1 钢铁研究总院, 北京 100081
2 钢研纳克检测技术股份有限公司, 北京 100081
3 北京科技大学, 北京 100083
火花发射光谱分析钢中单一夹杂物的研究已有文献报导, 但用火花光谱分析钢中复合夹杂物一直是个难题。 钢中复合夹杂物是一种单一夹杂物包裹另外一种单一夹杂物组成的复合体, 或由两个及以上单一夹杂物紧密相邻结合体。 如何区分材料中同时存在但不相邻的两种单一夹杂物和二者复合夹杂物, 用火花发射光谱技术难于实现。 该工作采用火花光谱原位统计分布分析(OPA)进行高铁车轮截面的夹杂物分析, OPA通过对经连续扫描的火花放电激发所产生的元素光谱信号进行采集和分析, 可实现大尺度金属材料的成分及夹杂物统计分布表征, 在同一激发位置下, 当既有Al2O3夹杂物光谱信号, 也有MnS夹杂物光谱信号, 通过对Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的火花光谱强度时序耦合处理, 获得此时序对应位置处的复合夹杂物信息。 根据超过阈值以上的火花光谱强度和夹杂物平均面积之间的良好线性关系, 在同一位置下, 分别获得Al2O3/MnS复合夹杂物中Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的面积, 将Al2O3夹杂物面积和MnS夹杂物面积加和, 得到Al2O3/MnS复合夹杂物的面积。 同时结合扫描电镜(SEM)分析小区域内的复合夹杂物, 将每一个扫描电镜复合夹杂物面积对应一个OPA分析夹杂物的归一化面积, 建立SEM 和OPA两种分析方法获得的复合夹杂物面积的关系曲线, 二者具有良好线性关系, 线性相关系数大于0.99。 取高铁车轮截面中另外两部分进行验证实验, 得到的结果也与扫描电镜结果基本一致, 即在分析小面积区域内Al2O3/MnS复合夹杂物, OPA分析的归一化结果也能够满足表征需要。 除此之外, 由于 OPA可以进行部件全域分析, 可检测到更多的较大Al2O3/MnS复合夹杂物颗粒, 可有效避免扫描电镜(SEM)因分析区域有限造成大尺寸夹杂物漏检问题, 为大尺寸金属构件的夹杂物分析特别是Al2O3/MnS复合夹杂物的分析提供了一种有效手段。
火花光谱原位分析 复合夹杂物 粒度分布 高铁车轮 扫描电镜分析 Spark source original position analysis Complex inclusions Size distribution High-speed railway wheel SEM analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1122
1 西安石油大学地球科学与工程学院, 陕西 西安 710065
3 贵州理工学院资源与环境工程学院, 贵州 贵阳 550003
为了明确储层沥青热演化程度与激光拉曼光谱的关系, 利用拉曼光谱无损分析和流体包裹体方法, 对黔西南白层地区储层沥青拉曼光谱进行了定量化描述, 首先获取了储层沥青其伴生流体包裹体均一温度, 然后获得了储层沥青拉曼光谱图, 并对比标准沥青成熟度分布图, 确定了储层沥青热演化程度及其特征。 结果表明: 黔西南白层地区存在晚三叠世(230 Ma)和渐新世(30 Ma)油气藏充注事件, 成烃流体具有多期成藏的特征。 这两次油气充注事件是该地区储层沥青最终来源, 沥青是石油受热变质作用形成的天然裂解产物, 沥青随着埋藏深度增加, 不断发生聚合或增碳缩合作用。 与储层沥青形成相伴生的有两期盐水热流体事件, 其盐水包裹体均一温度为93.5~96.7和101.2~103.7℃。 黔西南白层地区储层沥青拉曼光谱D峰拉曼位移变化范围为1 334~1 346 cm-1, G峰拉曼位移变化范围为1 607~1 610 cm-1, G-D差值为264~275 cm-1, Dh/Gh值为0.552~0.573, 根据沥青成熟度分布图版判断: 该储层沥青均已达过成熟演化阶段; 测试样品的D峰与G峰能量强度的比值R1变化0.552~0.573, D峰与G峰的半峰全宽比值R2变化为1. 688~1.945, D峰与(D+G)峰积分面积之比R3的变化为0. 68~0. 72, 基于拉曼光谱分析结果计算得到区域古油藏储层流体温度为122.78~164.31 ℃。 黔西南白层地区储层沥青属于异地迁移型有机质, 相似激光拉曼光谱特征表明储层沥青具有相同成因, 均为先存古油藏沿该区控矿构造发生逃逸的油气物质转化的产物。 最后拟定了拉曼光谱与沥青热演化关系, 为古油藏演化成储层沥青研究提供了理论依据。
黔西南 储层沥青 流体包裹体 激光拉曼 均一温度 Southwest Guizhou Reservoir bitumen Fluid inclusions Laser Raman Homogenization temperature
1 长江大学地球科学与技术学院, 湖北 武汉 430000
2 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430205
3 中海石油(中国)有限公司海南分公司, 海南 海口 570311
4 中国石油东方地球物理勘探责任有限公司, 河北 涿州 072750
5 中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300452
采集已报道具有规模气洗作用和水洗作用的油气田岩样制成流体包裹体薄片, 进行单油包裹体的显微荧光光谱和傅里叶红外光光谱测试, 分别研究了遭受气洗作用和水洗作用后捕获的油包裹体的显微荧光和红外光光谱的变化规律特征, 总结了两者的变化差异性。 气洗导致原油光谱参数QF535值向减值和增值方向分别扩大, CH2/CH3分布值范围未发生明显扩大, 而峰值被平均化, H2O/Alkanes比值分布无变化。 水洗导致原油的QF535值向增值方向扩大, CH2/CH3分布范围发生了明显的增移, H2O/Alkanes明显增加。 针对轻质油藏气洗后QF535变化不明显以及中重质油藏水洗后CH2/CH3变化不明显的特点, 首次总结出针对轻质油藏和中重质油藏的水洗和气洗作用的油包裹体光谱参数分布趋势鉴别图版。 该研究对利用流体包裹体进行成藏期次精细划分和油气成藏过程恢复具有重要实际意义。
显微荧光光谱 傅里叶红外光光谱 油包裹体 气洗 水洗 Micro-fluorescence spectrum Fourier infrared spectrum Oil inclusions Gas-washing Water-washing 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2649
1 中山大学地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275
3 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
如何利用拉曼光谱对矿物中的微小包裹体进行无损鉴定, 是矿物学与宝石学研究中经常遇到的问题。 彩虹方柱石是一种含有特殊包裹体的方柱石, 其包裹体在反射光下呈现虹彩效应。 本文利用超景深显微镜、 电子探针、 显微激光拉曼光谱、 X射线粉晶衍射分析, 特别是创新性运用拉曼光谱面扫描填图技术对彩虹方柱石中微小的磁铁矿包裹体进行了无损鉴定研究。 显微特征显示, 彩虹方柱石的包裹体可能和固溶体出溶有关, 微小包裹体平行排列, 形成了类似反射型衍射光栅的结构, 导致其在反射光下出现彩虹色。 根据电子探针测试结果, 彩虹方柱石端元组分为Ma68.2—69.7Me30.3—31.8, 属针柱石亚族。 根据拉曼光谱测试结果, 部分包裹体出现了位于661 cm-1处的弱拉曼峰。 由于图谱信噪比普遍偏低且该峰并不会在所有测试位置出现, 所以容易被忽略。 为进一步探究该峰的来源, 对包裹体部位进行拉曼面扫描, 并选择630~680 cm-1范围的拉曼峰进行了相关性分析, 确认了包裹体位置普遍存在位于661 cm-1处的弱拉曼峰。 该拉曼峰可归属为磁铁矿的A1g振动峰, 从而确认了产生虹彩效应的针状包裹体中包含有更微小的磁铁矿包裹体。 XRD测试结果表明, 包裹体较多的样品存在位于2.51 Å处的磁铁矿(311)晶面衍射峰, 进一步验证了拉曼光谱面扫描的结果。 根据上述实验, 拉曼面扫描技术或许可以成为鉴定矿物宝石中微小包裹体的有效辅助性手段。 该研究创新性提出, 如果矿物包裹体的拉曼信号很弱, 可以将拉曼面扫描结果与包裹体的分布特征结合分析来判断该信号的有效性。 同时为无损鉴定矿物中的包裹体提供了一种新的研究思路与方法。
彩虹方柱石 磁铁矿包裹体 拉曼光谱面扫描 电子探针 Iridescent Scapolite Magnetite inclusions Raman mapping EPMA XRD XRD 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2105
1 西安石油大学地球科学与工程学院, 陕西 西安 710065
2 陕西省油气成藏地质学重点实验室, 陕西 西安 710065
3 中国石油长庆油田分公司勘探部, 陕西 西安 710018
4 中国石油西南油气田分公司重庆气矿, 重庆 400021
为了明确油包裹体中芳烃组分与显微荧光光谱的关系, 基于石油的荧光性, 利用单个包裹体组分无损分析荧光光谱方法, 对松辽盆地齐家地区高台子储层油包裹体荧光光谱进行了定量化描述, 首先获取了储层油包裹体荧光颜色种类, 然后获得了单个油包裹体荧光光谱图, 并对比标准芳烃在365 nm单色光激发下的荧光光谱主峰波长特征值, 最终划分了油气充注幕次及不同幕次油包裹体芳烃组分类型。 结果表明: 储层见发黄色、 黄绿色、 蓝绿色3种荧光的油包裹体, 代表了不同成熟度油气充注。 油包裹体中芳烃组分主要有并四苯、 十环烯、 苯并菲, 其次含有胆蒽, 并含有少量的并五苯和红荧烯; 其中, 第1幕油包裹体芳烃组分是: 并五苯、 并四苯、 红荧烯、 十环烯; 第2幕油包裹体芳烃组分主要有并四苯、 十环烯、 苯并菲, 以及少量的红荧烯; 第3幕油包裹体芳烃组分主要有并四苯、 十环烯、 苯并菲, 其次是胆蒽。 从芳烃组分类型来看, 第1幕与第2、 第3幕油包裹体相比较, 大分子量芳烃含量多, 表现出低等成熟度; 第2、 第3幕油包裹体小分子芳烃类型多, 表现出中等成熟度。 储层油包裹体总体表现出小分子量芳烃少, 大分子量芳烃多, 说明原油被包裹体捕获前经历过生物降解和水洗作用, 捕获后经历过热侵变作用, 储层包裹体中原油主要以低成熟-中等成熟度原油为主。 最后拟定了油包裹体荧光光谱特征与芳烃组分关系, 为原油芳烃组分类型及成熟度研究提供了依据。
油包裹体 荧光光谱 芳烃组分 齐家地区 Oil inclusions Fluorescence spectra Aromatic hydrocarbon components Qijia area 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1736
中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
碧玺是晶体结构和化学成分都十分复杂的含硼硅酸盐矿物。 在珠宝市场中最为常见的碧玺品种几乎都为锂碧玺和少量镁碧玺, 目前的珠宝专业教材或相关领域的文章都对锂碧玺研究较多, 而镁碧玺却少有涉及。 对六颗产于莫桑比克的黄-棕黄色碧玺刻面宝石进行了宝石学常规测试、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)测试、红外吸收光谱、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱和激光拉曼光谱测试, 以获得碧玺样品的宝石学及谱学特征。 宝石学常规测试表明, 实验样品与一般常见碧玺的物理和光学性质基本符合, 但所有样品在紫外荧光仪短波(254 nm)下具有中-强绿色荧光, 而一般碧玺在短波下为惰性, 此外, 样品中均含有较多的浅色和深色的粒状矿物包裹体, 且不见一般碧玺中常见的长管状包裹体、气液两相包裹体。 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析表明, 实验样品属于镁碧玺, 其平均晶体结构化学式为(Ca0.15Na0.85)1.00(Mg2.89Fe0.02Al0.09)3.00Al6(Si6O18)(B0.95□0.05O3)3(OH)4。 选取包裹体较少的样品进行红外吸收光谱测试, 碧玺样品在2 000～6 000 cm-1区域内有OH和Si—O的振动峰, 说明样品含有结构水。 经过紫外-可见光吸收光谱测试, 样品在400～500 nm内有一宽吸收峰, 谱峰位置在445 nm左右, 这可能与Fe2+-Ti4+的电荷转移和交换耦合的Fe2+-Fe3+离子对有关。 经过荧光光谱测试, 本批碧玺样品在254 nm激发光源下, 产生中-强的绿色荧光, 特征荧光峰为534 nm强峰及475 nm肩峰, 荧光的产生原因与样品中Ti和Fe有关。 对碧玺样品的主体矿物进行激光拉曼测试, 测试结果符合镁电气石的拉曼光谱。 该研究创新主要体现在以下两个方面: (1)研究对象经测试属于镁碧玺, 其谱学特征方面尚未有详细研究; (2)实验样品在短波下具有独特的荧光现象, 这一现象目前还没有其他学者提出, 且笔者对荧光产生的原因进行了分析。
镁碧玺 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱 荧光 包裹体 Dravite LA-ICP-MS Fluorescence Inclusions 光谱学与光谱分析
2019, 39(12): 3844
1 中山大学地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室, 广东 广州 510275
2 广州出入境检验检疫局综合技术服务中心珠宝鉴定实验室, 广东 广州 510275
3 国土资源部珠宝玉石首饰管理中心北京珠宝研究所, 北京 100013
石墨是天然金刚石中最常见的包裹体之一, 按其形成顺序可分为原生、 同生、 次生, 原生/同生与次生石墨包裹体的存在指示了金刚石形成的环境及形成后可能经历的变化。 对湖南沅水流域产出的13粒宝石级-半宝石级砂矿金刚石中的原生/同生石墨包裹体及次生石墨包裹体进行显微激光拉曼光谱的原位测试。 测试显示, 湖南沅水流域金刚石中原生/同生石墨包裹体与次生石墨包裹体的G带与D带拉曼位移均存在漂移, 其中原生/同生石墨包裹体G带的漂移范围为1 591～1 600 cm-1, 次生石墨的漂移范围为1 575～1 588 cm-1, 显示其形成压力较低, 结晶压力变化范围大。 原生/同生石墨漂移程度估算出该区域压力范围为4.01～5.88 GPa, 估算结果与利用橄榄石包裹体拉曼位移估算的源区压力范围基本一致。 该区域内金刚石中原生/同生石墨包裹体的D带拉曼位移在1 350～1 368 cm-1之间, D带与G带的强度比(ID/IG值)值位于0.36～0.82之间, 具有较低有序度结构/结晶程度与橄榄岩型金刚石的高结晶度石墨明显不同指示该区域部分砂矿来源的金刚石的形成深度较浅, 成因与榴辉岩关系更为密切, 形成过程极可能曾位于石墨-金刚石稳定域附近。 研究结果表明, 金刚石石墨包裹体拉曼位移的漂移程度可成为探索金刚石原生源区形成环境的有效方法之一。
湖南砂矿金刚石 石墨 包裹体 拉曼光谱 形成环境 Alluvial diamonds from Hunan Graphite Inclusions Raman spectroscopy Formation environment 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1753
中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室, 北京 102249
流体包裹体是研究矿物晶体演化的重要手段之一, 它能反映矿物演化最原始的信息(温度、 压力、 pH值等)。 在演化过程中, 温度压力等外界因素直接影响包裹体的数量和大小, 从而影响晶体的各种性质。 本文利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS), 对不同生长温度下KCl晶体内部的包裹体进行了检测, 得到了样品的时域、 频域和吸收系数曲线, 并通过显微镜观察、 计算得到了样品内部包裹体的面积, 建立了包裹体面积和吸收系数的对应关系模型。 通过对样品的吸收系数和样品内部包裹体面积的对比, 可以看出二者具有相同的变化趋势, 即晶体内部包裹体面积越大, THz吸收系数越大, 说明THz吸收系数可以反映不同生长温度的晶体内部包裹体面积的变化情况, 解析包裹体面积对太赫兹光学参数的影响, 为流体包裹体的研究提供了一种新的有效途径。 该研究创新点在于利用THz-TDS快速检测晶体内部包裹体面积的变化情况, 说明了太赫兹技术完全可以用于包裹体的研究中, 为包裹体的研究提供了一种全新的快速、 无损的检测方法。
流体包裹体 吸收系数 Fluid inclusions THz-TDS THz-TDS Absorption coefficient 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3689
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用输出能量为10 J、脉宽为10 ns、重复频率为10 Hz的Nd:YAG激光器, 根据美国NIF、法国LMJ和俄罗斯LUTCH装置的铂金颗粒检测参数, 建立了大口径钕玻璃铂金颗粒扫描平台。在此平台上, 测试并研究了N31大口径钕玻璃内部的铂金颗粒夹杂物在强激光辐照下的破坏情况。高分辨率光学体视显微镜对铂金颗粒夹杂物破坏后的形貌进行了观测和讨论。初步研究表明, 在正常生产工艺条件下生产出的钕玻璃, 其内部不存在铂金颗粒夹杂物。当去除铂金的工艺出现异常时, 在钕玻璃内部是有可能出现铂金颗粒夹杂物颗粒的。所建立的扫描参数能够将不可见的微颗粒有效地检测出来, 从而及时准确反馈除铂金的工艺条件, 确保钕玻璃生产的正常进行。
钕玻璃 铂金颗粒夹杂物 强激光辐照检测 Nd:glass platinum particle inclusions detection by high power laser irradiation 红外与激光工程
2017, 46(11): 1106001
1 山东科技大学地球科学与工程学院, 山东 青岛 266590
2 国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室(山东省地质科学研究院), 山东 济南 250013
流体包裹体盐度及类型是分析地质流体作用的重要地球化学参数。 NaCl-H2O体系是地质体中最常见的流体体系之一, 其盐度通常由显微测温法获得, 而盐水合物的低温拉曼光谱不仅可以用来计算流体包裹体盐度, 还可以区分盐水类型。 理论上讲, 低温冷冻条件下的流体包裹体并非均匀体系, 单一测点的拉曼光谱具有较强的局限性, 由其计算的盐度并不能代表整个流体包裹体的盐度。 为了更好地了解低温条件下流体包裹体的相变特征及其拉曼光谱对盐度的响应, 本文通过配置五种不同浓度的NaCl溶液, 研究了其在低温下的结晶过程及拉曼光谱特征。 结果显示, 在反复冷冻与升温过程中, 冰晶首先形成, 而水石盐的形成依赖于盐溶液的浓缩, 多形成于冰晶间的缝隙中。 水石盐的四个拉曼特征峰中, p1［(3 402±1) cm-1］和p2［(3 419±1) cm-1］相对强度稳定, p3［(3 432±2) cm-1］和p4［(3 535±4) cm-1］相对强度随盐度增加发生大幅度变化, 从而导致相同盐度样品不同测点的拉曼特征比值随盐度增加而愈发离散。 因此, 传统的流体包裹体单一测点低温拉曼测盐误差较大, 数据分析显示多点测试统计平均值才能更好的反映流体的真实盐度。 相对于强度和半高宽, 总峰面积与盐度相关性最好, 是计算盐度的首选参数。 该研究阐述了低温拉曼测盐的实验操作和数据处理方法, 并阐明了其在流体包裹体分析中的应用条件。 尽管操作过程较复杂, 但其抗干扰强, 应用盐度范围广, 计算结果可靠, 是重要的测盐方法。
低温拉曼光谱 流体包裹体 盐度 NaCl-H2O体系 Cryogenic Raman spectroscopy Fluid inclusions Salinity NaCl-H2O system 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2446
