碳是重要的生命元素之一,其独特的化学性质使其能够与不同元素结合,以固体、液体、气体等形式广泛地存在于地球的各个圈层中。碳酸盐类是含量最丰富的含碳相,也是常见的造岩矿物,在地球的地质演化过程中扮演着重要角色。光谱学被广泛的应用于研究碳酸盐在高温高压情况下的结构相变、热力学性质等。如利用振动光谱计算矿物高温高压下的热力学状态及同位素平衡分馏系数。本文以拉曼光谱和红外光谱作为主要研究手段,对方解石族和文石族碳酸盐进行了系统的高温光谱学研究。实验结果显示,方解石、白云石、菱镁矿的平均热膨胀系数（αV）:方解石<白云石<菱镁矿,晶胞中c轴的热膨胀性要显著高于a轴。三种碳酸盐内部振动的等压和等温Grüneisen参数(γiP和γiT)在0～0.5之间,非谐参数绝对值小于1.3×10-5K-1。高温下方解石的内能、熵、热容要大于白云石,而白云石大于菱镁矿,受非谐效应影响的大小顺序为:方解石>白云石>菱镁矿。文石的高温振动光谱显示,在773 K时文石会变为方解石结构。碳酸钡在温度升高至1150 K时会发生斜方到三方的相变。四种文石族碳酸盐（CaCO3、SrCO3、PbCO3、BaCO3）外部振动模式的等压和等温Grüneisen参数(giP和giT,0.9～3.5)显著高于内部振动模式（<0.4）。非谐效应对PbCO3的影响比其他三种文石族碳酸盐大,计算出的声学德拜温度较明显较低。PbCO3的内部振动模式频率相对其他三种文石族碳酸盐明显偏低,而四种文石族碳酸盐内部振动频率与相对应的阳离子相对质量具有良好的线性关系,PbCO3的振动频率偏低与Pb的原子质量较大有关。观察文石结构的SrxCa1-xCO3固溶体,其晶胞参数随着Sr含量的增加逐渐增大。晶胞参数随成分的变化的速度b轴大于c轴,大于a轴。SrxCa1-xCO3固溶体中随着Sr含量的增加,其拉曼振动频率和红外振动频率会不断下降。文石族碳酸盐中阳离子质量增加,其同位素平衡分馏13C/12C-β因子会减小。文石族碳酸盐,CO2和石墨三种含碳相,在常温下13C倾向于富集在碳酸盐中,但在温度高于400 K时,13C在三种含碳相之间的富集优先程度为CO2>文石族碳酸盐>石墨。13C的方解石的熔点和文石的相变温度与12C的方解石和文石相比没有变化,在误差范围内,也没有观察到13C同位素取代后对碳酸盐等压Grüneisen参数和非谐参数的影响。使用实验测试的含12C和13C对方解石和文石进行C同位素平衡分馏的计算,得到的结果与前人计算结果相符合,高温下非谐效应对同位素分馏的影响并不大。本文的工作讨论了方解石族和文石族碳酸盐阳离子对碳酸盐矿物的晶胞参数、振动光谱、热力学性质及碳同位素分馏的影响,并计算了碳酸盐与不同含碳相之间的碳同位素分馏,为约束温度和压力对碳同位素分馏的影响提供了可靠的实验参数。