激光拉曼光譜儀在地質(zhì)學(xué)中的應用

顯微拉曼光譜儀是一種新型的微區分析儀器，其高精度、方便、快捷、無(wú)損的特點(diǎn)，為地質(zhì)學(xué)中新技術(shù)、新方法的應用提供了先進(jìn)的手段。相比于532nm&785nm激光波長(cháng)激發(fā)，美國B(niǎo)aySpec公司1064nm激發(fā)波長(cháng)顯微拉曼光譜儀具有抑制熒光的效果，不斷擴大了拉曼光譜在地質(zhì)學(xué)中的應用范圍。

1、拉曼光譜應用于流體包裹體分析

對流體包裹體的分析測試是拉曼光譜在地質(zhì)學(xué)中應用集中的領(lǐng)域。流體包裹體是礦物結晶生長(cháng)過(guò)程中，被捕獲在礦物晶格內、至今仍與宿主礦物有著(zhù)相的界限、并沒(méi)有與外界發(fā)生物質(zhì)交換的那一部分古流體。流體包裹體作為一個(gè)獨立的地球化學(xué)體系，可以真實(shí)反映成巖成礦時(shí)的流體性質(zhì)（包括溫度、壓力、PH值等）。激光顯微拉曼光譜可在微區原位對與成巖、成礦、成油、成氣相關(guān)的古流體包裹體進(jìn)行快速、無(wú)損的分析。其具體應用主要是對流體包裹體的成分進(jìn)行定性或定量分析，此外，還可獲得地層埋藏時(shí)的溫度、壓力等參數。

拉曼光譜分析避免了樣品污染，可用于分析礦物中的氣相、液相、水溶液相和固體包裹體成分，特別是為單個(gè)有機包裹體成分的研究提供了簡(jiǎn)單可靠的測試手段，有助于不同期次、不同世代、不同成因包裹體的地球化學(xué)研究。在氣相組分方面可用于對群體包裹體氣相成分進(jìn)行定性分析，也可對單個(gè)包裹體的CH4、CO2、H2S、N2等氣體成分進(jìn)行定量分析。在室溫和低溫條件下可以對鹽水合物、氣水合物及具有拉曼活性的子礦物、石墨及含碳物質(zhì)進(jìn)行定性和半定量分析。

實(shí)驗樣品的包裹體中存在氣液兩相的CO2，通過(guò)高分辨率顯微拉曼光譜儀可以通過(guò)微小差異的拉曼位移對其進(jìn)行有效的區分與識別。

2、拉曼光譜應用于礦物快速識別及結構分析

拉曼光譜是一種“指紋譜”，在完善的各種礦物拉曼“指紋譜”數據庫的基礎上，能夠快速有效確定各種巖石的礦物組成。拉曼光譜成像技術(shù)可以將巖石薄片中各種礦物成分完美呈現在研究者的眼前，為研究巖石中礦物組成與分布等特征提供可靠的依據。便攜式拉曼光譜的產(chǎn)生使拉曼光譜儀從實(shí)驗室到達了野外環(huán)境，為地質(zhì)家在野外勘探中快速確定巖石礦物組成提供一種新的方法。

通過(guò)顯微拉曼成像技術(shù)對14mm×14mm的碳酸鹽礦物拋光區域進(jìn)行大范圍拉曼成像，能夠有效識別出各種礦物。

遼寧博物館獲得的蛇紋石樣品，扣除背景干擾，使用1064nm激發(fā)波長(cháng)拉曼光譜儀對其多個(gè)位置進(jìn)行光譜采集?？梢钥吹皆?064nm激發(fā)波長(cháng)下，可以較為快速的得到拉曼光譜信號，且能較好的抑制熒光干擾。

同時(shí)，激光拉曼顯微光譜可以對巖石中礦物的微區結構，如相變、分子的有序無(wú)序占位、位錯、蛻晶化及重結晶等過(guò)程進(jìn)行研究分析。分析結果可以應用于高壓－超高壓變質(zhì)帶中的標志礦物識別，以及礦物結構隨溫度變化的識別及規律研究。金紅石和銳鈦礦的成分都為T(mén)iO2，但是它們的晶型不同，通過(guò)拉曼光譜特征峰的不同能很好的識別金紅石與銳鈦礦。

3、拉曼光譜應用于高演化有機質(zhì)成熟度分析

在石油地質(zhì)和煤巖學(xué)中，鏡質(zhì)體反射率（Ro%）是反映烴源巖和煤演化程度比較通用的標尺性指標，但是，由于其在高－過(guò)成熟樣品中非均質(zhì)性強且數據的變化范圍較大，往往會(huì )影響樣品熱演化程度的準確評價(jià)。拉曼光譜在測定天然固體有機質(zhì)拉曼散射中出現的D峰和G峰信息，能夠反映出地質(zhì)樣品中含碳固體有機質(zhì)的熱演化程度。拉曼位移在1250~1450cm-1左右的D帶（通常稱(chēng)無(wú)序帶），為雙共振拉曼散射模式，主要反映晶格結構缺陷和芳環(huán)片層的空位信息；拉曼位移在1500~1605cm-1左右的G帶（通常稱(chēng)有序帶），主要反映C=C鍵的切向伸縮振動(dòng)。拉曼位移2500~2700cm-1位二階倍頻峰G’帶。

通過(guò)光譜中D峰和G峰位移的峰間距（G-D）和峰高比（Dh/Gh）在樣品熱演化中的變化規律及其與鏡質(zhì)體反射率（Ro%）的關(guān)系，可以根據大量分析對比研究資料建立與鏡質(zhì)組反射率對應的拉曼參數計算反射率（Ro％）的公式，并推廣應用于其他天然碳化固體有機質(zhì)樣品的拉曼分析結果的反射率計算，實(shí)際解決一些用傳統光學(xué)方法難以測定微粒、微量樣品或礦物包裹體中固體有機質(zhì)鏡質(zhì)組反射率的困難，以及高演化階段的煤和固體瀝青等光學(xué)非均質(zhì)性強，難以準確地評價(jià)有機質(zhì)的熱演化程度等有關(guān)問(wèn)題。

4、天然與人工寶石鑒別

珠寶玉石由于其*的保值價(jià)值、信仰價(jià)值、感情價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值及收藏價(jià)值，市場(chǎng)上各種以次充好，以假替代等各種造假手段都應運而生，這給此類(lèi)寶石的傳統鑒定帶來(lái)了較大的困難。顯微共焦拉曼光譜儀在寶石鑒定領(lǐng)域內成了強有力，甚至是終的鑒別手段。顯微拉曼光譜鑒定技術(shù)作為一種無(wú)損、準確、快速的寶石鑒定方法，與傳統的寶石礦物鑒定方法相比具有以下一些優(yōu)勢：

• 顯微拉曼光譜儀可以對寶石進(jìn)行微區分析，不僅能夠鑒定出寶石礦物的主要礦物成分，而且還可以探測到礦物中微量、超微量雜質(zhì)、包裹體和人工摻雜物的成分和結構，從而可以鑒定是否為天然寶石；

• 對鑒定出寶石礦物中的氣體或熔體包裹體非常有效，可以明確寶石的質(zhì)地、種屬和產(chǎn)地等信息；

• 非接觸無(wú)損傷的特性使其對原料寶石和刻面寶石測試都有較好的適用；

• 拉曼光譜技術(shù)可以與其他分析檢測手段配合，提供更加準確可靠的鑒定結果。

含蠟翡翠A貨是天然翡翠按照傳統工藝加工的后階段有一過(guò)蠟工序，要將翡翠浸漬于熔融的川蠟之中，使得天然翡翠表面有一些殘留的川蠟。翡翠B貨是翡翠經(jīng)過(guò)強酸漂白和注膠處理的一種產(chǎn)品，B貨翡翠必然或多或少地總會(huì )有環(huán)氧樹(shù)脂存在。川蠟和環(huán)氧樹(shù)脂都很容易產(chǎn)生熒光，采用1064mn激發(fā)光源能抑制熒光的產(chǎn)生，能夠準確、快速、有效的鑒定含蠟翡翠A貨和翡翠B貨。

紅寶石屬于剛玉族，O-Al-O對應的417cm-1為z強振動(dòng)峰，具有重要的鑒定意義。合成紅寶石的拉曼波峰與天然紅寶石的拉曼特征波峰一樣為417cm-1，但是合成紅寶石的半高寬都要小于天然紅寶石的半高寬。這主要是由于自然界結晶生長(cháng)的天然紅寶石經(jīng)過(guò)了漫長(cháng)的地質(zhì)年代，要比人工合成紅寶石的結晶時(shí)間長(cháng)得多。在結晶過(guò)程中，地質(zhì)的溫度和壓強條件有一個(gè)緩變的過(guò)程，鍵長(cháng)、鍵角一般比人工合成紅寶石的鍵長(cháng)、鍵角的變化要大，反映在拉曼譜上它的峰值振動(dòng)頻譜的范圍要大，即峰值的半高寬要大。同時(shí)對417cm-1譜峰進(jìn)行洛倫茲線(xiàn)型曲線(xiàn)擬合收集其半高寬值，天然紅寶石的擬合半高寬均值為4.8101，而合成紅寶石的擬合半高寬均值為4.3710。