网纹红土中铁矿物与粘土矿物赋存关系的X射线衍射证据

高纯度的粘土矿物样品是粘土矿物学重建古气候的关键,然而,土壤中的铁矿物(如针铁矿和赤铁矿等)和有机质的存在导致粘土矿物与非粘土矿物相互包裹,使富集的粘土矿物样品常含有其他矿物杂质。土壤沉积物中有机质去除的研究已较为充分,但铁矿物在土壤沉积物中的赋存状态倍受争议,制约了高纯度粘土矿物样品的制备。该研究将以长江中下游九江网纹红土作为研究对象,通过逐级分离试验对网纹红土中铁矿物与粘土矿物的赋存关系进行研究,为土壤沉积物中铁矿物的去除提供一定的启示。试验结果表明,针铁矿和赤铁矿等铁矿物可能主要呈现被膜状吸附在羟基间层蒙脱石和伊利石的表面,也有部分被高岭石吸附。     

墨脱区域滑坡滑带土矿物谱学特征及其工程意义

利用X射线衍射、X射线荧光光谱及红外吸收光谱对墨脱县北侧和格林村两处洪积扇滑坡面内采集的滑带土样品测试,分析了的主要矿物、黏土矿物的组成和含量及其化学成分。结果表明,滑带土中主要矿物组成受洪积扇组分控制,其黏土矿物含量分别占9%和10%,墨脱县附近滑动面中滑带土样品的黏土矿物含大量的伊利石,反应出该滑坡事件在很短的时间内完成,滑坡体滑动速率非常高;两处滑带土样品的红外吸收光试均未发现CO2-₃,HCO1-₃或C—H等振动相应产生的吸收峰,表明洪积扇滑动之后,滑坡面处于封闭系统,没有力学性质较差的碳酸盐等外来矿物或含腐蚀质的次生黏土沿滑动面充填进去,其结果增加了滑坡体的稳定性;样品中含有一定量的埃洛石,反应了区域洪积扇发育在非常潮湿温暖的环境中,同时封闭体系内滑带土所含的Na₂O和CaO等化学组分不能通过淋滤作用排出,滑坡面内发生强烈的水-岩相互作用,促使其内部的黏土矿物发生伊利石-伊利石/蒙脱石混层-蒙脱石趋势的转化,导致格林村附近滑坡面内的滑带土中含大量后期分解形成的伊利石/蒙脱石混层。该类黏土矿物组合很大程度上降低了滑带的摩擦强度值,从而提高了再次发生滑坡的危险性。     

汶川地震带断层泥X射线衍射和红外光谱分析

汶川地震在北川县擂鼓镇和赵家沟村一带产生了一系列的同震地表破裂带,采集破裂带内的同震断层泥,同时采集了平武县南坝镇断裂带中的老断层泥。采用X射线衍射和红外吸收光谱对新老断层泥样品进行测试,综合分析其矿物成分、粘土矿物含量及组合等特征。分析结果显示新老断层泥的矿物成分存在较为明显的差异,老断层泥主要由围岩的碎屑或碎粉组成,而新鲜断层泥的主要成分则为粘土矿物。其中新鲜断层泥中的粘土矿物成分主要为伊利石、蒙脱石和伊蒙混层,这一粘土矿物组合表明断层活动的演化环境主要为温暖湿润的环境,粘土矿物所受构造应力变质作用主要表现为低温低压的浅变质作用,这也一定程度上指示了该区域断层最新的活动方式可能是蠕移。前人对汶川地震带断层泥的研究主要集中在其力学性质和结构以及构造方面,而本文的研究则主要通过断层泥中矿物成分和粘土矿物含量的特征来判定断层活动的物理化学环境,这对于断层环境演化和地震的活动机制研究具有重要的科学意义。     

应用XRD光谱研究水旱利用方式下盐碱土粘粒矿物演化特性

以吉林省典型盐碱土为研究对象,对比分析水田与旱田利用方式下土壤粘粒矿物的组成特征,并利用X射线衍射(XRD)光谱研究两种利用方式下粘粒矿物的演化规律。结果表明,水田利用方式下,盐碱土各项理化性质均优于旱田利用,且水田利用较旱田利用更能促进盐碱土颗粒风化,提高粉粒颗粒含量。水田利用下土壤有强烈的脱钾过程,粘粒矿物的水化程度较高,伊利石结晶度降低。XRD光谱分析表明,两种利用方式下粘粒矿物组成相似,但衍射峰的强度及峰位存在差异。旱田利用的盐碱土粘粒矿物演变过程主要为S/I混层矿物→蛭石,水田方式下演变过程则主要为黑云母→伊利石和S/I混层矿物→蛭石→高岭石;长期水田利用后的盐碱土会出现一类羟基化的“绿泥石化”矿物。研究结果表明水田利用更有助于改善土壤结构,培育高肥力土壤,对盐碱土的改良效果较好。利用XRD光谱分析方法,较为全面的测定了粘粒矿物的各项特性,并针对两种利用方式进行对比分析,是土壤矿物研究的新视角。     

土壤矿物对松嫩平原主要土壤类型反射光谱特征的影响机理

尽管纯矿物的反射光谱特征分析与数据库建设工作已经开展,但土壤中各原生矿物、粘土矿物的测试主要是定性的,即能测定土壤中含有何种矿物,但难以测定准确的矿物组分含量。土壤矿物是土壤学与地质学的交叉点,易被忽视,特别是已有研究忽略了土壤矿物对土壤反射光谱曲线的影响。探讨了土壤矿物在可见光-近红外光谱部分(400~2 500 nm)对土壤反射光谱特征的影响,明确影响土壤反射光谱特征的主要机理。土壤样本于2014年采集于松嫩平原黑龙江部分,包括4个土类和7个土属,共54个土壤样本。土壤样本通过研磨、过筛后,在室内暗室中测得反射光谱数据,土壤矿物的反射光谱数据在2017美国地质调查局(USGS)最新矿物光谱库Spectral Library Version 7中获得,对反射光谱数据进行九点平滑、10 nm重采样和去包络线处理。土壤矿物含量测试采用荷兰Philip X’ Pert Pro 型X射线衍射仪分析样品的矿物组成,测试了土壤中石英、长石、方解石和闪石等原生矿物和蒙脱石、伊利石和高岭石等粘土矿物的含量。首先分析7个土属的反射光谱特征,明确每个土属反射光谱曲线的形状特征和吸收位置,其次分析土属的矿物含量情况,找出不同土属各矿物含量的共性和差异;再次分析不同粘土矿物和原生矿物的反射光谱特征,确定不同土壤矿物反射光谱曲线的形状特征和特征吸收的位置;最后将不同土属的反射光谱特征、不同土属的矿物含量情况和土壤矿物的反射光谱特征结合,得到如下结论：(1)土壤矿物决定了土壤反射光谱的骨架特征,土壤矿物对土属的反射光谱影响最明显,由于土类存在多种反射光谱特征,土壤矿物对土类的影响不明显。(2)粘土矿物对土壤反射光谱特征的影响大于原生矿物,主要受蒙脱石和伊利石等粘土矿物的影响,但砂性土受部分原生矿物的影响,主要是长石类矿物和高岭石的影响。(3)蒙脱石和伊利石分别决定土壤反射光谱的第一个吸收谷和第二个吸收谷特征,高岭石决定1 400和1 900 nm前的两个小吸收谷特征,钾长石和钠长石决定了砂性土的前两个吸收谷特征。(4)蒙脱石含量足够高时,会完全掩盖高岭石和长石类的反射光谱特征,部分掩盖伊利石的反射光谱特征;随着蒙脱石含量降低,伊利石的反射光谱特征逐渐体现;蒙脱石和伊利石的含量降到很低时,高岭石和长石类矿物的反射光谱特征逐渐体现出来。研究结果揭示了不同土属反射光谱特征差异的原因,可以为土壤反射光谱分类、土壤精细制图和基于高光谱图像的矿物分布研究等提供理论依据。     

两种典型耕作土壤粘粒矿物XRD光谱特性分析

以东北粮食主产区典型耕作黑土和黑钙土为研究对象,在测定同一气候和地理位置下两种耕作土壤颗粒组成特征情况的基础上,采用X射线衍射(XRD)分析方法,对两种耕作土壤的粘粒矿物组成及相关差异进行分析,深入探讨其内在变化机理,是土壤矿物研究的新视角。结果表明：两种供试土壤颗粒组成均以砂粒为主,粘粒、粉粒次之;当颗粒累积率达到50%时,中央粒径分布在15～130 μm区间,除胜利乡黑土剖面外,各采样地两类土壤的剖面中粘粒含量的分布顺序呈现出与中央粒径大小相反的趋势。土壤粘粒在两种土壤剖面中呈现不同的分布规律,黑土剖面中粘粒在表层富集(18.82%),而黑钙土剖面中在钙积层富集(17.41%)。除泉眼岭黑土剖面外,其余采样地的土壤剖面中粘粒含量均在母质层中最少。XRD图谱分析显示,不同土壤中粘粒矿物图谱的差异不仅表现在衍射峰的强度及部分衍射峰位的变化上,还表现在矿物组成上。黑土、黑钙土均以2∶1型粘粒矿物为主,黑土组成为蒙伊混层-伊利石-蛭石型,黑钙土为蒙伊混层-伊利石-蒙脱石型,且均含有少量的高岭石、绿泥石、石英等原生矿物。     

江西“高洲石”的矿物学和谱学特征研究

印章石是我国特有的具有民族历史文化特色的艺术品,江西“高洲石”是近年来新发现并在市场上流通的印章石品种。采用X射线粉晶衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、红外光谱分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)对“高洲石”的矿物学特征和谱学特征进行了系统的研究。粉晶衍射结果表明,“高洲石”的主要矿物成分为高岭石族矿物和叶蜡石,其次含有少量的绢云母和伊利石等。其中高岭石和地开石多型可通过18°～40°(2θ)范围内一系列地开石特有的衍射峰鉴别。“高洲石”中高岭石族矿物同时出现高岭石和地开石的特征衍射峰,主要为高岭石-地开石过渡矿物。“高洲石”主要化学成分为SiO₂和Al₂O₃,次要成分为Fe₂O₃和K₂O和Na₂O等,这与高岭石族矿物的化学成分相一致。红外光谱的结果显示“高洲石”中高岭石-地开石过渡矿物在高频区一般出现3 689, 3 645和3 615 cm-1三个谱带,其中归属于面外羟基振动的3 689 cm-1谱带和面内羟基振动的3 615 cm-1谱带强度近似相等,部分略有变化,其变化因含高岭石层或地开石层较多造成。扫描电镜下观察到“高洲石”中高岭石矿物的形态主要呈直径为0.5～4 μm的不规则片状或假六方板状,与我国其他产地印石的扫描电镜特征较为相似。差热分析结果表明高岭石族矿物的脱羟吸热谷温度与其矿物种属有一定对应关系,同时此温度还受矿物颗粒大小的影响。综合研究表明,“高洲石”的矿物类型与我国四大印石(寿山石、昌化石、青田石、巴林石)相似,作为四大印石的替代品,“高洲石”具有广阔的市场前景。     

江西“高洲石”的矿物学和谱学特征研究

印章石是我国特有的具有民族历史文化特色的艺术品, 江西“高洲石”是近年来新发现并在市场上流通的印章石品种。采用X射线粉晶衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、红外光谱分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)对“高洲石”的矿物学特征和谱学特征进行了系统的研究。粉晶衍射结果表明, “高洲石”的主要矿物成分为高岭石族矿物和叶蜡石, 其次含有少量的绢云母和伊利石等。其中高岭石和地开石多型可通过18°～40°(2θ)范围内一系列地开石特有的衍射峰鉴别。“高洲石”中高岭石族矿物同时出现高岭石和地开石的特征衍射峰, 主要为高岭石-地开石过渡矿物。“高洲石”主要化学成分为SiO2和Al2O3, 次要成分为Fe2O3和K2O和Na2O等, 这与高岭石族矿物的化学成分相一致。红外光谱的结果显示“高洲石”中高岭石-地开石过渡矿物在高频区一般出现3 689, 3 645和3 615 cm-1三个谱带, 其中归属于面外羟基振动的3 689 cm-1谱带和面内羟基振动的3 615 cm-1谱带强度近似相等, 部分略有变化, 其变化因含高岭石层或地开石层较多造成。扫描电镜下观察到“高洲石”中高岭石矿物的形态主要呈直径为0.5～4 μm的不规则片状或假六方板状, 与我国其他产地印石的扫描电镜特征较为相似。差热分析结果表明高岭石族矿物的脱羟吸热谷温度与其矿物种属有一定对应关系, 同时此温度还受矿物颗粒大小的影响。综合研究表明, “高洲石”的矿物类型与我国四大印石(寿山石、昌化石、青田石、巴林石)相似, 作为四大印石的替代品, “高洲石”具有广阔的市场前景。     

新疆软玉、辽宁岫岩软玉的XRD及红外光谱研究

选取新疆和辽宁岫岩两地不同颜色的软玉,青玉、黄玉、白玉、碧玉及岫岩的特殊品种——河磨玉作为研究对象,通过宝石学测试、红外吸收光谱和X粉晶衍射分析对两个产地不同种类及颜色软玉的宝石矿物学特征进行了系统研究和对比,以探索两产地相近颜色软玉的异同,为软玉的产地鉴别提供理论依据。研究结果表明,辽宁岫岩与新疆软玉的宝石学性质相似,折射率为1.60～1.62,密度为2.660~3.020 g·cm-3,密度随颜色的不同有一定差异,荧光特征均不明显,两产地软玉的主要组成矿物均为透闪石,其中新疆碧玉中含有少量绿泥石、伊利石等粘土矿物。两产地不同种类软玉的X粉晶衍射分析显示,不同种类软玉的衍射峰峰形特征及衍射强度在一定程度上可以反映软玉的质地及结晶颗粒大小。红外吸收光谱显示两产地软玉的红外吸收光谱特征类似,对鉴别软玉产地及种属意义不大。     

硅酸盐型红土镍矿石的红外光谱研究:印尼与中国不同产地矿石样品的对比

选择印尼苏拉威西岛Kolonodale和中国云南元江两处红土型镍矿床中的硅酸盐型镍矿石作为研究对象,利用X射线衍射和傅里叶红外吸收光谱分析技术,系统对比研究了不同产地红土型镍矿石的矿物学属性。研究结果表明,不同类型的硅酸盐型红土镍矿石各自显示出独特的红外光谱特征,这有助于指导对该类型矿石进行分类。其中,印尼Kolonodale矿床的硅酸盐型红土镍矿石可细分为蛇纹石类、蒙脱石+蛇纹石类和硅镁镍矿类等三种不同类型,中国元江矿床的硅酸盐型红土镍矿石可细分为蛇纹石类和滑石+蛇纹石类等两种类型,且元江镍矿石中矿物结晶度普遍优于印尼镍矿石。利用红外吸收光谱在区分矿物多型方面的优势,明确了利蛇纹石是两个矿床中蛇纹石类红土镍矿石的主要矿物类型,而未发现纤蛇纹石和叶蛇纹石存在的明显证据。红外吸收光谱特征还指示,矿石中蛇纹石类载镍矿物在OH摆动带的频率发生变化能指示Ni(Fe)对Mg的类质同象置换。随着Ni(Fe)对Mg置换比例的增大,蛇纹石矿物中的OH摆动带向高频移动。     

同步辐射X射线衍射光谱在地带性土壤粘粒矿物研究中的应用

X射线衍射（XRD）光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段,但常规XRD分析存在前处理复杂、耗时较长、光谱分辨率低、扫描不充分等问题。为此,该研究依托北京同步辐射装置（BSRF）的4B9A衍射实验站,以我国东部不同气候带（即温带、亚热带、热带）的7种地带性森林土壤（棕色针叶林、暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、赤红壤和砖红壤）为研究对象,利用同步辐射X射线衍射（SR-XRD）光谱对土壤粘粒矿物组成特征进行分析。结果表明：（1）温带土壤（棕色针叶林、暗棕壤和棕壤）质地以粘壤土为主,而亚热带土壤（黄棕壤、黄壤和赤红壤）分布在粘土和粘壤土的分界线上;从亚热带到热带,土壤质地呈现出粘土→壤土→砂土的变化趋势。（2）土壤硅铝率（Sa）表现为温带土壤（5.22）>热带土壤（4.53）>亚热带土壤（4.49）;同样地,硅铝铁率（Saf）也呈现出温带土壤（4.06）>热带土壤（3.53）>亚热带土壤（3.36）的变化规律。（3）从温带到热带,土壤粘粒矿物中高岭石的含量增加、结晶度提高,而伊利石的含量则逐渐减少;温带土壤以2∶1型粘粒矿物为主,而热带土壤则以1∶1型矿物为主;在SR-XRD光谱中鉴定出了伊蒙混层、长石两种粘粒矿物的存在,而这两种矿物在常规XRD光谱中未被识别。（4）与常规XRD法相比,利用SR-XRD法分析土壤粘粒矿物组成具有以下优势：一是前处理工作量较少,常规XRD法需将粘粒样品制成不同类型的载玻片再进行测定,而SR-XRD法直接测定粘粒样品即可;二是光谱分辨率高,SR-XRD法的分辨率可达到≤100 nm,从而能够检测到更多的衍射峰;三是实验效率提高,SR-XRD法的优化扫描步长可达0.04°,比常规XRD法增加1倍,从而提高了测试效率;四是扫描辨识度增加,SR-XRD法的看光时间可优化为4 min,是常规XRD法的2倍,使得样品的扫描更加充分。     

基于XRD-Rietveld全谱拟合技术定量分析花岗岩风化壳中矿物组成

XRD-Rietveld全谱拟合方法突破了传统XRD定量分析的众多技术局限,在解决复杂多相混合物的定量问题方面具有显著优势。将XRD-Rietveld全谱拟合方法引入风化壳矿物学研究,有助于解决长期以来地学界对风化壳中矿物组分缺乏准确定量认知的技术瓶颈。在制定专门针对风化样品的全谱拟合精修策略基础上,以广西玉林大容山地区的花岗岩风化壳为研究对象,对发育在两组不同岩性之上的风化剖面(剖面A和剖面B)进行了对比研究。结果表明,风化剖面A(母岩为粗粒黑云母花岗岩)的矿物组合及含量变化范围为：高岭石(6.05%～44.67%)+伊利石(15.85%～49.59%)+石英(29.72%～46.15%)+钾长石(12.04%～22.85%)+斜长石(24.33%～32.70%);风化剖面B(母岩为细粒黑云母花岗岩)的矿物组合及含量变化范围为：高岭石(3.12%～11.47%)+伊利石(13.95%～31.94%)+石英(26.60%～58.05%)+钾长石(13.70%～43.47%)+斜长石(17.95%～23.47%)。两组剖面的全谱拟合修正因子R_wp值<15且gof值<5,计算谱与原始谱拟合效果好,指示矿物定量数据可靠,且能与地质规律较好匹配。在地质意义上,本研究通过母岩原生矿物与次生矿物的含量同步变化,深入揭示了研究区内花岗岩的化学风化过程,厘定了长石类矿物在亚热带气候环境下所经历的长石→伊利石→高岭石演变序列。基于剖面A与剖面B中粘土矿物总量和矿物构成出现显著差异,研究认为在研究区内粗粒黑云母花岗岩比细粒黑云母花岗岩更易遭受强烈的化学风化作用。     

青海兴海上新世砂岩中膨胀性粘土矿物种属的厘定及光谱学特征

利用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外吸收光谱(FTIR)深入研究了青海羊曲剖面砂岩中膨胀性粘土矿物的具体种属和光谱学特征。XRD结果表明,砂岩中粘土矿物以膨胀性粘土矿物为主,含量在97 %以上。样品006面网在1.534  和1.498 均存在明显的衍射峰,表明可能同时含有二八面体和三八面体结构膨胀性粘土矿物。进一步的Li+-300 ℃加热后甘油饱和实验结果显示,大部分样品膨胀性粘土矿物001衍射峰塌陷至9.3～9.9,少数样品膨胀至 ～18 ,表明膨胀性粘土矿物以蒙皂石为主,部分样品含少量皂石。蒙皂石由于部分Li+进入八面体层间,平衡了由于Mg替代Al造成的电价不平衡,从而使得蒙皂石不膨胀。FTIR结果表明,膨胀性粘土矿物同时含有吸附水和结构水,与X射线衍射结果一致。样品在913和842 cm-1出现吸收峰,表明膨胀性粘土矿物八面体层间以Al—Al和Al—Mg为主;部分样品含有Al—Fe(吸收谱峰880 cm-1),指示其为二八面体结构。膨胀性粘土矿物中同时含有Si—O以及Al—O—Si振动峰,表明四面体只有部分Al取代Si。XRD和FTIR均指示研究样品与贝得石和绿脱石有不一样的光谱学特征,而与蒙皂石极为吻合。本研究能有效对膨胀性粘土矿物具体种属进行厘定,对粘土矿物学揭示沉积物物源和气候环境信息具有重要的作用。     

艾比湖滨岸盐碱土中碳酸盐的XRD衍射特征与微观形态分析

结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)方法,对现代盐湖沉积环境下,新疆艾比湖滨岸盐碱土中碳酸盐的分布特征、存在形式以及与其他土壤原生、次生矿物之间的关系进行探讨,结果表明：艾比湖滨岸盐碱土中的原生矿物主要是石英和长石,粘土矿物主要为绿泥石和伊利石,土壤矿物的风化程度顺序为北部>西部>东部,西部样点的现代盐湖化学沉积作用最为显著,北部样点则生物风化过程十分强烈;XRD方法和气量法分别测得的碳酸盐含量之间呈极显著正相关关系,判定系数R2达0.640 9。当盐碱土中含有较高的绿泥石时,碳汇潜力会增加,同时,XRD方法对碳酸盐相对含量的鉴定误差也明显增加,衍射峰形变得复杂,碳酸盐含量明显被低估,低估原因可能与有机质含量高导致的弥散散射增加及粘土矿物含量高使得类质同象现象增加有关;西部和北部土壤矿物溶蚀强烈,石膏以纤维状或长柱状晶体分散或放射状分布于方解石晶体之间,方解石则以异质成核形式呈颗粒状或片状在其他矿物或底质表面生长,表现为次生碳酸盐形貌特征。     

Microanalysis of clay‐based pigments in painted artworks by the means of Raman spectroscopy

FT Raman spectroscopy and micro‐Raman spectroscopy with lasers of three different wavelengths (1064 nm, 785 nm and 532 nm) were used for analysis of reference samples of natural clay pigments including white clay minerals (kaolinite, illite, montmorillonite), green earths (glauconite and celadonite) and red earths (natural mixtures of white clay minerals with hematite). In addition, eight micro‐samples obtained from historical paintings containing clay pigments in ground and colour layers have been examined. Powder X‐ray diffraction and micro‐diffraction were used as supplementary methods. It was found that laser operating at 1064 nm provided the best quality Raman spectra for distinguishing different white clay minerals, but the spectra of green and red earths were affected by strong fluorescence caused by the presence of iron. Green earth minerals could be easily distinguished by 532 or 785 nm excitation lasers, even in small concentrations in the paint layers. On the other hand, when anatase (TiO₂) or iron oxides (such as hematite) were present as admixtures (both are quite common, particularly in red earths), the collection of characteristic spectra of clay minerals which form the main component of the layer was hindered or even prevented. Another complicating factor was the fluorescence produced by organic binders when analysing the micro‐samples of artworks. In those cases, it is always necessary to use powder X‐ray micro‐diffraction to avoid misleading interpretations of the pigment's composition. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.