电子探针化学测年技术及其在地学中的应用

电子探针仪是一种对单矿物微区进行定量化学分析的仪器，其用途广泛。近年来，由于计算机网络技术的迅猛发展，相关应用软件的开发与使用的加快，使得装备有高精度的波谱仪的新一代电子探针仪具有数字化特征人工智能和自动化的分析程序、网络功能以及高分辨率图象的采集分析及处理能力。在分析成分的同时可进行矿物微区的形貌特征和结构分析，真正实现了电子探针化学测年技术是一种正待开发应用于地学中进行年龄测定的技术，美国及日本等国的学者对此技术作了一些探索性的研究工作。本研究拟首先对独居石、锆石等含有L-Th-Pb的矿物并利用对其氧化物成分进行测定来确定它们的年龄。它对研究碎屑岩及河流沉积物的源岩、多期次多阶段构造的演化史、火山活动等方面具有重要的意义1基本原理及年龄计算下面以基于电子探针对独居石中放射性元素LTh和Pb的氧化物测定来说明电子探针化学测年的基本原理及年龄计算一系列的a上述放射性系列在地质历史中建立长期平衡状态时，就可把L和Th同位素的衰变看作直接转化为相应的Pb同位素据此有3个独立的方程：若己知放射性成因的PbTh及L的原子数，则有：将放射性成因的PbTh及U的原子数换算成其对应的氧化物PbOTh2及UO2的质量分数据Williams等人和Corfu的研宄成果表明，相对于放射性成因的Pb的量，独居石含有非常少量的初及Koppel的研究表明6，独居石一般显示出一致的U-Pb和Th-Pb的同位素年龄，即w（Pb原始）0独居石中Pb的含量与其从形成以来所经历的时间呈正比我们按照以下方程式，以来自任何一组ThO2UO2及PbO的电子探针分析结果对ThOS2进行计算：则独居石的形成年龄可由下列简式求得：用迭代法求t，经计算，迭代18次即可达到年龄的精度要求，即t1t2…t17t18当然，在测试过程中还须对独居石、锆石等矿物的测试条件、系统误差等影响测年精度的因素进行一些校正，如稀土元素谱线间存在的相互干扰等，*终使其能够反映出独居石形成的实际年龄。目前，用计算机程序实现上述计算是非常容易的。

2电子探针化学测年技术的可靠性作为1种新的测年技术应愚其猜￡性进于自湖南北马山花岗岩经UI同位素测定其可靠netbookmark1析、验证有关表明，此技术在测年精度方面存在差异，如MichaelL.W.等人（）计算年龄的精度可通过上面的测年方程，利用可传递的特征X射线计数误差来估计。对于富Th的前寒武系的独居石（w>%），通过计数统计，其精度<10Ma，而对于贫Th或更年轻的独居石精度范围接近10~人对独居石中Pb的行为意义方面进行了研究并经与同位素法的对比得出其精度接近20Ma由于不同学者使用的电子探针仪类型、测试条件、样品以及计算精度的数学方法不同而使精度存在差异，但即使在20~50Ma精度范围内，电子探针化学测年数据完全能够有效地解决许多构造、变质作用及火山活动等方面的问题电子探针应用在前寒武系岩石中测试精度较高，而对那些较年轻的岩石可通过补充其他的测年法（如同位素法）或结合实际的地质情况予以解决。因此，将它应用于地学中，其可靠性能够得到保证作者用取的年龄为235Ma）中的锆石进行了测定，显示出年龄环带结构，即为老核新边，核部的年龄在1000Ma以上，而边部的为231MaU-Pb同位素年龄为两个区域某些年龄的均值，它应该比边部年龄大，而比核部年龄小。这与实际的情况一致，说明电子探针化学测年数据是可靠的3电子探针化学测年技术在地学中的应用实例3.1多阶段构造叠加成因的解析独居石的电子探针化学测年数据、高空间分辨率的成分图象表明电子探针化学测年技术方法具独特性MichaelL.W.等人用取自加拿大Neil海湾Saska-tchewan的太古宙岩石样品（96W-19），对其中大颗的石榴石变斑晶中的两粒独居石晶体进行了化学测年和测图，结果显示其具明显的ThU和Pb环带经计算的年龄显示独居石晶体大体有两个区域，即有一个老核和一个新边核部的化学年龄大约是2.05Ga，而边部则约为1.88Ga该技术能够分辨出年龄为100Ma或更小的区域本区在距今26Ga时发生造山运动并使大量含堇青石的混合岩发生褶皱、变质及片理化年龄为1.88Ga的独居石颗粒包在石榴石晶体中，它是由混合岩化形成的，并指示该事件大约发生在1.88Ga时。两种年龄区域的存在，指示岩石保存了其早期历史的某些方面，并且还有一些热变质事件发生在26Ga和1.88Ga的构造运动之间如果这些组成的独居石颗粒用传统的同位素法进行年龄测定，甚至用单晶法进行测试，这时的年龄将会是两个区域中一些年龄结果的平均值，而显示不出年龄的环带结构年龄测图能够显示出老核新边的独居石的存在，从而为多阶段岩石以及构造运动的研究提供了可靠的证据此外，电子探针化学测年技术应用于岩石、矿物和矿床学中，它可对矿石的来源、不同矿物的不同环带、不同世代的成分演化乃至时间演化进行分析，并可使年龄数据点与成分数据严格对应因此，当对某些岩体中被测矿物有捕虏体成因、岩浆成因、地幔成因等各种来源时，可分别求出某单一事件的年龄据此可得到许多岩石结构、矿床成因、变质作用及地质找矿等方面的信息3.2利用w）比值来探寻碎屑岩的源岩用电子探针对独居石Th~U-Pb的测定数据，利用碎屑独居石的w（PbO）/w（Th2）比值m并等时线对比证实，日本东部Mino岩层的侏罗系砂岩源于前寒武系用电子探针对Mino岩层侏罗系砂岩中的581颗碎屑独居石进行了精确测定，并计算出它们的m值大多数独居石（581颗中有403颗）集合体中m值在Q0763~0.0618的范围内变化其他颗粒显示的m值大约为0.的Kamiaso砾岩中前寒武系片麻碎屑岩中的独居石的m值一致，证实碎屑独居石源于中前寒武系的片麻岩和花岗岩系片麻岩有Rb-Sr矿物等时线年龄（1740t40）Ma和黑云母K-Ar年龄1420Ma；前者可解释成角闪石一花岗岩变质作用阶段，后者为一次明显的热事件或者是退变质作用。Mino岩层及Hida岩层北部的二叠系石榴石夕线石片麻岩给出了Sm-Nd矿物的等时线年龄（27吐13）Ma；274Ma的年龄可解释成Hida地层发生的主要变质事件，而161Ma年龄则为后来的火山活动时间把两个片麻岩样品中所有独居石的分析结果都绘制到w（PbO）和w（Th2）的坐标图上（），图上给出了等时线1740Ma0.0068）前寒武系独居石核部的数据点（实心正方形）接近落到m=0.0763的线上，如1740Ma为等时线；核部w（压0）的值与在1740皿时由爪和，匕放射性活度所产生的PbO含量没有发生明显的偏差。边缘数据点集中在m=Q0763线和m=0.0618线之间区域内。这表明独居石环带的m值记录了的热事件导致Pb在晶体边缘有扩散损失。对于Hi-da岩层，二叠系独居石核部的数据点接近落到m=010116的线上，而边缘的那些数据点落在m=8线之间的区域内，说明碎屑独居石的m值可成为对碎屑岩来源进行分析并确定年代的方法，它为构造、古地理的恢复以及造山带的岩层分析亦提供了一个重要的方法。1日漆-名古屋大学的KazuhuMie等人3利出遍要gI由于本方法*番于8寻找沉积h砂岩岩结政bookmark290年代以来，中国的荒漠化日趋严重，沙尘暴几乎年年发生，首都北京也深受其害。为此，找到沙尘的来源，并采取相应的措施治理沙尘源区至关合地貌资料及遥感技术能确定沙尘的源区并为治理沙漠化提供一整套有关砂岩演化的基础性地质资料。3.3判断河流等水系沉积物的源岩作测定了取自中国辽河砂样中的独居石，分别测出了288颗独居石的年龄，其中19颗的年龄集中在2500M范围内，这与辽河穿切中国东北古老克拉通地区有关实际上，辽河群为下元古界（250（±~1800Ma），这部分的独居石很可能来自其中。将其应用于判断河流等水系沉积物的源岩方面，可为治理泥沙淤积的河流水系提供其源岩方面的地质依据。如黄河等河流的治理，首先要对其泥沙寻根溯源，了解其源岩的形成、演化及搬运史等，而后采4对电子探针化学测年技术的评价近年来，独居石的电子探针化学测年技术已经成功地应用于岩浆岩的研究中。它与传统同位素方法（如质谱仪）相比具有明显的优点，但也存在不足之处其优点主要为：（1）它分析快速，测试容易，所需样品量少且不损坏样品每次对独居石主元素的分析只需几分钟的时间（校正后），微量元素的分析约需10分钟；（2）传统的测年方法一般费时且费用较高，而电子探针化学批量测年费用较低；（3）电子探针测年可对独居石的核部和边缘分别进行测定和定位，并使其晶体的岩相位置与计算的年龄相对应。小于微束的高空间分辨率使我们能够在很小的范围内（几个微米）对样品进行大量的分析测试、检查年龄和成分不均一性或者环带结构，并且能够描述它们的形成过程及特征，为我们提供大量的年龄及其相关信息在这方面，传统同位素测年法是无可比拟的其缺点主要为：（1）它与离子探针或质谱仪测年法相比，精度和灵敏度要低一个数量级且通常它的不确定性在2…50Ma之间。因此，比100Ma年轻的样品很少用本方法测年；（2）本方法取独居石的w（Pb原始）0，而错石的Pb原始在有些情况下不为零，尽管在年龄计算时要进行必要的校正，但也影响此方法测年的精度。此外，从同一样品中选出的锆石若具有不同的物理性质，如电磁性、颜色、密度和晶形不同等，反映其形成时的物理化学环境和以后的变化各异；用此方法测试时，应根据具体情况分别测定，以区分不同成因条件下的锆石及其所经历的地质事件，这在一定程度上增加了工作量；（3）对标样的选择、制备要求很高值得注意的是用该方法能得到大量的年龄数据，可利用统计学的方法对其进行分柝当样品数（年龄数据点）足够多时，年龄值也越接近真值，从统计结果来看，可以大体确定年龄数据点落到哪些年龄区域，不同的年龄区域分别代表不同时代以及所经历的地质事件。取相应9的措施本上治理沙患rnalmectronic电子探针化学测年技术是对同位素等传统测年方法的补充，提供了一个快速测定年龄的概要，测年数据可作为更详细的同位素测年的基础。在很多情况下，它的测年结果可与同位素等传统测年法的年龄结果相互印证。前景的技术，在测得矿物成分的同时也得到了化学年龄和测图天津地矿所的鲍学昭同志为我们提供了北马山样品及其同位素年龄数据。日本国立地质博物馆的横山一己博士提供了部分的测试结果等。李小波同志也给予了帮助，在此一并致谢！