本文關(guān)鍵詞：水合物賦存域孔隙水地化參數(shù)拉曼定量分析可行性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：地球化學(xué)調(diào)查是確定海底天然氣水合物存在與否、成分與結(jié)構(gòu)、賦存狀態(tài)和具體環(huán)境等信息的最有效手段,水合物賦存域沉積物孔隙水分析是其重要組成部分。傳統(tǒng)沉積物孔隙水研究方法保真度低,調(diào)查結(jié)果存在巨大的探測(cè)誤差和復(fù)雜的不確定性。拉曼光譜技術(shù)作為一種非侵入、非破壞、無試劑消耗的測(cè)試技術(shù),可在極端環(huán)境下進(jìn)行固體、液體、氣體分子原位識(shí)別,并逐步向定量和定性分析同步進(jìn)行發(fā)展。深海原位激光拉曼光譜技術(shù)雖尚處于探索和起步階段,卻為天然氣水合物及其賦存域海洋沉積物孔隙水的研究提供了全新的思路和技術(shù)參考,使得獲取高保真、高精度的孔隙水地化信息成為可能�；诖�,本文對(duì)水合物賦存域沉積物孔隙水地化參數(shù)的激光拉曼光譜定量分析展開可行性實(shí)驗(yàn)研究。通過定量研究發(fā)現(xiàn),液態(tài)水O-H伸縮振動(dòng)譜帶是多種振動(dòng)模式的集成光譜,其形態(tài)和強(qiáng)度易受溫度、鹽分影響而變化,其低波數(shù)頻帶變化是由液態(tài)水氫鍵的締合與破壞所致。溫度對(duì)氫鍵的影響規(guī)律為:低溫有助于氫鍵的締合,而溫度升高則會(huì)削弱氫鍵的作用并破壞水的結(jié)構(gòu)。采用頻移參數(shù)描述液態(tài)水伸縮振動(dòng)拉曼峰的形變強(qiáng)度,討論了頻移參數(shù)與鹽度之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明,鹽度越大,頻移參數(shù)越大,伸縮振動(dòng)峰形變?cè)酱蟆：Ｋ谐Ｒ婋x子對(duì)液態(tài)水OH伸縮振動(dòng)譜帶影響能力排序如下:SO42-CO32-;I-Br-Cl-HCO3-F-;Sr2+Ca2+Mg2+;K+Na+。而液態(tài)水彎曲振動(dòng)頻帶對(duì)溫度、壓強(qiáng)和鹽分條件的變化均不敏感,故本研究選擇液態(tài)水在1635cm-1附近的OH彎曲振動(dòng)譜帶(1300-2000cm-1)作為定量分析的內(nèi)標(biāo)峰�；趦�(nèi)標(biāo)定法的SO42-拉曼光譜定量分析的可行性實(shí)驗(yàn)研究顯示,該技術(shù)可用于SO42-的定量探測(cè)并具有良好的精度。對(duì)采集自臺(tái)灣西南冷泉活動(dòng)區(qū)的孔隙水進(jìn)行SO42-濃度激光拉曼定量分析與離子色譜分析,發(fā)現(xiàn)兩種方法得到的結(jié)果存在一定程度的誤差。結(jié)合前人研究認(rèn)為誤差是由拉曼光譜中強(qiáng)烈的熒光背景影響所致,且熒光背景隨孔隙水采集、暴露的時(shí)間增加而增強(qiáng)。使用“深海沉積物中水合物地球化學(xué)參數(shù)原位探測(cè)模擬系統(tǒng)”對(duì)CH4溶液的原位激光拉曼定量分析同樣具有良好的精度,因此將激光拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于深海沉積物孔隙水甲烷濃度原位分析是可行的。使用該系統(tǒng)并以高純度石英砂模擬沉積物,對(duì)CH4在沉積物中溶解運(yùn)移速率進(jìn)行了半定量分析,為使用該系統(tǒng)開展進(jìn)一步天然氣水合物研究奠定了基礎(chǔ)。探索了一種樣品堿化輔助的孔隙水溶解無機(jī)碳拉曼定量分析方法,以溶解無機(jī)碳中拉曼活性最低、占比例最大的HCO3-為研究對(duì)象進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)研究與分析。通過堿化處理將HCO3-轉(zhuǎn)化為拉曼散射活性更強(qiáng)的CO32-,有效降低了拉曼光譜系統(tǒng)對(duì)HCO3-的檢出限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該方法對(duì)與孔隙水相當(dāng)?shù)牡蜐舛菻CO3-溶液的定量分析具有良好的精度(相對(duì)誤差6.5%)�？紫端蚧镌诶庾V曲線上表現(xiàn)為位于2550~2620cm-1的明顯拉曼重疊峰,包括H2S的H-S伸縮峰(2592cm-1)和HS-的H-S伸縮峰(2572cm-1)。對(duì)基于內(nèi)標(biāo)定法的H2S與HS-拉曼光譜定量分析進(jìn)行了可行性研究,證實(shí)該技術(shù)可行且精度良好。H2S與HS-作為一組共軛酸堿對(duì),其濃度比和p H值呈函數(shù)關(guān)系。通過配制不同p H值的含硫化物溶液并進(jìn)行拉曼光譜分析發(fā)現(xiàn),這一關(guān)系在拉曼光譜上表現(xiàn)為特征拉曼重疊峰形態(tài)和H2S、HS-分峰強(qiáng)度的規(guī)律性變化,即硫化物拉曼光譜參數(shù)與溶液p H值之間存在一定的耦合關(guān)系�；谧V峰分解和相關(guān)分析,提出了基于激光拉曼光譜技術(shù)的含硫化物孔隙水p H原位測(cè)定方法,可測(cè)定硫化物拉曼重疊峰可分辨情況下的孔隙水p H,在本研究中為6.11~8.32,涵蓋了已知的絕大多數(shù)孔隙水p H值范圍。
【關(guān)鍵詞】：水合物 孔隙水 地化參數(shù) 拉曼光譜 定量分析
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P744.4
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 選題背景與意義13-21
• 1.1.1 海底天然氣水合物14-17
• 1.1.2 海底天然氣水合物勘探研究技術(shù)17-19
• 1.1.3 沉積物孔隙水及其研究意義19-21
• 1.2 研究現(xiàn)狀21-24
• 1.2.1 傳統(tǒng)研究方法及其缺陷21-23
• 1.2.2 海洋原位探測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀23-24
• 1.3 論文研究對(duì)象與內(nèi)容24-25
• 1.4 課題支持25-26
• 第二章 拉曼光譜技術(shù)原理及其涉海應(yīng)用26-35
• 2.1 激光拉曼光譜定量分析技術(shù)原理26-33
• 2.1.1 拉曼散射的經(jīng)典電磁理論26-28
• 2.1.2 拉曼散射的量子力學(xué)模型28-29
• 2.1.3 拉曼散射的特性與優(yōu)越性29-31
• 2.1.3.1 拉曼散射的特性29-30
• 2.1.3.2 拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性30-31
• 2.1.4 拉曼光譜儀與激光拉曼光譜技術(shù)31-33
• 2.2 激光拉曼技術(shù)在海洋原位分析中的應(yīng)用進(jìn)展33-35
• 第三章 拉曼定量分析與內(nèi)標(biāo)定物的選取35-57
• 3.1 拉曼光譜定量分析基本原理35-36
• 3.2 參照峰的選取36-56
• 3.2.1 溫度對(duì)液態(tài)水OH伸縮振動(dòng)的影響40-42
• 3.2.2 溶質(zhì)對(duì)液態(tài)水OH伸縮振動(dòng)拉曼光譜的影響42-54
• 3.2.2.1 頻移參數(shù)定義及其計(jì)算方法43-44
• 3.2.2.2 各鹽類的頻移參數(shù)44-45
• 3.2.2.3 陽離子對(duì)液態(tài)水伸縮振動(dòng)的影響45-51
• 3.2.2.4 陰離子對(duì)液態(tài)水伸縮振動(dòng)拉曼光譜的影響51
• 3.2.2.5 鹵族元素離子對(duì)液態(tài)水羥基伸縮振動(dòng)拉曼光譜的影響51-53
• 3.2.2.6 多原子、負(fù)一價(jià)離子對(duì)液態(tài)水羥基伸縮振動(dòng)拉曼光譜的影響53-54
• 3.2.2.7 多原子、負(fù)二價(jià)離子對(duì)液態(tài)水羥基伸縮振動(dòng)拉曼光譜的影響54
• 3.2.3 壓強(qiáng)對(duì)液態(tài)水伸縮振動(dòng)的影響54-56
• 3.3 小結(jié)56-57
• 第四章 硫酸根的原位拉曼定量分析可行性研究57-66
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分58-59
• 4.1.1 材料與試劑58
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)流程58-59
• 4.2 測(cè)試結(jié)果分析59-61
• 4.3 拉曼定量分析精度對(duì)比探討61-65
• 4.3.1 地質(zhì)背景與樣品采集方法61-63
• 4.3.2 結(jié)果與分析63-65
• 4.3.2.1 SO_4~(2-)濃度離子色譜分析63
• 4.3.2.2 SO_4~(2-)拉曼光譜分析63-64
• 4.3.2.3 測(cè)試精度分析64-65
• 4.4 小結(jié)65-66
• 第五章 甲烷在沉積物中的溶解、運(yùn)移速率模擬研究66-80
• 5.1 深海沉積物中水合物地球化學(xué)參數(shù)原位探測(cè)模擬系統(tǒng)66-70
• 5.1.1 系統(tǒng)組成66-69
• 5.1.2 具體實(shí)施方式69-70
• 5.2 甲烷濃度激光拉曼定量分析70-72
• 5.3 甲烷在沉積物中的溶解、運(yùn)移速率研究72-79
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)流程73-74
• 5.3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料73
• 5.3.1.2 實(shí)驗(yàn)流程73-74
• 5.3.2 拉曼光譜數(shù)據(jù)分析74-78
• 5.3.3 反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)數(shù)據(jù)分析78-79
• 5.4 小結(jié)79-80
• 第六章 孔隙水溶解無機(jī)碳的拉曼定量分析可行性實(shí)驗(yàn)研究80-87
• 6.1 實(shí)驗(yàn)部分81-82
• 6.1.1 試劑81
• 6.1.2 測(cè)試原理81-82
• 6.2 測(cè)試方法82-83
• 6.3 結(jié)果分析83-86
• 6.3.1 低濃度碳酸氫鈉溶液的拉曼光譜83
• 6.3.2 堿化處理后的低濃度碳酸氫鈉溶液的拉曼光譜83-84
• 6.3.3 CO_3~(2-)濃度的拉曼定量分析及對(duì)HCO_3~-濃度的反演84-86
• 6.4 小結(jié)86-87
• 第七章 孔隙水硫化物濃度及p H值的拉曼定量分析87-98
• 7.1 實(shí)驗(yàn)部分89-90
• 7.1.1 儀器89
• 7.1.2 樣品制備方法89-90
• 7.2 測(cè)試方法90-91
• 7.3 結(jié)果分析91-97
• 7.3.1 H_2S濃度的拉曼光譜定量分析91-92
• 7.3.2 HS~- 濃度的拉曼光譜定量分析92-94
• 7.3.3 含硫化物溶液p H值的拉曼光譜定量分析94-97
• 7.4 小結(jié)97-98
• 第八章 結(jié)論與存在問題98-101
• 8.1 結(jié)論98-100
• 8.2 存在問題100-101
• 參考文獻(xiàn)101-115
• 作者簡(jiǎn)歷115-116
• 學(xué)術(shù)論文與研究成果116
• 一、發(fā)表論文116
• 二、參與專利116

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 Kazama M,Uzuoka R,Sento N,Unno T;沙土在孔隙水注入實(shí)驗(yàn)中滲透剪切破壞(英文)[J];西北地震學(xué)報(bào);2005年03期

2 葉許春;張奇;宋學(xué)良;張子雄;;昆明盆地城市化的孔隙水水質(zhì)響應(yīng)[J];自然資源學(xué)報(bào);2009年04期

3 陳慶鋒;單保慶;馬君健;高新國(guó);丁世剛;劉偉;張婧;;暴雨型濕地孔隙水中鐵錳的時(shí)空變化特征[J];環(huán)境科學(xué);2011年05期

4 鄒建軍;石學(xué)法;劉季花;朱愛美;;長(zhǎng)江口及其鄰近海域孔隙水地球化學(xué)特征[J];地球化學(xué);2010年06期

5 翁愛華,李舟波,王雪秋,陸敬安,莫修文;油水雙相飽和孔隙模型核磁特性理論研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2003年04期

6 王秀艷,劉長(zhǎng)禮;對(duì)粘性土孔隙水滲流規(guī)律本質(zhì)的新認(rèn)識(shí)[J];地球?qū)W報(bào);2003年01期

7 馬鳳翔;油水雙相飽和球形孔隙模型核磁特性[J];中國(guó)礦業(yè);2004年05期

8 段康廉，趙陽升，胡耀青;孔隙水壓引起煤體固結(jié)變形的研究[J];煤炭學(xué)報(bào);1995年02期

9 賈宜;胡志強(qiáng);;潮汐對(duì)閩江河口鱔魚灘濕地潮水—孔隙水氮?jiǎng)討B(tài)的影響[J];科技信息;2012年04期

10 王秀明;;多相孔隙儲(chǔ)層聲學(xué)研究進(jìn)展[J];應(yīng)用聲學(xué);2009年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張奰梅;張善明;;振實(shí)砂樁地基中的孔隙水壓[A];中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第四屆土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文選集[C];1983年

2 劉長(zhǎng)禮;王秀艷;;低滲透性介質(zhì)孔隙水滲流規(guī)律[A];第七屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文集[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陳惠玲;我國(guó)深�？紫端徊蓸映晒N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 田陟賢;水合物賦存域孔隙水地化參數(shù)拉曼定量分析可行性研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 藺麗君;孔隙尺度滲流及其與變形耦合的細(xì)觀數(shù)值模擬研究[D];西南石油大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：水合物賦存域孔隙水地化參數(shù)拉曼定量分析可行性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：311978