矿物微区元素分布分析研究：核探针的地学应用初探

本文简介了研究矿物微区元素分布特征的新方法——扫描核探针,展示了用核探针研究矿物样品所获得的部分结果(元素分布图和能谱),并展望了它在我国地质科学研究中的应用前景。     

微区原位Sm-Nd同位素体系分析技术及其地质应用

微区地球化学是近年来迅速发展的地球化学分支.系统介绍了矿物微区原位Sm-Nd同位素分析技术的发展过程与现状,重点总结了目前主要的适用测试对象(如磷灰石、榍石、独居石和褐帘石等)和质谱测量过程中同量异位素干扰(包括144Sm对144Nd,130Ba16O对146Nd等)的校正方法,并展示了应用微区原位Sm-Nd分析进行年代学和造山带隆升-剥蚀定量研究的部分成果,这些应用实例充分显示了该方法在地球科学研究中所具有的重要意义.     

离子探针Li同位素微区原位分析技术与应用

Li同位素是一种新兴的非传统稳定同位素示踪工具,其应用领域涵盖了从地表到地幔的熔/流体与矿物之间的相互作用以及行星的早期演化研究。随着多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC ICPMS)和二次离子质谱仪(SIMS)技术的迅速发展,锂同位素地球化学研究取得了长足进步和发展。Cameca IMS 1280 SIMS可以在约20 μm×30 μm×2 μm的空间尺度上获得约1‰(1σ)的分析精度,实现了高精度微区原位Li同位素分析。由于Li同位素基体效应明显,获取与分析样品基体匹配的标准样品对Li同位素分析的准确性尤为关键。在重点介绍SIMS微区原位Li同位素分析技术的基础上,以锆石、橄榄石和辉石为例,综述了Li同位素原位分析技术的最新应用研究进展及存在的问题,旨在加深对Li同位素原位分析技术的理解,展示其在地球化学研究中的良好应用前景。     

离子探针的最新进展及其在地球化学研究中的应用

离子探针(或称二次离子质谱)是应用质谱研究一次离子束轰击样品表面产生的二次离子质量特征的大型分析仪器。早期离子探针受质量分辨率不高、高真空进样系统技术不过关、一次离子束束斑较大且种类有限,以及一次离子束轰击电不良导体(如最常见的各种硅酸盐矿物)表面产生的严重荷电等诸因素的限制,只能对金属、半导体和合金材料做小区域(>100μm)元素丰度分析。当时它唯一的优势是能进行深度剖面研究。因而这一技术在地球化学研究中的应用极其有限。 1.现代离子探针主要功能的改进及其独特的优势当前科学技术的迅猛发展,对离子探针性能的要求愈来愈高,加之现代科学技术的进步,使离子探针的功能不断增强,性能逐渐提     

原位微区同位素分析在花岗岩成因研究中的应用

花岗岩及其伴生的镁铁质岩石是构成大陆地壳的重要组成部分,是大陆形成演化的标志物。花岗岩的成因研究,包括花岗岩的岩浆源区及成岩过程,蕴含着大陆地壳生长、岩石圈演化等重要信息。随着二次离子质谱仪(SIMS)和激光多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)的问世,原位微区(in-situ)元素和同位素分析方法开发以及应用使花岗岩成因研究,尤其是花岗岩的岩浆源区和成岩过程等方面得到长足的进展。在仔细阅读相关文献的基础上,结合笔者近年来相关研究工作,综述花岗岩成因研究中原位微区同位素源区示踪和成岩过程的最新进展,以期推动我国花岗岩及原位微区同位素分析方法等相关研究。     

二次离子质谱微区原位牙形石氧同位素分析及其在古海表水温记录中的应用

利用生物成因磷灰石的氧同位素信息能够重建古海水温度,尤其是牙形石,结合其在生物地层学上的研究,它的数据解释具有明确的古环境意义。牙形石微小的个体一直是其精确地球化学分析的限制因素。作为对牙形石微区原位氧同位素测试方法的探索研究,本文利用Cameca IMS--1280 型二次离子质谱仪对牙形石进行了微区原位氧同位素组成测试,通过分析得到可靠的古表层海水温度 ( SST) 记录,表明从晚二叠世到早三叠世SST 存在明显的上升过程。相比常规Ag3PO4 实验方法,牙形石微区原位氧同位素分析方法更加快速,而且能够有效避免牙形石易受到污染的部位,获得更为可靠的牙形石氧同位素组成的测定结果。     

锆石微区原位同位素和微量元素测定的新进展

文章简述了二次离子探针质谱(SIMS)、激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)和激光剥蚀多接受等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)等3种锆石微区原位同位素和微量元素测定方法的原理和优缺点;针对U-Pb定年、铪同位素、锂同位素、多种元素的同时测定,以及仪器改进、测试方法创新、标样研发等方面的新进展进行了评述。     

微区原位普通铅同位素分析技术及其地质应用进展

应用激光剥蚀-多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)和二次离子质谱(SIMS)等分析技术进行微区原位普通Pb同位素分析是微区地球化学研究的重要内容之一.综述了矿物、熔体包裹体和沉积结核的微区原位普通Pb同位素分析技术及其地质应用的新进展.这些研究资料表明该分析技术在岩浆岩成因、沉积物物源示踪、地幔地球化学、古海洋学以及矿床学等的研究中提供了常规的全岩Pb同位素分析方法难以获得的重要信息,充分展示了该分析技术在地球科学研究中的应用前景.     

伟晶岩型锂矿中矿物原位微区元素和同位素示踪与定年研究进展

锂是重要的战略性关键金属,伟晶岩型锂矿是锂资源的主要来源之一。伟晶岩的成因及锂等关键金属在花岗质岩浆-热液演化过程中是如何富集成矿的,是人们十分关注的重要科学问题。多种方法可对伟晶岩的成岩成矿年龄进行限定,除锆石外,其他副矿物和矿石矿物如磷灰石、铌铁矿族矿物、锡石等的原位微区U-Pb定年己得到广泛应用,但需根据定年矿物的共生关系、结晶学及矿物化学特征进行系统研究,合理解释所获年龄的地质意义;伟晶岩型锂矿的成岩成矿一般具有同时性,个别存在多期成矿。伟晶岩的地球化学类型主要有LCT型(富集Li-Cs-Ta)和NYF型(富集Nb-Y-F)及它们的混合类型;成因有"母体花岗岩浆的结晶分异"和"源岩直接部分熔融"两种主要模型;多种矿物学和地球化学方法可用于区分这两种成因。伟晶岩型锂矿床的成矿机制研究包括成矿元素在源区的初始富集,成矿元素在岩浆过程中的富集和沉淀,以及在岩浆-热液过程中的行为和富集作用。伟晶岩中贯通性矿物和矿石矿物的原位微区分析是研究锂等关键金属成矿过程的重要方法。     

NanoSIMS: Technical Aspects and Applications in Cosmochemistry and Biological Geochemistry

The NanoSIMS ion probe is a new‐generation SIMS instrument, characterised by superior spatial resolution, high sensitivity and multi‐collection capability. Isotope studies of certain elements can be conducted with 50–100 nm resolution, making the NanoSIMS an indispensable tool in many research fields. We review technical aspects of the NanoSIMS ion probe and present examples of applications in cosmochemistry and biological geochemistry. This includes isotope studies of presolar (stardust) grains from primitive meteorites and of extraterrestrial organics, the search for extinct radioactive nuclides in meteoritic materials, the study of lunar samples, as well as applications in environmental microbiology, cell biology, plant and soil science, and biomineralisation.     

强亲铁元素高温地球化学与天体化学及研究进展

强亲铁元素(HSE)包括铂族元素(PGE):Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd)及Re、Au,它们对金属与硫化物相具有强烈的亲和性,这种独特性质使其成为高温地球化学与天体化学研究中的优秀示踪剂。此外,强亲铁元素内含两种长半衰期(¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os,t_1/2=41.6 Ga;¹⁹⁰Pt-¹⁸⁶Os,t_1/2=469 Ga)和一种短半衰期(¹⁰⁷Pd-¹⁰⁷Ag,t_1/2=6.5 Ma)放射性同位素衰变体系,可以用作地球与天体演化的时钟。在地幔部分熔融或分离结晶期间,PPGE(Rh、Pd、Pt)与Re、Au倾向于进入熔体相,IPGE(Os、Ir、Ru)则更多保留在残余固相。因此,通过地幔包体、地幔构造岩、镁铁质与超镁铁质火山岩的HSE丰度与Os同位素可约束地幔组成和相应的岩浆过程,以及制约地球早期演化过程。随着分析技术的改进,HSE与Re-Pt-Os同位素在行星增生与分异、核幔相互作用、壳幔分异、洋陆转换、克拉通形成与破坏、岩石圈俯冲再循环以及Ni-Cu-PGE矿床成因等方面均显示了巨大的应用潜力。     

Quantitative Imaging of Stable Isotopes by Ion Microprobe

A new analytical procedure has been developed to measure oxygen isotopic ratios and, more generally, stable isotopic ratios in microparticles with a few % precision. This procedure uses ion microprobe quantitative imaging with a scanning microbeam. In this mode, ion images are acquired on the electron multiplier. Image processing allows extraction of areas of interest from the whole image and computation of isotopic ratios in the selected areas. The accuracy of this method has been tested for the analysis of the 18O/16O ratio in quartz and magnetite reference samples powdered to a grain size of 2-5 μm. A detailed study of the instrumental mass fractionation allowed an understanding of differences between classical spot analysis and scanning ion imaging, and showed that fractionation effects were related to grain topography for microparticle analysis, and to image processing or to secondary optical settings for ion imaging. The precision obtained for the measurement of ä18O was 3% for grains having a diameter of 2 μm.     

激光探针质谱分析碳酸盐碳、氧同位素技术

用激光显微装置和MAT 2 5 1质谱计原位分析碳酸盐的碳、氧同位素 ,与常规酸解法有同样的分析精度(标准偏差 0 .0 6‰～ 0 .0 8‰ ) ,δ1 3 C值无明显差异 ,而δ1 8O值比酸解法偏负约 1.11‰～ 1.2 3‰ ,可能是温度效应的结果 ,可以进行系统校正。     

Development and Application of Oxygen and Carbon Isotopic Measurements of Biogenic Carbonates by Ion Microprobe

The analytical capabilities of the ims 1270 ion microprobe (SIMS) in determining O and C isotope compositions in biogenic carbonate samples have been tested. Results indicated that, with a spot size of ≊ 30 μm, the average reproducibility at the 1s level was 0.3‰ for oxygen isotopes and 0.6‰ for carbon isotopes. Nevertheless, this reproducibility can reach 0.2‰ for oxygen isotope determinations during some sessions. These reproducibilities allowed us to perform analyses on biogenic carbonate samples for environmental studies. In this paper, examples of oxygen and carbon isotope measurements are presented for a modern coral and the Holocene scleractinian coral, Porites lutea.     

Methodology for Rare Earth Element Determinations of Uranium Oxides by Ion Microprobe

A methodology for the determination of the rare earth elements in uranium oxides by ion microprobe has been set up on a Cameca ims-3f instrument. An uranium oxide reference material from a syn-metamorphic uranium deposit related to albitisation has also been developed for this type of analysis. Applications of the methodology are presented for a series of uranium oxides selected from some major uranium deposit types: from the world's highest grade unconformity-related uranium deposit from the Athabasca Basin (Saskatchewan, Canada; the Shea Creek and the McArthur River examples), a perigranitic vein-type deposit (Pen Ar Ran, Vendée, France) and a volcanic caldera-related deposit (Streltsovkoye, Transbaikalia, Russia). Each type of uranium deposit appears to have a specific REE signature. All REE patterns from the Shea Creek and the McArthur deposits are characterised by bell-shaped patterns centred on Tb-Dy and similar to those already published for uranium oxides from unconformity-related deposits from Australia. Such bell-shaped REE patterns centred on Tb-Dy may therefore be considered as a typical signature of uranium oxides from Mesoproterozoic unconformity-related deposits. A smoother bell shape pattern centred on Eu characterises the syn-metamorphic albitisation related deposit of Mistamisk selected for the reference material. The REE patterns from the Pen Ar Ran deposit show a fractionation from LREE to HREE with anomalously high abundances of Sm, Eu and Gd with respect to the other REEs, similar to the REE patterns of uranium oxides from the volcanic-related deposits of Streltsovkoye.     

激光熔蚀微量氧同位素分析方法及其地质应用

研究小尺度或微区的同位素组成变化已成为地球化学分析技术发展的重要方向之一。在研制CO2激光熔蚀氧同位素制样装置的基础上,通过该装置与MAT253质谱计联机实现了硅酸盐和氧化物矿物的氧同位素在线分析。所测样品包括NBS28石英标样、石英玻璃,以及天然的石榴子石、锆石、橄榄石等一些难熔矿物。该装置分析的颗粒样品氧同位素分析精度为±022‰,最低样品量为8μmol的O2;石英玻璃原位分析的氧同位素分析精度为±035‰,最低样品量为7μmol的O2。这种装置和分析方法具备速度快,熔样温度高的特点,尤其适于难熔矿物。该装置可采用脉冲激光实现石英玻璃的微区原位分析,可应用于单个矿物生成环带的氧同位素研究。     

广东三个离子吸附型稀土矿的地球化学特征及开采现状

广东稀土资源丰富,资源种类较全,但真正具有工业意义只有离子吸附型稀土矿。已有调查表明广东富有重稀土资源,重稀土资源量约占离子吸附型稀土资源总量的1/3。广东现仅有采矿权企业三家(简称A、B、C矿区),2013年度开采指标REO(稀土氧化物含量)仅为2200吨,但离子型稀土年分离能力超万吨,供需矛盾突出。为了解广东稀土矿开采现状,本文在具备采矿证的A、B和C三个矿区采集风化壳剖面和尾砂样品,利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析稀土元素、微量元素和相关有用元素的含量,获得了一批新数据,研究矿区的地球化学特征和资源潜力。数据分析表明:1广东稀土资源非常丰富,实际资源量与现有报告评估的资源量有着极大的差别,相差两个数量级。2三个稀土矿的风化壳原矿的轻稀土/重稀土的比值为1.8~6.6,说明三个稀土矿均为轻稀土矿;只开采轻稀土矿,与市场需求和广东富有重稀土资源的情况都不相符,年稀土开采指标与年冶炼分离能力也存在极大缺口,无论资源类型和数量都无法满足经济对稀土资源的巨大需求,建议考虑适当增加稀土矿证和开采指标。3A矿区和C矿区的腐植层和半风化层稀土含量都不高,成矿部位在全风化层,成矿模式为浅伏式;B矿区的腐植层和全风化层稀土含量高(最高超过0.3%),为成矿部位,成矿模式为表露式。4风化壳采矿位置尚需根据市场情况调整,减少矿体的漏采,尾砂稀土资源有待回收利用。5风化壳和尾砂样品微量元素含量相对陆壳丰度,多数元素富集倍数低于10,部分元素甚至出现亏损,没有回收利用价值。     

Investigation of the Matrix Effect of Mg, Si, Ca, Sc, Fe, Y, La and Lu in Pyroxene Composition Synthetic Silicate Glasses by Ion Microprobe

The dependence of the count rate of singly charged secondary ions of the elements Mg, Si, Ca, Sc, Fe, Y, La and Lu on the bulk composition of the sample (known as the matrix effect) was systematically investigated for synthetic silicate glasses using a Cameca IMS 3f ion microprobe. Matrix elements in these samples, with the composition of a Mg-Fe-Ca pyroxene, comprised Mg, Si, Ca and Fe to which were added the minor elements Sc, Y, La and Lu (each at 0.1 atom %). The matrix dependence of all elements was determined quantitatively by ratioing their count rate response to the Ca or Fe yields of the sample. Measurements were conducted using four energy offsets: 0 eV, 40 eV, 80 eV and 120 eV (each 20 eV) with primary beam currents of between 0.5 and 3 nA. For the four minor elements investigated, a non-linear dependence of the absolute sensitivity factors on the Fe content was found at all the energy ranges studied. This matrix effect decreased with increasing secondary ion energy. For the major elements Mg, Si, Ca and Fe, linear as well as non-linear dependences of the absolute sensitivity factors on the Fe content were found, depending on the element and the energy level considered. Because of their importance in the geosciences, relative sensitivity factors of the elements under study relative to Si as reference element (in some cases also relative to Mg) were determined. For low energy ions, a Fe-dependent matrix effect also occurred. For Mg, Y, La and Lu, the matrix effect vanished for some values of the secondary ions energy range.     

安徽铜陵晚中生代侵入岩磷灰石原位地球化学——成岩成矿制约

安徽铜陵地区大规模铜、金矿床与晚中生代侵入岩密切相关.本文选取铜陵地区4个代表性成矿侵入岩体(金口岭花岗闪长岩、铜官山和冬瓜山石英二长闪长岩、朝山辉石二长闪长岩)进行了磷灰石原位地球化学研究,探讨其对成岩成矿的指示.铜陵侵入岩磷灰石有较高的Sr/Y值(平均值3. 19)和低Y含量,指示其为埃达克质岩. 4个岩体磷灰石F含量为2. 63%～4. 02%,属氟磷灰石.磷灰石样品有较高的REE含量(825×10-6～5 853×10-6)、中等的δEu值(0. 37～0. 88)、高log fO2值(-12. 3～-9. 86)、较高的Cl含量(多> 0. 2%)和Cl/F值,暗示铜陵侵入岩起源于高氧逸度的壳幔岩浆混合源区.研究结果表明,铜陵地区铜、金成矿作用可能与由板块而来的富Cl流体、氧化环境和壳幔混合作用密切相关.