GM4测试矿物的方法、技术简介

• CL图像显示的则是锆石表面部分微量元素 (如: U, Y, REE等)的含量和/或晶格缺陷的 差异,一般锆石中U, REE 和 Th 等微量元素 含量越高，锆石阴极发光的强度越弱。 • 锆石的CL图像和BSE图像的明暗程度往往 具有相反的对应关系。 • 在绝大多数情况下, CL图像反映锆石的内部 结构最清楚，也是锆石内部结构研究中最 常用和最有效的方法。
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• 激光探针技术 （LAM-ICPMS ）：
• 在原位测定含U、Th副矿物的U-Pb、Pb-Pb年龄或Th-Pb年龄方面进 展极快，在一定的条件下可获得与SHRIMP技术相媲美的准确度和精 确度，而且经济、快速（每个分析点<4分钟）； • 待测样品既可以先用环氧树脂固定、包埋再抛光制成靶，也可以直接 在电子探针片内进行分析，这样保留了岩石的原始结构关系，便于实 现原地原位分析。 • 缺点是由于U、Pb原子量差异较大，在激光打点取样过程中，U-Pb 之间容易出现较大分馏，导致U/Pb比值发生明显改变，使U/Pb年龄 精度降低 ，在年轻锆石的U-Pb 测年中, 常常因U / Pb值在样品熔融 过程中产生大的分馏作用而不能准确测定。 • 与SHRIMP相比，对样品破坏大（分析束斑大小一般为30-60μm，剥 蚀深度为10-20μm），不适于晶域结构复杂的单晶 。
• Eudialytes(异性石) are a group of complex Na–Ca zirconosilicate minerals that generally occur in peralkaline（过碱性） agpaitic syenites. • This mineral typically has high contents of U, Pb, Nb, Ta, Zr, Hf and rare earth elements (REE).
• Nasdala 等对锆石的拉曼光谱进行详细的研究后 发现, 结晶完好的锆石具有尖锐而显著的特征峰, 随着蜕晶化程度的增强, 锆石的特征峰有向低波数 位移、峰形变钝、半高宽加大的趋势。半高宽可 从结晶完好的4～ 10 cm -1增至严重蜕晶化的30 cm -1以上, 得到的年龄精度也会相应下降。
• However, some eudialytes with Rb/Sr ratio of >0.02 and Yb/Sr>0.1, and Lu/Hf>0.08 (or Yb/Hf>0.4–0.5) can not be used for in situ Sr and Hf isotopic measurement. • Eudialyte is the only mineral investigated to date for which it is possible to determine simultaneously U–Pb ages and Sr, Nd and Hf isotopic compositions.
• 质子探针(proton-induced x-ray emission micro-probe，简称PIXE)： • 是继电子探针之后发展起来的一种新的微 束分析技术，近年来被用于测定了独居石 的U-Th-Pb年龄，其分析原理与电子探针相 似。对EPMA无能为力的小于100Ma的独 居石年龄的测定，PIXE具有明显的优势。
• 激光探针技术、微区化学测年技术二者与 SHRIMP相比的优点是可以直接在岩石探针片上 进行测定，不破坏样品的原始结构关系，样品制 备方便，年龄数据具有更为明确的地质意义，成 本较低，分析快速，其中以微区化学测年技术的 价格最低廉。
• 但EPMA对Pb的检出限低，导致测出的年龄数据 精度比同位素测年的数据低一个数量级，一般与 同位素年龄相差20-50Ma，并且由于化学定年不 需进行普通铅的校正，导致容易过高估计年轻独 居石、锆石等矿物的年龄 。
• 因此, 锆石的显微拉曼光谱研究既可为适于定年的 锆石域的选取提供依据, 也可为不同微区年龄数据 的解释提供帮助。
二、现代测试分析技术的特点及最新进展
最新进展： 1、分析速度超速化 2、分析试样超微量、超微区化(微区原位测试) 3、分析仪器的超小型化 4、多项指标的联测（如用MC-LA-ICPMS对锆石U-Pb年 龄－REE－Hf同位素－Sr-Nd同位素进行联测）
• 电子探针化学等时线年龄方法(electron probe Xray microanalysis，简称EPMA) ：
• 建立于20世纪九十年代，可测定矿物的Th-U-全Pb化学等时线年龄， 其空间分辨率高达1～5μm，可进行年龄填图，因而近年来备受青睐 ， 在锆石和独居石、磷钇矿、斜锆石等富U或富Th副矿物的年龄测定上 不断取得成功，由于其极高的空间分辨率因而被广泛用于记录了多期 地质事件的结构复杂的矿物的年龄测定。适合于解决单个矿物中存在 的多期地质事件,对应于不同年龄的微区, 同时通过背散射电子图像可 有效地避开表层及裂缝等丢失铅的区域。 • 但这项技术遇到的问题是，对Pb的检出限低（100-500ppm（×106）），导致测年精度低，通常只能对年龄大于100Ma的独居石或年 龄大于1 000Ma 的锆石进行测年分析, 且年龄越小, 分析误差越大。
• BSE
• 背散射电子(BSE ) 能量高, 在试样中作用范围大, 能够携 带分析试样表面的成分信息。背散射电子发射系数随原子 序数的增大而增大, 因而在图像中呈现出成分衬度, 清晰地 显示试样表面不同原子序数成分的分布状况。普通的电子 探针(EPMA )、扫描电镜(SEM ) 及透射电镜(TEM ) 都带 有背散射电子探测器。观察分析时操作简单便利, 是矿物 微区形貌观察和元素分布状态的常规分析方法。
• 激光拉曼光谱(LRS)
• 能够提供晶体振动性质的结构信息, 对同质多像矿物相内 部结构对称性的微小变化和结晶有序度非常灵敏, 是研究 微观结构变化等经典晶体化学问题的有效方法之一。 • 分析拉曼谱线特征谱峰的强度、形状和数目以及位移, 能 够得到精细结构的准确信息。既选取有研究意义的微米— 亚微米级区域用激光拉曼光谱直接在两面磨光的薄片中迅 速测得空间分辨率高的拉曼光谱图, 也可以在普通岩石薄 片之下的内部区域选点聚焦分析,具有一定的深度分辨率, 可以实现微区(几个微米)的原位无损观察分析。 • 锆石的硅氧四面体非对称伸缩的拉曼特征峰(1 000, 350～ 430 cm -1 )可以反映锆石的蜕晶化程度。
联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方 向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色 谱法）和检测方法（红外光谱、质谱等）的结合， 汇集了各自的优点、弥补了各自的不知，可以更好 地完成试样的分析任务；
现代科学技术的发展，相邻学科之间相互渗透， 使得仪器分析中新方法层出不穷，老方法不断更新。
• 副矿物U-Pb 同位素测年法测定一个样品可以同时获得206Pb/U238、 207Pb/U235、207Pb/206Pb 3个或四个（测定Th时还可获得208Pb/232Th） 年龄，便于相互验证和数据处理，而微区化学测年法不能判断体系的 封闭性以及估计平行的U-Pb衰变体系的谐和性。
• 尽管微区原位测试技术给出了重要的、空 间上可分辨的年龄信息，但在精度、准确 度方面仍无法挑战传统的同位素稀释热电 质谱技术（ID-TIMS）。在副矿物不存在继 承性的情况下，ID-TIMS仍得到广泛使用。
• X射线荧光探针（X-ray fluorescence probe，简称 XRF）： • 是近几年逐步改进的测年技术之一，在测定年轻独居石年 龄方面具有较大的优势。在分析束斑为40-60μm、使用单 频X－射线的条件下，Pb的捡出限可达10ppm（×10-6）， 对年龄为几十百万年甚至是15Ma的年青独居石，可获得 与ICP-MS同位素定年相近的结果，XRF的年龄精度和分 辨率大大高于EMPA，但在相同的空间分辨率的情况下 XRF化学年龄与同位素年龄测定的比较工作有待进一步的 研究 。由于XRF的空间分辨率较低，因此不适于分析内 部具有不均一curate U–Pb ages can be obtained from eudialyte (异性石) after correction for the common Pb content. • The high Sr, Nd and Hf contents in eudialyte, coupled with the generally low Rb/Sr and Lu/Hf ratios, also • permit the precise determination of in situ Sr, Nd and Hf isotopic ratios by LA-(MC)-ICP-MS methods.
• 三、矿物微区原位测年技术简介
• 过去含U副矿物的U-Pb年龄测定多采用传统的热 电质谱（TIMS），该技术是目前U-Th-Pb测年最 灵敏、精度最高的技术，但它遇到的最大问题是， 当测定的对象为内部结构复杂的、包含有多个年 龄域的矿物时，所得到的数据往往是无地质意义 的混合年龄。
• 近十年来，副矿物的年代学研究取得了巨大的进展，颗粒 副矿物的U-Th-Pb年龄测定成为地质学中的热点问题，这 主要得益于微区原位测年技术的快速发展。 • 目前已经发展起来的微区原位测年方法有同位素微区原位 测年方法和化学微区原位测年方法。 • 同位素微区原位测年方法：离子探针（SIMS, SHRIMP） 和激光探针技术(LA-ICPMS)； • 微区化学测年方法：电子探针、质子探针、x射线荧光探 针技术等。
• SIMS（二次离子质谱）
SIMS 不平衡U系定年 法是测定<350000年 锆石年龄测定的主要 方法。
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• SHRIMP（sensitive high resolution ion microprobe，简称SHRIMP） :
• 在目前世界上的微区原位测年技术中, SHRIMP是 最先进、精确度最高的微区原位测年方法，其灵 敏度高、空间分辨率较高（对U、Th含量较高的 锆石测年的束斑直径可达到8μm），对样品破坏 小（束斑直径10－50μm，剥蚀深度<5μm）。 • 但仪器成本高，测试费用昂贵，测试时间略长 （约20分钟测定一个点）,对样品的制备要求较高.