方解石-白云石-菱镁矿的中远红外光谱学特征研究

作     者：朱莹 黎晏彰 鲁安怀 丁竑瑞 李艳 王长秋 ZHU Ying;LI Yanzhang;LU Anhuai;DING Hongrui;LI Yan;WANG Changqiu

作者机构：北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室/矿物环境功能北京市重点实验室北京100871 

出 版 物：《地学前缘》 (Earth Science Frontiers)

年 卷 期：2022年第29卷第1期

页      面：459-469页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 070901[理学-矿物学、岩石学、矿床学] 07[理学] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2019YFC1805900,2019YFC1805901) 国家自然科学基金项目(91851208) 

主　　题：碳酸盐矿物 中红外吸收光谱 远红外吸收光谱 热红外发射光谱 晶体结构 发射率 

摘      要：利用拉曼光谱和红外光谱研究了方解石、白云石和菱镁矿的光谱学特征,探究了影响三种矿物红外辐射性能的因素。三种矿物的拉曼光谱(Raman)、中红外吸收光谱(MIR)、远红外吸收光谱(FIR)显示随着矿物中镁含量的增大将会影响CO_(3)^(2-)的面外弯曲振动(ν_(2))、反对称伸缩振动(ν_(3))和平面内弯曲振动(ν_(4)),使各光谱特征峰均向高频端迁移。基于黑体辐射定律以及在80℃、400~2000 cm^(-1)矿物的辐射能量谱,结果显示方解石、白云石、菱镁矿的发射率依次减少(0.951,0.938,0.895)。三种矿物的红外吸收光谱和发射光谱中的振动位置均受CO_(3)^(2-)基频的显著影响,在1300~1650 cm^(-1)均产生宽的低吸收带,该吸收带与CO_(3)^(2-)的反对称伸缩振动相关,且吸收带范围(202,236,272 cm^(-1))与发射率之间呈负相关关系。因此,当最强化学键的振动出现在发射光谱窄的吸收带范围内会产生相对较高的辐射能和发射率。此外,矿物的晶体结构也会影响发射率,大的离子半径、键长和晶胞体积将降低辐射过程中能量的吸收,增强辐射特性。综上研究结果,方解石、白云石和菱镁矿的拉曼光谱和红外光谱揭示了金属原子的相对质量对光谱学特征的显著影响,其发射率可能受到C-O键的反伸缩振动范围、最强吸收带控制的最低发射率以及矿物晶体结构的共同影响。这项研究呈现了必要的光谱信息和热发射率数据以识别特定的碳酸盐矿物,为类似矿物的光谱特征研究奠定了基础;同时为进一步认识地壳中大量的碳酸盐矿物提供了研究方法,也为地外勘探的深入研究给予相关的理论基础。