激光拉曼光譜在包裹體研究中的應(yīng)用

戴 慧，黃文清，曹素巧，王 楓，于 露，左 銳，郭連巧

(1.安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所/國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心，安徽 合肥 230001；2.南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院/南京市質(zhì)量發(fā)展與先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用研究院，江蘇 南京 210028)

一束單色光入射樣品后，有三種可能：透過(guò)、被吸收、被散射。大部分散射光的波長(zhǎng)與入射光相同，這是由于入射光光子與分子(或晶體晶格)發(fā)生彈性碰撞、其間沒(méi)有能量交換，這一過(guò)程即為瑞利散射；而一小部分入射光光子與分子發(fā)生非彈性碰撞，光子與分子之間發(fā)生能量交換，這種散射過(guò)程被稱(chēng)為拉曼散射，亦稱(chēng)拉曼效應(yīng)。根據(jù)散射光子是降低能量還是增加能量，將拉曼散射分為斯托克斯散射和反斯托克斯散射(圖1)[1]。由于斯托克斯拉曼峰強(qiáng)度一般高于反斯托克斯拉曼峰，故通常檢測(cè)的是斯托克斯拉曼峰。拉曼散射光和入射光的波數(shù)之差值稱(chēng)為拉曼位移，單位為cm-1，其實(shí)質(zhì)反映的是兩者能量差。拉曼位移對(duì)應(yīng)分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，它與入射光頻率無(wú)關(guān)，而與分子結(jié)構(gòu)(包括原子的尺寸、質(zhì)量以及晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性等)有關(guān)，拉曼譜帶的數(shù)量、位置(波數(shù))及譜帶的強(qiáng)度等主要取決于樣品性質(zhì)，因此可用于未知樣品的鑒定[2-3]。

圖1 虛態(tài)和振動(dòng)水平(a)及斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射示意圖(b)[1]Fig.1 Virtual states versus vibrational levels (a) and schematic diagram of Stokes and anti-Stokes Raman scattering (b)

圖2 包裹體顯微照片:a.祖母綠中的氣-液流體包裹體；b.紅寶石中的固-液-氣三相流體包裹體；c.紅寶石中的金紅石包裹體；d.錫石中的電氣石包裹體Fig.2 Micrographs of inclusions：a.Gas-liquid two-phase fluid inclusions in emerald;b.Solid-liquid-gas three-phase fluid inclusions in ruby;c.Rutile inclusions in ruby;d.Tourmaline inclusions in cassiterite

印度物理學(xué)家拉曼(C.V.Raman)于1928年首先發(fā)現(xiàn)了部分散射光會(huì)改變頻率的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象也因此被命名為拉曼效應(yīng)。因其在光散射方面的研究工作和拉曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，C.V.Raman被授予1930年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)的拉曼光譜以汞弧燈為光源，導(dǎo)致譜線(xiàn)非常微弱；通常只有透明的液體樣品才適于分析，其應(yīng)用受到極大限制，甚至一度不再受到重視。直到1960年激光器誕生，原有的光譜技術(shù)在靈敏度和分辨率方面得到了很大提高，使拉曼光譜技術(shù)獲得了革命性的發(fā)展[4]。

隨后，顯微共聚焦顯微鏡的出現(xiàn)極大地推進(jìn)了拉曼光譜儀的發(fā)展。如今，激光顯微共聚焦拉曼光譜儀具有高空間分辨率、高光譜分辨率等特點(diǎn)，可以對(duì)微區(qū)實(shí)現(xiàn)原位無(wú)損分析，成為包裹體研究的重要甚至是不可或缺的手段。隨著拉曼光譜技術(shù)的進(jìn)步、與其他大型儀器的聯(lián)用以及學(xué)者們對(duì)包裹體認(rèn)識(shí)的深入，激光拉曼光譜(LRM)在傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域以及相對(duì)年輕的寶石學(xué)領(lǐng)域的包裹體研究中均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

1 激光拉曼光譜在包裹體研究中的應(yīng)用

根據(jù)室溫下包裹體相態(tài)的不同，可將礦物中的包裹體分為流體包裹體、熔體包裹體、流體-熔體包裹體和礦物包裹體四大類(lèi)[5](圖2)。

1.1 LRM在流體包裹體研究中的應(yīng)用

流體包裹體與晶體同時(shí)形成或后于晶體形成，被捕獲并封存于晶體的晶格缺陷中。由于地質(zhì)過(guò)程往往伴隨著流體作用，因此流體包裹體在研究地質(zhì)過(guò)程、尤其是成巖成礦過(guò)程方面具有非常重要的價(jià)值[6]。圖3為激光拉曼光譜測(cè)試流體包裹體的示意圖。

圖3 流體包裹體拉曼測(cè)試示意圖Fig.3 Schematic diagram of LRM analysis of fluid inclusions

室溫下，流體包裹體主要由液相和氣相組成，并可能含一個(gè)或多個(gè)固相，其成分包括H2O及溶解于其中的Na+、Mg2+、K+、Ca2+、Cl-、Br-、CO32-、SO42-等離子[7]以及H2、O2、N2、Ar、CO2、CH4、SO2、H2S等氣體揮發(fā)份[8](圖4)。

圖4 流體包裹體中揮發(fā)份的拉曼光譜[9-10]Fig.4 Raman spectra of volatile components in fluid inclusions[9-10]

拉曼光譜對(duì)流體包裹體的研究大多是定性的，主要是通過(guò)鑒定流體包裹體中的氣相和子礦物確定流體的組成。一些學(xué)者開(kāi)展了拉曼光譜的定量-半定量研究，如通過(guò)不同氣相組份的拉曼散射截面和拉曼峰面積，確定不同物相的相對(duì)摩爾比值[11]。激光拉曼光譜分析不但可獲取流體包裹體復(fù)雜體系的組成成分(如氣體、碳?xì)浠衔锛捌淠柋戎怠⒆拥V物)，而且與其他儀器聯(lián)用還能夠精確研究其相平衡，獲取內(nèi)壓信息，分析包裹體的鹽度等[12]。

1.1.1 流體包裹體的成分分析

激光拉曼光譜是對(duì)不同成因類(lèi)型礦床的流體包裹體進(jìn)行成分分析的重要手段，其相關(guān)的研究成果非常豐碩，筆者枚舉不同研究方向的一些實(shí)例予以說(shuō)明。

在金屬礦床方面，Ni等[13]利用LRM對(duì)我國(guó)東南部重要的德化金礦集區(qū)中邱村金礦(淺成低溫?zé)嵋盒偷V床)成礦流體包裹體進(jìn)行了成分分析，結(jié)果表明丘村金礦成礦流體中除水外，僅含少量CO2和N2；Ni 等[14]利用LRM對(duì)安徽省金寨縣大別山區(qū)特大型斑巖鉬礦的流體包裹體進(jìn)行研究，在輝鉬礦石英脈和多金屬硫化物石英脈中均發(fā)現(xiàn)了共生的含CO2富氣相包裹體和含子晶包裹體的流體包裹體沸騰組合，表明多期次流體沸騰是鉬的超常富集成礦的原因。

在寶石礦床方面，黃文清等[15]利用LAM結(jié)合巖相學(xué)、顯微測(cè)溫對(duì)產(chǎn)于哀牢山-紅河變質(zhì)帶中云南元江大理巖型紅寶石的流體包裹體進(jìn)行了研究，結(jié)果表明存在兩個(gè)世代流體活動(dòng)，與紅寶石結(jié)晶相關(guān)的流體屬于復(fù)雜的CO2-H2S-COS-S8-H2S2-CH4-AlO(OH)體系，其流體組成與中亞及東南亞含大理巖紅寶石流體十分相似；秦立潔等[16]利用LAM對(duì)印度拉賈斯坦邦祖母綠的包裹體進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金云母、石英、滑石、文石、鈉長(zhǎng)石等礦物包裹體和流體包裹體的特征與印度拉賈斯坦邦祖母綠礦床的地質(zhì)特征相一致。這是第一份關(guān)于印度祖母綠六方多相包裹體化學(xué)組成的報(bào)告，其中包括氣態(tài)CO2(或CO2+ CH4)、水溶液(或H2O + CO2的液體混合物)、菱鐵礦、白云石、金輝石和菱鎂礦。

在油氣成藏方面，油氣包裹體研究對(duì)進(jìn)一步揭示油氣成藏機(jī)理、特別是油氣充注和成分演化過(guò)程十分重要[17-18]。例如，李佳佳等[19]按照不同比例的12CO2/13CO2人工合成 CO2,再與N2混合后進(jìn)行激光拉曼光譜分析，并與勝利油田氣藏樣品進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示拉曼特征峰峰面積比與其摩爾分?jǐn)?shù)比成正比，建立了利用激光拉曼光譜相關(guān)參數(shù)來(lái)推演碳同位素δ13C值的方法。

1.1.2 流體包裹體的相平衡研究

在低溫下進(jìn)行拉曼光譜的原位測(cè)試，對(duì)鹽水體系包裹體的低溫相變行為研究十分有效。倪培等[6]人工合成鹽水體系CaCl2-H2O和MgCl2-H2O包裹體，并對(duì)其進(jìn)行拉曼研究，結(jié)果顯示原位低溫拉曼光譜能夠直接反映低溫下鹽水體系包裹體中流體的各相變化，結(jié)合溫度測(cè)試結(jié)果，即可確定不同鹽水體系的相變溫度。

1.1.3 流體包裹體的PVTx研究

作為流體包裹體研究的重要內(nèi)容，學(xué)者們一直努力完善著不同流體體系的壓力、體積、溫度及組成(PVTx)的函數(shù)關(guān)系式。中國(guó)科學(xué)家在流體 PVTx 性質(zhì)模擬研究保持著國(guó)際先進(jìn)水平，已建立了多個(gè)包裹體體系的 PVTx 模型，取得了令世人矚目的成就[7]。

在一定的溫壓條件下，利用拉曼光譜對(duì)進(jìn)行原位觀察與測(cè)試，是包裹體研究最常規(guī)的方法之一。例如，Chen 等[20]在800 ℃、2 GPa的溫壓條件下利用原位拉曼光譜研究流體包裹體中氮的形態(tài)變化，認(rèn)為在俯沖帶氮更容易通過(guò)板源流體循環(huán)到較淺的深度，較少的氮進(jìn)入到地球更深的內(nèi)部；Shang等[21]研究了甲烷(CH4)的拉曼峰位隨溫度、壓力的變化，并建立了一個(gè)描述 CH4ν1峰位、密度和溫度之間關(guān)系的方程，該方程可通過(guò)測(cè)量CH4ν1峰的位置，計(jì)算一定溫度下流體包裹體中甲烷的密度。

1.1.4 流體包裹體的鹽度分析

流體包裹體鹽度能夠反映古地質(zhì)流體的溶質(zhì)信息，利用低溫拉曼光譜不但可進(jìn)行鹽類(lèi)定性鑒定，還可實(shí)現(xiàn)鹽度的定量計(jì)算。然而，地質(zhì)流體中最常見(jiàn)且主要的溶質(zhì)為氯化鈉，其易溶于水并形成離子，不具拉曼活性[22]。Dubessy 等[23]率先開(kāi)展了對(duì)人工合成鹽水溶液在低溫下的拉曼光譜研究，認(rèn)為可利用低溫冷凍狀態(tài)下具拉曼活性的鹽水體系的拉曼光譜特征反演天然流體包裹體中水合物的成分；Samson等[24]從冷凍的人工溶液和天然包裹體中的細(xì)晶集合體直接獲取拉曼光譜，不僅對(duì)NaCl-H2O,CaCl2-H2O開(kāi)展了冷凍狀態(tài)下的水合物研究，而且首次對(duì)混合鹽類(lèi)(NaCl-CaCl2-H2O體系)進(jìn)行了研究，認(rèn)為可以根據(jù)冰和鹽的水合物 O-H 伸縮振動(dòng)特征來(lái)估算體系中 NaCl 和 CaCl2的比值。

國(guó)內(nèi)學(xué)者也相繼開(kāi)展了相關(guān)研究，倪培等[25]在50/100 MPa，500～600 ℃的溫壓條件下，人工合成純H2O體系，以及NaCl含量分別為5.12%，9.06%，16.6%，25.0 %的NaCl-H2O的流體包裹體體系，利用冷熱臺(tái)、激光拉曼探針，在-180 ℃的低溫下進(jìn)行原位測(cè)試，獲取了冰和固態(tài)水石鹽(NaCl·2H2O)的拉曼光譜。研究表明，人工合成的水石鹽具有特定的拉曼光譜，通過(guò)其3 423 cm-1峰與冰的3 098 cm-1處的峰高、峰截面積比可獲取NaCl-H2O體系的鹽度。

1.2 LRM在熔體包裹體及流體-熔體包裹體研究中的應(yīng)用

熔體包裹體 (Melt inclusion；MI)也稱(chēng)巖漿包裹體，為礦物生長(zhǎng)時(shí)捕獲的巖漿熔體，捕獲后一般不受外部系統(tǒng)的影響，在寄主礦物內(nèi)部保持獨(dú)立演化[26-29]。

1.2.1 熔體包裹體的成分分析

熔體包裹體保存有原始巖漿成分，記錄了各瞬時(shí)的巖漿演化信息，是探討巖漿起源和演化的重要依據(jù)[30]；熔體包裹體中珍貴的原始巖漿成礦元素成分信息，有利于成礦過(guò)程的研究[31]。趙勁松等[32]、趙斌等[33]利用激光拉曼測(cè)試分別獲得了我國(guó)北方楊家杖子鉬礦、壽王墳銅礦等9個(gè)不同礦區(qū)以及長(zhǎng)江中下游成礦帶大冶 Fe礦床、銅綠山Cu-Fe(Au)礦床等15個(gè)代表性礦床中含礦矽卡巖礦物中包裹體的成分及相態(tài)組成，認(rèn)為含有熔融包裹體或流體-熔融包裹體的礦化矽卡巖系巖漿成因，對(duì)矽卡巖型礦床的形成具有很強(qiáng)的制約性；Mernagh等[34]利用拉曼光譜技術(shù)對(duì)西伯利亞、加拿大、格陵蘭西南部和南非的I型金伯利巖熔體包裹體中常見(jiàn)和不常見(jiàn)礦物進(jìn)行了識(shí)別，結(jié)果顯示熔體包裹體均含有較高豐度的堿鈣碳酸鹽(陽(yáng)離子比例不同)和Na-Ca-Ba 硫酸鹽。而在Udachnaya-East金伯利巖的熔融包裹體，其中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)含水碳酸鹽或硫酸鹽。在加拿大、南非和格陵蘭西南部的金伯利巖中發(fā)現(xiàn)其熔體包裹體內(nèi)含有燒石膏、鈣水堿和水菱鎂礦，表明它們的殘余巖漿中存在更多的水。

1.2.2 熔體包裹體中揮發(fā)分的濃度或密度研究

揮發(fā)性元素在地球演化過(guò)程中扮演者重要的角色，對(duì)巖漿過(guò)程也有重要的影響。揮發(fā)分影響地幔融化、巖漿結(jié)晶和火山噴發(fā)[35-37]。熔體包裹體直接捕獲寄主礦物形成時(shí)的巖漿，只要其后期不發(fā)生破裂、泄漏，則可較為完整地保有初始巖漿中的揮發(fā)分信息[26]。Thomas 等[38]提出了一種用共聚焦顯微拉曼光譜法測(cè)定硅酸鹽熔體包裹體(MI)中水分濃度的方法，該方法不需要暴露包裹體進(jìn)行測(cè)量，這對(duì)于極度富水的MI(例如賦存在演化花崗巖和偉晶巖中的MI)很重要，這是因?yàn)樵诔Ｒ?guī)方法中包裹體暴露時(shí)會(huì)失水。

熔體包裹體被捕獲后的冷凝收縮通常會(huì)在包裹體中形成一個(gè)氣泡，這降低了包裹體中熔融(玻璃)相中的溶解CO2濃度。為了量化CO2在氣泡中的量，Aster 等[39]、Hanyu 等[40]用拉曼光譜分析測(cè)定了熔體包裹體中氣泡的CO2密度。

1.3 LRM在固體包裹體研究中的應(yīng)用

固體包裹體可早于寄主礦物形成(即主礦物生長(zhǎng)過(guò)程捕獲介質(zhì)中早期結(jié)晶的固相，一般以微小的自形單晶被圈閉在主礦物中)，例如橄欖石中的鉻尖晶石、輝石和斜長(zhǎng)石中的磷灰石[7]；也可與寄主礦物同時(shí)形成，如金剛石中的橄欖石、鉻尖晶石、頑火輝石、透輝石、鉻鎂鋁榴石等同生包裹體[41]；或在寄主礦物結(jié)晶之后形成(如出溶包裹體)[42]。

1.3.1 固體包裹體的礦物種屬鑒定

利用拉曼光譜、特別是先進(jìn)的激光顯微共聚焦拉曼光譜，可以準(zhǔn)確地識(shí)別固體包裹體的礦物類(lèi)別，即便是小至微米級(jí)的固體包裹體。例如，徐樹(shù)桐等[43-44]利用拉曼光譜在大別山東段榴輝巖和石榴輝石巖中發(fā)現(xiàn)微粒金剛石(粒徑多為10～60 μm)以包裹體形式存于石榴石中，并且石榴石中還見(jiàn)有柯石英、硬玉包裹體，從而準(zhǔn)確確定研究區(qū)域?yàn)槌邏鹤冑|(zhì)帶，且經(jīng)歷過(guò)深俯沖作用；劉景波等[45]利用拉曼光譜對(duì)大別山超高壓變質(zhì)帶片麻巖中的鋯石進(jìn)行包裹體分析，識(shí)別出大其中含有重晶石、硬石膏礦物包裹體，并可見(jiàn)它們與柯石英的共生關(guān)系，證實(shí)該區(qū)在超高壓變質(zhì)過(guò)程中存在變質(zhì)流體。

金剛石中的包裹體受到科學(xué)家們極大的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兪莵?lái)自地球地幔部分的原始樣品。金剛石具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，在自然界多數(shù)條件下,其中的包裹體不易遭受后期地質(zhì)作用的影響。因此，借助金剛石中的包裹體及包裹體組合可以反演其形成時(shí)的地質(zhì)環(huán)境，提供古老巖石圈地幔成分、溫壓條件以及金剛石成因等相關(guān)信息。下地幔金剛石及其礦物包裹體是源自670 km以下的唯一原始態(tài)地幔物質(zhì)，可以為了解下地幔的礦物組成、金剛石形成過(guò)程和地球動(dòng)力學(xué)提供獨(dú)特的見(jiàn)解[46-47]。

Lorenzon等[48]對(duì)來(lái)自中非共和國(guó)的一顆1.3 ct、IaAB型的無(wú)色超深鉆石進(jìn)行研究，利用顯微拉曼光譜識(shí)別出其中的不同尋常的微小復(fù)合包裹體，由林伍德石、四方氧化鋯和柯石英組成。該研究認(rèn)為，這種包裹體組合可能是金剛石向下運(yùn)動(dòng)的第一個(gè)礦物學(xué)證據(jù)。這表明，通常認(rèn)為鉆石形成于特定的地幔層，并在地幔層捕獲物質(zhì)(包裹體)，然后向上移動(dòng)的觀點(diǎn)可能過(guò)于簡(jiǎn)單。

丘志力等[49]利用顯微激光拉曼光譜結(jié)合其它大型儀器對(duì)湖南沅水的 24 顆鉆石進(jìn)行了包裹體原位分析，結(jié)果表明其中的橄欖巖型和榴輝巖型包裹體比例接近,并且兩種類(lèi)型的包裹體可在一顆鉆石中同時(shí)出現(xiàn)，并推算出該區(qū)金剛石形成時(shí)地幔的溫度為 1 109～1 237 ℃、壓力為4.05～5.83 GPa,相當(dāng)于133～192 km的深度。

1.3.2 礦物包裹體的彈性拉曼頻移溫壓計(jì)的研究

被包裹在另一寄主礦物中的礦物不能像自由晶體那樣自由膨脹或收縮，而要受到寄主礦物的限制。這導(dǎo)致包裹體產(chǎn)生的應(yīng)力，與寄主礦物上承受的外部應(yīng)力不同。包裹體的殘余應(yīng)力源自被捕獲時(shí)的溫壓條件以及后期溫壓的變化，利用在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試包裹體的拉曼頻移數(shù)據(jù)，可推算出包裹體的殘余應(yīng)力，進(jìn)而反演其被捕獲時(shí)、亦即寄主礦物形成的溫壓條件[50-52]。

研究發(fā)現(xiàn)，柯石英-石英的拉曼頻率與壓力有很好的相關(guān)性[53]。在俯沖帶高壓-超高壓變質(zhì)巖中，石英作為包裹體存在于石榴石中的現(xiàn)象普遍存在。這兩種礦物具有不同的彈性特征，外力發(fā)生較大的改變 時(shí)，將產(chǎn)生明顯的應(yīng)力差，而這種應(yīng)力差可通過(guò)拉曼頻移來(lái)計(jì)算。因此，這是一種優(yōu)良的拉曼頻移壓力計(jì)[52,54]。

這種彈性礦物包裹體溫壓計(jì)已經(jīng)被應(yīng)用于不同的包裹體-寄主礦物對(duì)中。Izraeli等[51]發(fā)現(xiàn)，被Siberian金剛石包裹的橄欖石中可以保留高達(dá)0.13～0.65 GPa的殘余應(yīng)力，從而估算金剛石的源區(qū)壓力為4.4～5.2 GPa。

此外，在地質(zhì)年代學(xué)中，拉曼礦物彈性溫壓計(jì)可以區(qū)分巖石來(lái)源于快速的巖漿噴發(fā)( 以小時(shí)為時(shí)間尺度) 還是慢速的變質(zhì)折返(以百萬(wàn)年為時(shí)間尺度)[55-56]。

2 激光拉曼光譜在包裹體研究中的進(jìn)展：Mapping和3D成像技術(shù)

拉曼光譜的發(fā)展與激光、電荷耦合器件(CCD)和共焦系統(tǒng)的發(fā)展息息相關(guān)?，F(xiàn)代CCD探測(cè)器的靈敏度和性能迅速提高，共聚焦顯微鏡的光學(xué)成像技術(shù)則大大提高了圖像的光學(xué)分辨率和對(duì)比度[1]，隨之發(fā)展起來(lái)的拉曼二維Mapping和3D成像技術(shù)，將包裹體的研究工作進(jìn)一步推向深入。

Noguchi等[57]通過(guò)二維(2D)拉曼和三維(3D)光致發(fā)光(PL)映射測(cè)量，對(duì)藍(lán)寶石晶體中的鋯石包裹體進(jìn)行周?chē)鷥?nèi)應(yīng)力掃描成像(圖5)，分析藍(lán)寶石結(jié)晶時(shí)的壓力和溫度條件，推測(cè)寶石內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)和成礦機(jī)制；葉旭等[58]利用LRM二維Mapping技術(shù)無(wú)損鑒定彩虹方柱石中的微小磁鐵礦包裹體，認(rèn)為拉曼面掃描技術(shù)是鑒定礦物中微小包裹體的有效輔助性手段。

圖5 由偏應(yīng)力場(chǎng)推導(dǎo)的鋯石包裹體周?chē)鷳?yīng)變場(chǎng)示意圖(晶格應(yīng)變用網(wǎng)格圖案的變形表示)[57]Fig.5 Schematic diagram of the strain field around a zircon inclusion,inferred from the deviatoric stress field.The lattice strain is represented by the deformation of the grid pattern[57]

拉曼3D立體掃描可以測(cè)得不同包裹體顆粒的形狀和大小，且無(wú)需任何特殊的樣品制備。Ulanski等[59]將拉曼光譜深度測(cè)試和X-Y平面掃描兩個(gè)技術(shù)結(jié)合，對(duì)含有不同包裹體的材料進(jìn)行探索性研究，認(rèn)為拉曼光譜測(cè)試對(duì)于非均勻系統(tǒng)的三維成像十分有效。

玻璃質(zhì)熔體包裹體是巖漿中晶體生長(zhǎng)過(guò)程中所包裹的熔滴，在減壓和冷卻過(guò)程中其中的揮發(fā)性物質(zhì)逸出并形成收縮氣泡。Schiavi 等[60]采用拉曼光譜3D掃描技術(shù)與同步X射線(xiàn)射頻成像和掃描電子顯微鏡相結(jié)合，識(shí)別出玻璃質(zhì)熔體包裹體中氣泡的完整成分和成分分布特征(圖6)。結(jié)果表明，氣泡壁上存在大量礦物相；如果忽略這些結(jié)晶的礦物相，則巖漿中的噴發(fā)前的揮發(fā)物的含量將可能被低估。

圖6 玻璃質(zhì)熔體包裹體中氣泡的拉曼光譜3D圖像[60]Fig.6 3D Raman image of a bubble in vitreous melt inclusions[60]藍(lán)色部分為玻璃質(zhì)，黑色部分為CO2氣泡，黃色部分為碳酸鹽，紅色部分為黃銅礦，紫色部分為黃鐵礦，淺藍(lán)色部分為蘇打石

3 結(jié)語(yǔ)

歷經(jīng)百年發(fā)展，如今的激光顯微共聚焦拉曼光譜測(cè)試光斑可小至1 μm，測(cè)試精準(zhǔn)度、光譜分辨率不斷提高，還可通過(guò)將拉曼光譜與高壓裝置或高溫、低溫裝置耦合，原位地研究相轉(zhuǎn)變和熱力學(xué)過(guò)程；同時(shí)，激光顯微拉曼光譜分析不再局限于原位的點(diǎn)分析，二維Mapping技術(shù)已經(jīng)成熟，3D掃描技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步。作為一項(xiàng)方興未艾的新技術(shù)，拉曼3D成像能夠更加直觀、精準(zhǔn)地表征不同相態(tài)、不同成分包裹體的 3D 空間分布特征。

微小的包裹體，蘊(yùn)含著宏大的地球演化、成礦成巖等方面的諸多“秘密”，而激光拉曼光譜技術(shù)無(wú)疑是我們揭示這些“秘密”的重要手段。