离子探针测试方法及其在矿物微区微量元素和同位素分析中的应用

离子探针能在单矿物颗粒内进行微区原位直接分析工作,主离子束斑大小可聚焦在5μm以内,可以检测到10-9级的微量元素,同位素分析的精度高达1‰,在地球科学领域有着广泛的应用。详细叙述了离子探针的工作原理以及微量元素成分和同位素组成的测试方法,列举了其在天体化学和地球化学研究领域的主要应用,总结了一系列的研究成果,并首次公开发表离子探针微量元素测试技术研发工作中取得的一些实验结果。

原位微区X射线荧光分析在矿物学研究中的应用

从新疆采集了13件岩矿石样品,用于研究蚀变过程中矿物的元素含量变化特征。成都理工大学研制的IED-6000型原位微区X射线荧光分析仪被应用于获得蚀变过程中矿物的化学和物理数据。这种无损的微区X射线荧光分析仪主要是以低功耗X光管和电致冷Si-PIN半导体探测器为基础,采用毛细管X射线透镜实现微区测量的功能,并且能够集成到任何显微镜上进行测量,焦斑长轴直径约110μm。通过微区X射线荧光测量,将黝铜矿更正为黄铁矿,提高了矿物鉴定的效率及准确性;在蚀变剖面研究中,矿化岩石样品的长石颗粒都富含Cu和Zn元素,可以作为找矿直接指示元素。Cr,Mn和Co等元素含量与矿化程度呈负相关。

北秦岭铜峪铜矿床铅同位素组成的飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱微区原位分析测定及其地质意义

近年来铅同位素组成被认为是判断成矿物质来源及其形成大地构造环境的理想指标,因此铅同位素组成的准确分析测定应值得重视。西北大学大陆动力学国家重点实验室首次在国内建立了飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱(FLA-MC-ICPMS)Pb同位素的高精度微区原位分析方法(Yuan et al.,2013),然而,直到目前国内外均未见到该分析方法在矿床学研究领域的工作和认识成果报道。

基体归一定量技术在激光烧蚀-等离子体质谱法锆石原位多元素分析中的应用

探讨了内标法和基体归一法校准的基本原理。基体归一校准法的基本步骤为:先用简单外标法测得样品中尽可能全的主、次、痕量元素含量,氧化物加和后进行100%归一,得到灵敏度校正系数,对所有元素的测定结果进行修正。修正结果的可靠性在很大程度上取决于测定元素是否"完全"。由于锆石的基体元素组成简单且易于测定,很适合用基体归一法校准。在激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)微区原位分析中,应用基体归一校准法的最大优点是:可以避免预先用其它微区分析技术对未知样品中的内标元素进行定量。该技术可适用于具有环带结构、难以找到均匀分布的内标元素的地质样品的元素空间分布测定。在高分辨ICP-MS(Element2)和NewWave-UV-213激光系统上,应用基体归一定量技术同时分析了锆石中主、次、痕量共54种元素。对未知锆石样品的分析,基体归一法与内标法结果的一致性令人满意。分析德国蛇纹岩标准玻璃ATHO-G中相对误差<25%的有52个元素,<10%的有36个元素;大多数元素的相对标准偏差<10%。

用扫描电镜-图象分析方法研究某区稀土、铌矿石的元素赋存状态

某区西部矿区稀土、铌矿物是该区有意义的工业矿物。该类矿物的定量准确程度,将直接影响将来的工艺流程。该区稀土、铌矿物具有含量低、种类多、颗粒细,且某些矿物的光性近似、难于鉴定、矿石又遭受表生氧化等特点,故用传统的在显微镜下数颗粒法困难较大。为提高定量的精度,作者采用x射线微区分析结合图像分析进行稀土、铌矿物的定量方法。

激光烧蚀-等离子体质谱结合归一定量方法原位线扫描检测石榴石多种元素

探讨了基体归一定量技术在实际应用中存在的问题。外标结合内标归一校正法避免了内标法中需要采用其它微区技术测定内标含量的繁琐步骤,可方便地用于具有环带结构等难以找到均匀分布的内标元素的地质样品的元素空间分布测定,解决了在采用直接外标法进行基体归一时,不能同时采用多外标进行校正的缺陷。激光线扫取样的最大优势是快速、省时。采用线扫的激光取样方式,结合归一定量技术,对具有环带结构的天然石榴石样品中的45种元素进行了分析测定,并与传统的激光打坑结果作对比,结果令人满意。

不同世代单矿物微量元素组成对山东微山稀土矿床成因的约束

微山稀土矿床位于华北克拉通郯庐断裂西侧,为中国第三大碳酸岩型稀土矿床。微山稀土矿床碳酸岩脉具有明显的分带性,共识别出4类不同岩性的碳酸岩脉,并划分了4个岩性带。基于详细的岩相学研究,在含矿碳酸岩脉中识别出4个世代方解石、4个世代氟碳铈矿和3个世代萤石。单矿物原位微区分析结果显示,第一世代方解石(Cal-1)和磷灰石为岩浆成因,而第三世代方解石(Cal-3)为热液成因。矿物地球化学数据显示,萤石可分为岩浆成因(Tb/La值为0.005~0.043)及热液成因(Tb/La值为0.17~0.28)两类。磷灰石富F(含量(质量分数,下同)为3.86%~5.82%)、贫Cl(<0.03%)的地球化学特征表明其为碳酸盐-硅酸盐系列岩浆结晶作用的产物。磷灰石具有较高的Sr/Y、Th/U值,和极高的Sr含量((8615~19985)×10^(-6))、Ba含量((47~107)×10^(-6)),表明微山稀土矿床岩浆源区可能为富集岩石圈地幔,并受到了富稀土元素流体的改造。萤石地球化学特征指示该稀土矿床中的成矿热液源自碳酸岩熔体,且随着成矿流体的演化,成矿环境由还原环境逐步过渡为氧化环境。成矿流体富含F^(-)、SO_(4)^(2-),表明F^(-)、SO_(4)^(2-)是稀土元素高效迁移的主要载体。

吉林省西岔金银矿床多阶段石英原位组成及地质意义

西岔金银矿床为早白垩世中温热液脉型,主要产金,伴生银。成矿过程先后经历了热液成矿期和表生成矿期。其中,热液成矿期可划分为3个成矿阶段,每个成矿阶段都发育热液石英。利用LA-ICP-MS原位微区分析技术,对不同成矿阶段石英开展了微量元素组成分析。结果显示,第二阶段为主成矿阶段,矿化最为强烈,是金的主要生成阶段。载金矿物以硫化物为主,但第二阶段Sb、Bi含量显著升高,Au、Ag与Cu、Pb、Zn等金属元素具有正相关关系,说明主成矿阶段的载金矿物可能还有碲化物和铋化物,以微颗粒形式包裹于石英中。基于热液石英Ti含量构建的石英Ti地质温度计显示,热液成矿期成矿温度逐渐降低。石英中Al、Ti、Li含量的规律性变化,表明成矿流体pH逐渐升高,由最初的酸性逐渐向中性、弱碱性演化。

喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义

锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩-伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚,亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产出的多条含锂辉石伟晶岩脉,其规模不等,岩相分带简单,主要岩相带为锂辉石-石英-钠长石带或锂辉石-块体长石-石英-(白云母)带,也见钠质细晶岩。选取3处含锂辉石伟晶岩脉中的锡石开展阴极发光(CL)和原位微区分析测试(EPMA和LA-ICP-MS)研究。锡石的元素替代机制以2(Nb,Ta)^(5+)+Fe^(2+)→3Sn^(4+)和同价置换(Ti^(4+),Zr^(4+),Hf^(4+),U^(4+))→Sn^(4+)为主,部分锂辉石伟晶岩中的锡石出现Fe对Sn和Nb的置换。锡石呈现4种阴极发光特征(黑色、灰色、振荡环带以及白色):黑色区域具有明显高的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量,相对高的Hf含量,以及较大的Ti含量变化范围;灰色区域和振荡环带区域的化学组成相近,振荡环带具有略高的Nb、Ta和Fe含量,相对低的U含量;白色区域具有相对低的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量,以及略低的Hf含量。锡石阴极发光特征与化学组成密切相关,Zr、U、Ga、Hf含量与锡石阴极发光特征具有一定联系。锡石的阴极发光结构(CL结构)主要为均一结构和不均一结构(核-边正环带、补丁以及核-边反环带),包括黑色晶体、灰色晶体、振荡环带晶体,黑色核+振荡环带/灰色边及补丁、灰色核+振荡环带/灰色边及补丁、振荡环带/黑色区域+白色丝带状边/棉絮状补丁、以及振荡环带/灰色/黑色核+黑色边。锡石CL结构的演化序列自内向外表现为黑色核部/晶体→灰色或振荡环带区域/晶体→(白色/黑色区域),向亏损Nb、Ta、Fe、U、Ga,弱亏损Zr、Hf、Y、Ti元素,以及高Ta/(Nb+Ta)值和低Zr/Hf值的方向演化,晚期可出现Fe的富集。锡石的CL结构和化学组成对比发现:同一伟晶岩脉中的含锂辉石伟晶岩的分异演化程度低于锂辉石伟晶岩,共存矿物的结晶分异可能产生富Nb和富Ta两组锡石,不同含锂辉石伟晶岩脉在岩浆化学特征和演化过程具有明显差异。锡石CL结构与化学组成能够揭示锂辉石伟晶岩的化学特征与形成过程。

微区和非传统同位素分析及定年技术研究

矿物微区原位原地同位素分析和定年技术不仅避免了传统常规方法繁杂的矿物分选、化学分离纯化流程和不同期次矿物的混杂，节约了成本，提高了效率，减少了环境污染，而且可以在岩矿石薄片上对不同期次的矿物颗粒、子矿物、矿物生长环带和微细沉积条带等进行微区原位分析，结合矿物的岩石学特征精细刻画成岩成矿过程，揭示常规方法无法发现的现象和规律。微区原位同位素分析和定年技术及应用已形成地球化学新分支--微区同位素地球化学。随着多接收等离子质谱等现代分析技术的发展，非传统同位素的分析精度大幅提高，铁等非传统同位素在自然界的变化幅度超过分析精度100倍以上，显示出巨大的应用潜力和广阔的发展前景，可以直接利用Fe、Cu、Zn等金属成矿元素同位素示踪成矿物质来源，揭示某些重大地质事件发生的原因和环境，阐明成岩成矿条件。

紫花苜蓿对铜的吸收、积累和耐受机制研究

采用原位微区X射线荧光分析法(In-situ micro-X-ray fluorescence spectrometry,μ-XRF)和分步提取技术,研究了苜蓿幼苗中Cu原位微区分布特征及其根茎叶中Cu的不同结合形态。结果表明,苜蓿根部富集Cu浓度高达12.06 mg/g,是茎的8倍,叶的4.9倍。微区分布结果表明,过量Cu暴露下的苜蓿根部是富集Cu的主要部位,且在根茎交界处存在Cu的阻隔屏障,以减轻过量Cu对地上部分的毒害作用。过量Cu(大于50μmol/L时)还抑制了苜蓿对Zn和Ca的向上吸收,增强了苜蓿对Fe的吸收,但对K和Mn的吸收影响不明显。亚细胞分步提取结果表明,根细胞中主要通过形成难溶的残渣态(41%)和细胞壁螯合态(20%)实现对过量Cu的固定;而在茎中则以疏水蛋白质结合态、细胞壁结合态、残渣态、水溶态等4种形式存在,以进一步减少过量Cu向叶中输送;在叶中,进入叶细胞的过量Cu主要以液泡区隔和难溶残渣态形式存在,以实现对Cu的耐受和解毒。

透射电子显微镜在地球科学研究中的应用

随着新技术应用和学科交叉融合,现代地球科学的研究尺度正在向更宏观和更微观两极延伸,分别促进了行星地球科学的发展和纳米地球科学的诞生.纳米地球科学借助先进的微区原位分析技术,旨在研究地学中的纳米尺度现象,如纳米矿物/颗粒、纳米结构和纳米矿物界面等及其在地质、地球化学过程中的作用.透射电子显微镜具有纳米和原子水平的空间分辨率和多种微区原位分析能力,是纳米地球科学研究中的重要分析平台.本文在介绍透射电子显微镜工作原理的基础上,举例评述了透射电子显微镜技术在岩石超微结构、球粒陨石和矿物中痕量元素赋存以及微生物矿化作用与微化石研究中的应用,并简要介绍了透射电子显微镜在地球科学研究应用中的注意事项及相关建议.

盆地沉积物源分析研究进展

物源作为连接沉积盆地与造山带的纽带,物源分析是重建盆地沉积过程和恢复盆地古地理演化的重要内容。物源分析研究主要基于对碎屑沉积物的成分、结构、组合特征等的综合解析,追溯母岩信息,恢复盆地演化历史。一个多世纪以来,随着分析技术的不断进步,物源分析方法不断发展,以重矿物组合、碎屑成分分析、全岩地球化学分析为代表的传统物源分析方法被先后提出,并已经成为物源研究中的重要基础手段。然而由于物源问题的复杂性及影响因素的多样性,传统物源分析手段多是对物源信息的定性表征,近年来原位微区分析技术飞速发展,单矿物地球化学示踪开始越来越多地用于物源研究,已经成为物源研究的前沿领域,物源研究由定性表征到定量分析是未来发展的主要趋势。