花岗质岩浆作用及后期演化过程:来自矿物原位微区成分与同位素组成的制约

花岗岩作为大陆地壳的重要组成部分,其岩浆作用过程一直是地学领域研究的热点。传统上利用全岩地球化学和同位素数据来示踪花岗岩成因和演化过程的方法已不够准确,为此,本文系统总结了近年来报导的花岗岩中单矿物的原位微区成分——这些数据记录了全岩数据无法识别的单矿物颗粒内部和不同矿物颗粒之间元素和同位素组成的变异特征,明显提高了对花岗质岩浆作用及后期演化过程的认识。首先,矿物原位微区成分对花岗质岩浆的源区性质和混合过程具有指示意义。花岗岩中岩浆锆石Hf同位素组成的变异可能暗示其源区在深熔作用过程中发生了锆石的不平衡和选择性熔融,而未必是壳幔混合作用的结果,这是对“锆石效应”概念新的扩展;同一花岗岩样品中分选出的磷灰石颗粒可以具有完全不同的稀土元素配分模式、Eu异常、Sr含量和Sr-Nd同位素组成等,表明它们中的部分颗粒是岩浆形成和上升过程中从围岩捕获的,是小规模地壳混染作用的产物;榍石的微区成分分带记录了多种岩浆混合过程,也反映了熔体成分、氧逸度和温度等因素的变化;花岗岩与其中发育的包体、捕虏体和相关围岩的锆石Hf-O同位素和磷灰石Sr-Nd同位素组成可以记录上述岩石在形成过程中经历岩浆混合和同化混染等作用。其次,矿物原位微区成分可以反映花岗质岩浆的分离结晶过程。岩浆成因磷灰石不同的稀土元素配分模式可能指示它们受到了其他矿物分离结晶作用的影响,如帘石族、榍石、角闪石、斜长石等;花岗伟晶岩系统中岩浆成因独居石Sm/Nd值在不同岩带中的规律性变化揭示了岩浆分离结晶程度的差异;榍石的多种微区元素含量和它们之间的协变关系受控于花岗质岩浆的结晶分异过程和氧化还原状态;岩浆成因绿帘石族矿物的震荡环带表明在绿帘石结晶的晚期阶段花岗质岩浆中的Fe^(3+)含量降低,且结晶过程中褐帘石和绿帘石并不能形成完全连续的固溶体,因此晚期结晶的绿帘石环边与褐帘石核具有成分间断;根据角闪石的电子探针数据可以计算得到花岗质岩浆结晶时的温度、压力和f_(O2),并据此推断出岩浆起源的深度。此外,矿物原位微区成分可以记录花岗质岩石晚期经历的构造热事件和矿化作用过程。经历晚期变质/交代作用改造的花岗岩中的磷灰石具有低的轻稀土元素含量和变化很大的Nd同位素组成,导致花岗岩具有Nd-Hf位素体系解耦的特点;晚期变质/交代作用同样会改变磷灰石和榍石的δ^(18)O值,造成各副矿物之间δ^(18)O值相互解耦的现象;蚀变独居石的元素和U-Th-Pb同位素体系指示流体交代过程中多种置换反应的发生以及普通Pb混染和Pb丢失的过程;热液成因绿帘石族矿物的成分环带表明氧化环境下热液流体成分会不断演化,根据矿物-流体平衡模型,可以利用绿帘石成分计算出成矿作用发生的温度以及流体的pH值,研究表明绿帘石向流体中释放的大量Ca^(2+)有效促进了硫化物矿床的成矿作用进程。综上,单矿物原位微区成分分析技术的不断提高使我们对花岗质岩浆作用及后期演化过程的认识有了很大进步,在未来的研究中,如何取长补短,将这些数据进行良好地运用是本领域的重要方向。

独居石微粒微区成分分布的研究

采用电子探针 (EPMA)分析研究了花岗岩、伟晶岩和热液交代等三种不同成因的独居石微粒微区成分分布的特征。分析数据表明 ,花岗岩和花岗伟晶岩成因的独居石微粒中La和Ce的含量低 ,而Sm、Gd、Y、Th的含量明显较高。热液交代成因的独居石微粒中 ,La、Ce的含量高 ,而Gd、Th、Y的含量明显较低。根据微区剖面 (0 .18mm)元素分布曲线 ,指出了La、Ce、Nd、P、Th、Si、Ca和U等元素表现出 8～ 10个微环带成分不均匀分布的特点 ,并认为成矿溶液的地质环境、温压和微量元素含量变化是不均匀分布的主要原因。

Al-0.6Mg-0.6Si铝合金MIG焊接接头显微组织与微区成分研究

对轨道车辆用新型Al-0.6Mg-0.6Si铝合金进行了熔化极隋性气体保护(MIG)焊接,利用光学金相(OM)、能谱(EDAX)分析等测试手段,对焊接接头的显微组织与微区成分(质量分数)进行了分析.结果表明:采用MIG焊接方法能够获得成形良好的接头,焊缝中心结晶形成典型铸态组织,但易于偏聚形成显微夹杂,靠近熔合线的焊缝逐渐由焊缝边缘的柱状晶过渡到枝状晶.熔合线附近的焊缝边缘易于形成Si偏析带,Al-0.6Mg-0.6Si基体组织的质量比m(Mg)∶m(Si)≈1.04∶1,焊缝中心Mg元素受电弧高温烧损,Mg含量(质量分数)为3.08%.

银基钎料铸锭微区成分及组织的变化规律

钎料铸锭成分均匀性及组织形态是钎料成形的初始条件,对钎料塑性加工性能及加工后组织有重大的影响.通过OM,SEM和EDS等分析测试手段,研究了BAg30CuZnSn钎料铸锭的微区成分变化规律.结果表明,BAg30CuZnSn钎料铸锭中,沿径向由外向内方向,Ag元素含量逐渐降低,Cu,Zn元素含量逐渐升高.冒口处,由下到上,Ag元素含量逐渐降低,Cu,Zn元素含量逐渐升高.成分的变化导致铸锭组织发生变化,从铸锭外部到中心部位,晶粒尺寸逐渐粗大,呈现出由最初的随机分布转向成簇分布.铸锭中心位置出现Ag元素含量较高的枝晶,为银的富集相.

高温变泥质岩石中石榴石、黑云母微区成分的指示意义

在对胶北荆山群泥质麻粒岩中石榴石、黑云母的微区成分进行详细研究基础上，利用最新的内洽性热力学数据库和THERMOCALC程序计算了其中两种代表性岩石——夕线石榴堇青黑云片麻岩(V_(bi)／Vg＞1)和夕线石榴片麻岩(V_(bi)／Ug＜0．2)在KFMASH体系下的P-T视剖面图和相关石榴石、黑云母的成分(Fe／(Fe+Mg))变化等值线。根据岩石中峰期矿物组合所限定的温压范围，将图中所示峰期石榴石、黑云母成分信息与实际观测结果进行对比，确定对于石榴石普遍发育扩散环带的高温变泥质岩石，经降温过程改造后，其中大颗粒石榴石核部依然可以保留变质峰期平衡成分，对于其中黑云母含量较高的岩石(V_(bi)／Kg＞1)，其基质中处于长英质矿物之间的黑云母核部也基本可以保留变质峰期成分，但是对于黑云母含量很低的岩石(V_(bi)／Vg＜0．2)，由于受粒间流体作用影响，所有黑云母都无法保留峰期成分。

不同试剂对烟梗形貌特征和微区成分的影响

用扫描电镜对原烟梗、膨胀烟梗、醇烟梗、水烟梗等进行形貌特征检测和微区成分分析的结果发现,4种处理烟梗的表皮组织、厚角组织和导管的形态特征相差较大,其元素组成基本相似,都含有C、N、O、Na、Mg、S、Cl、K和Ca等,但含量存在一定的差异。其中C和O是大量元素,占元素总量的80%以上,N和Ca的含量次之,为1%-6%。醇烟梗和水烟梗各组织中的Cl和K,由于溶剂的极性较大,损失较大,有时甚至检测不出。

交流电致发光线微区成分的研究

采用电解和热解石墨炉原子吸收光谱分析相结合的方法，定量测定了ＺｎＳ：Ｃｕ单晶中交流电致发光线的微区成分。验证了交流电致发光线是位错线被Ｃｕ缀饰的结果；位错线的结构区域是Ｃｕ发光中心的接受体。

基于电子探针面扫描定量化的石英闪长岩微区成分分析

岩石的微区成分特征是精细化反演岩石演化的重要依据,而常规的电子探针面扫描分析方法无法提供面扫描区域的定量分析结果。本文使用矿物分布相对均匀的代表性岩石样品开展了岩石薄片的面扫描和矿物的定量分析。通过对常规测试的主量元素的面扫描进行图像校正,并利用ZAF校正后的点分析数据与面扫描图像的灰度值进行最小二乘法曲线拟合的方式,实现了X射线强度与质量浓度的转换。对比全岩X射线荧光光谱(XRF)测试数据,电子探针面扫描定量化方法的主量元素SiO_(2)、CaO、FeO、Al_(2)O_(3)、TiO_(2)的相对误差在10%以内,且相对标准偏差(RSD)不高于12%,具有良好的一致性;MgO和Na;O的相对误差与标准偏差略大,可通过多次测量加以改善;K_(2)O由于缺乏富钾硅酸盐矿物的定量分析数据,导致结果不精确。研究表明,在仪器测试条件良好的情况下使用电子探针定量数据校正面扫描图像,可对矿物分布较均匀的岩石开展微区成分分析,给出估计结果,并通过多个切面的多次测量等方式,减少来自矿物形态、粒径大小、分布的影响。

Zirlo合金和M5合金的微观组织和微区成分

利用高分辨透射电子显微镜和能谱仪对Zirlo合金和M5合金进行了微观组织和微区成分分析。结果表明:M5合金中圆球状的第二相弥散分布在晶界上和晶粒内,尺寸约为50 nm;第二相的主要成分为Zr元素和Nb元素,第二相为体心立方结构的β-Nb相;在Zirlo合金中弥散分布着两种尺寸不同的第二相粒子,一种为体心立方结构的β-Nb,尺寸为20~40 nm;另一种为密排六方结构的Fe_(2)Nb_(0.4)Zr_(0.6)相,尺寸约为100 nm。

FeCoCrNiAlMo_(x)激光熔覆层的组织及微区成分分析

高熵合金具有高的综合性能,常被用作零部件的表面改性熔覆材料。采用激光同步送粉熔覆方法,在2Cr13基体表面制备得到FeCoCrNiAlMo_(x)(x=0、0.75、1.0,物质的量)涂层,并计算得出涂层实际成分混合熵。利用OM、SEM对比分析了不同涂层的显微组织,利用扫描电镜的EDS分析涂层不同微区的成分,并探究Mo的作用。结果表明,Mo_(0)、Mo_(0.75)、Mo_(1.0)为高熵合金涂层,涂层中均出现明显分层,结合区到熔覆区组织依次为平面晶、柱状树枝晶、柱状晶。随钼元素添加,树枝晶变少,柱状晶增多,且组织更加细小。Mo元素在预结晶区的原子百分比大于后结晶区,Al元素反之,基体中Fe元素被稀释到熔覆层,熔覆层顶部富Cr贫Al的针状和颗粒状析出物初步判断均为α-Cr相。该研究为FeCoCrNiAlMo_(x)高熵合金涂层的组织、成分分析及应用提供了信息基础。

快速进展性牙周炎牙骨质表面形貌观察及微区成分分析

目的 观察快速进展性牙周炎患牙牙骨质的表面形貌并分析其微区成分 ,以明确快速进展性牙周炎患牙是否存在牙骨质异常。方法 用扫描电镜观察 1 0颗快速进展性牙周炎患牙、1 0颗慢性牙周炎患牙及 1 0颗牙周健康牙齿的牙骨质表面形貌 ,通过能谱分析测定牙骨质表面的微区成分 (Ca、P、Mg) ,着重对前两组患牙进行比较。结果 快速进展性牙周炎患牙牙骨质的表面形貌和慢性牙周炎患牙牙骨质的表面形貌基本相似 ,Ca(64 60 %± 2 2 9% ,63 54 %± 2 97% ,P >0 0 5)、P(32 54 %± 1 2 9% ,32 97%± 2 40 % ,P >0 0 5)、Mg(2 86 %± 1 2 9% ,3 48%± 1 0 2 % ,P >0 0 5)含量及Ca/P(2 0 0± 0 1 7,1 95± 0 2 5 ,P >0 0 5) ,差异均无显著性。

Cr12MoV模具钢补焊层的微区组织及成分

为了研究高合金模具钢补焊层的组织及成分，采用三种不同成分的焊条堆焊在Ｃｒ１２ＭｏＶ钢上，并在焊后实施多种热处理工艺，组织分析及成分测定结果表明，堆焊层的凝固组织与冶炼铸锭组织比较更加偏离平衡态，组织更细小，经过高温退火及随后的淬火、回火处理，可使堆焊层组织满足使用要求。

川西南峨眉山玄武岩中蚀变绿泥石的成分特征及其地质意义

在火山岩和碎屑岩储层中普遍发育大量绿泥石,影响着物性。为查明火山岩中蚀变绿泥石的成因及其对储层物性的影响,本次工作选取川西南峨眉山典型剖面、ZG1井、ZG2井以及YT1井等系列玄武岩样品进行岩相学研究和电子探针微区成分分析。结果显示:玄武岩中绿泥石大致可分为显晶质、隐晶质和微晶3种结晶类型,总体上属于富铁种属的铁斜绿泥石(辉绿泥石)和铁镁绿泥石,形成于富铁的还原环境;隐晶质与微晶和显晶质绿泥石分别受到岩浆期后热液和来自深部的多期次构造热液叠加蚀变的控制,形成主要表现为Fe^(2+)对Mg^(2+)的成分置换,反映流体具有从碱性向弱酸性-中酸性过渡的变化规律。绿泥石的形成过程对火山岩储集空间的影响具有双重作用:岩浆期后热液的充填结晶充填减少了火山岩原生孔隙并降低储层物性,对火山岩储层起到破坏性作用;多期次构造热液的溶蚀迁移沉淀则产生了新的微孔,对火山岩储层起到建设性作用。

赣中周潭群石榴石、斜长石和黑云母微区化学成分特征及其地球动力学意义

周潭群变质岩中石榴石、斜长石和黑云母微区化学成分变化明显 ,石榴石变斑晶具典型的生长环带 ,由晶体中心向两侧边缘XMg、XFe值以光滑曲线递增 ,XCu、XMn值以光滑曲线递减 ,反映其增温过程 ;晶体最边缘的化学成分反映变质峰期的温度条件。通过石榴石变斑晶生长环带剖面分析 ,应用Grt_Bi温度计和GASP压力计 ,确定本区变质作用 pT轨迹为顺时针形式 。

矿物微区分析中透射电镜测试技术的应用

透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)提供了超高的空间分辨率和多样化的微区分析方法,是纳米地质学研究的重要表征手段之一。运用TEM技术研究矿物时,由于地质样品的高度复杂性和强烈非均质性,使得实验测试过程复杂而困难。文章探索了一套适用于地质样品的TEM分析测试流程。首先根据样品特性,选择合适的样品制备方法,重点介绍了粉末制备法、离子减薄法及聚焦离子束法;然后进行目标矿物的定位,提出了一种扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)+TEM组合定位法;接着进行包括明场像、暗场像、高分辨像、电子衍射花样等不同类型图像的获取,着重说明了各种图像的成像原理、拍摄过程、注意事项和实验技巧;最后是选定关注的微区,测试元素组成及分布情况,并与常用的微区成分分析仪器进行对比,从而说明TEM成分分析的适用范围及优点。

9批正品龙骨药材的年代测定及年代与成分的相关性分析

采用^(14)C测年法对采集的龙骨样品进行了年代测定,选取其中9批符合化石年代的正品龙骨,采用X射线粉末衍射技术(XRD)和电子探针微区分析技术对样品的物相组成及元素赋存形态进行了分析,结果显示龙骨的主体物相为羟磷酸钙,部分样品为羟磷酸钙和碳酸钙共存;样品中的羟磷酸钙以羟基磷灰石为主要存在形式,碳酸钙则多以方解石型碳酸钙存在,少部分以白云石形式存在。采用ARF、ICP-AES、ICP-MS、AES法对9批正品龙骨样品进行了元素含量的测定,结果显示:龙骨中钙磷的比值均大于2,推测因化石形成过程中,骨骼的有机磷在地质过程中较多被分解而造成;9批龙骨的微量元素具有大致相同的分配模式:Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu六种元素相对原始地幔均为亏损,Ba、Sr、As为异常富集,元素U为高度富集;9批龙骨中的稀土元素分布也具有大致相同的分配模式,表现为轻稀土富集型,Ce负异常,Eu部分正异常、部分负异常,Y轻微正异常;6批年代在4.35万年以前的龙骨,稀土元素总量明显高于3批年代在1.8~3.7万年之间的样品,推测一方面与其埋藏成岩环境有关,另一方面与其埋葬年代更为久远有关。

铜导体熔痕表面微区成份分析鉴定技术

铜导体熔痕表面微区成份分析鉴定技术利用扫描电镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）对制备的铜导体熔痕样品进行外观形态、微观形貌和微区成分的观察分析，研究铜导体熔痕与电气火灾原因相关的表面微区成份特征，提出对铜导体熔痕熔化性质的鉴别判据；解决了喷溅、粘附等微小金属熔痕的技术鉴定难题，建立了一种铜熔痕技术鉴定的新方法。

金刚石复合片的微观分析研究

本文对一种金刚石复合片抛光面和横断面的组织形貌、微区成分、相组成进行了分析研究。结果表明:抛光面金刚石生长连接明显,其钴含量低于横断面中含量,黏结相断续分布,有被腐蚀的孔穴,物相由金刚石相(fcc)、Co4C相(fcc)、α-Ti相(hcp)、β-Ti相(bcc)组成;横断面上,在0.5 mm厚金刚石层内,钴、钨质量分数分别是6%、3%左右,含量沿断面变化不明显;在1.0 mm厚硬质合金衬底层内,钴含量向靠近金刚石层下降约16%,修正后实际的碳质量分数比起始硬质合金中的碳质量分数增高2.12%。

低碳钢显微结构的EBSD表征

近年来,新开发的电子背散射衍射技术将多晶材料的显微组织、微区成分与结晶学数据分析联系起来,能对晶界类型、取向、位向差和结构及其分布进行观察、统计测定和定量分析,从而建立了晶界结构、取向和织构等与多晶材料性能的定量和半定量关系,成为现代材料研究的重要实验技术。笔者结合低碳钢生产中的一些实际问题,扼要介绍了电子背散射衍射技术中的晶体取向图在多晶材料显微结构表征中的应用。

滇西北红山矽卡岩型铜矿床石榴子石原位成分及其地质意义

红山铜多金属矿床是义敦岛弧南端规模最大的矽卡岩型铜矿床。矽卡岩矿物以石榴子石为主,多以粒状或粒状集合体产出,偶见与透辉石共生。根据穿插关系及光学特征,将该矿床的石榴子石分为早(Grt I)、晚(Grt II)两个世代。本文利用电子探针和LA-ICP-MS原位微区分析技术对两类石榴子石开展了系统研究。石榴子石的SiO_2含量为34. 47%～36. 29%、Ca O含量为32. 48%～34. 59%、FeO含量为20. 58%～28. 17%、Al_2O_3含量为0. 01%～5. 39%,计算获得其属于钙铁榴石-钙铝榴石系列(Gro1-29And69-98)。Grt I较Grt II更富钙铁榴石组分,而Grt II更多发育振荡环带。石榴子石稀土元素总量较低(ΣREE=8. 72×10^(-6)～368×10^(-6))、轻重稀土元素分异明显(LREE/HREE=2. 13～3104)、多正Eu异常(δEu=0. 53～13. 6)。亏损Rb、Ba和Sr等大离子亲石元素(Rb=0. 02×10^(-6)～3. 75×10^(-6),Ba=0. 01×10^(-6)～0. 74×10^(-6),Sr=0. 01×10^(-6)～3. 23×10^(-6)),富集Th、U和Zr等高场强元素(Th=0. 01×10^(-6)～27. 8×10^(-6),U=0. 83×10^(-6)～98. 7×10^(-6),Zr=0. 03×10^(-6)～175×10^(-6))。Grt II的稀土元素总量、LREE/HREE比值、δEu值、Y和U含量总体高于Grt I。石榴子石主量和微量元素含量及变化特征表明,矽卡岩化早期的流体为相对封闭、酸性、氧逸度较高的体系,热液扩散交代作用占主导,多形成无环带的石榴子石;而晚期,流体演化为相对开放、弱酸性-中性、氧逸度相对较低的体系,渗滤交代作用占主导,多形成振荡环带发育石榴子石。此外,石榴子石中较高的Zn含量(Zn=1. 42×10^(-6)～37. 2×10^(-6))说明成矿流体富集Zn,可能暗示了一定的锌成矿前景。