PDF《量电子探针原位分析：》

41520104004、

41372060、 41202032) 资助.第一作者简介:李 小犁,男,1982 生,博士,高级工程师,岩石矿物学专业,从事变质岩石学及电子探针研究,Email:xiaoli. li@ pku. edu. cn 们选择了来自我国天山、拉萨和北祁连的洋壳俯冲类型中低温(超 )高压榴辉岩中的石榴子石样品,对其进行了Fe3 + 含量(环 带 )的 分析.结 果显示,石榴子石中Fe3 + 含量可作为一个可靠的氧逸度指示剂,其(环 带 )变 化很好地对应了榴辉岩寄主岩石的变质演化轨迹,反映了在板片俯冲过程中,榴辉岩的氧逸度具有降低的趋势.关键词电子探针;

石榴子石;

Flank Method 方法;

三价铁中图法分类号P575

1 Fe 是地球物质中常见和重要的组分元素,可以具有两种不同的化学价态(Fe2 + 和Fe3 + ) .不同价态的Fe 在矿物中的含量和分配关系是非常关键的指标参数,其既决定了矿物的晶体化学分子式(矿 物类型),也反映出矿物生长(变 化)的地质条件(温 度、压力和氧逸度)变 化等.因 此,正确得到矿物中Fe2 + 和Fe3 + 的含量具有非常重要的意义.在 地质学研究中,尤其是在变质岩石学中,石榴子石是一种重要的含Fe 矿物,它不但可以提供变质条件的信息(如 温度、压力等),还可被用于变质事件的定年、以及对变质成因环境的评估,从而推演出地球动力学演化模式(Spear,1993;

Deer et al ,1997) .因此,对石榴子石进行准确的成分分析(包括其中Fe2 + 和Fe3 + 含量的测定),就显得十分重要(Luth et al , 1990;

Dyar et al ,2012;

Schingaro et al ,2016) .石榴子石组分中不同价态Fe 的比例关系又可以反映出其在(变质)生 长过程中所处的地质环境氧逸度变化情况(趋势),而通过结合其相应的环带组分变化所反映的PT 条件以及包裹体矿物分布,就可以为探讨整个构造变质演化过程提供重要的参考价值.通常情况下,石榴子石(以 及大多数含Fe 矿物)中 的Fe2 + 和Fe3 + 含量都是通过阴阳离子电价平衡原理(charge balance) 计算得到的,并根据相应的晶体化学组分模型来确定石榴子石的化学分子式(Rickwood,1968;

Droop,1987;

Locock,2008) , 这是目前学界较为通行的方法,或者说是某种程度上的无奈之举.然 而,电价平衡计算结果与真实的含量一致性究竟如何,仍 旧存在很大争议(McGuire et al , 1989;

Dyar et al ,1993,2012;

Canil and O'

Neill,1996;

Lalonde et al ,1998;

Li et al ,2005;

Sobolev et al ,2011;

Quinn et al ,2016;

Schingaro et al ,2016) .目前,可以对诸如Fe 等元素的价态进行实验分析的技术手段包括了湿化学分析(wet chemistry)(Johnson and Maxwell,1981) 、 穆斯堡尔谱分析(Missbauer spectroscopy)(Dyar et al ,2006) 、 X 射线吸收近边结构谱分析(XANES,Xray Absorption Near Edge Structure) ( Bajt et al ,1994) 、 以及X射线光电子光谱分析(XPS,Xray photoelectron spectroscopy)(Raeburn et al , 1997) 等方法.但 是,这些分析方法的实验流程较为复杂,实验设备依赖性高,可操作性难度也比较高,而且具有较多的不可控因素,如面临相容模式缺失的问题等,且最关键的是还会对样品产生破坏,是非原位的分析手段.而 电子探针分析技术的优点是可以对物质进行快速无损的定性、定量分析,具有较小的分析束斑,以及高分辨率、高精度等特点,如果可以利用电子探针对未知矿物(石 榴子石)进 行原位的不同价态Fe 含量定量分析,将是非常重大的技术进步.事实上,自电子探针发明以来,不同的研究人员就尝试利用电子探针分析技术来确定元素的价态信息―――尤其是Fe 元素的价态问题,其 原理是:不 同价态Fe 的(Fe2 + 和Fe3 + ) 的L能级特征X射线谱线的Lα 和Lβ 峰位是有细微差别的,而电子探针是可以通过测量Fe 的Lα/ Lβ 谱线峰位漂移和强度(计 数 )变 化来进行半定量的分析(Fischer and Baun,1965;