分析測試技術(shù)-電子探針化學(xué)測年方法-PPT精選課件

1、電子探針化學(xué)測年方法電子探針技術(shù)主要用于材料微區(qū)化學(xué)成分定量測定及表面微形貌研究。1991年 ， Suzuki 和Adachi將礦物微區(qū)化學(xué)成分含量 ( Th ， U ， Pb) 與放射性元素 (Th ， U) 衰變理論相結(jié)合 ，形成了獨(dú)特的電子探針化學(xué)測年方法。他們對前寒武紀(jì)鋯石、獨(dú)居石等礦物進(jìn)行了測年 ，取得了一定的效果。 10 多年來 ，不少地質(zhì)工作者利用該方法解決地質(zhì)年代問題 ，取得了大量成果，尤其在造山帶研究中成果顯著。同時(shí) ，該方法也在實(shí)踐中不斷完善、日趨成熟 ，已成為了微區(qū)測年、提供詳細(xì)年齡資料的有力工具。 天然形成的鋯石、斜鋯石、獨(dú)居石等礦物中一般都含有一定量的天然放射性元素2

2、32Th、235U、238U，它們經(jīng)過一系列的、衰變后最終形成 Pb 的穩(wěn)定同位素：1基本原理232Th 6 + 4- +208Pb235 U 7 + 4- +207Pb238 U 8 + 6- +206Pb 在地質(zhì)歷史中，當(dāng)上述放射系列建立起長期平衡時(shí)，可把釷、鈾同位素的衰變看作直接轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鉛同位素。式中N (232Th) 、N (235U) 、N (238U) 為仍存的232Th、235U、238U 原子數(shù)，232、235、238為232Th、235U、238U的衰變常數(shù)。若普通鉛含量忽略不計(jì)，同時(shí)假定礦物中體系為封閉體系，沒有 Pb 等元素的損失或增加，并考慮到正常鈾現(xiàn)今比值N (2

3、35U) /N (238U) =1/138，則礦物中鉛原子數(shù)為：三個(gè)獨(dú)立的方程用來計(jì)算放射性成因的鉛：N (208Pb) =N (232Th) (e232t-1) N (207Pb) =N (235U) (e235t-1) N (206Pb) =N (238U) (e238t-1) N (Pb) = N ( Th) exp (232t) - 1 + N (U) exp (235t) - 1 / 139 + N (U) exp (238t) - 1 138/ 139 (1)將(1)式中 Pb、Th、U 的原子數(shù)換算成對應(yīng)的氧化物 PbO、ThO2 、UO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有 :(2)式中M(PbO

4、)、M(ThO2)、M(UO2)分別為氧化物PbO、ThO2、UO2的分子質(zhì)量。每一單點(diǎn)的電子探針分析得到了一組氧化物含量數(shù)據(jù)，代入(2)式 ，就得到了一個(gè)化學(xué)年齡。這個(gè)年齡只是視年齡，對同成因的礦物微區(qū)采取多點(diǎn)分析，并利用等時(shí)線法可獲得礦物微區(qū)的形成年齡。具體做法：先將釷衰變效果虛擬折算成鈾衰變效果(成鉛量相等)，構(gòu)建虛擬的UO2含量（W(UO2)*），即：這樣，理論上所有的分析數(shù)據(jù)將落在直線 w (PbO)K W(UO2)*上。然后通過實(shí)測多點(diǎn)分析數(shù)據(jù)，采用最小二乘回歸法計(jì)算出該直線的斜率 k。最后通過下列公式計(jì)算出礦物形成的最終年齡 T。2、應(yīng)用實(shí)例 用電子探針化學(xué)測年方法對產(chǎn)在變質(zhì)巖、

5、巖漿巖中的同源鋯石、獨(dú)居石、磷釔礦等礦物進(jìn)行定年 ，得到這些礦物的結(jié)晶年齡，大致可以代表巖石的形成年齡。 許多學(xué)者用該方法得到的研究結(jié)果與用其它方法得到的年齡結(jié)果是一致的。如J.E. French 等（2019）利用該方法對產(chǎn)于鎂鐵質(zhì)巖中的斜鋯石進(jìn)行了測年研究，取得了較好的效果。他們對5 種來自不同地區(qū)的斜鋯石分別進(jìn)行了電子探針化學(xué)測年(EM)與同位素稀釋法測年(IDTIMS) ，得到的結(jié)果具有一致性。1) 巖石形成年齡研究2) 變質(zhì)變形年代研究礦物顆粒做精細(xì)的化學(xué)成分掃描工作。礦物化學(xué)成分的環(huán)帶結(jié)構(gòu)也暗示著礦物形成年齡的環(huán)帶分布。礦物形成后 ，許多情況下會受到后期的地質(zhì)作用影響 ，發(fā)生重結(jié)晶

6、、再生長。電子探針化學(xué)測年方法能描繪出礦物中不同部分的年齡結(jié)構(gòu) ，以分析地質(zhì)事件的演化歷史。鑒于此 ，該方法常用在變質(zhì) 變形年齡研究中 ，尤其在造山帶構(gòu)造 熱事件年代研究中取得了突出的成果。 M. L. Williams 等及 C. F. Kopf對加拿大 Saska -tchewan 北部 Neil海灣地區(qū)古老變質(zhì)巖中的獨(dú)居石進(jìn)行了研究。1888184818031910安徽銅官山石英閃長巖中的包體鋯石，經(jīng)澳大利亞 Macquarie 大學(xué) GEMOC 研究中心 Camebax SX 100 電子探針，進(jìn)行了背散射電子圖像(BSE images)分析及其年齡。140Ma134Ma136Ma13

7、9Ma135Ma2589Ma據(jù)徐夕生等，2019繁昌窯青白瓷 電子探針：日本JEOL公司生產(chǎn)，型號為JXA8800。工作條件：加速電壓15KeV，探針電流110-8，峰位記錄時(shí)間10s，校正程序?yàn)閆AF。標(biāo)樣：a、g、l、a、i、e，采用普通角閃石；i采用鈉長石；采用正長石(25 =0.49%)。（據(jù)馮敏等，2019）廣東南昆山A型花崗巖定年和環(huán)帶云母研究據(jù)劉昌實(shí) 巖石內(nèi)普遍發(fā)育環(huán)帶云母，電子探針分析表明，復(fù)雜環(huán)帶云母通常由若干黑云母條帶(鐵葉云母)和白云母條帶組成，可識別出3個(gè)構(gòu)成部分:核部帶，幔部帶和邊部帶。核部帶形成于原巖漿處在深位時(shí)結(jié)晶的，幔部帶形成于巖漿自深位快速上升到淺位時(shí)結(jié)晶的，

8、而邊部帶形成在巖漿冷凝終結(jié)時(shí)。它們之間不同的邊界形態(tài)說明了巖漿經(jīng)歷過鐵鈦氧化物的分離結(jié)晶作用、外來巖漿注入作用和去氣作用等。環(huán)帶云母是巖漿結(jié)晶歷史的極好指紋。花崗巖鋯石U-Pb定年為1470.8Ma，應(yīng)為中侏羅世晚侏羅世侵入的。6.黑云母白云母復(fù)雜環(huán)帶背散射電子圖像(BEI)，成分剖面號碼(No.15)同表3，樣號FG5-1。7.黑云母白云母復(fù)雜環(huán)帶背散射電子圖像(BEI)，成分剖面號碼(No.69)同表3，樣號FG6-1。8.黑云母白云母復(fù)雜環(huán)帶Fe(左)和Al(右)X射線面掃描結(jié)果。符號:Kf鉀長石(微斜條紋長石)；Pl1早期斜長石；Pl2晚期斜長石；Qz石英；Bi早期無環(huán)帶黑云母；Biz

9、環(huán)帶黑云母白云母；Mu白云母；Sb平整邊界；Ib不規(guī)則邊界；Tb過渡邊界。內(nèi)蒙古東勝地區(qū)高嶺土礦床的巖石礦物學(xué)研究（據(jù)畢先梅，程守田，20002019中國北方元古宙沉積巖中自生稀土礦物特征及其意義以北京、大連地區(qū)為例宋天銳，萬渝生，陳振宇，張巧大，2019內(nèi)容提要大連震旦系十三里臺組首次發(fā)現(xiàn)自生稀土元素礦物獨(dú)居石后，在北京十三陵中元古代長城系常州溝組、串嶺溝組和大紅峪組又發(fā)現(xiàn)了自生的獨(dú)居石以及其他磷酸鹽和硅酸鹽稀土礦物。自生稀土礦物的形成和巖石中稀土元素含量較高有關(guān)；電子探針背散射圖像和P、Th、La、Ce、Nd、Y等元素面分布圖像研究表明，沉積巖中的自生稀土礦物與巖漿巖、變質(zhì)巖和碎屑成因的截然不同。本文首次報(bào)道了元古宙長城系常州溝組沉積巖中碎屑鋯石邊部成巖過程中形成的自生磷釔礦。中國北方元古宙泥砂質(zhì)碎屑沉積巖普遍具有高稀土組合，許多地區(qū)都可能存在獨(dú)居石等自生稀土礦物，如天津薊縣、遼西、遼南和宣化等地，為利用離子探針(SHRIMP)確定其同位素地質(zhì)年代提供了可能。此外，本文對比了大連震旦系自生獨(dú)居石和內(nèi)蒙白云鄂博礦區(qū)東礦的獨(dú)居石晶形和化學(xué)成分的相似性，再一次提