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流体包裹体因为能够真实记录地下流体的活动历史而在地质学领域有着广泛的应用。然而分析方法和结果可靠性成为制约流体包裹体应用的主要因素,准确获取包裹体中流体组成和物理化学性质参数成为流体包裹体研究者面临的一个首要问题。本文选择在各种地质环境广泛分布而又相对研究较少的CH<,4>-H<,2>O体系流体包裹体作为研究对象,以激光拉曼光谱技术作为主要分析手段,结合显微测温方法和状态方程计算,建立了CH<,4>-H<,2>O体系流体包裹体激光拉曼光谱定量分析的方法,并在实际应中取得较好的效果。
利用激光拉曼光谱技术在室温下对几种常见盐类水溶液进行测试,并采用两种不同的方法对实验数据进行处理,建立了NaCl、Na<,2>CO<,3>、NaHCO<,3>、Na<,2>SO<,4>等盐类浓度与拉曼特征参数的线性关系,其线性关系可以用来标定流体包裹体中的盐度。通过对不同盐类水溶液的拉曼光谱分析,讨论不同阳离子和阴离子对水伸缩振动拉曼峰的影响,结果表明,高价阳离子的影响明显高于低价阳离子;而阴离子影响的强弱顺序为:SO<,4><2->≈Cl<->>HCO<,3><->>CO<,3><2->≈NO<,3><->。
通过对前人研究成果分析和实验数据曲线拟合,获得了甲烷等气体拉曼位移与压力之间的函数关系,即气体的拉曼位移随压力增大表现为一级指数模式减小。在研究的气体中,甲烷拉曼位移随压力变化最大,是一种较为理想的包裹体压力指示剂。气体的拉曼位移主要受压力影响,而组成(含量)的影响相对较小。利用CO<,2>的拉曼峰特征,结合状态方程恢复了山东昌乐-临朐玄武岩中CO<,2>包裹体的捕获压力,获得了该区火山岩浆的主要脱气深度,即0.41~3.25Km。利用甲烷的拉曼光谱特征,在东营凹陷玄武岩方沸石中发现了富甲烷高压流体,并利用状态方程计算了捕获深度,结果表明富甲烷高压流体可能与玄武岩后期热液蚀变有关,为天然气无机成因提供了新证据。
提出了流体包裹体均一态下拉曼光谱定量分析方法,并采用原位拉曼光谱分析技术对CH<,4>-H<,2>O体系流体包裹体均一过程和甲烷水合物生成条件进行了定量分析和研究。结合状态方程计算,获得了均一温度下包裹体中流体的甲烷浓度、压力、摩尔体积和密度等参数。通过拉曼光谱监测和相平衡计算,准确获取了包裹体中甲烷水合物的生成条件。
采用显微测温与原位拉曼光谱联合分析,对南黄海盆地勿南沙隆起CZ35-2-1井二叠系栖霞组石英脉中的CH<,4>-H<,2>O体系流体包裹体进行了详细研究。首次获得了该区含烃热液流体活动记录的流体包裹体数据,并发现了沸腾包裹体。研究结果为解释南黄海盆地晚古生代-中生代的热异常和古生界烃源岩地球化学异常提供了直接证据。