流体包裹体的研究方法及获取的信息
第三章 流体包裹体
三 淬火法
是测定熔融包体均一温度的基本方法,加 热达到预置温度和恒温时间后→瞬时落 入水中→快速冷却把包体变化固定下来。 (一)LGHC-1型高温淬火炉 操作方便,控温、控时自动化.一次能 同时测定多个样品,测温效率高,最高 使用温度1250℃。
(二)熔融包裹体的均一化现象和温度测定 • 气体的变化包括:气体消失、扩散聚集 和新生气泡等。 • (1)气体发生消失的现象主要见于介质密 度较小的两相熔熔包裹体中,在升温过 程中气泡开始缩小时的温度为包裹体的 初熔温度,气泡消失时的温度为其均一 化温度。
获得成岩成矿的可靠信息 可测T、 P、C、D (密度)、盐度 、同位 素组成 pH Eh粘度 年龄等。 找矿勘探
第二节 包裹体的成因与分类
• 一般认为只有符合均匀体系,封闭 体系和等容体系这三个基本条件的 包裹体才能提供有价值的信息。
•
•
一
均匀捕获和不均匀捕获
•
通常认为包裹体是从均匀介质中捕获 的。如果天然矿物中固相,液相,气 相之间比例稳定,则为均匀捕获。 在单个矿物中,有时会看到一群包裹 体,具有可变的相比例,则为不均匀 捕获。有下列几种情况:
四 石盐子矿物的溶化 • 含石盐包裹体的均一方式有三种 (1)石盐在气泡消失之前溶化 (TsNaCl<Th); (2)石盐与气泡同时消失(TsNaCl=Th); (3)石盐在气泡消失之后溶化(Th <TsNaCl)。
五 CO2和H2O-- CO2流体包裹体测压 • 在已知CO2摩尔百分数和均一温度的条件 下,可以通过H2O、CO2体系的P-X相图 求取均一时的压力,即最小捕获压力。
二 流体等容线+独立的地质温度计
这是上述方法的一个发展,该法使用一个单独 估算的捕获温度来确定源于Th点等容线上的一 特定位置。
流体包裹体测试方法简介1
流体包裹体测试⽅法简介1流体包裹体分析⽅法简介⼀、流体包裹体分析测试意义流体包裹体作为成岩成矿的流体标本,其物质成分是相关地质过程的密码,通过对其进⾏定性或定量分析,可获得古流体的详细资料(如矿物形成和变化的PVTX条件),进⽽为地质过程特别是成矿作⽤的研究提供多⽅⾯信息。
⼆、流体包裹体分析⽅法及步骤简介迄今为⽌,针对流体包裹体所进⾏的单包裹体⾮破坏性分析主要采⽤显微测温法和显微激光拉曼光谱法,间接或直接获得流体包裹体成分。
具体分析测试步骤如下:1、将岩⽯样品制成两⾯抛光的包裹体⽚;2、在岩相学显微镜下对制成的包裹体⽚进⾏观察拍照,镜下观察包裹体的赋存状态,包裹体类型,尺⼨形态,分布特征,以及包裹体中的⽓相百分数,以挑选合适的包裹体进⾏后续的测试分析;3、包裹体⽚的前处理(浸泡,清洗),以适合显微测温和显微激光拉曼光谱分析;4、包裹体显微测温分析,利⽤岩相学显微镜配置Linkam冷热台对流体包裹体样品进⾏显微测温,通过测定包裹体低温相变温度和均⼀温度,获得包裹体流体盐度和包裹体最低估计捕获温度;5、显微激光拉曼光谱测定,利⽤Renishaw RM2000激光拉曼探针分别对样品原位采集拉曼光谱,通过分析识别采集到的特征拉曼光谱,对包裹体成分进⾏鉴定,主要针对⽓相。
三、分析测试报价分析测试项⽬分析费⽤预算包裹体⽚磨制30元/⽚包裹体⽚观察鉴定100元/⽚包裹体⽚前处理20元/⽚砂岩胶结物:1000元/⽚显微测温分析脉岩:800元/⽚包裹体成分:300元/点激光拉曼光谱分析矿物成分:150元/点附注:⼀般三个⽉内可完成⼤约30件样品的分析测试和分析报告。
砂岩胶结物每⽚视包体发育情况可测~10个包裹体PVT参数;脉岩每⽚可测20-30个包裹体PVT参数.联系⼈:丁俊英博⼠137********,jyding@/doc/bd7c0ef09e31433239689316.html ;吴昌志副教授189********, wucz@/doc/bd7c0ef09e31433239689316.html .个⼈⽹页:/doc/bd7c0ef09e31433239689316.html /Faculty.aspx?Id=126。
流体包裹体研究进展、地质应用及展望
流体包裹体研究进展、地质应用及展望一、本文概述流体包裹体,作为地球内部流体活动的重要记录者,一直以来都是地质学领域的研究热点。
它们以微小包裹体的形式被固定在矿物晶体中,为我们提供了了解地球内部流体性质、活动历史以及成矿作用的关键信息。
本文旨在综述流体包裹体的研究进展,包括其形成机制、分析方法以及地质应用等方面的内容,并对未来的研究方向进行展望。
通过梳理流体包裹体的研究历程,我们可以更好地理解地球内部流体系统的运作机制,为资源勘探、环境评价等领域提供理论支持和实践指导。
二、流体包裹体的形成与演化流体包裹体,作为地质作用中重要的记录者,其形成与演化过程对于理解地壳内流体活动、物质迁移以及成矿作用等具有重要意义。
包裹体的形成通常与岩浆活动、变质作用、构造活动等地质过程密切相关。
在岩浆活动中,随着岩浆冷却和结晶,其中的挥发分和溶解物被捕获在矿物晶格中,形成原生包裹体。
而在变质作用中,由于温度、压力的变化,原有岩石中的矿物发生重结晶,其中的流体被包裹在新的矿物中,形成次生包裹体。
包裹体的演化过程则是一个复杂的物理化学过程。
随着地质环境的变化,包裹体中的流体可能发生相变、溶解-沉淀、氧化还原等反应,导致其成分、形态、大小等发生变化。
这些变化不仅记录了地质历史中的流体活动信息,也为研究地壳内流体性质、运移路径和成矿机制提供了重要线索。
近年来,随着科学技术的进步,尤其是微区分析技术的发展,使得对流体包裹体进行更加精细的研究成为可能。
例如,通过激光拉曼光谱、电子探针等手段,可以对包裹体中的流体成分进行定性定量分析;而通过显微测温、压力计算等方法,则可以揭示包裹体的形成温度和压力条件。
这些技术的发展为深入研究流体包裹体的形成与演化提供了有力工具。
未来,随着研究方法的不断完善和创新,我们对流体包裹体的认识将更加深入。
通过综合应用多种技术手段,结合地质背景分析,有望揭示更多关于地壳内流体活动、物质迁移和成矿作用的细节信息。
矿床成因研究中的流体包裹体特征分析
矿床成因研究中的流体包裹体特征分析矿床成因研究一直是地球科学领域的热点问题之一。
其中,流体包裹体特征分析作为研究矿床成因的重要手段之一,被广泛应用于地质学、地球化学和矿床学等领域。
本文将围绕流体包裹体特征分析展开讨论,以期加深对矿床形成机制的理解和预测能力。
1. 流体包裹体的定义和类型流体包裹体是指在矿物或岩石中由固体、液体或气体组成的微小空腔。
根据包裹体形成时的环境和过程,流体包裹体可以分为三种类型:熔融包裹体、气液包裹体和固相包裹体。
熔融包裹体主要存在于岩浆矿床中,记录了岩浆的生成和演化过程;气液包裹体主要存在于热液矿床中,记录了流体的成分和温度压力变化;固相包裹体主要存在于变质矿床中,记录了岩石的变质过程和成分变化。
2. 流体包裹体的提取和研究方法为了研究流体包裹体的特征及其对矿床成因的指示作用,研究人员通常需要提取和分析其中的包裹体。
提取包裹体的常用方法包括显微镜下手动或机械切割、高温高压流体爆裂和离子切割等。
提取后的包裹体可以进行各种物理和化学分析,如显微镜观察、热重分析、红外光谱分析、质谱分析等。
通过对这些分析结果的综合研究,可以了解到包裹体中流体的成分、密度、温度、压力等参数,进而推断矿床形成的环境和过程。
3. 流体包裹体特征的解读和示意研究过程中,根据流体包裹体内部的特征和组成,我们可以获得一些关键信息,有助于揭示矿床的成因和形成机制。
比如,通过测量流体包裹体中的真密度和盐度,可以初步判断矿床形成的温度范围和成因类型。
此外,通过固相包裹体中的矿物组成和显微结构分析,可以推测矿床形成过程中的热力学条件和物质交换机制。
而气液包裹体中的气体组分和稳定同位素分析,则可以揭示矿床的流体来源和演化路径。
4. 流体包裹体在矿床成因研究中的应用案例流体包裹体特征分析方法在矿床成因研究中已经得到广泛应用,并取得了一些重要的突破。
例如,通过对矿物中包裹体的研究,科学家们发现了一种新型金属矿床形成的机制,即“岩浆–热液-岩浆”相互作用过程。
流体包裹体的研究方法及获取的信息
SR XRF spectrum of a natural brine inclusions (pegmatite). Dotted line: blank = quartz spectrum.
Estimated concentration in ppm: Mn: 1031; Fe: 5710; Cu: 105; Zn: 1613; As: 42; Br: 76; Rb: 421; Sn: 28; Sb: 155; Cs: 886
Heinrich et al., 2003
Analysis of the ionic content of fluid inclusion Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma –Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)
detector: time of flight spectrometer => quasi simultaneous detection of 68 isotopes
Accceleration of electron => X Ray emission 8 to 30 keV; focus of X-ray => matter interaction
1) ionization of deep electronic orbital (K, L or M => Z > 11)
Spectrometry (LA-ICP-MS)
Heinrich et al., 2003
6 to 8 orders of magnitude in concentration depending on the detector: (TOF, quadrupole, MC)
流体包裹体研究方法
原生、次生、假次生包裹体的可能分布
石 英
萤 石
成因类型包裹体的判别标志:
原生成因的标志:①包裹体平行于生长带或晶面;
②包裹体在三维空间中随机分布;③包裹体是孤
立存在的,相邻包裹体间的距离大于5倍包裹体直 径(Shepherd,1985);④形态简单,个体相对较大。 次生成因的标志:①包裹体呈面群状沿愈合裂隙的 轮廓发育,具有明显定向排列,直抵矿物边缘;
②呈薄的、扁平的及不规则的形态。
假次生包裹体与次生包裹)状态和成分分类
包裹体类型 代号 基本相比例
流 体 包 裹 体
熔 融 包 裹 体
纯液相包裹体 纯气相包裹体 富液相包裹体 富气相包裹体 含子矿物多相包裹体 含液体CO2多相包裹体 含有机质多相包裹体 玻璃质熔融包裹体 结晶质熔融包裹体 流体熔融包裹体
2、不混溶
是指冷却收缩过程中,均一相流体转为气/液两相, 或固/气/液3相的过程。 如果包裹体流体是100℃的纯水,气泡将是一种低密 度(0.0006g/cm3)的蒸气,如果温度是379℃,则蒸 气的密度约为0.2g/cm3。 在富含CO2的气相中,当温度低于纯CO2的临界温 度(31.1℃)时,会出现液相CO2和气相CO2两种流 体。 岩浆包裹体可因不混溶作用形成几种流体相。饱和 了的铁硫化物的硅酸盐熔体,除产生气体不混溶 外,还产生硫化物熔体的不混溶,形成硫化物小 球。富水的硅酸盐熔体在降温过程中可因不混溶 作用分离出盐水溶液。
第二章 流体包裹体研究
及其初步应用
第一节 流体包裹体概述
一、一般特征 1、流体包裹体的概念 1)流体包裹体指矿物生长过程中,因晶体发 生缺陷而捕获的至今尚在矿物中存在并处 于封闭系统的成矿介质,是成岩成矿流体 或熔体的样品。 2)流体包裹体是指矿物晶体中捕获的显微级 液态/气态的封闭流体体系。
流体包裹体研究方法
流体包裹体研究方法一、野外样品采集和室内样品加工1、野外样品采集这里只叙及构造岩的显微样品的采集与制备。
微观构造研究的首要工作就是野外标本的采集。
构造岩主要产于脆性断层及韧性剪切带内,因此,在野外充分观察的基础上,首先就是以垂直断裂带(面)或剪切带片(麻)理走向作剖面,对构造岩作初步分带,并沿带取样。
第一块样应从未变形岩石开始。
取构造岩最好是定向标本。
定向的方法是:将标本从露头上敲下,再放回原来位置,在标本上选取一平面,用记号笔画上水平线(利用罗盘测量),并标出其方向(一般在右侧用箭头表示),再测出倾向及倾角。
其次是做好记录。
记录包括:标本号、倾向及倾角、采样处片(麻)理产状、线理或断层擦线产状等,并尽可能作详细素描。
2、室内样品加工首先是用记号笔将野外编号和定向线一一标好,再标出要切制的薄片面,然后送磨片室切制薄片。
若只需切一片,破碎岩薄片一般要平行擦线、垂直断面;糜棱岩薄片则是尽量平行矿物拉伸线理、垂直片(麻)理,这样做出来的切片可直接用来判断运动方向或剪切运动指向(注意:一定要通过手标本恢复到野外产状)。
糜棱岩如果要做三维有限应变测量,除平行线理、垂直面理的切片外,一般是垂直线理及面理再切一片。
并常用该片做岩组测量,因为该片所切矿物数量最多,信息也最多,而组构图可以旋转到平行矿物线理的方向上。
如果岩石本身矿物线理及面理不十分发育,应变测量则需作三个互为垂直的切片(根据三个切片的实际产状和测量结果用计算机拟合)。
二、显微镜下观察和冷热台下测定1、显微镜下观察对每个包裹体应做的观察内容包括如下几个方面。
⑴包裹体的大小:应该注明包裹体两个或三个方向上的尺寸(以μm表示)。
这一点很重要,因为有些包裹体的性质,特别是密度、形状可能随包裹体的大小有规律地变化;通常与CO2包裹体比较,水溶液包裹体很少有规则的形状。
⑵包裹体的形状:大多数包裹体具有不规则的形状,然而如果包裹体具有诸如带晶面的形状(负晶形)、球形、椭球形和扁平形等形状时,需要注意。
流体包裹体及应用
流体包裹体在其 他领域的应用
宝石鉴定与优化处理
添加标题
宝石鉴定:流体包裹体 可以作为宝石真伪的鉴 别依据通过观察包裹体 的形态、大小、颜色等 特征来判断宝石是否经
过人工处理或合成。
添加标题
优化处理:在宝石的优化 处理中流体包裹体也被广 泛应用。通过加热、加压 等方式改变流体包裹体的 状态可以使宝石的颜色、 透明度等外观特征得到改 善提高宝石的美观度和价
地球科学研究
流体包裹体在地球 科学研究中的应用
流体包裹体在石油 和天然气勘探中的 应用
流体包裹体在矿床 学研究中的应用
流体包裹体在地质 年代学研究中的应 用
地质灾害预警
监测地壳活动预测地震
识别地下水污染保护水资源
Байду номын сангаас
添加标题
添加标题
评估滑坡、泥石流等灾害风险
添加标题
添加标题
监测矿产资源开发中的环境问题
流体包裹体是地质 过程中岩石或矿物 中包含的流体相物 质
形成机理包括成岩 期、变质期和成矿 期等不同地质时期
流体包裹体的形成 与地下水、油气、 地热等流体活动密 切相关
形成机理的研究有 助于了解地质历史 和矿产资源形成过 程
流体包裹体的研 究方法
显微观察技术
显微观察技术: 通过显微镜观察 流体包裹体的形 态、大小、数量 和分布特征确定 其类型和成因。
农业地质调查:利用流体包裹体研究土壤和地下水形成历史 农业环境监测:通过流体包裹体分析土壤和水体的污染状况 农业资源利用:利用流体包裹体研究土壤肥力和植物生长状况 农业气候变化研究:通过流体包裹体分析气候变化对农业的影响
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流体包裹体的特征:具有封闭性、原生性和不 可再生性是地质历史中流体活动的记录和证据。
流体包裹体研究进展及其在矿床学中的应用
流体包裹体研究进展及其在矿床学中的应用摘要:流体包裹体是指在矿物晶体中包裹着的微小流体包裹体,其包含了形成矿床的重要信息,如成矿物质来源、物质输运途径、成矿环境等。
因此,研究流体包裹体对于理解矿床形成过程、找矿预测和矿产资源评价具有重要意义。
关键词:流体包裹体;研究进展;矿床学;应用引言流体包裹体研究是地球化学和矿床学领域的重要内容之一。
流体包裹体是岩石中由挤压在晶体内部的液体或气体组成的微小空泡,它们记录了地质历史过程中的流体性质和成矿环境条件。
本文将介绍流体包裹体研究的进展,并探讨其在矿床学中的应用。
1流体包裹体的形成机制流体包裹体的形成主要经历了三个关键过程:胶结、充填和固化。
(1)胶结过程:当地质体中的岩浆或热液冷却到一定温度时,其中的挥发性物质(液体或气体)会发生相互作用,形成微小的空隙或裂隙。
这些空隙或裂隙就是流体包裹体的初步形成,其中的流体被困在其中。
(2)充填过程:在胶结过程之后,流体包裹体会进一步发育和充填。
这一过程通常伴随着岩石中的晶体生长和矿物沉淀。
充填流体的组成和性质可以因岩石种类和矿床类型而异,可能包含有价值的矿物或矿物形成的前体。
(3)固化过程:充填过程完成后,流体包裹体会被周围的矿物和岩石牢固地固化起来,形成一个稳定的包裹体。
这种包裹体可由均匀的液体相(单相包裹体)或由液体相和气体相组成(二相包裹体)。
2流体包裹体研究方法2.1流体包裹体采集和制备流体包裹体的采集需要小心且精确的操作,以减少外部污染和失去流体包裹体。
常用的采集方法有两种:取样钻孔和岩芯采集、切片法。
(1)取样钻孔和岩芯采集:这是一种常见的流体包裹体采集方法。
通过岩石钻探或岩芯采集设备,在目标岩石或矿脉中定点采集岩石样品。
在采集过程中,需要注意避免污染和失去包裹体,保持样品的原始性和完整性。
(2)切片法:这种方法适用于流体包裹体较为丰富和明显的岩石。
将岩石样品切割成薄片,通常厚度为10-30微米,以提供透射显微镜的观察。
流体包裹体测定计算和分析
流体包裹体测定计算和分析流体包裹体测定是一种实验手段,用于测量流体中的悬浮颗粒物的量和粒径分布。
这一测定方法能够对气固两相流体中的颗粒物得到良好的分析和测定,并给出相应的计算和结果,以帮助更好地了解气固两相流体中的悬浮颗粒物的性质和特性。
本文的主要目的是给出一些有关流体包裹体测定的计算方法,以及对测定结果的一些分析。
二、流体包裹体测定的计算方法1.据流体的压力和温度条件计算颗粒物量。
在流体包裹体测定中,需要先根据流体的压力和温度条件计算颗粒物量,以及流体中各种颗粒物的相对含量等信息。
这一计算可以通过热力学原理和潜热技术实现。
2.计算流体包裹体的形状。
流体包裹体测定需要计算一个流体包裹体的形状,即颗粒物的尺寸和形状,以及包裹体的体积和重量等。
这些信息能够通过重力法和拉曼成像等测试手段获得。
3.计算流体包裹体的运动参数。
在流体包裹体测定中,需要参照流体的性质和流动参数,来计算悬浮颗粒物的运动参数,如滞后系数、加速度和摩擦系数等,以便得到更精确的测定结果。
三、流体包裹体测定的结果分析1.粒物粒度分析。
流体包裹体测定可以得到流体中悬浮颗粒物的粒度分布参数,这些参数能够反映出悬浮物质的介质性质,例如颗粒物尺寸、分散性、浓度等。
2.相悬浮颗粒物的浓度和分布特征分析。
通过流体包裹体测定,可以得到关于悬浮颗粒物的分布特征,以及各相悬浮颗粒物的浓度等信息。
这些信息可以帮助更好地了解悬浮物质的性质和行为,从而有助于优化工业过程。
四、总结通过本文,我们介绍了流体包裹体测定的计算方法和结果分析方法。
这一测定方法能够准确地测量气固两相流体中存在的悬浮颗粒物的量和尺寸,还可以给出悬浮物质的分布特征,从而能够为进一步优化工业流程提供参考。
总之,流体包裹体测定是一项重要的实验技术,其结果可以提供宝贵的信息,有助于深入理解和优化气固两相流体的过程。
流体包裹体的研究现状及发展
流体包裹体的研究现状及发展摘要:流体包裹体的研究在地球科学发展中占有重要的意义和地位。
经过漫长的时间的发展,流体包裹体现在已经成为最热门的研究之一。
目前,对流体包裹体的研究主要是从流体包裹体的分类、区分、测温以及成分的分析等方面。
虽然经历了多年的研究发展,流体包裹体的研究技术日渐成熟,但流体包裹体的研究在理论方法和应用上仍然存在不足的地方,而这些不足之处也将成为流体包裹体未来的研究方向。
关键词:流体包裹体;现状;研究方向1流体包裹体的研究史流体包裹体是成岩矿物中成岩成矿流体在矿物结晶生长过程中,被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限的这部分物质[[1]]。
矿物包裹体的形成贯穿了整个地质作用的过程。
它记录并保存了地质作用不同阶段的物理化学特征:温度、压力、Ph、Eh、化学组成、矿化度、同位素组成、热力学及动力学条件等等,从而推断和解释地球上发生的各种地质作用。
对于包裹体最早的认识是:我国北宋的沈括,在《梦溪笔谈》中提到的。
对包裹体进行描述:士人宋述家有一珠,大如鸡孵,微绀色,莹澈如水。
手持之映空而观,则末底一点凝翠,其上色渐浅;若回转,则翠处常在下,不知何物,或谓之“滴翠珠”。
随着时代的不断发展,后来又有多位学者相继对包裹体进行了研究。
尤其是英国地质学家Sorby通过对包裹体的详细研究,在论文中提出了包裹体地质温度计的原理和方法,即流体包裹体均一法测温的基本原理;同时也根据观察和实验,对流体的性质和成因进行了开拓性的研究,认为可以用气液包裹体测定成矿温度,奠定了后来研究流体包裹体的基础。
随着研究的不断深入,由Smith提出并由其学生Scott设计完成发明的爆裂法测温法,该方法使测定不透明矿物成为可能,也是包裹体研究史上的又一大进步;在1958、1962和1963年Scott相继发表论文,系统阐述了包裹体均一法、冷冻法、打开包裹体后分析液相和气相的方法。
1968年美国学者Roedder发表了关于包裹体均一法、冷冻法及包裹体研究在地质上应用的一系列论文,提出了气液包裹体是作为成矿溶液样品保存下来的论点[[2]]。
流体包裹体研究方法与成因解析
流体包裹体研究方法与成因解析引言:在地球的深处,存在着许多神秘的奥秘,而其中一个颇具研究价值的课题就是流体包裹体。
流体包裹体作为一种地质体矿石中常见的微小空腔,其内部包含各种流体物质,是地质学家研究地质演化和资源勘探的重要依据。
本文将探讨流体包裹体研究的方法与成因解析,带领读者一窥这个神秘世界。
一、流体包裹体的相关知识流体包裹体是一种常见的地质学结构,其形成和发展与岩石中的流体(如水、气体、矿物等)密切相关。
流体包裹体的研究不仅可以揭示地层形成的过程,还可以为矿产资源的勘探提供指导。
二、流体包裹体的采集与制备为了研究流体包裹体的特性和成因,地质学家需要采集矿石样品并制备出适合研究的薄片。
采集矿石样品时需要注意保持其原貌,避免样品受到外界干扰。
而制备薄片则需要经过一系列的物理和化学处理,以便观察流体包裹体的内部结构和成分。
三、流体包裹体的观察与分析观察和分析是流体包裹体研究的核心环节。
地质学家通过显微镜等工具观察流体包裹体的形态、大小和颜色等特征,进而推断包裹体背后的成因和演化历史。
同时,还可以利用拉曼光谱、激光剥蚀等高精度技术对流体包裹体的成分进行分析,从而了解地质过程中的物质转化和演变。
四、流体包裹体的成因解析流体包裹体的成因复杂多样,可以分为两大类:原生流体包裹体和次生流体包裹体。
原生流体包裹体是在岩石形成过程中就被包裹在其中的,可以揭示地壳形成和变质过程的信息。
而次生流体包裹体则是在岩石形成后受到后期地质作用的影响,包括岩浆侵入、热液蚀变等,可以揭示地质资源形成的机制。
五、流体包裹体研究的意义和前景流体包裹体研究是地质学的重要领域之一,可以为勘探矿产资源、解析地球演化历史提供宝贵的信息。
通过对流体包裹体的研究,地质学家能够深入了解地壳内部的各种流体体系的演化特征,揭示地质过程中流体—岩石相互作用的规律。
同时,随着科技的进步,新的研究方法和技术不断涌现,流体包裹体领域的研究也将更加深入和广泛。
流体包裹体测定计算和分析
流体包裹体测定计算和分析在科学研究中,流体包裹体测定是一个重要的技术,它为各种应用领域的科学研究和工程设计提供了必要的数字支持。
流体包裹体测定主要功能是测量压缩或拉伸的流体环境中气体的流量、扩散性或渗透性能。
这种测定的方法可以用来测量混合物的稳定性,检测溶液的结晶状态,测量化学反应的过程,检测气体混合系统和分析水中介质的成份信息。
流体包裹体测定以精确、高效和无损的特点被广泛应用在物质物理性质研究,化学合成研究,以及工业运营监控领域。
流体包裹体测定需要建立与流体性质相关的模型,以提供正确的测定结果。
为了准确确定流体性质,需要进行复杂的数学计算和分析。
一般来说,流体包裹体测定的数学模型可以分为三个步骤。
首先,通过实验测量得出流体的参数,如密度、粘度、温度、压力等,用于构建模型前的准备工作。
其次,根据流体的参数,构建一个表示流体性质的模型,这是计算和分析流体性质的基础步骤。
最后,分析模型分析结果,根据测量结果,得出最确切的流体性质数据。
流体包裹体测定的数学模型分析需要经历多个步骤,其中包括模型的构建、参数的估计、熵的标定、稳定性的分析、不均匀性的分析、频率响应的计算、参数匹配和校正等。
在构建模型前,需要获取流体参数,以及测定所需的设备参数等。
在构建模型之后,需要计算各种参数,测定流体性质,以及得出最佳模型参数。
流体包裹体测定中,模型分析所需的计算量是非常大的,因此需要采用有效的算法来进行。
一般而言,采用最优化算法来求解流体包裹体测定的数学模型是最有效的方法之一。
最优化算法也可以有效地降低流体包裹体测定的计算复杂度,并有助于提高测定精度。
总之,流体包裹体测定是一个关于流体物理性质研究的关键技术,它需要专业的数学模型的构建和参数分析,来准确表征流体物理性质。
为了解决这些问题,应当引入有效的计算算法,以提高流体包裹体测定的效率和精度。
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流体包裹体测定计算和分析
流体包裹体测定计算和分析流体包裹体测定计算和分析(FEMC)是指测量液体中空间结构的过程。
它通过测量、分析以及计算液体的促进性(夹带表面力)来确定液体的流体包裹体模型参数。
对于改善液体的处理和控制,以及进一步了解流体中的空间分布特征,FEMC都具有重要意义。
FEMC可以分为两个步骤:测量和计算。
在测量环节,用户使用流体包裹体仪(FEMC)来测量液体中空间结构的大小。
FEMC仪器可以测量夹带表面力、接触角、喷雾直径、口径面积等参数,从而获得流体包裹体模型的参数。
在计算环节,用户将实际测量的参数作为输入,使用FEMC软件来计算液体空间结构的大小。
这种计算过程可以在几秒钟内完成,而且可以精确地测量出液体空间结构的大小。
FEMC测定可以帮助研究者更好地理解流体的复杂空间结构,因此具有重要的实际意义,可以用于许多科学领域。
例如,FEMC测定可以在药物合成的过程中用来控制反应体系的复杂性。
它也可以用于扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM)中缓慢沉积的纳米结构的形成,以及用于研究生物材料中细胞膜的行为。
FEMC也可以用于研究流体传输系统,比如管道、液压、空气和流体动力学等,给出更好的设计参数。
此外,FEMC测定还可以用于功能材料设计。
它可以更好地模拟材料光学性质并评估不同流体结构参数之间的关系,从而更好地控制材料的光学属性,这在产品性能的提高方面具有重要意义。
总之,FEMC测定计算和分析对于进一步研究流体空间结构、改善流体处理和控制以及未来材料设计具有重要的实际意义。
它可以帮助我们深入了解流体的复杂空间结构,探索出合适的模型参数,构建出更加有效的流体模型,从而有效改善流体处理和控制。
流体包裹体在油气成藏研究中的应用
流体包裹体在油气成藏研究中的应用油气成藏学是油气勘探开发过程中的一个重要研究领域,其研究及应用决定着中国未来石油天然气的可持续性发展,相应地,流体包裹体在油气成藏研究中也发挥着重要的作用。
本文介绍了流体包裹体在油气成藏研究领域的研究现状、方法及其重要的应用,以便全面认识流体包裹体在油气成藏研究中的重要作用,为我国未来石油勘探提供参考。
一、流体包裹体研究现状流体包裹体是油气成藏学研究的一个重要内容,它是油气成藏过程中油气和地层沉积物之间的重要接触界面。
从油气对地层沉积物的渗透、溶解、滞留、渗流、膨胀、排空等方面,流体包裹体可以评价油气分布和成藏状况,为油气勘探开发提供重要的参考和技术支持。
目前,流体包裹体在油气成藏学研究中的应用日益增多。
一方面,研究人员从油气渗透性、油气渗流性能、床底水环境、碳酸盐溶解作用等多个研究角度,对流体包裹体的形成机理、特征及应用进行了深入研究,以期进一步提升油气勘探开发能力。
另一方面,现代化的油气勘探技术也为流体包裹体研究提供了更多的参考数据,比如重力流体勘探、三维地震勘探等,使流体包裹体在油气成藏学研究中的应用范围更加广泛。
二、流体包裹体研究方法流体包裹体研究的内容主要包括实验室、现场及地质壳的研究,它既考虑到物理地质测量,也考虑到地球化学和地球物理测量,从而为油气勘探开发提供重要的参考和技术支持。
1、实验室研究实验室研究主要是针对油气成藏过程中油气和地层沉积物接触界面的实验研究,其目的是研究油气的渗透、溶解、滞留、渗流等物理地质性质。
在实验室研究中,研究人员可以采用油气渗透性测试、油气膨胀研究、油气萃取等方法,研究油气的形成机理和成藏状况。
2、现场研究流体包裹体的现场研究主要是指对流体包裹体在油气成藏过程中的构造和特征进行现场调查和研究。
现场研究主要考虑到油气成藏过程中构造变形、岩性改变及油气滞留特征等,并结合重力流体勘探、三维地震勘探等技术,进行系统的现场调查研究。
流体包裹体实验
红宝石中的金红石针
棕色蓝宝石
内容
包裹体概念与研究历史 研究用途 包裹体分类 包裹体研究内容与方法 包裹体研究包裹体在Fra bibliotek藏地球化学中的
应用
三、流体包裹体分类
(1)根据矿物捕获流体的种类分为从均匀流体中捕 获的包裹体和从非均匀流体中捕获的包裹体两类; (2)根据成因分为原生包裹体、次生包裹体、假次 生包裹体以及变质作用形成的变生包裹体四类;
3. 等容体系。包裹体形成后,体积基本恒定 不变,保持等容体系的特点,因而可以利用 各种与之有关的物理化学相图。
第十六届全国包裹体及地质流体学术研讨会,南昌, 2010.10
1.热液成矿系统中的流体包裹体; 2.岩浆过程中的流体作用; 3、变质过程中的流体作用; 4.沉积、油气成藏过程中的流体作用; 5.构造运动与流体作用; 6.流体包裹体分析实验新技术、新方法
(3) 根据包裹体的物理相态可以分为固体包裹体、 热水溶液包裹体和熔融包裹体三类。热水溶液包裹体 可以进一步分为纯液相包裹体、纯气相包裹体、富液 相包裹体、富气相包裹体、含子矿物的多相包裹体、 含液体CO2包裹体和有机包裹体7大类,而熔融包裹 体还可以分为非晶质熔融包裹体、晶质熔融包裹体和 熔融-溶液包裹体3类。
9、对于含子矿物多相包裹体,要注意区分捕虏矿物 与子矿物,鉴定子矿物的种类。第一,检查某一世代 的各种不同粒度包裹体中相的比例是否基本稳定,因 为捕获的有稳定液/固比例的捕虏矿物的可能性很小; 其次捕虏矿物与它们的主包裹体相比,往往异常地大。 一般来说,地质样品中单个的包裹体内只能有一种矿 物发育成一个晶体,出现最普遍的是强碱性卤化物, 特别是NaCl和KCl。从光学性质来看,二者都是均质 体,并具有典型的立方体晶形,而其它盐类矿物都是 非均质体,呈板状、板条状、针状或纤维状。
刘德汉-流体包裹体基本分析与研究
70000
60000
532 nm
Intensity (a.u.)
50000
避免荧光干扰的方法
40000
30000
20000
1300
500 1000 1500 2000 Wavenumbe r (cm-1) 2500 3000
10000
1 流体包裹体的荧光分析 2 流体包裹体的显微激光拉曼分析 3 流体包裹体的显微红外分析
包裹体的激光拉曼测定
1 拉曼散射基本原理 2 包裹体中气相组分的激光拉曼测定 3 包裹体液相组分的激光拉曼测定 4 包裹体固体物质的激光拉曼测定 5 石油包裹体的激光拉曼测定
光 散 射 发 展 史 简 述
1899年;瑞利(Rayleigh)散射 在处理悬浮于介质中球形小颗粒所引起的光散射问题中。得出散 射光强度除与散射方向有关外,与激发波长4 成反比。白光中紫光的 波长最短,所以它的散射光颜色带篮。进而认为天空篮色是气体分子 散射的结果。这种散射叫做瑞利散射。其特点是散射光的频率不变。
1914-1922年;布里渊 Brillouin)散射 1922年他计算了当散射体中存在声波引起密度涨落时散射光中的 频率分布,发现在入射光频率的附近对称地分布着分离的谱线,这些 谱线与入射光的频率差值,由声波的速度来决定。1930年Gross首先在 液体中观察到了布里渊双线。这种光散射一般称为布里渊散射,它的 频移很小。
常见物质拉 曼 散 射 特 征 谱 峰
分子、离子 N2 CO2 SO2 H2S HSCH4 C2H6 C3H8 CO32NO3方解石 相态 V,L V,L V,L V,L B V,L V,L V,L B B 固体 1085 2 913~2 919 2 963~2 968 2 888~2 895 拉曼特征峰值△ V (cm-1) 气相(V) 2 328~2 333 1 386~1 390 1 150~1 153 2 609~2 613 液相(L)或盐水 2 326~2 329 1 382`1 386 1 147~1 149 2 595~2 608 2 571~2 574 2 909~2 915 2 948~2 954 2 885~2 891 1 065~1 071 1 046~1 050 283 711 156 6.79 13.10 12.20 10.51 21.20 18.21 拉曼量化因子(Fj) 气相(V) 1.00 1.49 5.38 5.85 液相(L) 1.00 2.57 9.26 10.28 拉曼谱峰扫描范围 2 320~2340 1 376~1 396 1 142~1 162 2 590~2 620 2 563~2 583 2 905~2 925 2 945~2 975 2 878~2 898 1 060~1 080 1 040~1 050
【word】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
【word】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年地质论评GEOLOGICALREVIEWV01.55No.6NOV.2009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陈勇?,ERNSTA.JOBurke’1)中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,中国山东青岛,2665552)阿姆斯特丹自由大学地球科学系微量分析实验室,荷兰阿姆斯特丹内容提要: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.关键词:流体包裹体;激光拉曼光谱;定量分析;研究进展;未来研究方向激光拉曼光谱技术应用于流体包裹体已有30多年的历史,由于该技术可以实现对单个包裹体非破坏性分析,并可定量获取包裹体中成分含量,因而受到广大流体包裹体研究者的青睐.尽管国内外已有大量关于流体包裹体激光拉曼光谱分析的研究文章和数据报道,但目前仍有一些研究者和分析测试人员对数据的准确性和可靠性不够了解,甚至在发表文章报道时出现错误的解释.笔者等根据多年的实验分析和研究经历,介绍了激光拉曼光谱技术分析的基本原理和方法,并提出几个有关流体包裹体激光拉曼光谱分析的关键问题与广大同行探讨,同时指出了该技术今后的研究和发展方向.1流体包裹体激光拉曼光谱分析技术研究历史回顾Rosasco等(1975)最早发表了天然流体包裹体的拉曼分析结果,接下来是Rosasco和Roedder(1979)及Dhamelincourt等(1979)人的报道,随后Beny等(1982)和Touray等(1985)分别发表了关于流体系统和拉曼光谱分析方法更全面的研究成果.这些报道不仅指出了这种新方法在流体包裹体分析的可能性,也为用有效截面积进行流体包裹体定量分析指明了道路.Schrotter和Klocner(1979)的文章对流体组成的截面积进行了讨论,尽管地球科学的拉曼分析工作者经历了10多年才完全理解它的内容,但这篇文章却是显微拉曼光谱技术发展历程上的一个重大突破(Dubessy等,1999).最初将拉曼光谱仪应用于流体包裹体是Pasteris等(1986)以及Burke和Lustenhouwer(1987).Wopenka和Pasteris(1986,l987),Seitz等(1987),特别是Pasteris等(1988)系统地讨论了仪器的局限性和最优分析条件.在流体包裹体显微拉曼光谱定量分析技术尝试初期最具有纪念意义的工作是Kerkho{(1988)关于CO一CH一N体系的研究,同时也包括Dubessy等(1989)的评述,这篇评述包括讨论和对c—O—H—N,S流体分析的必要校正.在国内,黄伟林等(1990),徐培苍等(1996)较早报道利用U一1OO0型激光拉曼光谱仪进行了流体包裹体分析,并对定量分析方法进行了较详细的讨论.近年来国内一些学者也曾对流体包裹体拉曼光谱分析技术研究进展作过一些评述(陈晋阳等,2002;陈勇等,2007),此外还有大量流体包裹体拉曼光谱分注:本文为国家”863’’课题(编号2007AA06Z210),山东省自然科学基金(编号:Y2oO8E25)和油气资源与探测国家重点实验室开放课题(编号2009006)资助的成果.收稿日期:2008—09—10;改回日期:200905—20;责任编辑:章雨旭.作者简介:陈勇,男,1976年生.博士,副教授.主要从事流体包裹体和油气地球化学研究工作.通讯地址:266555,中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;电话:0546—8393548;Email:yongchenzy@.ca.地质论评2009正析的数据报道.2拉曼光谱分析基本原理2.1拉曼光谱产生原理早在1923年,A.Semkal等人在理论上预言:光通过介质时,由于它们之间的相互作用,可以观测到光频率发生变化,相位也发生无规律的变化.而1928年,印度物理学家C.V.Raman和K.s.Krishman首先在CC1液体的散射光中发现了频率变化,这就是最早发现的拉曼现象.为纪念印度物理学家Raman,这种现象就称为Raman散射.当一束频率为u.的单色光照射到物质(固体,气体,液体)上时,一部分被透射,一部分被反射,还有一部分向四周散射.在散射光中,除了与人射光频率相同的光外,还包含有一系列频率为??u的光,这部分频率有变化的光就是拉曼散射光(其中?u即为拉曼位移).根据量子理论,频率为的入射单色光,可看作是具有能量h的光子.当光子与物质分子碰撞时,有两种情况,一种是弹性碰撞;一种是非弹性碰撞.在弹性碰撞中,只改变了光的方向,而光子的能量没有发生改变,光的频率也不会改变,称为瑞利散射.在非弹性碰撞中,光子运动的方向和能量都发生了改变,因此光的频率也发生变化,这就是拉曼散射,频率之差?u叫作拉曼位移.拉曼散射光对称的分布在瑞利散射光两侧(图1),其强度要比瑞利光弱很多,通常为瑞利光的10,1o.其中波长比瑞利光长的拉曼光叫斯托克斯线(Stokes线),波长比瑞利光短的拉曼光叫反斯托克斯线(anti—Stokes线).V.-?1,+——一v———v【】+?1,图1光散射现象Fig.1Phenomenonoflightscattering拉曼散射产生的根本原因是当光照射物质时,如果物质分子的某种振动可以引起分子极化率的改变,则就会产生拉曼散射现象.仅当分子极化率有变化时才会引起拉曼散射现象,如果分子的振动模式不能改变分子极化率,将不会发生拉曼散射现象, 通常把能够产生拉曼散射的分子振动称为拉曼活性振动.2.2拉曼光谱定性分析原理在拉曼散射中,拉曼位移?与入射光的频率无关,仅取决于分子本身的固有振动和转动能级结构,因此,不同物质具有不同的拉曼位移.尽管对同一种物质用不同频率光照射时产生的拉曼散射光不相同,但是其拉曼位移却是一个确定的值.每一种具有拉曼活性的物质都有其特定的拉曼光谱特征, 根据物质的特征拉曼光谱可以辨认出物质种类,这就是拉曼光谱定性分析的基本原理.在利用拉曼光谱进行物质鉴定时,只需找出拉曼谱图中的特征光谱,就可以识别物质的种类.相同化学组成而晶体结构不同的物质,往往由于其分子结构不同而具有不同的拉曼光谱.由于拉曼光谱为我们提供了物质分子结构的信息,所以,利用拉曼光谱技术可以获取流体包裹体中成分的分子信息,从而识别其中的流体组成类型.2.3拉曼光谱定量分析原理尽管拉曼位移与入射光强度无关,但拉曼散射的强度却与分子的浓度,入射光强度等因素有关. 据朱自莹(1998),拉曼散射光通量可表示为:一j5.sKNHL47sin(4/2)(1)式中为在垂直入射光束方向上通过聚焦透镜所收集的拉曼散射光的通量();屯为入射光束照射到样品上的光通量(W);sK为拉曼散射系数,约等于1O.,10.tool?L-./Sr:N为单位体积内的分子数;H为样品的有效长度;L为考虑到折射率和样品内场效应等因素影响的系数;a为拉曼光束在聚焦透镜方向上的半角度.由(1)式分析可以知道,当实验条件不变时,拉曼散射光的通量与单位体积内的分子数成正比,这为拉曼定量分析提供了依据.3流体包裹体拉曼光谱分析原理与方法3.1流体包裹体中的拉曼活性物质流体包裹体可能含有固态,液态或气态的多种物质,但并非所有的原子和分子都具有拉曼效应.Roedder(1990)总结了一些给定包裹体分析可以完成的分析物质.Buker(2001)在Roedder的基础上第6期陈勇等: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853进行了修改,他指出流体包裹体中的常见物质及其拉曼活性,具体内容见表1.由此可见,流体包裹体中仅有很少一部分物质是可以用拉曼光谱定量分析,它们是一些多原子气体和溶液中极少的几种多核物质.尽管许多物质具有拉曼活性,并可以通过它们的拉曼特征峰证实其存在,但对一些物质(如溶液中的阳离子),只有在低温下才可能检测到它们的水合物.所以,拉曼光谱技术主要可以成功地对流体包裹体或超临界包裹体中的气相进行分析(气相不包括水蒸气)(Burke, 2001).而对于多相水溶液包裹体中的液相通常只能得到定性数据.对于气相,如果扣去少量的水蒸汽(在室温下水的饱和蒸汽压很低)就可以获得定量结果.由于水蒸气的”峰”实际上是一个宽波带,所以是难以用显微拉曼光谱技术定量的.3.2流体包裹体拉曼光谱定量分析方法如果只是定性分析流体包裹体中的拉曼活性物质,仅有它们的特征峰拉曼位移?v就足够了.而定量分析气体或超临界包裹体则需要知道在一定精度条件下的显微光谱仪光谱效率(仪器因子)和不同组分的拉曼散射效率(相当于截面积,)才可能实现.拉曼散射效率参数与波长无关,而拉曼散射效率参数与波长有关,表2中列出了流体包裹体中常见物质的拉曼位移?v,拉曼散射效率(三)和拉曼散射效率(d).表中CO.后的和2为CO:的费米共振双峰.从表2可以看出,不同文献给出的?和?数值上的有些不同.例如大多数学者给出CH的v振动的峰位在2917cm,但一些学者给出在2914cm.实际上拉曼位移对定性和定量分析没有明显的影响,但当用峰位确定包裹体的密度或组分的分压时是非常重要的.在Schrotter和Klocner(1979)发表的论文中列出了不同实验室获得的值,用488和514nm激发光对CH的2917cm峰的六个值分别为:6.8,9.2,8.7和9.1,8.7,9.3;而表1中列出的是它们的平均值(三一8.63).三值是不同拉曼散射截面的相对规一化值,可用于比较不同波长的测试结果.另外,对一定激光波长下获得的气体组分峰面积的计算会用到值和相对拉曼散射截面,这两个值都是相对N的散射效率标准化给表1流体包裹体中常见物质拉曼活性特征Table1TheRamancharacteristicsofcommonmaterinfluidinclusions 室温条件下一般物质相态/类型可半定量分析可定性分析不具备拉曼活性溶剂物质H2o,C02,H2S水溶液中的常见阳离子Na+,K+,Ca,MgHCOa-,coi,HS一,水溶液中的常见阴离子ClHSO~-,s0i室温下液相的物质Li,A1,Fe,B,Ba,Br,Mn,水溶液中的微量元素离子P,F,Si的离子及NH4+高碳数碳氢化合物,乙酸其它盐(酯),草酸盐(酯)主要成分0CO2,CH4,N2H2o室温下的气体或次要成分H2S,C2H6,C3H80C02超临界物质SO2,CO,COS,HzOz高碳数碳氢化合物,He,稀有组分NH3Ar具有拉曼活性的子矿物,室温下的固体物质石墨及含碳物质H20,CO2,H2S,盐(Na,Ca,Mg,Li)的水合物及气低温下的固体物质体(COz,CH4,Nz,Has)水合物地质论评出的(N.的三和d都等于1).Dubessy等(1989)详细阐述了采用值而不用三值的必要性.Schrotter和Klockner(1979)给出和的关系式,Dubessy等(1989)也引用这个公式.但是如果书写过程忽略方程中的分母部分会导致对任何应用都不适合.这个公式的表达式如下:.E1--e-hcvi/kT](2)YOPi,式中和d是对不同的散射值是激光波数(对488nm,514nm和633nm分别为20487cm,19435cm和15802cm),h是普朗克常数(6.626×10Js),c是光速(2.998×10m/s),k是玻耳兹曼常数(1.381×10.J/K),T是绝对温度.用公式(2)获得的值计算时应当注意的是,所有这些值是对低密度流体混合物而言,它们会随压力,温度和流体包裹体的化学组成变化.值得注意的是CO拉曼光谱出现费米振动双峰,两个峰面积的强度比率随密度变化,但两个峰面积之和为常数. Dubessy等(1989)认为混合物中的CO.含量计算应当采用峰面积的总和或d的总和(如对514nm光为2.5).而Seitz等(1996)获得关于CH和CO2费米双峰之和的比率的变化是压力的函数,因此Seitz等(1993)曾指出,仅用CO的2v比用费米双峰之和来确定CO一CH混合物的流体组分更合适.而一个基于Placzck偏振理论的简化公式可用来尝试定量分析一个流体包裹体中出现物质的浓度(Dubessy等,1989),这是目前流体包裹体激光拉曼光谱定量分析的通用公式,该式如下:一(3)x,A.,和已分别是a组分的浓度(以摩尔分数表示),峰面积,拉曼散射截面和仪器效率.A峨和代表包裹体中所有检测物质的值.峰面积应当相对激光功率和信号积分时间进行规一化.举个例子: 对一个单相超临界流体包裹体拉曼分析得到光谱峰面积分别为CO在1388cm(4386计数)和1285cm(2580计数),N2在233lcm(314计数)和CH在2917cm(9834计数).由于CO2,N2和表2包裹体中常见物质的拉曼位移(Av),与波长无关的相对拉曼散射截面参数(J,与波长有关的相对散射截面参数(J(据Burke,2001JTable2Ramanshifts(?’,).wavelength—independentrelativeRamanscatter ingcross-sections{,,~)andwavelength-dependentrelativeRamanscattering cross-sections()ofcommonfluidspeciesininclusions-withsomereferences Species?三(488nm)(514nm)(633rim)C0S857S0983HSO1050S021l514.O35.25.35.6“011285O.8O1.01.01.1CO22val3881.231.51.51.6CO22v213701.5l_51.6HCO136O0215551.031.21.21.3C02143O.9O0.900.90O.9ON22331111lHS一2574H2SLiquid258OH2Sinwater259OH2S26l16.86.46.46.2C3H82890CHa29178.637.67.57.2 CaH6295413H2Oliquid3219NH333366.325.05.04.6H2Ovapour36573.29H241563.542.32.32.0CH的值分别为2.5(两个峰之和),1和7.5;而光谱仪在CO,CH和N.峰位的仪器效率因子值分别为0.5,1和1 (值由合成气体混合物校正过),简化就得到下面的峰面积(Burke,2001):CO2:[(4386+2580)/(2.5×0.5)]=5572.8N2:[(314)/(1×1)]一314CH:[(9834)/(7.5×1)]一1311.2利用公式(3)计算得到的分析结果为,n(CO):78,,z(N.):4,(CH):18,但这个结果是基于这样一个假设:即低密度的值可以应用到具有明显更大密度的流体.这就是激光拉曼光谱定量分析流体包裹体气体成分的计算方法.3.3流体包裹体激光拉曼光谱分析方法的校正激光拉曼光谱定性分析的第6期陈勇等: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855校正工作相对比较简单,只要在测试样品之前用单晶硅片对仪器进行校正就可以了.而定量分析的校正相对较复杂,如果能够准确知道不同流体物质的相对拉曼散射面积(),并且仪器光学效率是确定的(用标准灯),那么在理论上激光拉曼光谱仪定量分析的准确性是可以校正的.由于a随温度,压力和具体的流体组成变化,而且又缺少有效的偏振扰频器,Pasteris等(1988)就提出了拉曼光谱仪的经验校正法,即用已知组成和压力的流体混合物进行校正.由于缺少标样,评价拉曼结果的唯一经验方法是用天然或人工合成流体包裹体的显微测温数据来比较.Wopenka和Pasteris(1986)最早用C02一CH人工合成流体包裹体进行了校正.由于在多数情况下得到的拉曼数据与测温结果实质上是一致的,这就导致了一些人对于仪器校正因子的过度信任,Dubessy(1989)就指出了随便用与波长无关的拉曼散射截面代替与波长有关的计算方法不可靠.后来的研究明显表明,仅用三得到的一些拉曼结果在合理的误差范围内.Wopenko和Pasteris (1987)及Kerkho{(1988)分别最早提出了用焊封毛细石英管内的已知成分气体混合来进行经验校正的方法.Chou等(1990)提出了用高压腔的方法进行校正.目前许多拉曼实验室采用kerkhof等(1988) 提出的焊封石英管法或Chou等(1990)提出的焊封硅玻璃管方法来校正仪器.经过校正,流体包裹体拉曼分析的相对误差通常低于5(Burke,2001).4流体包裹体拉曼光谱分析的主要影响因素4.1样品与仪器因素为避免拉曼测试浪费时间,应当选择那些可以获得显微测温数据的包裹体.为达到这个目的,样品需磨成两面抛光,厚度在5O,200am的岩石薄片,理论上也完全适合拉曼分析.这样的薄片不能用易进入样品裂缝或裂隙或带有荧光的粘胶准备. 建议最好采用蜂蜡,因为它不会进入样品,而且易溶于白酒或松节油中(Burke,2001).如果用常见的胶水(如加拿大树胶)制备薄片,那么在进行激光拉曼光谱分析前一定要把薄片取下来清洗干净.一些样品的性质会直接影响拉曼分析:如样品不够透明或薄片抛光得不好就会造成无法观察或无法分析包裹体;514nm的氩离子激光会被红色矿物吸收;高反射率的矿物(如方解石)在深部会造成双图像;由于不透明子矿物在一定程度上吸收激光的能量会使整个包裹体信号变差.目前大多数激光拉曼光谱仪配有高质量的高倍显微镜,物镜可以使激光聚焦到l~2btm,甚至更小.一些透镜带外套(涂层)的物镜可以选择吸收部分拉曼散射光谱,这会降低结果的精度.可以进行拉曼分析的最小流体包裹体取决于多种因素,包括显微镜系统的性质,激光光源,光谱仪的检测器类型,流体的密度,包裹体在样品中的深度,基质的背景信号等.在理想条件下,可以获得石英中100/~m深,2m大包裹体中可靠的定量结果(Burke,2001).有时即使流体包裹体又宽又长,但可能会很薄,由于激光聚焦在垂直方向相对较大,大多数情况会激发包裹体的基质,而不显示包裹体本身特征.由于这些因素,所有包裹体中流体成分应当在不改变位置和激光聚焦深度的条件下测试.每个包裹体都有自己的特点,通常为不规则的几何体, 而且激光聚焦的任意变化都会对包裹体的激发体积估计产生重大影响.而目前新型拉曼光谱仪中采用共焦系统极大地提高了测试小包裹体的可能性. 有时靠近样品表面的小包裹体很可能比深处大包裹体的拉曼信号更强.通常情况下,尽量分析靠近表面的包裹体是流体包裹体拉曼光谱分析的一条重要原则,当包裹体深度超过50/~m就会出现检测问题,特别是如果流体密度不太高的情况就更加难以检测.对于含N:流体,分析包裹体的最佳深度是3O,7Om,这个深度是获得最强的拉曼峰信号与避免物镜和样品之间空气中的氮气干扰的最佳深度, 但共焦拉曼光谱仪一般不会出现这种背景干扰问题(Burke,2001).增强激光功率或采用更长的测试时问可以增大样品中低密度或埋藏较深包裹体中的拉曼散射信号.由于样品的性质不同,包裹体和仪器就决定了一系列分析条件选择,以便保证可以检测所有组分.还有一些需要考虑的问题,如包裹体是否可以抵制激光导致的热量增加?以及在可能的时问限制内能够采集几个波段的光谱?获取低密度包裹体中的成分信息仍然是包裹体拉曼光谱分析的一个技术难题.4.2荧光现象在流体包裹体(特别是有机包裹体)拉曼光谱分析时遇到一个常见而又头疼的问题就是荧光现象.荧光的强度一般比拉曼信号大几个数量级,相对较弱的拉曼信号可能会被荧光完全掩盖.有三个方面因素可能会引起荧光,包括表面,基质矿物及流体包裹体.表面荧光的诱导因素较多,最常见原因是矿地质论评物和由样品准备所用的粘合剂没有完全洗净的残余物引起的,也可能是用记号笔在包裹体附近划圈的含碳氢官能团墨水引起,甚至还有可能荧光仅仅是不小心印在样品上的指纹引起的.常见发荧光的矿物有萤石,方解石和斜长石,甚至有时石英也会发荧光.裂缝和裂隙中充填了发荧光的粘合剂也会妨碍分析.如果流体包裹体中含有环状或芳环烃类,或者荧光性子矿物,通常都会引发荧光(Burke, 2001).消除荧光除了采用共焦拉曼光谱仪外,还有其它几种方法可以避免荧光效应,如清洁样品表面,对将用激光束分析的地方加热几分钟有时可以大大减低矿物的荧光.而发荧光的流体包裹体通常不能用传统可见光拉曼光谱仪进行分析,如单个有机包裹体用传统拉曼光谱仪标定有一定困难,即便用傅立叶转换红外光谱仪或近红外傅里叶转换拉曼光谱仪也如此.然而,对于傅立叶转换红外光谱仪或近红外傅里叶转换拉曼光谱仪,包裹体分析的最小尺寸要求比可见光拉曼光谱仪能够分析的尺寸大将近一个数量级.另一个可能的办法就是采用时间高分辨可见光拉曼光谱仪,因为荧光效应发生比拉曼效应晚一些,这样就可以在检测器被荧光覆盖之前获取拉曼信号.此外,由于荧光强度与激发光有关,有时减弱激发光强度在一定程度上也可以减弱荧光的影响,但同时也减弱了包裹体中成分的拉曼信号,需要找到合适的激发光强度.目前有研究发现在低温下分析也可能减小荧光的影响.4.3同位素的影响在流体包裹体中最常见而含量较高的同位素组合就是c和”C,主要影响CO.的含量分析.CO的拉曼光谱包含四个峰,即费米共振双峰(1285em的1和1388em的2v.),及费米双峰外的两个”热峰”,分别为1265cm和141Ocm一.很多包裹体在2v.峰肩旁出现一个附加峰,在1370cm.这个峰是由于.C0的2.振动引起的,它的强度通常非常低,而它的不规则性会影响CO 定量测定(Garrabos等,1989).Rosasco等(1975) 确定”CO2的精度为20%o,而Dhamelincourt等(1979)的精度仅为37‰.最新的拉曼仪器及检测器应当考虑提高这种潜在的拉曼分析及研究应用的精度.我国学者赫英等(1998)曾尝试用拉曼光谱技术测定包裹体中”CO.的含量.此外,碳同位素在有机物测试中的影响还有待于进一步分析.4.4光化学反应我们知道,一些物质在光的作用下会发生化学反应,这类反应也可能在包裹体进行拉曼测试时发生.通常情况下激光的热量不会传到流体包裹体, 即便是室温下接近临界点的两相COz流体包裹体也不会被激光辐射均一化.Rosso和Bodnar(1995) 曾指出激发体积中的激光诱导加热不是很重要.然而,如果包裹体中含有吸收激光的粒子(不能用显微镜看见),那么情况就会完全改变,会完全损耗或爆裂,然后流体快速流出,有时可以看见包裹体反应的结果.Rosasco等(1975)指出,分析含有CH和高碳烃的包裹体时通常可以看到一个由于有机物的聚合导致不透明物质沉淀的现象.例如C0z—CH体系包裹体的一个组分含量在3O,70时会发生一个特殊反应,这种CO一CH组成在许多高密度包裹体室温下不能共存,它们会发生如下反应(Burke,2001):CO+CH一2H20(L)+2C由于石墨的核能高,所以石墨形成可能滞后(推迟),但是如果在当时温度下如果有微小不透明颗粒出现,就可能引发这个反应,因为该反应消耗的气相中两组分的量相同,所以反应就会一直持续到较少的一种组分耗完为止.为了避免获取完全错误的浓度值,CO一CH包裹体在拉曼光谱分析过程中应当注意上述现象.实际上,有时即便在已经有石墨粒子存在的情况下,上述反应也不一定会发生.Huizenga等(1999)的研究表明,在测试一组来自Zimbabwe剪切带中55个石英中的(CO.一CH一H(),C)包裹体时只有2个包裹体发生反应,可能是因为水可以导热而使反应不发生.因此,激光加热对”干”蒸汽相包裹体中固体物的影响比”湿”液体相中包裹体中固体物的影响更明显.Seitz等(1993)曾观察到充满CO和CH混合物的石英管中发生的另一个光化学反应,在激光作用下形成了发强荧光的黄色芳香烃液滴.笔者曾用激光拉曼光谱分析原油时发现,在激光热效应作用下由于有机物的挥发而在样品上出现一个小洞.4.5盐类物质的弱信号问题水溶液包裹体含有的物质一般比气相包裹体种类多.多原子物质容易得到拉曼信号,但是许多水溶液中的盐类物质难以得到清楚的拉曼信号.Dubessy等(1989,1992)指出PO:一的浓度在地质流体中通常非常低,NO;是一种不稳定物种,co;一仅在高pH条件下出现(现实中极少),而在1018第6期陈勇等: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857cm附近的HCOa低(弱)拉曼散射信号常会被石。
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2、单个包裹体成分分析及方法
* 质子诱发X(γ)射线(PIXE和PIGE)分析: 分析测量包裹体中重元素(Z>13;氯—钠)
含量,检测限40×10-6
Analysis of the ionic content of fluid inclusion PIXE and PIGE
Heinrich et al., 2003
Analysis of the ionic content of fluid inclusion Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma –Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)
E = 2-35 J cm-2/pulse crater diameter: 2-400 m
Spectrometry (LA-ICP-MS)
Heinrich et al., 2003
6 to 8 orders of magnitude in concentration depending on the detector: (TOF, quadrupole, MC)
12 natural inclusions of the same assemblage: 10-15 % RSD on the ratios
• 分析项目: • 气相成分:H2O、CO2、CH4、CO、H2S、H2、N2、……
液相成分:Na+、K+、Ca2+、Mg2+、……;CL-、HCO3-、 CO32-、SO42-……
• 微量元素:稀土及其它重金属元素; • 样品处理及加工:选矿—清洗—包体打开
[机械破碎法(压力机)、研磨法、热爆法];
1 g/g 100 ng/g 10 ng/g
8 m inclusion, 25 elements > 1wt % 1000 g/g 100 g/g
1 g/g
Analysis of the ionic content of fluid inclusion
Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma –Mass
Accceleration of electron => X Ray emission 8 to 30 keV; focus of X-ray => matter interaction
1) ionization of deep electronic orbital (K, L or M => Z > 11)
Vanko et al., 2001
2、单个包裹体成分分析及方法
* 激光剥蚀(消融)电感耦合等离子质 谱(LA-ICP-MS)分析
Analysis of the ionic content of fluid inclusion Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma –Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)
e xcit e d mat t e r vaporise d mat t e r
e je ct e d mat t e r re move d mat t e r af f e ct e d mat t e r
Analysis of the ionic content of fluid inclusions Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS
SR XRF spectrum of a natural brine inclusions (pegmatite). Dotted line: blank = quartz spectrum.
Estimated concentration in ppm: Mn: 1031; Fe: 5710; Cu: 105; Zn: 1613; As: 42; Br: 76; Rb: 421; Sn: 28; Sb: 155; Cs: 886
Heinrich et al., 2003
Analysis of the ionic content of fluid inclusion Laser Ablation – Inductively Coupled Plasma –Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)
detector: time of flight spectrometer => quasi simultaneous detection of 68 isotopes
2) electron from external electronic orbital fills the deep electronic vacancy
3) this process gives rise to X-Ray emission
X-ray
X-ray
1 to 40 kev
1
2
solid state
2、单个包裹体成分分析及方法
* LIBS * 扫描电镜 * 电子探针
Analysis of the ionic content of fluid inclusions Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS
Laser ablation optical emission spectroscopy
1、群体成分分析及方法
* 分析流程: ① 气相成分:四极质谱、气相色谱; ② 稀土及其它金属元素:ICP—MS; ③ 阴阳离子:离子色谱、原子吸收光谱、
中子活化等;
2、单个包裹体成分分析及方法
• 激光拉曼光谱法: H2O、CO2、CH4、CO、H2S、H2、N2、SO2、2H6、 C2H4、C3H8、C6H6、…… HCO3-、CO32-、SO42-、HS-…… 子矿物……
Heinrich et al., 2003
Analysis of the ionic content of fluid inclusion LA-ICP-MS: limits of detection
Heinrich et al., 2003
40 m inclusion, 25 elements; > 10 g/g
2) electron from external electronic orbital fills the deep electronic vacancy
3) this process gives rise to X-Ray emission
1
2
3
Analysis of the ionic content of fluid inclusion
laser
Beamtreatment f ocusing
plasma
Collecting optics
computer
Spectrometer
Monochr omat or Polychr omat or Eche lle S pe ct r ome t e r (2 D)
PM 1D line ar I CCD
for micro-LIBS :
8 m down to 3 m
Crater obtained on copper
Depth profile dependent of the material: from 0.1 m to 6-8 m per laser shot
Analysis of the ionic content of fluid inclusions Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS
Detection limits estimated on liquid samples (Rusak, 1998)
H
He
Li Be
B C Nhe ionic content of fluid inclusions Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS
LIBS spectrometer @ G2R
Analysis of the ionic content of fluid inclusions Laser Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS
SR XRF spectrum of a natural brine inclusions (pegmatite). Dotted line: blank = quartz spectrum.
Estimated concentration in ppm: Mn: 1031; Fe: 5710; Cu: 105; Zn: 1613; As: 42; Br: 76; Rb: 421; Sn: 28; Sb: 155; Cs: 886
Crater obtained on quartz
Short laser pulse duration and high speed ejection of the plasma
no significant thermal diffusion in the target
Lateral resolution for macro-LIBS: 200 to 300 m
PIXE
quartz background
as for SRXRF: problem of X-Ray absorption and its quantification L.OD.: Cl = Mo = Sr = 3000 ppm; Br = 50 ppm; Mn = 25 ppm; errors: 10 to 40 %
EDS (Si-Li)
3