单个流体包裹体CO2碳同位素显微激光拉曼光谱分析研究

流体包裹体同位素在成岩、成矿、油气成藏和壳/幔物质演化等众多研究领域具有十分广泛的用途，单个流体包裹体同位素是研究和示踪特定成岩成矿（藏）阶段和特殊地质构造演化时期古流体成因和来源最有效的方法之一。但是，目前还没有有效的能分析单个流体包裹体同位素的技术和方法。本项目应用显微激光拉曼光谱技术(LRM)在对已知比值的CO2碳同位素标准物质拉曼光谱参数(Fj、Aj和Σj)和实验条件研究基础上，通过对矿物中单个流体包裹体CO2碳同位素分析，建立单个流体包裹体同位素LRM测试技术和方法，以期解决寄主矿物中不同期次、不同成因流体包裹体同位素分析问题，从而改变长期以来只能依靠分析群体包裹体（矿物中不同期次、不同成因和来源）同位素来示踪古流体成因和来源而出现的多解性和局限性，为流体包裹体同位素研究和应用开创新的局面。

单个流体包裹体同位素在研究岩矿古流体成因、矿床、油气和大地构造演化动力学等多个领域具有十分重要的意义，激光拉曼光谱是一项可以分析单个流体包裹体同位素的有效方法。在本项目中首先我们利用自行设计的装置，在不同压力下对13CO2和12CO2标准气体样品进行了显微激光拉曼测试，获得CO2碳同位素分子的拉曼特征峰，并发现13CO2和12CO2特征峰峰强、峰强比、峰面积及峰面积比值与其密度之间存在着良好的线性关系。其次，我们制备了一系列不同比例的12CO2/N2和13CO2/N2混合物，对样品进行显微激光拉曼测试分析后发现气体拉曼特征峰峰面积比与其摩尔分数比成正比例关系，拟合方程的斜率就是拉曼量化因子F12CO2和F13CO2，该因子的确定为计算碳同位素值δ13C奠定了理论基础。在确定CO2气体碳同位素标准样品（13CO2和12CO2）的拉曼光谱参数和拉曼特征峰值基础上，对选择的鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中单个CO2流体包裹体样品进行激光拉曼光谱分析，从而用实际单个包裹体样品验证了前面获得的拉曼光谱参数可以估算出12CO2/N2混合物的摩尔分数比。通过对不同比例的12CO2/13CO2人工合成CO2包裹体样品和胜利油田CO2天然气藏样品进行激光拉曼光谱分析，发现CO2气体碳同位素摩尔分数比C13/C12与A13CO2/A12CO2 (拉曼峰峰面积比)和F12CO2/F13CO2(拉曼量化因子比)之间存在数学关系式，由此可以根据碳同位素的计算公式δ13C= [(C13/C12)样品/(C13/C12)标准 -1]×1000‰求出δ13C值。对胜利油田CO2天然气藏样品应用显微激光拉曼光谱分析后计算其δ13C值为-5.318 ‰，与质谱分析测出的δ13C值为-5.6 ‰比较，其相对误差较小，即达到了该项目预期的目标。总之，该项目确定了稳定碳同位素分子的拉曼参数和实验条件，建立起了单个流体包裹体CO2稳定碳同位素激光拉曼测试技术和流程，完成了立项任务。本项目进行到目前为止，发表论文共计20篇，其中 SCI 国际论文4篇；已申请实用新型专利1项（专利号 ZL 2013 2 0255425.8），正在申请发明型专利2项（其中一项申请号 2015110186571）；培养博士和硕士研究生共计9名。