分析测试技术-电子探针分析原理(3)

当具有一定能量的电子束作用在固体样品上时，可使样品中作用点的元素电离，这时外层电子向内层跃迁，同时释放出具有特征波长或能量的X射线，其强度直接反映了样品中作用点元素的含量。如果使电子束沿某条线扫描，则激发的X射线代表所扫描线域的元素变化情况，这就是线扫描技术。元素的线分布曲线显示了试样中该元素的含量变化，它对于研究晶体的环带变化，了解元素的扩散和渗透性情况是比较理想的手段。,第八节 电子探针线分析(line analysis),包村金矿床原生自然金Au、Ag线分析图,对某一区域内进行电子束扫描，可获得该区域元素的变化情况，即为面扫描。面分析技术就是分析样品表面元素分布及组合特征。普通面扫描是指利用X射线信号进行的图像扫描。每一个扫描图可以反映一种元素的变化。,第九节 电子探针面分析与相分析(area analysis and phase analysis),相分析技术是以电子探针定量分析结果和元素数值化面扫描结果为基础，以计算机分析软件为手段，对样品区域物相分布进行详细分析的技术。相分析主要用于非均一样品分析。,面分析实例,数值图像分析实例,经澳大利亚 Macquarie 大学 GEMOC 研究中心 Camebax SX 100 电子探针，进行了背散射电子图像(BSE images)分析及其年龄。,据徐夕生等，2004,实例1:安徽铜官山石英闪长岩中的包体锆石,6.黑云母白云母复杂环带背散射电子图像(BEI)；7.黑云母白云母复杂环带背散射电子图像(BEI)；8.黑云母白云母复杂环带Fe(左)和Al(右)X射线面扫描结果。符号:Kf钾长石(微斜条纹长石)；Pl1早期斜长石；Pl2晚期斜长石；Qz石英；Bi早期无环带黑云母；Biz环带黑云母白云母；Mu白云母；Sb平整边界；Ib不规则边界；Tb过渡边界。,广东南昆山A型花岗岩定年和环带云母研究,据刘昌实等，2005,实例2:,电子探针分析表明，复杂环带云母通常由若干黑云母条带(铁叶云母)和白云母条带组成，可识别出3个构成部分：核部带，幔部带和边部带。核部带形成于原岩浆处在深位时结晶的，幔部带形成于岩浆自深位快速上升到浅位时结晶的，而边部带形成在岩浆冷凝终结时。它们之间不同的边界形态说明了岩浆经历过铁钛氧化物的分离结晶作用、外来岩浆注入作用和去气作用等。环带云母是岩浆结晶历史的极好指纹。,实例3：繁昌窑青白瓷,电子探针：日本JEOL公司生产，型号为JXA8800。工作条件：加速电压15KeV，探针电流110-8，峰位记录时间10s，校正程序为ZAF。标样：a、g、l、a、i、e，采用普通角闪石；i采用钠长石；采用正长石(25 =0.49%)。（据冯敏等，2004）,实例4:内蒙古东胜地区高岭土矿床的岩石矿物学研究（据毕先梅，程守田，2000）,2003,实例5：中国北方元古宙沉积岩中自生稀土矿物特征及其意义以北京、大连地区为例 宋天锐，万渝生，陈振宇，张巧大，2004,大连震旦系十三里台组首次发现自生稀土元素矿物独居石后，在北京十三陵中元古代长城系常州沟组、串岭沟组和大红峪组又发现了自生的独居石以及其他磷酸盐和硅酸盐稀土矿物。自生稀土矿物的形成和岩石中稀土元素含量较高有关；电子探针背散射图像和P、Th、La、Ce、Nd、Y等元素面分布图像研究表明，沉积岩中的自生稀土矿物与岩浆岩、变质岩和碎屑成因的截然不同。本文报道了元古宙长城系常州沟组沉积岩中碎屑锆石边部成岩过程中形成的自生磷钇矿。中国北方元古宙泥砂质碎屑沉积岩普遍具有高稀土组合，许多地区都可能存在独居石等自生稀土矿物，如天津蓟县、辽西、辽南和宣化等地，为利用离子探针(SHRIMP)确定其同位素地质年代提供了可能。此外，本文对比了大连震旦系自生独居石和内蒙白云鄂博矿区东矿的独居石晶形和化学成分的相似性，再一次提出中国北方元古宙富稀土地层可能是内蒙古白云鄂博巨型稀土元素矿床的矿源层问题。,利用天然矿物岩石作原料， 研究结晶釉中辉石的形成， 及其种属确定。应用X- ray 结构分析、电子探针成分分析及图像分析，所得结果参照国际矿物学会辉石小组确定的辉石命名法， 确定该结晶釉中的析晶晶体为普通辉石。,实例6：普通辉石结晶釉的研究袁家铮 鲍黎裕，1997,电子探针技术主要用于材料微区化学成分定量测定及表面微形貌研究。1991年 ， Suzuki 和Adachi将矿物微区化学成分含量 ( Th ， U ， Pb) 与放射性元素 (Th ， U) 衰变理论相结合 ，形成了独特的电子探针化学测年方法。他们对前寒武纪锆石、独居石等矿物进行了测年 ，取得了一定的效果。 10 多年来 ，不少地质工作者利用该方法解决地质年代问题 ，取得了大量成果，尤其在造山带研究中成果显著。同时 ，该方法也在实践中不断完善、日趋成熟 ，已成为了微区测年、提供详细年龄资料的有力工具。,第十节 电子探针化学测年方法,天然形成的锆石、斜锆石、独居石等矿物中一般都含有一定量的天然放射性元素232Th、235U、238U，它们经过一系列的、衰变后最终形成 Pb 的稳定同位素：,1、基本原理,232Th 6 + 4- +208Pb235 U 7 + 4- +207Pb238 U 8 + 6- +206Pb,在地质历史中，当上述放射系列建立起长期平衡时，可把钍、铀同位素的衰变看作直接转化为相应的铅同位素。,式中N (232Th) 、N (235U) 、N (238U) 为仍存的232Th、235U、238U 原子数，232、235、238为232Th、235U、238U的衰变常数。若普通铅含量忽略不计，同时假定矿物中体系为封闭体系，没有 Pb 等元素的损失或增加，并考虑到正常铀现今比值N (235U) /N (238U) =1/138，则矿物中铅原子数为：,三个独立的方程用来计算放射性成因的铅：,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),将(1)式中 Pb、Th、U 的原子数换算成对应的氧化物 PbO、ThO2 、UO2 的质量分数，有 :,(2)式中M(PbO)、M(ThO2)、M(UO2)分别为氧化物PbO、ThO2、UO2的分子质量。每一单点的电子探针分析得到了一组氧化物含量数据，代入(2)式 ，就得到了一个化学年龄。这个年龄只是视年龄，对同成因的矿物微区采取多点分析，并利用等时线法可获得矿物微区的形成年龄。,具体做法：先将钍衰变效果虚拟折算成铀衰变效果(成铅量相等)，构建虚拟的UO2含量（W(UO2)*），即：,这样，理论上所有的分析数据将落在直线 w (PbO)K W(UO2)*上。然后通过实测多点分析数据，采用最小二乘回归法计算出该直线的斜率 k。最后通过下列公式计算出矿物形成的最终年龄 T。,2、应用实例,用电子探针化学测年方法对产在变质岩、岩浆岩中的同源锆石、独居石、磷钇矿等矿物进行定年 ，得到这些矿物的结晶年龄，大致可以代表岩石的形成年龄。 许多学者用该方法得到的研究结果与用其它方法得到的年龄结果是一致的。如J.E. French 等（2002）利用该方法对产于镁铁质岩中的斜锆石进行了测年研究，取得了较好的效果。他们对5 种来自不同地区的斜锆石分别进行了电子探针化学测年(EM)与同位素稀释法测年(IDTIMS) ，得到的结果具有一致性。,1) 岩石形成年龄研究,2) 变质变形年代研究,矿物颗粒做精细的化学成分扫描工作。矿物化学成分的环带结构也暗示着矿物形成年龄的环带分布。矿物形成后 ，许多情况下会受到后期的地质作用影响 ，发生重结晶