盆地古地溫等提供了有力依據(jù)。同時(shí)，紅外光譜技術(shù)與一系列分析方法的相融日益在地質(zhì)分析諸多領(lǐng)域得到廣泛推廣。就好比，于各種熱模擬溫度下，應(yīng)用紅外光譜法對(duì)塔里木盆地庫車坳陷陽霞侏羅紀(jì)煤中干酪根開展檢測(cè)，結(jié)果得出此區(qū)域?qū)儆贗II型干酪根，進(jìn)一步為烴源巖演化提供了有力依據(jù)[3]。除此之外，紅外光譜在野外地質(zhì)調(diào)查工作中可應(yīng)用于區(qū)分含羥基之硅酸鹽礦物、分層狀硅酸鹽中單礦物、碳酸鹽礦物以及硫酸鹽礦物等，結(jié)合于紅外光譜中C=O伸縮振動(dòng)的吸收輕度，實(shí)現(xiàn)對(duì)醛類、酮類、酸類等有機(jī)化合物官能團(tuán)的有效評(píng)估。應(yīng)用德國(guó)Bruker公司研發(fā)的Vertex70型傅里葉變換紅外光譜儀，對(duì)我國(guó)貴州仁懷地區(qū)震旦系燈影組碳酸鹽巖開展檢測(cè)。可結(jié)合白云石、方解石不同的吸收峰對(duì)它們展開有效區(qū)分，白云石、方解石都屬于三方晶系，結(jié)合選擇定則白云石與方解石振動(dòng)模式包括有對(duì)稱伸縮振動(dòng)（v1）、面外彎曲振動(dòng)（v2）、非對(duì)稱振動(dòng)（v3）以及面內(nèi)彎曲振動(dòng)（v4）。結(jié)合白云石紅外光譜示意圖可得出，于1000~1100cm-1范圍存在5~6個(gè)吸收帶，分別為v1（1060cm-1±）、v2（880cm-1±）、v3（1400cm-1±）、v4（725cm-1±）。其中，v1吸收強(qiáng)度相對(duì)中~弱，于1000~1100cm-1表現(xiàn)為一肩寬峰；v3則為一寬峰吸收最強(qiáng)，并且還是白云石特征吸收峰；于2514cm-1±形成一弱吸收峰，吸收強(qiáng)度相較于v3差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，為伸縮振動(dòng)、反對(duì)稱伸縮振動(dòng)的和頻峰；1800cm-1±形成的弱吸收峰為面內(nèi)彎曲振動(dòng)、對(duì)稱伸縮振動(dòng)的和頻峰。結(jié)合方解石紅外光譜示意圖可得出，于1500~500cm-1存在4~5個(gè)吸收帶，分別為v1（紅外吸收峰十分弱）、v2（875cm-1±）、v3（1429cm-1±）、v4（710cm-1±）。其中，v3吸收峰最強(qiáng)，并且峰寬相對(duì)大；于2975cm-1、2870cm-1、2504cm-1、1791cmcm-1還形成中~弱的吸收峰，2975cm-1、2870cm-1吸收峰為方解石中CO32-反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰的一級(jí)倍頻峰；2504cm-1吸收峰為CO32-面內(nèi)彎曲振動(dòng)、對(duì)稱伸縮振動(dòng)和頻峰。方解石中一般含有鎂離子、鐵離子、二價(jià)錳離子等元素，因?yàn)楦鞣N元素相互間園子半徑存在一定區(qū)別，使得晶格振動(dòng)頻率受到一定影響，進(jìn)一步造成v4于紅外光譜圖中形成轉(zhuǎn)變，因此在方解石紅外光譜中，可結(jié)合v4轉(zhuǎn)變對(duì)方解石族礦物的礦物中開展分析。

2.2X射線衍射儀在當(dāng)代巖石礦物分析中的應(yīng)用巖石定名、礦石選冶以及礦床評(píng)價(jià)等離不開巖石礦物定量分析的有力支持，因而巖石礦物定量分析是巖石礦物鑒定中的一項(xiàng)主要內(nèi)容。碳酸鹽礦物定量分析，于光學(xué)顯微鏡下通常應(yīng)用染色法，然而采取染色法評(píng)估白云石、方解石含量有著一定主觀性、隨機(jī)性，所以無法可觀準(zhǔn)確地得到碳酸鹽礦物的含量。而通過應(yīng)用X射線衍射法快速、準(zhǔn)確地對(duì)它們開展定量分析。就好比，應(yīng)用X射線衍射，可較為迅速地對(duì)碳酸鹽巖石中白云石、方解石的含量開展分析，并且檢測(cè)結(jié)果與化學(xué)分析結(jié)果基本一致。此外，元素類質(zhì)同象作為元素賦存狀態(tài)的形式之一，可為礦床綜合評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)，并且類質(zhì)同象表現(xiàn)的元素屬性可為地球化學(xué)研究提供可靠依據(jù)。應(yīng)用X射線衍射對(duì)某地區(qū)微晶白云母礦物類質(zhì)同象特征開展分析，結(jié)果得出礦床中擁有白云母-多硅白云母礦物組合，為地質(zhì)考察工作提供了重要依據(jù)。對(duì)白云石有序度開展研究，應(yīng)用X射線衍射儀對(duì)白云石（015）、（110）晶面開展檢測(cè)，結(jié)合它們相互間反射強(qiáng)度比值δ=I（015）/I（110）有效得出白云石有序度，倘若Ca兩條衍射線強(qiáng)度一致時(shí)，白云石有序度為1，倘若Ca元素升高升高，白云石I（015）衍射強(qiáng)度則會(huì)降低，進(jìn)而使得白云石有序度不足1[4]。值得一提的是，白云石有序度可為礦物成因、沉積環(huán)境、成巖演化史等研究提供有力依據(jù)。應(yīng)用荷蘭PANalyticalB.V.研發(fā)的X射線衍射儀，選取擬合法對(duì)重慶南川志留系小河壩組長(zhǎng)石砂巖檢測(cè)結(jié)果與全球普遍認(rèn)可的IUDD粉末衍射數(shù)據(jù)開展擬合，得出巖石中含有石英、鉀長(zhǎng)石以及黏土礦物，且含量分別為65%、25%以及10%。該種手段一方面具備操作便捷、分析迅速的優(yōu)點(diǎn)，一方面用以比較的數(shù)據(jù)庫匯集有超過數(shù)萬條的礦物及礦物關(guān)聯(lián)條目，大體上收錄了自然領(lǐng)域所有的礦物，為檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性、權(quán)威性提供了切實(shí)保障。

2.3激光拉曼光譜儀在當(dāng)代巖石礦物分析中的應(yīng)用拉曼光譜作為一項(xiàng)分子光譜微區(qū)分析技術(shù)，其可快速、準(zhǔn)確、無損地對(duì)樣品開展檢測(cè)，并且檢測(cè)所需樣品用量少、頻率范圍狂、無需進(jìn)行實(shí)現(xiàn)處理?，F(xiàn)階段，激光拉曼光譜儀被廣泛應(yīng)用于包裹體成分、溫度的檢測(cè)，可快速準(zhǔn)確地對(duì)氣相、液相、固體包裹體等尤其是單個(gè)包裹體成分開展無損分析，屬于現(xiàn)階段極為先進(jìn)的一項(xiàng)包裹體成分分析方法。伴隨儀器設(shè)備的發(fā)展，激光拉曼光譜儀與各種儀器組合對(duì)巖石礦物開展分析，逐步轉(zhuǎn)變成激光拉曼光譜發(fā)展的一大趨勢(shì)。就好比，將激光拉曼光譜與近紅外光譜組合可作用于縮減熒光背景，進(jìn)一步生成呈現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的精細(xì)譜帶，并結(jié)合分子散射強(qiáng)度與樣品濃度所呈正相關(guān)關(guān)系，達(dá)成對(duì)巖石礦物含量的定量分析。需要注意的是，應(yīng)結(jié)合樣品實(shí)際情況選擇相應(yīng)的濃度，倘若樣品濃度太低將難以準(zhǔn)確得出待分析區(qū)的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)。應(yīng)用英國(guó)Renishawinvia研發(fā)的激光拉曼光譜儀對(duì)貴州震旦系燈影組碳酸鹽巖中氣液包裹體成分、均一溫度開展檢測(cè)，結(jié)合拉曼光譜圖中峰位得出CO2、CH4，再結(jié)合拉曼譜圖中CH4位移得出均一溫度194℃，進(jìn)一步獲取到成礦流體物理化學(xué)條件、成礦溫度等數(shù)據(jù)[5]。

3結(jié)語

大型儀器所具備的一系列特征優(yōu)勢(shì)，對(duì)推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著十分重要意義。鑒于此，相關(guān)人員務(wù)必要不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，清楚認(rèn)識(shí)巖石礦物分析內(nèi)涵，全面分析現(xiàn)階段巖石礦物分析中面臨的主要問題，結(jié)合巖石礦物實(shí)際情況，強(qiáng)化大型儀器在當(dāng)代巖石礦物分析中的科學(xué)合理應(yīng)用，積極促進(jìn)當(dāng)代巖石礦物分析有序開展。

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作者：尹智春 單位;山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院