合成与天然镁铝尖晶石拉曼光谱特征对比研究

论文摘要

尖晶石结构在广泛的温压范围内稳定存在,对研究地球科学研究具有重要意义。镁铝尖晶石作为典型矿物广泛用于无序度研究,其无序度随温度、压力正向变化。本文对天然镁铝尖晶石、高温高压法合成标准与含Si镁铝尖晶石三类样品的化学成分、有序-无序度及其谱学特征进行对比研究。缅甸抹谷镁铝尖晶石具标准的化学成分-MgAl2O4,仅含少量Cr、Fe、Si等元素,Cr2O3最高达0.93（2）wt%,Cr3+离子替代Al3+离子形成[CrO6]八面体,Cr3+离子外围电子d→d轨道跃迁是尖晶石呈红色的原因。高温高压条件下,以100wt%MgAl2O4、94wt%MgAl2O4+6wt%Mg2SiO4为初始物质分别合成不含Si镁铝尖晶石、含Si镁铝尖晶石样品。1500℃时,合成含Si镁铝尖晶石中SiO2含量随压力先增高后降低,在9GPa时达最高值1.99wt%。Si4+离子进入镁铝尖晶石的替换机制以2)2++4)4+?27)3+为主,以1.54)4++??27)3+、32)2+-??27)3+为辅。天然镁铝尖晶石无序度低,其拉曼光谱具311cm-1(T2g（1）)、405 cm-1（Eg）、664cm-1(T2g（2）)、765cm-1(A1g)四个特征峰。合成镁铝尖晶石无序度较高,除均有天然镁铝尖晶石拉曼峰外,还检测到222cm-1、723cm-1附近两个峰,且405cm-1处Eg模式峰由对称形变为非对称形,似在低波数段出现一个肩峰。723cm-1由[AlO4]中Al-O对称伸缩振动引起;405cm-1附近肩峰与[AlO4]中Al-O弯曲振动有关。合成含Si镁铝尖晶石除均出现合成不含Si镁铝尖晶石拉曼峰外,还检测到825cm-1、856cm-1附近两个峰,分别由[SiO4]四面体Si-O对称和不对称伸缩振动引起。随压力增加,合成含Si镁铝尖晶石的222cm-1、304cm-1(T2g（1）)、396cm-1（Eg）向低波数偏移,而725cm-1(A1g)、856cm-1（Ag）向高波数偏移。使用766cm-1、722cm-1特征峰比值计算合成镁铝尖晶石无序度,公式中常量C=1.35（30）。1500℃时,3、6GPa压力下合成镁铝尖晶石淬火后无序度分别为0.362（6）、0.369（6）。1400-1500℃时,3-12GPa压力下合成含Si镁铝尖晶石淬火后无序度为0.286（60）-0.400（60）。使用合成含Si镁铝尖晶石拉曼光谱825cm-1、856cm-1与766cm-1、722cm-1特征峰比值计算Si4+离子占位,公式中常量C=1.02（14）。1500℃时,3GPa压力下Si4+离子全部占T位;6GPa压力下约32.4%（35.7%）的Si4+离子占T位,其余占M位;9-12GPa压力下位于T位的Si4+离子占比稳定在最小值为15.2-17.7%。1500℃时,占T位的Si4+离子与Si4+离子总量比值y随压力变化关系为y=-0.0016*P3+0.0546*P2-0.6111*P+2.385。以94wt%MgAl2O4+6wt%Mg2SiO4为初始物质,在3-9GPa、1400-1500℃条件下可合成含Al镁橄榄石,3GPa、1400℃时样品中含Al2O3约0.42wt%,9GPa、1500℃时样品中含Al2O3达0.72wt%。在9-12GPa、1500℃条件下可合成镁铝榴石,其在9GPa、1500℃时成分不稳定;12GPa、1500℃时成分均一稳定;22GPa、1550-1750℃时镁铝榴石逐渐分解,在下地幔中无法稳定存在。

论文目录

摘要

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1 绪论

1.1 尖晶石无序度及影响因素

1.2 尖晶石拉曼光谱特征及其无序度测定原理

1.3 研究方法与意义

1.4 研究思路与方法

1.5 工作量统计

2 天然镁铝尖晶石矿物学特征

2.1 天然镁铝尖晶石矿物学性质

2.2 显微形貌特征及半定量成分分析

2.3 镁铝尖晶石化学成分研究

2.4 紫外-可见分光光谱特征

3 合成镁铝尖晶石样品制备

3.1 高温高压仪器装置及原理

3.1.1 压力装置

3.1.2 加热电路

3.1.3 测温电路

3.2 合成镁铝尖晶石实验流程

3.2.1 实验准备工作

3.2.2 实验仪器与条件

3.2.3 实验样品处理

4 合成样品物相及化学成分

4.1 合成镁铝尖晶石物相特征

4.2 合成含Si镁铝尖晶石物相特征

4.3 合成含Si样品各物相化学成分

4.3.1 合成镁铝尖晶石化学成分

4.3.2 合成镁橄榄石化学成分

4.3.3 合成镁铝榴石化学成分

4.3.4 熔体化学成分及分析

4.4 合成镁橄榄石拉曼光谱特征

5 天然、合成镁铝尖晶石拉曼光谱对比

5.1 镁铝尖晶石拉曼光谱特征

5.1.1 天然镁铝尖晶石拉曼光谱指派

5.1.2 合成镁铝尖晶石拉曼光谱指派

5.1.3 合成含Si镁铝尖晶石拉曼光谱特征

5.2 合成镁铝尖晶石无序度计算

5.2.1 拉曼光谱定量分析基本原理

5.2.2 镁铝尖晶石无序度计算公式

5.2.3 合成镁铝尖晶石无序度特征

5.2.4 合成含Si镁铝尖晶石无序度特征

5.2.5 淬火对无序度（拉曼光谱）影响

5.3 含Si镁铝尖晶石Si占位特征

5.3.1 含Si镁铝尖晶石Si占位分析方法

5.3.2 拉曼光谱数据校正与拟合

5.3.3 含Si镁铝尖晶石中Si占位特征

6 结论

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李玉

导师: 何明跃

关键词: 无序度,占位,拉曼光谱

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P574

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001335

总页数: 71

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合成与天然镁铝尖晶石拉曼光谱特征对比研究

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