研究对象是一种与“冻地”鸡血石外观高度相似的玉石, 该种玉石半透明“地”中含有橙红色矿物。 利用X射线粉晶衍射仪、 扫描电子显微镜、 红外光谱仪、 拉曼光谱仪对该玉石的宝石学及谱学特征进行研究。 结果表明: 该玉石“地”的主要组成矿物为有序度较高的地开石、 橙红色矿物为雄黄; 地开石晶体为自形假六边形片状, 约15～20 μm, 厚2～4 μm, 粒径均一且形态一致, 集合体在三维空间无序排列; 部分样品“地”中含有少量黄铁矿、 萤石、 石英、 方解石等矿物。 “地”的红外光谱指纹区具有高岭石族矿物的主要特征峰, 分别位于430, 470, 540, 698, 755, 795, 913, 937, 1 002, 1 034和1 118 cm-1; 官能团区以3 622, 3 653和3 706 cm-1处的吸收峰为特征, 3 622 cm-1吸收峰由内羟基OH1的面内伸缩振动引起, 3 653 cm-1归属于内表面羟基OH2和OH4的同相伸缩振动; 从高频峰到低频峰强度依次增大, 且内表面羟基OH3伸缩振动引起的吸收峰位于3 706 cm-1, 表明“地”为有序地开石; 拉曼光谱测试表明“血”为雄黄, 具有186, 222, 235, 273, 346和355 cm-1的特征拉曼位移, 其中186和222 cm-1归属于S—As—S的弯曲振动, 346和355 cm-1由As—S的伸缩振动引起; 拉曼光谱同样可用于“地”的矿物组成研究, 低频区具有133, 241, 266, 336, 436, 463, 747, 792和914 cm-1的高岭石族矿物的特征位移, 高频区可见三个与红外光谱相似的阶梯状谱峰, 3 624 cm-1强度最大, 归属于OH1的伸缩振动, 次强峰3 646 cm-1由OH2和OH4的同相伸缩振动引起, 归属于OH3的伸缩振动峰强度最小且位于3 706 cm-1, 高频区拉曼位移特点指示“地”为地开石, 且有序度较高, 与红外光谱测试结论一致。 尽管研究样品的“地”与“冻地”鸡血石的主要组成矿物相同, 为地开石, 且具有外观细腻、 温润等特点, 但其“血”并非辰砂而是雄黄, 所以不应与鸡血石混淆, 其正确的珠宝玉石名称应为“粘土矿物质玉”。

尽管纯矿物的反射光谱特征分析与数据库建设工作已经开展, 但土壤中各原生矿物、 粘土矿物的测试主要是定性的, 即能测定土壤中含有何种矿物, 但难以测定准确的矿物组分含量。 土壤矿物是土壤学与地质学的交叉点, 易被忽视, 特别是已有研究忽略了土壤矿物对土壤反射光谱曲线的影响。 探讨了土壤矿物在可见光-近红外光谱部分(400~2 500 nm)对土壤反射光谱特征的影响, 明确影响土壤反射光谱特征的主要机理。 土壤样本于2014年采集于松嫩平原黑龙江部分, 包括4个土类和7个土属, 共54个土壤样本。 土壤样本通过研磨、 过筛后, 在室内暗室中测得反射光谱数据, 土壤矿物的反射光谱数据在2017美国地质调查局(USGS)最新矿物光谱库Spectral Library Version 7中获得, 对反射光谱数据进行九点平滑、 10 nm重采样和去包络线处理。 土壤矿物含量测试采用荷兰Philip X’ Pert Pro 型X射线衍射仪分析样品的矿物组成, 测试了土壤中石英、 长石、 方解石和闪石等原生矿物和蒙脱石、 伊利石和高岭石等粘土矿物的含量。 首先分析7个土属的反射光谱特征, 明确每个土属反射光谱曲线的形状特征和吸收位置, 其次分析土属的矿物含量情况, 找出不同土属各矿物含量的共性和差异; 再次分析不同粘土矿物和原生矿物的反射光谱特征, 确定不同土壤矿物反射光谱曲线的形状特征和特征吸收的位置; 最后将不同土属的反射光谱特征、 不同土属的矿物含量情况和土壤矿物的反射光谱特征结合, 得到如下结论: (1)土壤矿物决定了土壤反射光谱的骨架特征, 土壤矿物对土属的反射光谱影响最明显, 由于土类存在多种反射光谱特征, 土壤矿物对土类的影响不明显。 (2)粘土矿物对土壤反射光谱特征的影响大于原生矿物, 主要受蒙脱石和伊利石等粘土矿物的影响, 但砂性土受部分原生矿物的影响, 主要是长石类矿物和高岭石的影响。 (3)蒙脱石和伊利石分别决定土壤反射光谱的第一个吸收谷和第二个吸收谷特征, 高岭石决定1 400和1 900 nm前的两个小吸收谷特征, 钾长石和钠长石决定了砂性土的前两个吸收谷特征。 (4)蒙脱石含量足够高时, 会完全掩盖高岭石和长石类的反射光谱特征, 部分掩盖伊利石的反射光谱特征; 随着蒙脱石含量降低, 伊利石的反射光谱特征逐渐体现; 蒙脱石和伊利石的含量降到很低时, 高岭石和长石类矿物的反射光谱特征逐渐体现出来。 研究结果揭示了不同土属反射光谱特征差异的原因, 可以为土壤反射光谱分类、 土壤精细制图和基于高光谱图像的矿物分布研究等提供理论依据。

为了分析云南楚雄新发现粘土矿中主要矿物组成, 确定其主要矿物是否是凹凸棒石粘土, 对其五种样品进行了红外光谱与X射线荧光光谱的测试与研究。 结果发现, 3 437 cm-1处的吸收带是凹凸棒石粘土中的结晶水的羟基振动引起的, 3 621和3 651 cm-1处的吸收带是与凹凸棒石粘土孔道边缘的Mg, Al八面体相连的结构水的羟基的对称和不对称伸缩振动产生的; 3 699 cm-1处的吸收峰是与结构内部的四面体结构和八面体之间的Mg, Al相连羟基的伸缩振动; 1 633 cm-1处的吸收峰是结构水与吸收水羟基弯曲振动的吸收峰; 1 010 cm-1处的吸收带是共价键Si—O—Al的Si—O键的特征峰, 913 cm-1处的吸收带是二八面体的羟基(Al2OH)的变形振动的特征吸收峰。 表明: 粘土矿的五种样品均含有较高凹凸棒石粘土成分; 三种黑色样品的中红外光谱与谱库中凹凸棒石粘土谱图比对的相似度在93%以上, 三种黑色样品含凹凸棒石粘土成分很高, 五种粘土矿样品的主要矿物均是分子式为Al5Si8O20(OH2)4·4H2O的凹凸棒石粘土粘土矿样品的凹凸棒粘土的。

利用X射线衍射、 X射线荧光光谱及红外吸收光谱对墨脱县北侧和格林村两处洪积扇滑坡面内采集的滑带土样品测试, 分析了的主要矿物、 黏土矿物的组成和含量及其化学成分。 结果表明, 滑带土中主要矿物组成受洪积扇组分控制, 其黏土矿物含量分别占9%和10%, 墨脱县附近滑动面中滑带土样品的黏土矿物含大量的伊利石, 反应出该滑坡事件在很短的时间内完成, 滑坡体滑动速率非常高; 两处滑带土样品的红外吸收光试均未发现CO2-3, HCO1-3或C—H等振动相应产生的吸收峰, 表明洪积扇滑动之后, 滑坡面处于封闭系统, 没有力学性质较差的碳酸盐等外来矿物或含腐蚀质的次生黏土沿滑动面充填进去, 其结果增加了滑坡体的稳定性; 样品中含有一定量的埃洛石, 反应了区域洪积扇发育在非常潮湿温暖的环境中, 同时封闭体系内滑带土所含的Na2O和CaO等化学组分不能通过淋滤作用排出, 滑坡面内发生强烈的水-岩相互作用, 促使其内部的黏土矿物发生伊利石-伊利石/蒙脱石混层-蒙脱石趋势的转化, 导致格林村附近滑坡面内的滑带土中含大量后期分解形成的伊利石/蒙脱石混层。 该类黏土矿物组合很大程度上降低了滑带的摩擦强度值, 从而提高了再次发生滑坡的危险性。

利用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外吸收光谱(FTIR)深入研究了青海羊曲剖面砂岩中膨胀性粘土矿物的具体种属和光谱学特征。 XRD结果表明, 砂岩中粘土矿物以膨胀性粘土矿物为主, 含量在97 %以上。 样品006面网在1.534  和1.498 均存在明显的衍射峰, 表明可能同时含有二八面体和三八面体结构膨胀性粘土矿物。 进一步的Li+-300 ℃加热后甘油饱和实验结果显示, 大部分样品膨胀性粘土矿物001衍射峰塌陷至9.3～9.9, 少数样品膨胀至 ～18 , 表明膨胀性粘土矿物以蒙皂石为主, 部分样品含少量皂石。 蒙皂石由于部分Li+进入八面体层间, 平衡了由于Mg替代Al造成的电价不平衡, 从而使得蒙皂石不膨胀。 FTIR结果表明, 膨胀性粘土矿物同时含有吸附水和结构水, 与X射线衍射结果一致。 样品在913和842 cm-1出现吸收峰, 表明膨胀性粘土矿物八面体层间以Al—Al和Al—Mg为主; 部分样品含有Al—Fe(吸收谱峰880 cm-1), 指示其为二八面体结构。 膨胀性粘土矿物中同时含有Si—O以及Al—O—Si振动峰, 表明四面体只有部分Al取代Si。 XRD和FTIR均指示研究样品与贝得石和绿脱石有不一样的光谱学特征, 而与蒙皂石极为吻合。 本研究能有效对膨胀性粘土矿物具体种属进行厘定, 对粘土矿物学揭示沉积物物源和气候环境信息具有重要的作用。

在内蒙古东升庙矿区西部采取白垩系红层岩心及地表风化土壤样, 用近红外光谱分析技术对各个样品进行测试分析。 结果表明, 近红外光谱技术能通过矿物中各基团的特征吸收峰快速鉴别出矿物, 东升庙矿区西部白垩系红层为泥质胶结主要由石英、 长石、 蒙脱石、 伊利石、 绿泥石、 白云母等组成, 其矿物组成主要受到上游物源区影响; 其崩解主要为蒙脱石等粘土矿物吸水膨胀, 失水收缩不均匀, 使原有裂隙扩大并产生新的裂隙, 导致强度降低, 发生崩解; 根据其粘土矿物的组合推测其风化过程中气候以寒冷干燥为主, 风化过程主要为物理风化。 研究结果一方面可以完善该矿区地质特征, 另一方面表明在矿物光谱学的基础上, 近红外光谱分析技术可以有效地分析土壤和岩石的矿物成分, 从而论证了近红外光谱分析技术应用于土壤、 岩石矿物的的快速分析可行性, 表明了其在地质研究中的可行性, 为以后的土壤、 岩石研究提供新思路。

青藏高原具有独特的地质地理区位优势, 并且是我国最大的盐湖分布区, 在其晚第四纪湖相沉积中保存着丰富多彩的古环境信息, 可为研究青藏高原对全球变化的响应提供崭新而翔实的科学依据。 扎布耶盐湖位于青藏高原腹地北部, 对于高精度研究青藏高原更新世晚期以来古气候、 古环境变化具有重要意义。 选择扎布耶盐湖SZK01孔岩芯粘土矿物为主要研究对象, 通过X射线粉晶衍射对其进行定性、 定量分析。 结果显示粘土矿物种类主要是伊利石(I)、 伊利石/蒙皂石混层矿物(I/S)以及少量高岭石(K)和绿泥石(C)。 按照粘土矿物种类和含量变化, 并综合沉积物矿物组合特征以及δ18O同位素结果, 重建扎布耶盐湖115 ka(千年)以来的古气候演化。 将结果与扎布耶SZK02孔、 格陵兰冰芯、 古里雅冰芯δ18O同位素结果对比, 将扎布耶盐湖115 ka以来划分为5个阶段: 末次间冰期(115～75.5 ka)、 末次冰期早阶(75.5～60 ka)、 末次冰期间冰阶(60～30.1 ka)、 末次盛冰期(30.1～16.7 ka)、 冰消期和全新世(16.7 ka以来), 识别出H6-H16个Heinrich事件和71 ka左右的暖事件, 说明青藏高原在该时期气候变化具有全球性。 特别的是在52～53 ka左右, 高岭石含量较低, δ18O值急剧偏负, SZK02孔δ18O也相应偏负, 古里雅冰芯δ18O也偏负, 说明青藏高原该时段存在冷事件, 命名为H5-1。 通过该研究综合说明青藏高原在末次冰期早冰阶以来气候变化具有全球性, 但也有一定的地域性。

以吉林省典型盐碱土为研究对象, 对比分析水田与旱田利用方式下土壤粘粒矿物的组成特征, 并利用X射线衍射(XRD)光谱研究两种利用方式下粘粒矿物的演化规律。结果表明, 水田利用方式下, 盐碱土各项理化性质均优于旱田利用, 且水田利用较旱田利用更能促进盐碱土颗粒风化, 提高粉粒颗粒含量。水田利用下土壤有强烈的脱钾过程, 粘粒矿物的水化程度较高, 伊利石结晶度降低。XRD光谱分析表明, 两种利用方式下粘粒矿物组成相似, 但衍射峰的强度及峰位存在差异。旱田利用的盐碱土粘粒矿物演变过程主要为S/I混层矿物→蛭石, 水田方式下演变过程则主要为黑云母→伊利石和S/I混层矿物→蛭石→高岭石; 长期水田利用后的盐碱土会出现一类羟基化的“绿泥石化”矿物。研究结果表明水田利用更有助于改善土壤结构, 培育高肥力土壤, 对盐碱土的改良效果较好。利用XRD光谱分析方法, 较为全面的测定了粘粒矿物的各项特性, 并针对两种利用方式进行对比分析, 是土壤矿物研究的新视角。

在四川省平武县平通镇的512地震地表破裂带中采集黄色土壤样品, 采用现代近红外光谱分析技术进行分析测试。通过对土壤中的矿物微粒特征吸收峰的快速鉴别, 表明土壤样品主要由方解石、 白云石、 白云母、 绢云母、 伊利石、 蒙脱石、 滑石、 透闪石、 阳起石、 绿泥石等矿物组成, 其矿物成分与四川地区分布的黄壤成分基本一致。分析对比发现, 土壤中的部分矿物与破裂带下部岩体的矿物组成特征相符合, 说明该破裂带中的部分土壤矿物的演化与该地区岩石的矿物组成密切相关; 地表破裂带土壤中的粘土矿物组成与北方的马兰黄土相似, 推测这两种土壤中的粘土矿物可能具有相似的成因。研究结果说明近红外土壤矿物的分析技术可以有效分析土壤中的矿物微粒、 指示成土环境, 从而论证了将近红外光谱分析技术应用于土壤矿物的快速分析、 地质研究的可行性。同时研究结果可以成为该地区土壤矿物分析的基础, 为以后的土壤矿物以及地震破裂带的研究提供新的思路和方法。