原位低温拉曼光谱技术在储层流体包裹体分析中的应用

准确获取流体包裹体中盐的类型一直是包裹体研究的重要问题。采用原位低温拉曼光谱技术对民丰洼陷深部天然气储层流体包裹体进行了分析。常温拉曼光谱综合分析表明,包裹体中流体为含甲烷的盐水溶液。在—180℃下对包裹体进行了原位低温拉曼光谱分析,结果显示包裹体中含有NaCl,CaCl_2,MgCl_2等盐类,其中以NaCl为主,CaCl_2含量很少,MgCl_2含量极少。根据沉积成岩过程分析了包裹体中流体的成因,解释了储层成岩作用的机理。研究结果表明,原位低温拉曼光谱是获取储层包裹体中流体性质的一种有效方法。在包裹体原位低温拉曼光谱分析技术基础上,结合沉积成岩过程,可以给储层的成岩作用类型和成岩反应机理给出重要证据。     

低温拉曼光谱分析流体包裹体盐度的条件约束

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。     

激光拉曼光谱测定流体包裹体成分研究进展

成矿流体研究是矿床学研究中的前沿地带,单个流体包裹体的成分分析更是其中的热点和难点,本文对现有的各种测试技术的优缺点进行了总结,揭示了各自的局限性。通过对与流体包裹体成分分析相关的激光拉曼分析技术的探索过程进行回顾和总结,试图对低温和常温下激光拉曼对流体包裹体成分分析的研究工作的方向进行展望：低温：(1)流体包裹体中常见水盐多元复杂体系的研究工作;(2)对天然流体包裹体成分进行定性、定量尝试;(3)目前常用的显微热台测包裹体盐度将第一次熔融温度作为低共熔温度的方法存在误差,应该做进一步研究;(4)低温下氯盐水合物的结构尚无定论。常温：(1)Fe3+,Zn2+,Cu2+等离子作为主要成矿金属离子在水溶液中与Cl-和H₂O是如何结合的;(2)NaCl,CaCl₂,MgCl₂,CuCl₂,ZnCl₂,FeCl₃含量高低造成水溶液拉曼光谱O—H伸缩振动区域(2 800～3 800 cm-1)的谱峰偏移的原因。     

碳酸盐岩储层流体包裹体差分拉曼光谱的研究

拉曼微探针分析法对单个气液包裹体的化学成分和相态的无破坏性测量来说,目前几乎是唯一最好的方法.但是由于众多因素的影响,特别是主矿物具有较强荧光时,提高信噪比的问题急待解决.本工作对碳酸盐岩储层包裹体样品制成的薄片进行了显微观察、荧光测试及拉曼分析,并进行了空间上横向XY扫描、纵向上深度剖析(Z扫描)和冷热台上变温的流体包裹体筹分拉曼光谱测量方法的研究.结果表明,所得到的差谱揭示了包裹体更真实的光谱曲线,消除了主矿物对包裹体的干扰,以较高的信噪比显现出包裹体中流体(-170℃温度下的冰)位于位移波数3 098 cm-1附近的宽拉曼散射峰,明显的改善了信噪比.     

以合成包裹体为腔体进行高温下流体的拉曼光谱原位分析

在冷封口的水热高压容器中 ,合成了组成分别为H2 O 4 2 0wt%CO2 和H2 O 8 4 2wt%CO2 的两种流体包裹体。以此合成的包裹体作为腔体 ,用显微激光拉曼探针测量了其中液态流体在 2 90 0～ 380 0cm-1范围的高温拉曼光谱 ,对其中液态水的氢键随温度的变化进行了讨论。研究结果表明 ,随着温度升高 ,流体中水分子的氢键作用不断减弱。组成为H2 O 4 2 0wt%CO2 的包裹体 ,在 372℃均一为液体 ,均一时 ,水分子的氢键发生了突变 ,均一后 ,氢键受温度的影响比较小 ,到 5 5 0℃它还存在着比较强的氢键作用。组成为H2 O 8 4 2wt%CO2 的流体在 6 0 6℃时由气液两相变为纯气相 ,一直到拉曼光谱测量的最高温度 5 80℃ ,液态水还保持着比较强的氢键作用。     

显微激光拉曼光谱原位观测甲烷水合物生成与分解的微观过程

采用显微激光拉曼光谱技术对高压透明毛细管中甲烷水合物的生成与分解的微观过程进行了原位观测,初步探讨了甲烷水合物笼型结构的变化规律.结果表明,甲烷水合物在生成过程中,甲烷分子的拉曼峰(2 917 cm-1)逐渐分裂为两个峰(2 905和2 915 cm-1),表明溶解态甲烷分子从单一的化学环境进入了两个有差异的化学环境中...     

以合成包裹体作压腔进行高温下NaCl-CO2-H2O混合流体的拉曼光谱原位分析

用合成包裹体作为压腔，用显微激光拉曼探外原位分析了温度达550℃的NaCl-CO2-H2O体系的流体中的水结构，由流体中水的伸缩振动峰的变化可以揭示氢键作用随温度和相态变化。     

甲烷水合物的固体核磁共振碳谱与激光拉曼光谱研究

甲烷水合物（CH₄·nH₂O）是主要由甲烷和水分子构成的冰状笼型化合物,在自然界储量巨大．固体核磁共振（NMR）波谱和激光拉曼光谱是在分子水平分析甲烷水合物的重要手段．该文利用低温固体核磁共振碳谱（¹³C NMR）对合成的甲烷水合物结构进行了研究,分别使用¹³C交叉极化（¹³C CP）和高功率质子去偶（¹H HPDEC）2种脉冲程序采集甲烷水合物的¹³C NMR谱图,结合实验结果分析及理论推导可知,使用¹H HPDEC方法得到的¹³C NMR谱图信号更强,更利于定量分析;甲烷气体与冰粉合成的甲烷水合物为I型,其大笼和小笼占有率分别为0.988和0.824,水合数为6.07;甲烷气体与SH2站位沉积物和冰粉合成的甲烷水合物也为I型,其大笼和小笼占有率分别为0.987和0.887,水合数为5.98;SH2站位沉积物使合成的甲烷水合物的小笼占有率提高、水合数降低、水合物饱和度提高．激光拉曼光谱结果证实了上述结果的准确性．该文为甲烷水合物测试提供了重要的方法参考．     

NaCl-CaCl_2盐水低温拉曼光谱特征及在包裹体分析中的应用

准确判断流体包裹体的含盐类型及盐度的定量计算一直是流体包裹体研究的重要内容。传统测试包裹体盐度的方法主要是冷冻法,为了克服冷冻相变不易观测等缺点,作者利用激光拉曼光谱在低温(-180℃)下测试了NaCl-H2O,CaCl2-H2O及NaCl-CaCl2-H2O体系溶液图谱,发现在低温(-180℃)下NaCl.2H2O和CaCl2.6H2O两水合物在3 420和3 432 cm-1处峰值与冰晶的3 092 cm-1峰值比和盐度之间有很好的线性关系,建立了流体包裹体盐度的工作曲线。该方法用人工合成碳酸盐岩含烃盐水包裹体进行了验证,并在东营凹陷丰深6井石英盐水包裹体进行了实例分析。结果表明,低温拉曼光谱技术不仅可识别盐的类型,也可确定盐度,应用效果良好。     

显微激光拉曼光谱测定甲烷水合物的水合指数

甲烷水合物是由甲烷气体分子与水分子在低温高压下形成的一种笼型结构化合物,广泛存在于海底陆架区和陆地冻土区,被认为是一种潜在的能源资源。在水合物的晶格中,水分子在氢键的作用下形成大小不同的笼子,甲烷分子可分别进入大笼(51262)和小笼(512)中。在自行研制的实验装置上,分别合成了一系列不同体系下的甲烷水合物,包括十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液-甲烷体系、冰粉-甲烷体系以及冰粉-不同粒度砂-甲烷体系。对这些甲烷水合物样品进行了激光拉曼光谱分析,测定了其水合指数,笼占有率等结构参数。结果表明,这些甲烷水合物都为Ⅰ型结构,其水合指数和笼占有率基本不受沉积物粒径大小的影响。在3种体系中生成的水合物,大笼中甲烷分子基本占满,占有率大于97%;小笼中甲烷分子占有率为80%～86%,测得的水合指数为6.05～6.15。     

甲烷水合物拉曼光谱法研究进展

介绍了甲烷在气相、水合相中的拉曼光谱特征,从水合物生成热力学、生成动力学、分解动力学和分解机理几方面对甲烷水合物实验室拉曼光谱分析和深海拉曼光谱检测的最新进展进行了综述。生成热力学方面重点介绍了基于拉曼光谱技术的水合物生成条件的原位观测、水合物结构的鉴定及水合物孔穴占有率和水合数的求算,生成动力学方面主要介绍了水合物生成过程中孔穴形成随时间的变化关系及水合物形成后流体中甲烷浓度的变化规律等内容。水合物分解方面着重介绍了水合物分解的微观机理、孔穴占有率的变化规律及多孔介质中水合物分解速率表达式。针对目前拉曼光谱法研究水合物存在的问题,对未来的发展方向和重点提出了建议。     

天然气水合物拉曼光谱研究进展

介绍了常见的几种类型气体水合物的拉曼光谱特征,从水合物晶体结构、生成和分解动力学过程、自然界水合物的分析鉴定及激光拉曼光谱原位探测等几方面对天然气水合物拉曼光谱研究的最新进展进行了综述,探讨了激光拉曼光谱技术目前存在的问题与挑战,指出了其在天然气水合物研究方面的发展趋势与工作重点。     

Li2B4O7晶体及其熔体结构的拉曼光谱研究

采用高温原位拉曼光谱技术,研究了Li₂B₄O₇从常温至1 373 K温度范围内的拉曼光谱。在升温过程中,晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象,且强度降低。晶体熔化时,由2个[BO₄]和2个[BO₃]组成的[B₄O₉]环状结构转变成(B₃O₆)3- 六元环和[BO₃]结构,[BO₄]结构减少直至消失。基于密度泛函理论,计算了Li₂B₄O₇晶体的拉曼光谱,对其振动模式进行了分析归属。利用量子化学从头计算法计算了由[B₃O₆-BO₃]为基础相互连接形成的x(Li₂B₄O₇)(x=2, 3, …, 9)的环状团簇模型的拉曼光谱,对Li₂B₄O₇熔体的结构进行了模拟分析。计算结果表明Li₂B₄O₇熔体的阴离子基元为三个(B₃O₆-BO₃)组成的大三元环超级结构。     

四氯化碳萃取辅助的水中甲烷拉曼探测技术研究

在常温常压下,由于甲烷(CH4)在水中的溶解度很低,使用常规拉曼光谱技术很难获得水中溶解的低浓度甲烷的拉曼信号。为解决上述问题,提出了一种四氯化碳(CCl4)萃取辅助的探测新方法。利用萃取作用,把溶解在水中的微量甲烷富集到四氯化碳溶液中,通过对其中溶解的CH4拉曼信号的探测以检验水中微量CH4的存在,以此提高实验室条件下水中溶解甲烷的探测灵敏度。在实验室条件(25℃,1atm)下,分别对CH4的饱和水溶液(浓度约为1.14mmol·L-1)、CCl4萃取液以及CH4的饱和CCl4溶液进行了光谱探测分析。结果表明,对CH4的饱和水溶液直接探测,未能获得CH4的拉曼信号;通过萃取辅助,成功地在CCl4萃取液中检测到CH4的拉曼信号,其强度与CH4的饱和CCl4溶液的信号强度相近,实现了在实验室条件下对水中溶存甲烷气体的探测。     

缺氧及富氧条件下CuFe2O4催化热解酸性红B的原位FTIR反射光谱研究

用原位红外漫反射光谱法研究了在缺氧及富氧条件下CuFe2O4催化热解酸性红B(ARB)的反应过程。结果表明，两种反应气氛对染料分子中磺酸基团的热分解没有影响，但对偶氮基团及芳环的氧化分解影响显。在空气中，ARB的热解更迅速，300℃时可完全氧化为CO2及硝酸盐。而在N2气氛中，加热至300℃时ARB难以完全氧化热解，此时即使再通空气也不易将其完全氧化，而要在更高温度下(500℃)才能快速、彻底氧化成CO2及硝酸盐。     

Monitoring of the microstructure of ion‐irradiated nuclear ceramics by in situ Raman spectroscopy

Raman spectroscopy is an efficient technique for studying the evolution of microstructure of materials under irradiation. For that purpose, a Raman spectrometer has been recently installed at the JANNUS‐Saclay platform. In this paper, we describe the new setup for in situ experiments. These in situ experiments allowed following the microstructural evolution of different materials (SiC, ZrO₂ and B₄C) as a function of ion fluence on a single sample (either single crystal or polycrystalline ceramics) under the same irradiation conditions. Our results show that Raman spectroscopy is a versatile non‐contact technique for studying on‐line crystalline phase changes or amorphization of irradiated iono‐covalent solids. A detailed analysis of Raman spectra is provided for the three materials (SiC, ZrO₂ and B₄C) investigated in this study, revealing quite different behaviors upon irradiation. Basically, Raman spectroscopy gives insight on these evolutions at the level of bonds given by specific phonon modes, in good agreement with Rutherford backscattering channeling (RBS/C), X‐ray diffraction (XRD) or transmission electron microscopy (TEM) data, which provide information at a long‐range scale. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

CuCl_2-H_2O体系和FeCl_3-H_2O体系络合物拉曼光谱研究与溶液拉曼定量分析探索

详细研究了CuCl2-H2O体系和FeCl3-H2O体系络合物拉曼峰。对于CuCl2-H2O体系,认为286cm-1峰可能是[CuCl4]2-和[CuCl6]4-等Cu2+和Cl-形成的各种形式络合物的特征峰叠加的结果,412 cm-1峰可能是以[Cu(H2O)4]2+和[Cu(H2O)6]2+为主的Cu2+的水合物的特征峰叠加在一起形成的;通过对特征峰参数的分析得到了286和412 cm-1特征峰的强度与3 400 cm-1左右水的O—H伸缩振动最强峰强度之比(I1/I3 400和I2/I3 400)以及这两个特征峰的积分面积(A1和A2)和浓度的定量关系曲线,从络合物角度实现了对CuCl2溶液的定量分析。对于FeCl3-H2O体系认为173和331 cm-1两个特征峰可能都是归属于FeCl3在水溶液中最常见的络合形式—[FeCl4]-,173 cm-1峰形很宽可能是由于Fe3+和Cl-形成的其他各种形式络合物,如[FeCl]2+,[FeCl2]+等的特征峰叠加的结果,331 cm-1之后的弱宽峰可能是以[Fe(H2O)4]3+,[Fe(H2O)6]3+为主的Fe3+的水合物的特征峰叠加在一起而形成的;通过...