一种基于显微共聚焦激光拉曼进行石榴石物源示踪的方法

1.本发明涉及沉积盆地研究技术领域，具体涉及利用显微共聚焦激光拉曼技术进行石榴石物源示踪的方法。


背景技术：
：
2.物源分析是解析盆山作用和区域构造古地理演化的重要思路，也是近年来盆地动力学研究的热点。在造山带沉积物中碎屑石榴石是常见的较稳定重矿物。石榴石的化学组成比较复杂，包括6个端元组分：镁铝榴石(pyrope，mg3al2si3o
12
)、铁铝榴石(almandine，fe3al2si3o
12
)、锰铝榴石(spessartine，mn3al2si3o
12
)、钙铝榴石(grossular，ca3al2si3o
12
)、钙铁榴石(andradite，ca3fe2si3o
12
)和钙铬榴石(uvarovite，ca3cr2si3o
12
)。由于石榴石化学成分具有专属性，不同类型原岩中所含的石榴石成分具有显著的差异，因此碎屑石榴石化学组成被广泛地应用到沉积物源示踪研究中。
3.激光拉曼光谱是一种散射光谱分析技术，为分子振动光谱，是物质分子成分及结构分析的有效的非破坏性分析技术。显微共聚焦激光拉曼光谱具有微观、原位、多相态、分辨率高、和稳定性好等特点。
4.目前常规获取石榴石化学组成的技术方法是通过电子探针技术，但该技术要求样品表面平整和具导电性，因此需进行抛光和镀碳或镀金等前处理，测试耗时较长，并且会对样品产生一定破坏性。


技术实现要素：
：
5.本发明的目的是通过激光拉曼光谱仪快速得到石榴石的分子组成，提供一种基于激光拉曼进行石榴石物源示踪的方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种基于显微共聚焦激光拉曼进行石榴石物源示踪的方法，所述方法包括：
7.步骤(1)：样品准备，制成普通薄片或电子探针片，不要加盖玻片；
8.步骤(2)：拉曼上机测试分析，对所述普通薄片进行拉曼测试；测试条件：分辨率为2μm(
×
100物镜)，400μm针孔，100μm狭缝，1800光栅，曝光时间为15s，循环次数10，每个样品点测试时间为180s，测试时需避开包裹体；
9.步骤(3)：数据处理，通过ngslabspec软件对拉曼峰位进行拟合，获取精确峰；
10.步骤(4)：不同石榴石摩尔百分含量分析，在matlab软件中应用改进的miragem程序，输入拉曼典型峰位位移，求取石榴石摩尔百分含量；
11.步骤(5)：数据解释，在minpet软件里进行三角投图，三角投图的三个端元表示石榴子石亚型。
12.其中，步骤(1)中的石榴石合计大于100个，并对每个石榴石进行数字标号，从而保证是同一点的对比分析。
13.其中，若个别谱峰值低于阈值，则根据其他谱峰值求取石榴石摩尔百分含量。
14.其中，步骤(4)中所述石榴石摩尔百分含量的计算公式如下：
15.w(i,k)＝∑w(i,j,k)x(j,k)
16.1＝xa+xb+xc+xd+xe+xf
17.w：拉曼波数；
18.x：端元组分的比例；
19.i＝1
‑
5拉曼谱峰；
20.j＝a
‑
f端元组分；
21.k＝样本；
22.a
‑
f:镁铝榴石(py)、铁铝榴石(al)、锰铝榴石(sp)、钙铝榴石(gr)、钙铁榴石(ad)和钙铬榴石(uv)。
23.其中，步骤(5)中，所述石榴子石亚型根据原岩作了类型划分：type a型石榴石主要源自高级麻粒岩相变沉积岩或紫苏花岗岩；type b型石榴石源自角闪岩相变沉积岩，仅投于type bi型区域来源可能为中
‑
酸性岩浆岩；type c型石榴石主要源自高级变基性岩，其中type cii型产自超基性岩；type d型石榴石通常源自交代变质岩如矽卡岩、很低级的变基性岩或超高温变质的钙质硅酸盐麻粒岩。
24.其中，步骤(6)中所述电子探针分析在法国cameca sxfivefe高分辨场发射电子探针上完成，仪器加速电压范围为5～30kv，空间分辨率可达6nm。
25.其中，所述方法还包括：电子探针对比分析，将电子探针进行镀碳，分析所述电子探针片的si、ti、al、cr、fe、mn、mg、ca和na元素含量，将电子探针结果与步骤(5)中所述数据解释进行标准对比测量。
26.石榴石包括6个端元组分，每个端元组分具有其典型的拉曼谱峰。拉曼谱峰的形态和位移可以充分揭示分子结构信息，随着分子成分的不同，每个峰位相应发生变化。本发明的方法根据其中4个强的谱峰值(340
‑
368、515
‑
560、800
‑
870和870
‑
920cm
‑1)求取每种石榴石摩尔百分含量，然后进行三角投图，解析其原岩类型。与传统的电子探针数据相比，利用激光拉曼技术得到的石榴石定量分析结果误差范围＜8％，是一种研究石榴石化学组分十分快速、有效的方法，为示踪沉积物源提供了新的技术手段，从而可以广泛应用到盆山作用和区域古地理演化等研究中。
附图说明
27.图1是石榴石的激光拉曼光谱图。
28.图2是激光拉曼分析结果和电子探针分析结果对比图，其中方块为拉曼光谱(raman)测试数据，圆圈为电子探针(epma)测试数据。
具体实施方式
29.下面以来自鲁西盆地白垩系砂岩的3个有代表性的碎屑石榴石样品为例，结合附图，对本发明的具体实施方法作进一步的详细说明。
30.本发明提供的一种基于显微共聚焦激光拉曼进行碎屑石榴石物源示踪的分析方法，上述方法包括：
31.(1)样品准备
32.普通薄片或电子探针片，不要加盖玻片。sd070
‑
1，sd074
‑
2和sd080
‑
1样品上分析的石榴石合计大于100个，并对每个石榴石进行数字标号，从而保证是同一点的对比分析。观察时统计石榴石粒径大小、形状和颜色。样品sd070
‑
1、sd074
‑
2取自白垩系上统王氏组中段，样品sd080
‑
1取自白垩系上统王氏组下段。
33.(2)拉曼上机测试分析
34.仪器型号：horiba jobin
‑
yvon labram
35.测试条件：分辨率为2μm(
×
100物镜)，400μm针孔,100μm狭缝,1800光栅，曝光时间为15s，循环次数10，每个样品点测试时间约为180s，测试时需避开包裹体。
36.(3)数据处理
37.石榴石具有六个典型的拉曼谱峰(图1)，谱峰1#至谱峰6#分别位于210
–
245、340
–
368、369
–
380、515
–
560、800
–
870和870
–
920cm
‑1，由于分子成分的不同，每个峰位相应发生变化。镁铝榴石(pyrope，mg3al2si3o
12
)的六个拉曼位移为211，363，377，563，868和926.2cm
‑1；铁铝榴石(almandine，fe3al2si3o
12
)的六个拉曼位移为216，343，371，556，863和915cm
‑1；锰铝榴石(spessartine，mn3al2si3o
12
)的拉曼位移为221，350，373，552，850和907cm
‑1；钙铝榴石(grossular，ca3al2si3o
12
)的六个拉曼位移为245.5，367，373.3，547.4，825和879.1cm
‑1；钙铁榴石(andradite，ca3fe2si3o
12
)的拉曼位移为235.5，351.6，369.9，515.7，815.7和873.6cm
‑1；钙铬榴石(uvarovite，ca3cr2si3o
12
)的典型拉曼位移为241.2，368，368，526，837.4和877.5cm
‑1。通过ngslabspec软件对拉曼峰位进行拟合，获取精确峰。
38.(4)不同石榴石摩尔百分含量分析
39.对miragem(micro
‑
raman garnets evaluation method)程序进行修订改进，从而可以实现数据批量处理，技术上更快完成石榴石摩尔百分含量分析。然后在matlab软件中应用改进的miragem程序，输入拉曼典型峰位位移，求取石榴石摩尔百分含量。
40.计算公式具体如下
41.w(i,k)＝∑w(i,j,k)x(j,k)
42.1＝xa+xb+xc+xd+xe+xf
43.w：拉曼波数；
44.x：端元组分的比例；
45.i＝1
‑
5拉曼谱峰；
46.j＝a
‑
f端元组分；
47.k＝样本；
48.a
‑
f:镁铝榴石(py)、铁铝榴石(al)、锰铝榴石(sp)、钙铝榴石(gr)、钙铁榴石(ad)和钙铬榴石(uv)。
49.有时谱峰1#和谱峰3#峰值会较弱，若低于预审阈值，即没有明显的峰值，为了减少不确定性，此时可以根据其他4个强的准确谱峰值求取石榴石摩尔百分含量。
50.(5)数据解释
51.在minpet软件里进行三角投图，三个端元表示石榴子石亚型。根据原岩作了类型划分：type a型石榴石主要源自高级麻粒岩相变沉积岩或紫苏花岗岩；type b型石榴石源自角闪岩相变沉积岩，仅投于type bi型区域来源可能为中
‑
酸性岩浆岩；type c型石榴石主要源自高级变基性岩，其中type cii型产自超基性岩；type d型石榴石通常源自交代变
质岩如矽卡岩、很低级的变基性岩或超高温变质的钙质硅酸盐麻粒岩。
52.鲁西盆地砂岩中石榴石成分变化暗示着物源的转变。白垩纪鲁西盆地石榴石物源显示，控制鲁西盆地沉积的主要是苏鲁造山带，盆地物源的波动指示鲁西隆起可能在早白垩世中晚期和晚白垩世中期经历过抬升。
53.(6)电子探针对比分析
54.首先将电子探针进行镀碳，电子探针分析在法国cameca sxfivefe高分辨场发射电子探针上完成，仪器加速电压范围为5～30kv，空间分辨率可达6nm，分析si、ti、al、cr、fe、mn、mg、ca和na元素。
55.拉曼与电子探针结果对比显示(图2)：激光拉曼技术得到的石榴石定量分析结果误差范围<8％。镁铝榴石(py)一致性较好，铁铝榴石(al)和钙铝榴石(gr)次之，含量低时倾向负偏差；锰铝榴石(sp)呈现正偏差；钙铁榴石(ad)含量值整体较低，弱的正偏差。误差来源可能为系统误差，可以通过标准对比测量来消除或减少系统误差。
56.通过上述实施例，利用显微共聚焦激光拉曼可以快速、准确的进行石榴石物源分析，从而为认识区域构造
‑
古地理演变提供沉积学依据。
57.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。