矿床地球化学国家重点实验室简介

矿床地球化学国家重点实验室简介
1.1 实验室简介
矿床地球化学国家重点实验室是在中国科学院矿床地球化学重点实验室的基础上建立起来的。

2006年8月通过专家论证，经科技部批准实验室进入建设阶段。

2009年8月实验室通过了由科技部组织的专家组验收。

实验室现任学术委员会主任为加拿大魁北克大学卢焕章教授，实验室主任胡瑞忠研究员。

根据实验室的已有工作基础、矿床地球化学的发展趋势和国家战略需求，矿床地球化学国家重点实验室以矿床地球化学研究为主线。

1.2 研究方向
（1）重要成矿区带和特殊成矿系统的成矿作用。

以Au、Ag、PGE、U、Cu、Ni、Cr、Pb、Zn等国家急需矿种为主要对象，围绕地球各圈层相互作用与成矿的关系、大陆动力学与成矿的关系、成矿作用的精细演化过程、成矿过程的构造—流体—物质—能量—化学反应耦合机制这些国际地学前沿的重大科学问题，通过对重要成矿区带和特殊成矿系统成矿作用的深入研究，建立植根于我国地质特点的大陆成矿新理论；
（2）成矿作用的理论和实验模拟。

通过理论和实验模拟，确定地质过程中元素的地球化学行为以及元素活化、迁移和沉淀的物理化学条件，为深化成矿理论、建立新的成矿模式提供理论和实验依据；
（3）重要矿产成矿预测理论和方法。

以紧缺矿产和危机矿山为对象，以成矿理论为指导，在明确成矿作用时空分布规律的基础上，通过成矿模式与找矿模式的关系、原生异常与次生异常的异同、矿床的垂直和水平分带、强干扰环境下深部矿化信息识别等方面的研究，建立紧缺矿产、危机矿山深部和外围成矿预测理论和方法；
（4）矿产资源综合利用及矿山开发的环境效应。

以重要矿山为对象，通过查定矿床中元素的共生组合规律、赋存形式和矿山尾矿的物质组成，研究矿床中有毒有害元素的表生地球化学行为，开发矿山固体废弃物资源化理论和技术，改进和发展显微超显微物质观测分析技术，揭示矿产资源综合利用的途径以及矿山开发的环境效应。

1.3 研究目标
创建成矿作用的新理论，发展成矿预测的新理论和新方法, 建立矿产资源综合利用和矿山环境修复的知识体系，为构建国家矿产资源安全保障体系和社会可持续发展提供科学依据，力争把“矿床地球化学国家重点实验室”建成在国际上有重要影响的科学研究中心。

1.4 数据与事实
现有固定人员55人。

其中，博士生导师14人、研究员18人、副研究员（高工）21人、国家杰出青年基金获得者1人、博士学
位获得者41人。

科技人才队伍的年龄和知识结构合理，是一个充满活力、团结协作、具有可持续创新能力的优秀团队。

实验室建设以来，进一步凝练了研究方向和发展目标，突出了自身的学科优势和特色，在科学研究、队伍建设、实验平台建设和运行管理等方面取得了重要进展。

建设期内，实验室主持承担了包括国家973项目在内的重要科研项目90余项，发表论文500余篇（SCI论文123篇），出版专著9部，获省部级科技成果奖4项，在低温成矿的背景和过程、峨眉地幔柱成矿作用、华南岩石圈伸展与成矿的关系、元素分配实验和非传统稳定同位素量子地球化学、紧缺矿产和危机矿山找矿预测、共伴生矿产资源综合利用和矿山环境效应等方面的研究取得了重要进展，丰富和发展了矿床地球化学理论，产生了良好的社会、经济和科学效益。

实验室高度重视国内外学术交流与合作。

建设期间，实验室主办或参与主办国内外学术会议12个。

先后派出20余人次的
科技人员赴境外从事合作研究，30余人次的境外专家来访和合作研究。

设立开放课题40项，吸引了来自国内外科研院校的优秀学者来实验室进行客座研究。

在依托单位中国科学院地球化学研究所的有力支持下，实验室将始终围绕国家的战略目标，为发展矿床地球化学新理论和
新方法提供高水平的工作平台，造就一批在矿床地球化学领域
可以瞄准国际科学前沿进行创新研究的人才队伍，增强我国矿
床地球化学理论和方法研究的国际竞争力，更好地发挥矿床地
球化学理论和方法在矿产资源寻找、开发利用中的重要作用，为保障国家矿产资源的可持续供应和资源安全提供科学依据。

1.5 战略定位
针对我国尤其是西南地区独特的地质背景，深入研究成矿作用的某些关键问题，在矿床地球化学重大前沿基础和应用基础理论创新研究的某些方面达到世界先进水平，使之成为矿床地球化学领域国内一流、国际上有重要影响的实验室。

1.6 学科方向
面向国家战略需求，面向国际科学前沿，针对我国尤其是西南地区独特的地质背景，主要研究成矿元素在各种地质作用下活化、迁移和富集形成矿床的过程，揭示在不同地球动力学条件下成矿元素富集形成矿床的规律，创建成矿作用的新理论和矿产勘查的新方法，为矿产资源的寻找、综合利用和矿山环境修复提供科学依据。

1.7 研究任务
1）我国西南大面积低温成矿域的形成背景和过程
我国西南发育有世界上最好的低温成矿域，其面积之大、包含的矿种之多、矿床组成和组合之复杂，在世界上独一无二。

深入探讨这一成矿域的形成背景和过程，是瞄准国际前沿的重大科学问题。

研究目标：
·大面积低温成矿的能量驱动；
·成矿元素低温迁移富集形成大面积低温成矿域的过程；
·低温成矿域中成矿元素的共生分异机制；
·全球背景中我国西南地区大面积低温成矿的必然性。

2）分散元素独立矿床成矿机制
分散元素以“分散”为特征，一直认为它们不能形成独立矿床，只能作为副产品从其它矿床中回收。

近年来我国西南地区一大批分散元素独立矿床的发现，为我们研究这一成矿学领域的重大前沿问题提供了独特的条件和机遇。

研究目标：
·分散元素形成独立矿床的地质地球化学背景；
·分散元素独立矿床的成矿作用类型和成矿过程；
·分散元素形成独立矿床的特殊条件。

3）超大型矿床成矿理论
80年代末以来对超大型矿床的研究引起了国内外的普遍关注。

超大型矿床最令人困惑的问题是为什么巨量的成矿物质能够聚集到范围很小的空间，这一问题需要继续探索。

研究目标：
·超大型矿床的时空分布规律和全球背景；
·元素超常富集形成超大型矿床的关键控制因素；
·我国有望形成超大型矿床之新矿床类型的成矿远景；
·非常规超大型矿床形成过程的特殊性。

4）岩石圈伸展及其成矿作用
大陆动力学与成矿的关系是当今地学研究的前沿。

我国具有广
阔的大陆岩石圈，以往对大陆动力学及其成矿作用的研究，大都侧重造山带，对大陆岩石圈拉张带的研究则很薄弱。

将陆内拉张带的各种成矿作用作为一个独特的体系提出并加以深入研究，具有重要意义。

研究目标：
·中国东南部中生代、扬子地块西缘晚古生代大陆岩石圈拉张带的时空分布格局、动力学机制和演化历史；
·大陆岩石圈拉张带的成矿规律、成矿系列和成矿模式；
·预测大陆岩石圈拉张带潜在矿产资源潜力的理论和方法。

5）热液矿床矿化剂地球化学
长期以来有关热液矿床的成因研究，主要是针对“水、热、成矿元素”这三要素进行的，在矿化剂对成矿制约关系方面的研究则不多。

事实上，不弄清热液中矿化剂的来源、矿化剂加入热液的时间及其控制因素，将难以深刻揭示含矿热液的形成演化机制。

研究目标：
·不同构造单元矿化剂的优势类型；
·不同地质作用产生的矿化剂在类型上的差异；
·各类矿化剂络合成矿元素的专属性；
·不同构造区和不同地质作用过程中矿化剂的行为及其对矿床种类和时空分布的制约。

6）大规模成矿作用及大型矿集区预测
中国大陆三种构造体制下的陆内大规模成矿作用在全球很具特色。

建立这三种构造体制下的大规模成矿理论，研究大型矿集区的预测方法，既是瞄准国际前沿的重大科学问题，也是预测大型矿集区的基础。

研究目标：
·大规模成矿的时空结构；
·大规模成矿的物质和能量传输；
·大规模成矿作用与主要地质事件的耦合关系；
·成矿理论与找矿理论的关系及大型矿集区预测。

7）峨眉山大火成岩省及其成矿作用
峨眉山大火成岩省为晚古生代以来全球最重要的几个大火成岩
省之一，其成矿作用的多样性在国际上独一无二，但研究程度
很低。

研究其成因及成矿体系，是一项多学科的基础性工作，
具有重大的理论和实际意义。

研究目标：
·与峨眉山大火成岩省形成有关的能量和物质交换过程；
·峨眉山大火成岩省形成的动力学机制；
·大火成岩省的成矿效应及主要控制因素；
·大火成岩省成矿预测理论和方法。

1.8实验平台
1.8.1激光微区分析实验室（LA-ICP-MS）
（1）实验室简介
本实验室隶属于中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，服务于固体地球科学领域微区原位元素-同位素研究，以发展激光原位分析技术在矿床学及矿床地球化学方面的应用为主要目的，重点开展单矿物U-Pb定年、单个流体包裹体成分分析、硅酸盐、氧化物和硫化物等矿物主微量元素分析和Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析，主要解决以下问题：1）精确限定成岩、成矿年龄；2）精细示踪成矿物质来源及成矿流体演化过程；3）深入揭示成矿机理，特别是成矿元素的搬运沉淀机制。

实验室目前可开展的测试项目有:
●锆石U-Pb定年和微量元素分析；
●Hf同位素分析；
●磷灰石、石榴石定年和微量元素分析；
●独居石U-Pb定年和微量元素分析；
●磁铁矿主微量元素分析；
●单个流体包裹体成分分析；
●硅酸盐矿物（石英、长石、石榴石、橄榄石和辉石等）
主微量元素分析；
●碳酸盐矿物（方解石、白云石）主微量元素分析；
●硫化物主微量元素分析、锡石定年及微量元素分析；
●面扫描技术（定性、半定量），特别是硫化物mapping。

（2）实验室成员
●科研人员
高剑峰，博士，研究员，本实验室负责人。

主要从事岩浆有关矿床精细成矿作用和微区分析技术研究，负责激光微区分析实验室方法开发和应用。

办公室：矿床室419室
蓝廷广，博士，研究员。

主要从事岩浆岩成因及其成矿作
用研究，负责LA-ICP-MS分析方法的开发及应用研究，特别是
单个流体包裹体分析方法及其在矿床学中的应用。

办公室：矿床室114室
●技术人员
戴智慧，博士，高级工程师。

主要负责LA-ICP-MS技术测试方法的开发和仪器的维护。

负责样品：锆石、磷灰石、磁铁矿、碳酸盐矿物、硫化物。

实验室：矿床室115、216室
办公室：矿床室203室
唐燕文，博士，高级工程师。

主要从事LA-ICP-MS技术测试方法的开发和仪器的维护，特别是包裹体分析技术及应用研究。

负责样品：锆石、独居石、磷灰石、石榴石、锡石定年和微量；硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和石英微量；单个流体包裹体成分分析。

实验室：矿床室115、216室
办公室：矿床室418室
陈佑纬，博士，副研究员。

主要负责LA-MC-ICP-MS原位同位素分析技术开发和应用。

负责测试：Hf同位素分析
实验室：矿床室115室
办公室：矿床室318室
何德峰，博士，高级工程师。

主要负责原位U-Th/He分析测试方法开发及仪器维护。

负责测试：原位U-Th/He分析
实验室：矿床室115、216室
办公室：矿床室316室
蔡佳丽，硕士，工程师。

负责测试：流体包裹体测温
实验室：矿床室115、216 、201、202室
办公室：矿床室203室
（3）仪器设备
实验室现配备有相干Geolas Pro 193nm准分子激光剥蚀系统两套，RESOlution S-155型193nm准分子激光剥蚀系统和RESOchron SE系统各一套，Newave 213nm激光剥蚀系统一套、Nu Plasma III型MC-ICP-MS一台，Thermo Element XR型HR-ICP-MS一台，Agilent 7700X型ICP-MS一台，7900型ICP-MS两台。

实验室同时还装备了样品前处理系统，拥有包括STX-202A小型金刚石线切割机1台(用于精细切割薄片、包裹体片)、半自动精密研抛机1台(用于适合不同尺寸的树脂靶和包裹体片，无极变速，平面磨抛平整和连续放大双目镜2台(用于制靶和观察)、电子天平1台。

同时实验室购置有1035A/B透明环氧树脂和固化剂(固化速度快，常温固化，透明度高硬度好，耐酸碱)，用以快速制靶。

GeolasPro 193nm+RESOlution S-155型193nm激光系统+Nu Plasma III+Element XR +Agilent 7700X
上述仪器位于矿床室115室，各激光器和质谱仪可任意互联，主要用于单矿物Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析、硫化物、氧化物主微量原位分析(含mapping)、单个流体包裹体元素-同位素分析和U-Pb定年等。

115实验室仪器布局
GeoLasPro激光剥蚀系统：2015年引进,同年5月安装完毕。

技术规格：工作波长：193nm；光斑大小：4-160mm；不均匀度:<±3.5% (2 sigma)；最大能量密度：光斑大小为130-160 μm时可达 35 J/cm2；能量密度范围:< 1 J/cm2-45 J/cm2；激光器安全等级：IIIb。

使用预混气，激光束斑切换手动版。

RESOlution S-155激光系统：由澳大利亚瑞索公司(RESOlution)生产的193nm准分子气体激光，于2018年6月安装完成。

束斑大小为4-150um,最大重复率为20HZ,最大能量密度为30j/cm2；Laurin公司的大剥蚀双池技术，最多能同时放入24个1英寸标准靶，同时具有很短的样品冲洗时间，非常适合地质样品点、线和面分析。

Agilent 7700x质谱仪：安捷伦(Agilent)公司生产的7700x 型等离子质谱仪为2012年购置。

耐高盐、易清洗。

技术参数：检测限低至ppb，同位素比精度RSD<0.1%，灵敏度低质量数Li(7)=50 Mcps/ppm，中质量数 Y(89)=160 Mcps/ppm，高质量数Tl(205)=80Mcps/ppm。

Nu Plasma III型MC-ICP-MS：由英国Nu公司生产的2016年推出的第三代多接收ICP质谱仪，于2018年7月安装完成。

仪器利用具专利的分散变焦镜头，与由16个法拉第接收器以及4个离子计数量组成的检测器阵列结合，可进行从锂到锕系元素的同位素同时精确检测。

仪器与激光剥蚀系统联用时，可进行单矿物原位微区Pb、Fe、Mg、Li、S、Cu、Hf、Sr等同位素的测定，还可以用溶液法测定地质样品中Sr、Nd、Pb、Cu、Fe、Zn等同位素组成。

Element XR型HR-ICP-MS：由德国Thermo Scientific生产的高分辨双聚焦磁场电感耦合等体质谱仪(HR-SF-ICP-MS)于2018年8月安装完成。

仪器除了具有高灵敏度和高稳定性外，还具有极宽的线性范围，其线性范围高达12个数量级，且不同模式自动切换校正，能精确获得地质样品中的主量和微量元素信息。

此外，仪器还提供固定宽度的低、中、高分辨率狭缝，可利用中、高分辨率直接准确获得有干扰的元素含量和同位素比值。

GeolasPro 193nm/Newave213 nm激光剥蚀系统+ Agilent 7900质谱仪
仪器位于矿床室216室，主要用于单矿物U-Pb定年、硅酸盐主微量元素分析以及单个流体包裹体分析。

216实验室仪器布局
GeoasPro 193nm激光剥蚀系统：GeoLasPro激光剥蚀系统为德国Coherent公司制造，2009年引进,同年9月安装完毕。

技术规格，工作波长：193nm；束斑大小：4-160μm；不均匀度：<± 3.5% (2 sigma)；最大能量密度：光斑大小为130-160μm时可达35J/cm2；能量密度范围：<1J/cm2-45J/cm2；激光器安全等级：IIIb。

NewWave 213 nm激光剥蚀系统：该系统是Nd：YAG深紫外激光剥蚀系统，具有深紫外激光的波长优势和固体激光系统简单易用的优点，于2016年1月份引进实验室。

技术规格：工作波长：213nm，光斑大小：4-160μm；脉冲宽度：<4ns。

Agilent 7900质谱仪：安捷伦(Agilent)公司生产，2015年
购置，同年5月安装完毕。

其具有体积小型化、软件智能化、超高灵敏度、长期工作可靠性高、操作方便等特点，特别是操作系统可实现中英文相互切换。

原位U-Th/He测试系统(RESOchron SE+ Agilent 7900质谱仪)
该套系统位于矿床室216室，主要用于原位(U-Th)/He分析测试。

RESOchron SE激光剥蚀氦提取分析系统：澳大利亚ASI公司制造，将于2018年底完成安装。

主要有两部分组成，1)RESOlution-SE激光剥蚀系统，其技术规格为，工作波长：193 nm；光斑大小：2-100μm；脉冲宽度：≤20 ns；最大能量密度：>20J/cm2；能量稳定性：<2% RSD；激光器安全等级：符合FDA/CDRH 21 CFR I类激光系统。

2)AlphachronTM He同位素分析系统，其技术规格为，质量范围：1-50amu；检测限：<2×10-11mbar；Ar灵敏度：>5×10-4/200A/mbar。

Agilent 7900质谱仪：安捷伦(Agilent)公司生产，将于2018年底完成安装。

其具有体积小型化、软件智能化、超高灵敏度、长期工作可靠性高、操作方便等特点，特别是操作系统可实现中英文相互切换。

1.8.2磨片实验室
（1）实验室概况
本实验室隶属于中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，主要为科研人员和学生提供样品处理的服务。

实验室位于样品楼二楼216室。

（2）服务内容
我们的实验室目前可以提供制作岩石样品或其他材料的不同规格（27x46mm，51x76 mm 的光片，探针片等，岩石样品1英寸的靶或标样靶，流体包裹体片，以及其他有特殊要求的样品。

可处理的材料包括岩石、土壤、陶器、骨头、陨石、纸张、煤、金属等。

（3）实验室成员
Martin von Dollen： Senior Engineer
Lab：Sample Storage Building Room 207
Office：Sample Storage Building Room 202
（4）实验预约流程
中科院系统师生请前往中科院仪器共享平台，填写实验预约申请，经审核通过后，填写分析测试申请表和样品处理申请表（见附件）；其他科研院校人员可先填写分析测试申请表预约实验，并委托实验技术人员代为填写网上预约。

在填写“分析测试申请表”时需有导师确认签字。

通过电子邮件发送申请表扫描件，联系实验室技术人员安排实验，开展实验当天请提交纸质版申请表。

1.8.3矿物形貌观察及成分分析实验室
（1）实验室简介
本实验室隶属于中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，服务于固体地球科学领域微区形貌观察和原
位元素成分研究。

利用聚焦得非常细(微米-纳米级)的高能电子束轰击样品，激发出各种被测物质的有用信息如特征X射线，二次电子，背散射电子等，通过分析这些有用信息达到对样品微区原位成分分析和形貌观察的目的，广泛应用于矿床学、岩石学、矿物学、构造地质学、第四纪地质学等研究方向。

本实验室配备有目前最新的电子探针（两台）和热场发射扫描电子显微镜（一台）。

其中，两台电子探针均拥有一套完整的X射线波长和能量探测装置（波谱仪WDS和能谱仪EDS），用以探测电子束轰击样品所激发的特征X射线。

由于特征X射线的能量或波长随着原子序数的不同而不同，通过仪器测试得到入射电子在样品中激发出的特征X射线波长和能量而获得所含元素的种类和含量，实现对样品微区的原位成分定量分析。

另一方面，热场发射扫描电子显微镜上还配备了美国Gatan 公司最新一代MonoCL4 阴极发光谱仪，该仪器使用直接耦合腔式单色器与高效率探测器，能使阴极发光的采集效率达到最大化，拥有极高的灵敏度，从而获取高质量的CL图像。

针对矿物、岩石以及材料(陶瓷，合金，半导体材料等），目前本实验室可以开展以下方面的实验研究：
●微区化学组成定性和定量分析
●微区化学组成线分析
●微区化学组成面分析
●微区形貌观察以及成分分布图像拍摄：背散射图像（BSE）、二次电子图像（SEI）以及阴极发光图像（CL）（2）实验室成员
●科研人员
陈伟，博士，研究员，本实验室负责人。

主要从事岩浆和热液Fe-Ti氧化物矿床、热液稀土活化与矿化等研究。

负责实验室的运行和统筹以及相关方法的应用研究。

办公室：矿床室420室
●技术人员
郑文勤，高级工程师，主要负责电子探针分析测试技术方法的开发及仪器的维护管理等。

实验室：矿床室116室；办公室：矿床室316室
李响，硕士，工程师，主要负责电子探针分析测试技术方法的开发及仪器的维护管理等。

实验室：矿床室116室; 办公室：矿床室401室
董少花，博士，高级工程师，主要负责场发射扫描电镜测试方法的开发和仪器的管理及维护。

实验室：矿床室119室；办公室：矿床室323室
（3）仪器设备
本实验室的电子探针为日本电子生产的JXA8530F-plus型场发射电子探针和JXA8230型钨灯丝电子探针，扫描电镜为日本电子生产的JSM-7800F型热场发射扫描电子显微镜。

技术指标分别为：
场发射电子探针技术指标（JXA8530F-plus型）
二次电子像分辨率可达3nm (30kV,工作距离11mm)；空间分辨率好于0.1μm；最大束流可达2μA；加速电压可调范围为0 ～ 30kV；具有四级物镜可变光栏；图像放大倍数为×40～×300,000，连续可调；电子束位移小于1μm/h；分析元素范围：5B - 92U；X射线出射角为40°；分光晶体有全聚焦型晶体和半聚焦型晶体两种；罗兰圆半径有100mm和140mm两种；具有反光显微镜，分辨率1μm，放大倍率300倍，可同时显示二次电子像、背散射电子像、彩色光学显微像，还可以得到上述图像的数字化像。

JXA8530F-plus型场发射电子探针 JXA8230型电子探针
钨灯丝电子探针技术指标（JXA8230型）
二次电子像分辨率可达6nm（工作距离11mm）；背散射电子像分辨率可达20nm（拓扑像、成分像）；加速电压可调范围为0 ～ 30kV；束流范围为10-12～ 10-5A；具有四级物镜可变光栏；图像放大倍数为×40～×300,000，连续可调；电子束位移小于1μm/h；分析元素范围：5B - 92U；X射线出射角为40°；分光晶体有全聚焦型晶体和半聚焦型晶体两种，每道2个晶体，分光晶体交换时间少于1.5秒；罗兰圆半径有100mm
和140mm两种；具有反光显微镜，分辨率1μm，放大倍率300倍，可同时显示二次电子像、背散射电子像、彩色光学显微像，还可以得到上述图像的数字化像。

场发射扫描电镜技术指标（JSM-7800F型）
该仪器由日本电子株式会社于2011年推出，几乎集成了当今扫描电镜的全部前沿技术，具有大束流、高稳定性以及超高分辨率等优点。

通过直接观察样品的表面形貌以获取岩石、矿石以及单矿物的精细微区结构。

电镜上配备了英国EDAX TEAM Apollo XL能谱仪，配合最新的TAEM软件，能够快速准确进行样品的相组成及相分布分析、元素定性分析、定量分析、线分析、面分析、材料失效分析等。

此外，配备的美国Gatan 公司最新一代MonoCL4 阴极发光谱仪，通过使用直接耦合腔式单色器与高效率探测器，能使阴极发光的采集效率达到最大化，拥有极高的灵敏度。

JSM-7800F型热场发射扫描电子显微镜
1.8.4 ICP-MS实验室
（1）实验室概况
本实验室隶属于中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，主要承担岩石矿物样品中微量及稀土元素
测试的化学前处理工作及测试研究。

自1996年以来，完成了大量各类岩石、矿物、土壤、植物等样品的化学前处理。

在。