X射線衍射法在天然氣水合物研究中的應(yīng)用

劉昌嶺，孟慶國(guó)

(國(guó)土資源部天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島266071)

天然氣水合物廣泛地存在于海底300 m水深以下及陸地凍土區(qū)，據(jù)估計(jì)其儲(chǔ)量為全球化石燃料的2倍［1］，具有重要的戰(zhàn)略意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。天然氣水合物的性質(zhì)與其賦存環(huán)境和形成條件有關(guān)，沉積物的組成及其孔隙的大小對(duì)水合物的生成與累積起著十分關(guān)鍵的作用，而環(huán)境溫度、壓力及流體組分的變化則可導(dǎo)致水合物組成的異質(zhì)現(xiàn)象以及水合物結(jié)構(gòu)的變化［2］。隨著人們對(duì)天然氣水合物研究的不斷深入，各種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)分析技術(shù)(如核磁共振、拉曼光譜及X射線衍射等)相繼被應(yīng)用于這一領(lǐng)域［3-6］。天然氣水合物是一種非化學(xué)計(jì)量的籠型水合物，它包含不同的籠型結(jié)構(gòu)，可以容納不同的客體分子，這些分子分布在大小不同的孔穴中。天然氣水合物的微觀結(jié)構(gòu)及其晶胞參數(shù)等問題是天然氣水合物研究的基礎(chǔ)科學(xué)問題。因此，研究籠型結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，對(duì)天然氣水合物形成機(jī)理、微觀動(dòng)力學(xué)等方面的研究具有重要意義。

X射線衍射(XRD)是20世紀(jì)發(fā)展并逐步完善的新技術(shù)，主要包括粉末多晶衍射技術(shù)和單晶衍射技術(shù)，可進(jìn)行物相分析(單一物相或混合物相的鑒定或驗(yàn)證)和晶體結(jié)構(gòu)分析(空間群、晶胞參數(shù)等)。晶體產(chǎn)生X衍射現(xiàn)象是由于晶體具有周期結(jié)構(gòu)，使入射到晶體上的電磁輻射的方向和強(qiáng)度發(fā)生了改變。衍射的方向和強(qiáng)度取決于晶體的對(duì)稱、空間點(diǎn)陣的類型、晶胞參數(shù)和晶胞中所有原子的分布?！?br>