CN103018318A - 一种锆石微量元素及锆石岩浆微量元素分配系数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法，其步骤为：用激光或一次离子束扫描样品表面获得微量元素及基底元素图像；通过获得到的微量元素的图像信息确定分析位置，偏转激光束或一次离子束到所选择的分析位置，以非扫描模式进行对锆石的微量元素的含量的测量以及对岩浆玻璃的微量元素的含量的测量。

Description

一种锆石微量元素及锆石岩浆微量元素分配系数测量方法

技术领域

本发明涉及一种锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法。

背景技术

锆石是自然界中最常见的副矿物，广泛存在于岩浆岩，变质岩和沉积岩中。由于其物理和化学性质极其稳定，在破坏大多数其他普通矿物的岩浆、变质与侵蚀的作用过程能保留下来，进而成为研究地质作用等重要依据。锆石中经常含有各种微量元素如，亲石元素Sc,Y,稀土元素,还有Ti,Hf,Th，U，Nb,Ta,V及P元素等。通过锆石中的微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数的测定，可以确定出锆石形成时的温度、压力及当时的岩浆的组成，进而对地壳的组成及其演化进行研究。

锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量主要分为两类：一类是，对自然锆石及其主岩进行微量元素含量测量进而计算出锆石微量元素组成及其分配系数。另一类是，对实验室合成锆石及其锆石周围的熔体玻璃进行微量元素的含量的测定，计算出锆石微量元素的组成及其分配系数。传统的测量方式是采用二次离子质谱仪或者是激光剥蚀等离子体质谱仪直接在锆石及主岩或熔体玻璃上进行分析。这两种分析方法虽然在电离方式上不同，但是基本上的原理都是采用一次离子源或者是激光剥蚀样品的表面，检测装置接收电离出来的离子，获得的结果通过与标准样品（已知元素组成的样品）进行校正，得到样品的微量元素的组成，这个被检测样品可以是锆石、锆石的主岩或者是岩浆玻璃。通过锆石与锆石主岩或锆石与岩浆玻璃的微量元素的组成比值，来计算锆石与岩浆的微量元素分配系数。

但是，传统的锆石微量元素及锆石与熔体分配系数的测量方法测出的结果往往具有数个数量级的差别。这主要原因是，锆石中结构极其复杂，通常含有一些包裹体（如图2）。这些包裹体中的某些微量元素往往会高出锆石数个数量级，传统测量方法很难避免会剥蚀到这些包裹体，这样获得的结果就会与其真值具有较大偏差。并且，锆石中常常会有环带结构，环带结构可以通过锆石的阴极发光图像观察到（图3），由阴极发光的原理可知，在亮度不同的环带上的微量元素的组成是不一致的。而传统的测量方法很难确切的剥蚀到某条环带上，这也给结果带来了不确定性。

发明内容

为了解决以上的技术问题，提供了一种能够准确地对锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法，可以避免剥蚀包裹体，且可以确切地剥蚀到某条环带上。

该方法的步骤为：

第一步：用激光或一次离子束扫描样品表面获得微量元素及基底元素图像；

第二步：通过获得到的微量元素的图像信息确定分析位置，偏转激光束或一次离子束到所选择的分析位置，以非扫描模式进行对锆石的微量元素的含量的测量以及对岩浆的微量元素的含量的测量。

其中，所述第一步包括步骤：

（1）采用激光通过激光聚焦透镜或采用一次离子离子源电离出的离子通过离子透镜，聚焦到样品表面上，以扫描分析模式扫描，即以激光束偏转装置或离子束偏转装置规律的偏转激光或离子束，逐行扫描轰击样品表面，其中扫描样品的区域大小以及扫描时间可调，扫描的过程中样品表面电离溅射出离子。

（2）所测离子通过离子透镜从样品表面引出，离子透镜可以通过高压引出所测样品表面电离出来的带电离子，这些离子通过离子透镜后进入质谱系统，通过质谱系统后，根据离子质量数之间的差异被分离出来，这些被分离的离子被接收装置接收，由接收装置检测出的信号通过信号转换部分转换成计算机可接收的信号；

（3）由所述步骤（2）得到的计算机可接收的信号，获得样品表面的二维元素图像信息，该二维元素图像信息是多个元素的图像信息即为多幅元素图像，将所得到的元素图像存储到计算机硬盘中。

所述第二步包括步骤：

（a）根据所述步骤（3）得到的元素图像信息，选择下一步非扫描分析测量的位置，该位置可以是一个位置或多个位置；选择步骤（3）中能够用来判断可能包裹体的元素图像，使选择的位置能够避开可能的包裹体；选择步骤（3）中能够用来判断相应环带的元素图像，选择的位置包括所述相应环带；由于需要测量锆石/岩浆微量元素分配系数，则所选的位置也需要包括与岩浆距离最近的锆石上的环带处位置以及与锆石距离最近的岩浆上的位置；所选的位置坐标记录以列表的形式存储到计算机缓存文件中以及硬盘中供查询结果使用；

（b）偏转激光束或一次离子束到步骤（a）中记录的位置的坐标，在该记录的位置处，依次对每个位置，以非扫描模式进行对锆石的微量元素的含量的测量以及对岩浆玻璃的微量元素的含量的测量，以及测量后进行所述步骤（2），并将进行所述步骤（2）得到的每个位置处的元素的信息文件储存在以相应位置信息为文件的文件中；

（c）在含量已知的锆石标样和熔融玻璃标样上分别依次进行所述步骤（1）、（2）、（3）、（a）和（b），并存储相关数据；

（d）与锆石标样和熔融玻璃标样的测量数据比对，可获得锆石和岩浆上的微量元素的含量；

（e）通过以下公式得到分配系数：

其中

为微量元素i的锆石与岩浆的分配系数，

与

分别为微量元素i在锆石与岩浆中的含量。

本发明的技术效果是：有效的避免了传统的锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法中的锆石包裹体以及锆石环带对结果带来的影响，提高了锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量的准确性。

附图说明

图1：锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法流程示意图；

图2：锆石中的包裹体阴极发光图像；

图3：锆石中的环带结构阴极发光图像；

图4：锆石样品及其熔体表面微量元素及基底图像；

图5：锆石样品上Dy元素图像中，较亮处为包裹体；

图6：锆石样品上Y元素与锆石环带对应的图像，及需要计算分配系数时，方框处为锆石与岩浆上所需选择的非扫描分析的位置。

具体实施方式

为了解决上述问题，本发明公开了一种锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法，这个方法主要分为两个步骤：第一步，激光或一次离子束扫描样品表面获得微量元素及基底元素图像（图4）第二步通过获得到的微量元素的图像信息确定分析位置，偏转激光束或一次离子束到所选择的分析位置。以非扫描模式进行微量元素的含量的测量包括对锆石的微量元素的含量的测量以及对岩浆玻璃的微量元素的含量的测量。具体过程如下：

（1）采用激光或一次离子离子源，一次离子源可以是氧离子源或者是其他离子源。激光或者离子源电离出的离子通过激光聚焦透镜或者是离子透镜聚焦到样品表面上，样品为所待测的锆石或岩浆玻璃样品。之后采用扫描分析模式即以激光束偏转装置或离子束偏转装置规律的偏转激光或离子束，逐行扫描轰击样品表面，其中扫描样品的区域大小以及扫描时间可调，扫描的过程中样品表面电离溅射出离子。

（2）这些离子可以是待测微量元素离子或元素氧化物离子以及样品基底元素离子。基底元素离子包括：锆石中的基底元素离子可以是锆离子、硅离子、锆的复合离子或硅的复合离子中的一种或几种；熔融玻璃中的基底元素离子可以是硅离子或者是硅的复合离子。这些离子可以是带有正电荷或者是负电荷。这些离子表征了样品表面的微量元素的信息。所测离子通过离子引出装置从样品表面引出，这个离子引出装置可以是离子透镜。离子透镜可以通过高压引出所测样品表面电离出来的带电离子，这些离子通过离子透镜后进入质谱系统。这个质谱系统可以是单聚焦磁质谱系统或者是双聚焦静电分析器并磁质谱系统。也可是飞行时间质谱系统或者是四级杆质谱系统。所测离子通过质谱系统后，被根据离子质量数之间的差异分离出来。这些被分离的离子可以是同步被多个接收装置接收，或是异步被多个或一个接收装置接收。这些接收装置可以是离子计数器或者是法拉第杯带电离子检测器，检测器检测出的信号通过信号转换部分转换成计算机可接收的信号。

（3）由（1）所述激光束偏转装置或离子束偏转装置偏转激光或离子束，逐行扫描轰击样品表面，检测系统通过与逐行扫描时间进行逐行对应。获得样品表面的二维元素图像信息（如图4）。二维元素图像信息可以是多个元素的图像信息即为多幅元素图像，所得到的元素图像存储到计算机硬盘中。

（4）根据（3）中的元素图像信息，选择下一步非扫描分析测量的位置。位置可以是一个位置或多个位置。选择（3）中相应的元素的图像，这里可以是Dy元素或其他微量元素的元素图像。所选位置需要能够避开可能的包裹体（如图5），因为包裹体中的微量元素比锆石要高很多，若分析区域涵盖了包裹体会给结果带来较大变化。选择（3）中相应的元素的图像，这里可以是微量元素Y的图像，因为微量元素Y的图像与锆石环带的图像的关系一致性最明显，通过元素Y的图像来判断选择相应的环带处。若需要测量锆石/岩浆微量元素分配系数，则所选非扫描测量位置需要包括锆石上与岩浆距离最近的环带处的位置以及岩浆上与锆石距离最近的位置（如图6）。所选的位置坐标记录以列表的形式存储到计算机缓存文件中以及硬盘中供查询结果使用。

（5）偏转激光束或一次离子束到（4）中记录的位置的坐标，采用非扫描分析模式即以激光束偏转装置或离子束偏转装置偏转激光或离子束到相应位置，不扫描样品表面直接进行剥蚀样品，样品表面电离溅射出离子，依次对每个位置重复步骤（2）。所得到的元素的信息文件储存在以位置信息为头文件的文件中。

（6）在含量已知的锆石标样和熔融玻璃标样上分别重复（1）-（5），锆石标样可以是M257锆石标样或者是91500锆石标样，熔融玻璃标样可以是Nist 610标样或者是Nist612标样。

（7）在锆石样品上获得到的微量元素和基底元素之间的比值以及锆石标样上获得到的微量元素和基底元素之间比值，由于这两个比值与锆石和锆石标样上的微量元素的含量呈比例关系。且锆石标样上的微量元素的含量已知，则可获得锆石样品上的微量元素的含量。由于岩浆玻璃与熔融玻璃标样上具有相同的关系，则也可获得到岩浆玻璃上的微量元素的含量。

（8）通过以下公式：

其中

为微量元素i的锆石与岩浆的分配系数，

与

分别为微量元素i在锆石与岩浆中的含量。由于在（7）中已经获得到锆石样品与岩浆玻璃样品中的微量元素的含量。所以，通过以上公式则可计算出锆石与岩浆微量元素的分配系数。

Claims (3)

1.一种锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法，其特征在于，该测量方法的步骤为：

第一步：用激光或一次离子束扫描样品表面获得微量元素及基底元素图像；

第二步：通过获得到的微量元素的图像信息确定分析位置，偏转激光束或一次离子束到所选择的分析位置，以非扫描模式进行对锆石的微量元素的含量的测量以及对岩浆的微量元素的含量的测量。

2.根据权利要求1所述的锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法，其特征在于，所述第一步包括步骤：

（1）采用激光通过激光聚焦透镜或采用一次离子源电离出的离子通过离子透镜，聚焦到样品表面上，以扫描分析模式扫描，即以激光束偏转装置或离子束偏转装置规律的偏转激光或离子束，逐行扫描轰击样品表面，其中扫描样品的区域大小以及扫描时间可调，扫描的过程中样品表面电离溅射出离子；

（2）所测离子通过离子透镜从样品表面引出，离子透镜可以通过高压引出所测样品表面电离出来的带电离子，这些离子通过离子透镜后进入质谱系统，通过质谱系统后，根据离子质量数之间的差异被分离出来，这些被分离的离子被接收装置接收，由接收装置检测出的信号通过信号转换部分转换成计算机可接收的信号；

（3）由所述步骤（2）得到的计算机可接收的信号，获得样品表面的二维元素图像信息，该二维元素图像信息是多个元素的图像信息即为多幅元素图像，将所得到的元素图像存储到计算机硬盘中。

3.根据权利要求2所述的锆石微量元素及锆石/岩浆微量元素分配系数测量方法，其特征在于，所述第二步包括步骤：

（a）根据所述步骤（3）得到的元素图像信息，选择下一步非扫描分析测量的位置，该位置可以是一个位置或多个位置；选择步骤（3）中能够用来判断可能包裹体的元素图像，使选择的位置能够避开可能的包裹体；选择步骤（3）中能够用来判断相应环带的元素图像，选择的位置包括所述相应环带；由于需要测量锆石/岩浆微量元素分配系数，则所选的位置也需要包括与岩浆距离最近的锆石上的环带处位置以及与锆石距离最近的岩浆上的位置；所选的位置坐标记录以列表的形式存储到计算机缓存文件中以及硬盘中供查询结果使用；

（b）偏转激光束或一次离子束到步骤（a）中记录的位置的坐标，在该记录的位置处，依次对每个位置，以非扫描模式进行对锆石的微量元素的含量的测量以及对岩浆玻璃的微量元素的含量的测量，以及测量后进行所述步骤（2），并将进行所述步骤（2）得到的每个位置处的元素的信息文件储存在以相应位置信息为文件的文件中；

（c）在含量已知的锆石标样和熔融玻璃标样上分别依次进行所述步骤（1）、（2）、（3）、（a）和（b），并存储相关数据；

（d）与锆石标样和熔融玻璃标样的测量数据比对，可获得锆石和岩浆上的微量元素的含量；

（e）通过以下公式得到分配系数：

其中

为微量元素i的锆石与岩浆的分配系数，与

分别为微量元素i在锆石与岩浆中的含量。

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