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          大型儀器運用在當代巖石礦物分析中

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          大型儀器運用在當代巖石礦物分析中

          摘要:伴隨社會科技的發展進步,傳統技術手段在當代巖石礦物分析中的主導地位受到了極大沖擊,大型儀器在當代巖石礦物中發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),對大型儀器在當代巖石礦物分析中的應用展開探討,旨在為如何促進當代巖石礦物分析有序開展研究適用提供一些思路。

          關鍵詞:巖石礦物;大型儀器;分析;應用

          0引言

          傳統技術手段在當代巖石礦物分析中的主導地位受到了極大沖擊,大型儀器憑借其高技術、高投入及高收益特征,為其取代傳統技術手段提供了切實科學依據,大型儀器所具備的這些特征與當代巖石礦物分析發展需求不謀而合,而傳統理論方法,分析效率不足,并且其高污染、高消耗與當今社會提倡生態環保的理念相違背,顯然傳統技術手段已難以滿足當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環保發展需求,有助于社會可持續發展。

          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,同時其含量跨度可達到十幾個數量級,由此決定了巖石礦物分析屬于化學分析領域中極為復雜、極具活力的一大分支。為了開展好巖石礦物中常量、痕量的無機組分以及有機物質的檢測工作,巖石礦物分析一方面要應用到化學分析領域中各式各樣的分析技術,一方面要應用到絕大多數物質的分離富集技術,從而確保分析檢測準確度、精密度。巖石礦物分析可歸結為下述幾項特征:1)樣品來源廣泛,組合成分多樣復雜;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;4)相互間存在極大干擾,需要得到一系列分離富集技術的支持[2]。當代巖石礦物分析基于標準化、計量化質量保證體系,將現代儀器分析作為主要分析手段,再輔以化學試樣制備、分離富集手段,準確、有序的為各個領域巖石礦物分析提供了十分可靠的數據保障。

          2大型儀器在當代巖石礦物分析中的應用

          2.1紅外光譜儀在當代巖石礦物分析中的應用伴隨紅外光譜技術的迅速發展,紅外光譜定量分析越來越為研究人員所關注。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,進一步為油氣藏評定、盆地構造史、盆地古地溫等提供了有力依據。同時,紅外光譜技術與一系列分析方法的相融日益在地質分析諸多領域得到廣泛推廣。就好比,于各種熱模擬溫度下,應用紅外光譜法對塔里木盆地庫車坳陷陽霞侏羅紀煤中干酪根開展檢測,結果得出此區域屬于III型干酪根,進一步為烴源巖演化提供了有力依據[3]。除此之外,紅外光譜在野外地質調查工作中可應用于區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,結合于紅外光譜中C=O伸縮振動的吸收輕度,實現對醛類、酮類、酸類等有機化合物官能團的有效評估。應用德國Bruker公司研發的Vertex70型傅里葉變換紅外光譜儀,對我國貴州仁懷地區震旦系燈影組碳酸鹽巖開展檢測。可結合白云石、方解石不同的吸收峰對它們展開有效區分,白云石、方解石都屬于三方晶系,結合選擇定則白云石與方解石振動模式包括有對稱伸縮振動(v1)、面外彎曲振動(v2)、非對稱振動(v3)以及面內彎曲振動(v4)。結合白云石紅外光譜示意圖可得出,于1000~1100cm-1范圍存在5~6個吸收帶,分別為v1(1060cm-1±)、v2(880cm-1±)、v3(1400cm-1±)、v4(725cm-1±)。其中,v1吸收強度相對中~弱,于1000~1100cm-1表現為一肩寬峰;v3則為一寬峰吸收最強,并且還是白云石特征吸收峰;于2514cm-1±形成一弱吸收峰,吸收強度相較于v3差兩個數量級,為伸縮振動、反對稱伸縮振動的和頻峰;1800cm-1±形成的弱吸收峰為面內彎曲振動、對稱伸縮振動的和頻峰。結合方解石紅外光譜示意圖可得出,于1500~500cm-1存在4~5個吸收帶,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,并且峰寬相對大;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-反對稱伸縮振動吸收峰的一級倍頻峰;2504cm-1吸收峰為CO32-面內彎曲振動、對稱伸縮振動和頻峰。方解石中一般含有鎂離子、鐵離子、二價錳離子等元素,因為各種元素相互間園子半徑存在一定區別,使得晶格振動頻率受到一定影響,進一步造成v4于紅外光譜圖中形成轉變,因此在方解石紅外光譜中,可結合v4轉變對方解石族礦物的礦物中開展分析。

          2.2X射線衍射儀在當代巖石礦物分析中的應用巖石定名、礦石選冶以及礦床評價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主要內容。碳酸鹽礦物定量分析,于光學顯微鏡下通常應用染色法,然而采取染色法評估白云石、方解石含量有著一定主觀性、隨機性,所以無法可觀準確地得到碳酸鹽礦物的含量。而通過應用X射線衍射法快速、準確地對它們開展定量分析。就好比,應用X射線衍射,可較為迅速地對碳酸鹽巖石中白云石、方解石的含量開展分析,并且檢測結果與化學分析結果基本一致。此外,元素類質同象作為元素賦存狀態的形式之一,可為礦床綜合評價提供可靠依據,并且類質同象表現的元素屬性可為地球化學研究提供可靠依據。應用X射線衍射對某地區微晶白云母礦物類質同象特征開展分析,結果得出礦床中擁有白云母-多硅白云母礦物組合,為地質考察工作提供了重要依據。對白云石有序度開展研究,應用X射線衍射儀對白云石(015)、(110)晶面開展檢測,結合它們相互間反射強度比值δ=I(015)/I(110)有效得出白云石有序度,倘若Ca兩條衍射線強度一致時,白云石有序度為1,倘若Ca元素升高升高,白云石I(015)衍射強度則會降低,進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、沉積環境、成巖演化史等研究提供有力依據。應用荷蘭PANalyticalB.V.研發的X射線衍射儀,選取擬合法對重慶南川志留系小河壩組長石砂巖檢測結果與全球普遍認可的IUDD粉末衍射數據開展擬合,得出巖石中含有石英、鉀長石以及黏土礦物,且含量分別為65%、25%以及10%。該種手段一方面具備操作便捷、分析迅速的優點,一方面用以比較的數據庫匯集有超過數萬條的礦物及礦物關聯條目,大體上收錄了自然領域所有的礦物,為檢測結果準確性、權威性提供了切實保障。

          2.3激光拉曼光譜儀在當代巖石礦物分析中的應用拉曼光譜作為一項分子光譜微區分析技術,其可快速、準確、無損地對樣品開展檢測,并且檢測所需樣品用量少、頻率范圍狂、無需進行實現處理。現階段,激光拉曼光譜儀被廣泛應用于包裹體成分、溫度的檢測,可快速準確地對氣相、液相、固體包裹體等尤其是單個包裹體成分開展無損分析,屬于現階段極為先進的一項包裹體成分分析方法。伴隨儀器設備的發展,激光拉曼光譜儀與各種儀器組合對巖石礦物開展分析,逐步轉變成激光拉曼光譜發展的一大趨勢。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,進一步生成呈現物質結構的精細譜帶,并結合分子散射強度與樣品濃度所呈正相關關系,達成對巖石礦物含量的定量分析。需要注意的是,應結合樣品實際情況選擇相應的濃度,倘若樣品濃度太低將難以準確得出待分析區的化學成分、晶體結構等數據。應用英國Renishawinvia研發的激光拉曼光譜儀對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,結合拉曼光譜圖中峰位得出CO2、CH4,再結合拉曼譜圖中CH4位移得出均一溫度194℃,進一步獲取到成礦流體物理化學條件、成礦溫度等數據[5]。

          3結語

          大型儀器所具備的一系列特征優勢,對推動社會可持續發展有著十分重要意義。鑒于此,相關人員務必要不斷鉆研研究、總結經驗,清楚認識巖石礦物分析內涵,全面分析現階段巖石礦物分析中面臨的主要問題,結合巖石礦物實際情況,強化大型儀器在當代巖石礦物分析中的科學合理應用,積極促進當代巖石礦物分析有序開展。

          參考文獻:

          [1]王斌,聶堯愿,彭港發.試論巖石礦物分析工作的經驗與體會[J].科技創新與應用,2013,12(27):84.

          [2]劉永剛.試析微波能分解法在巖石礦物分析中的運用[J].地球,2014(5):162-163.

          [3]邵蓓,王祝,盧小海,等.儀器分析在現代巖礦分析技術中的應用[J].西藏科技,2015(2):21-23.

          [4]鄒偉力.儀器分析在現代巖礦分析技術中的應用[J].工業b,2016,12(1):145.

          [5]杜谷,王坤陽,冉敬,等.紅外光譜/掃描電鏡等現代大型儀器巖石礦物鑒定技術及其應用[J].巖礦測試,2014,33(5):625-633.

          作者:尹智春 單位;山東省第三地質礦產勘查院