X射线多晶体衍射的一些应用(2)

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1、X射线多晶体衍射的一些应用(2)该题目下的文章录自《近代X射线多晶体衍射—实验技术与数据分析》（马礼敦，化学工业出版社，2004）第11章。内容很多，这是第2部分。二、地球和采矿工业人类生活在地球上，大量利地球埋藏和各种资源；各种地质现象，如地震也严重影响着人们的生活。因而，对地球的认识和利用的研究，是人类永远的研究对象。（一）从X射线衍射研究煤的变形变质来推测造山中岩类的变形变质在某些岩层中保存着有机质（煤），故煤在深化进程中成分和结构的变化记录了地质环境条件（温度、压力等）变化的丰富信息，可成为岩类变形变质过程研究的一种手段。煤虽然不是晶体，但构成的煤核是有一定结构的，煤核的结构可用

2、图11-11示意。对于高煤级煤，非曲直一个煤核由5~6层原子面叠成，面网的结构与石墨一样，由7~8个6无碳构成。主要由3个参娄代表这种煤核的结构：d002O为两个相邻碳面网之间的距离，La为煤核内碳面网的直径，Lc为煤核在碳面网法线方向的堆砌厚度。对由这样尺寸的煤核椹的试样可以得到比较宽的X射线衍射峰。图11-12中为曹代勇等所取丰类不同煤试样的X射线衍射图。从衍射图分析得到的煤核的基本结构参数及由透射电镜得到的关于基本结构单元（BSU）的形态和选区衍射的情况均列入表11-2中。图11-12三类不同煤试样的X射线衍射图(a)M型；(b)P型；(c)B型表11-2煤核的基本结构参数组号X衍

3、射分析TEM分析变形机制控制因素类型（022）峰Lc/nmLa/LcBSU单元衍射环M高、尖锐5.1461.24拟揉皱状石墨结构与排列紧密条纹状斑团衍射环细而窄，可见衍射斑韧性流变为主异常热背景下的定向压力构造热变质P宽缓、对称1.4942.98条纹状斑团，直径大排列松散d11环清晰脆性变形、韧性变形异常热辅以定向压力岩浆热变质B宽缓、不对称1.3552.15分散孤立关直径小d12环模糊脆性变形为主区域热区域变质在煤化作用进程中，随着温度、压力的升高，煤大分子结构参数La、Lc增加、d002减少，但是不同变质因素所呈现的变化趋势不同。通常认为，在高温条件（如岩浆热变质作用）下，煤大分

4、子结构具有相对大的Ls和相对小的Lc，称岩浆热变质型；在构造应力显著参与的条件下为构造热变质类型，Lc的增长比La显著，并以d002最小为特征；正常区域变质类型的煤则介于两者之间。从图11-12可以看到，M组煤的X衍射谱上（002）衍射峰较低缓，对称性较差[图11-12（c）]，La和Lc最小，d002较大。P组煤的（002）衍射峰较宽缓、衍射峰对称尚可[图11-12（b）]，La和Lc以及d002分别介于M组与B组煤样之间。这3组X射线衍射分析结果正好与上述三种类型相合，见表11-2。位于剪切带的M组煤样明显地反映了剪切应力的影响。这些数据有助于对所在地带的造山作用的时（前进变质初期和

5、退变质后期）、空（造山带外侧和前陆）特征的全面认识。类似的，陈柏林等用X射线多晶体衍射进行过甘肃北山地区变形岩石的岩组分析。主要做了不同地区有代表性的21块试样中所含石英的（1120）的极图。图11-13中为部分试样的X射线极图。从极密度的分布及与运动学坐标间的关系推断了石英及地区岩石的变形机制，做了岩石结构的分析。（二）高温高压下橄榄石和尖晶石间的相转变——可能引发深部地震的原因橄榄石（MgFe）2SiO4是上地幔中最丰富的矿石，如在更深的地层中，其高压多型体wadsleyite和rigwoodite（均取尖晶石结构）是稳定的，故橄榄石——尖晶石的相转变机理对了解地块的运动是重要的。T

6、EM研究提出过两种机理：1）堆垛层错和阳离子重排机理。这是基于橄榄石的（100）面是平行于尖晶石的（111）面的现象；2）扩散控制的成核和晶体生长。认为不存在橄榄石（100）和尖晶石（111）面平等的现象。Chen利用NSLS同步辐射的X17B1光束线上的原位衍射装置在高温高压下研究了橄榄石的一种Fe2SiO4（fayalite）到尖晶石的相转变。使用一个大的高压装置，可移动的影像板（IP）作支态记录。将样品加压到尖晶石稳定的压力范围内（6.9GPa），温度以0.03K/s的速度上升，移动IP，记录整个升温过程式的相变情况。发现在638K开始相变，25min后，在638K时相变完成。取了

7、其中有代表性的两相共存的衍射谱用Rieveld精修进行分析。图11-14为一个谱的拟合情况，此谱上一共有两个相的衍射线420条。尖晶石属Fd3m空间群，Z=8，Fe2+位于（1/2，1/2，1/2），Si位于（1/8，1/8，1/8），O位于（U，U，U），U≈0.24。在精修初期，所有原子的位置占有率都允许变动。到最后，O的占有率固定为1。尖晶石中三种原子的位置占有率随温度的变化示于图11-15。从图可见，氧的占有率从一开始就是1