岛津电子探针表征富硼矿物电气石的环带特征

对某矿区采集的试样，使用岛津电子探针原位表征了其中的电气石的环带特征，获得了直观的面分布特征数据和不同环带特征位置上的定量测试结果，可为电气石中地质问题的认识和研究提供更深层次的参考。SSL-CA23-223 Excellence in ScienceEPMA-070 岛津电子探针表征富硼矿物电气石的环带 特征 EPMA-070 摘要：电气石的化学成分比较宽泛，其阳离子可由多种元素构成，由于含有超轻元素B、F和 OH等， 在电子探 针微区的测试领域一直是一个难点，特别是超轻元素B在电气石环带上分布特征的直观面分布表征还未见文献发 表，甚至对于B的含量定量也有不少文献资料是以配比计算的方式给出。本文使用岛津电子探针直观地表征了电 气石环带中包括B在内的各元素面分布特征，并对环带中的元素进行了微区定量，获得了理想的测试结果。 关键词：超轻元素 富硼矿物 电气石环带结构 电子探针 岛津 技术特点： 小岛津电子探针对超轻元素的分析具有高灵敏度的特点，可表征电气石环带中包括超轻元素B在内的元素面分 布特征； ※电气石是岩石成因的重要指示矿物，相对于差值配比计算，直接定量可提供更坚实的数据。 电气石，即托玛琳石，俗称碧玺，是一种化学组 成比较复杂的环状结构硼硅酸盐矿物，其化学式可简 写为 XY，Z6[T6O18][BO3]3V3W， 其中X、Y、Z为一种或 多种阳离子，Ⅴ和W为阴离子，T主要为 Si和Al构成。 电气石是花岗岩和伟晶岩中常见的富含超轻元素 硼的副矿物，由于电气石只能在特定成分的岩浆中结 晶(富B岩浆)，同时电气石可以在岩浆演化的不同 阶段结晶，而且电气石一旦结晶形成，其晶内元素扩 散速率极低，主、微量元素的扩散速率在比较宽泛的 温压条件下几乎可以忽略不计，成分特征很难被后期 地质事件改造，包括低温表生风化环境、高温的岩浆 环境和中-高级变质环境都不会对电气石的元素构成 很大的影响。因此，在不同期次结晶的电气石可以记 录不同阶段岩浆成分的信息，是岩石成因的一种重要 实验部分 的指示矿物，可用于重建其所经历的各类地质演化，如指示沉积物源和成岩过程、记录变质反应及变质作 用发生的温压变化、反演岩浆-热液演化过程等。 电气石的化学成分复杂又十分重要，但由于电气 石中含有超轻元素B、F一，，可能含有 Li， 同时一般会 含有OH，这都给电气石的定量测试带来很大的困难，以往文献资料中关于电气石中B的含量，多使用计算 的方式获得。 岛津电子探针通过配置高位52.5°的X射线检出 角以及兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体，在超 轻元素和微量元素测试方面有独特的优势。本文使用 岛津电子探针表征某矿区中电气石的环带特征，获得 了直观的数据，可为电气石中地质问题的认识和研究 提供更坚实的数据支持。 1.1仪器 岛津 EPMA-1720 型电子探针显微分析仪 1.2分析条件 表1 EPMA测试参数 仪器 ： EPMA-1720 加速电压 15kV 束流 面分析100 nA、定量20 nA 束斑直径 Min 步距 ： 1.0um 驻留时间 ： 面分析180ms、定量10s 1.3样品处理 试样采集自国内某矿区，切割成块状后直接磨制抛光制备成光片试样，表面经蒸镀碳膜处理以增加表面导电 性，上机测试。 结果与讨论 试样经背散射电子图像象(BSE)观察，选择一个电气石颗粒进行元素的定性分析，谱图解析及结果见图1。针对所能检出的元素，进一步进行元素面分布特征分析，结果见图2。 0.12133-0.37190 LiF/CH4 Quantitative Correction Method：ZAF3 Coaling Element ：C No. Oxide K-ratio W1% 1 B203 0.00259 10.03 2 F 0.0030 1.17 3 Na20 0.01022 2.89 4 MgO 0.0187 5.26 A 5 AI203 0.1382 40.29 6 SiO2 0.082410 27.32 7 K20 0.00020 0.03 8CaO 0.0072 1.309们 Cr2030.0005 0.10 MnO 000162 0.30 11 FeO 0.061654 11.31 100.00 图1 电气石颗粒定性分析 (counts) (counts 50pm 背散射电子像和元素面分布特征结果显示，试样中的电气石呈多层环带结构，环带特征较为一致，环带中心 的核部较为自形，显示其结晶阶段较早的特点，具有低K、Ca、Mg， 高 Fe、Si的特征；多层韵律环带呈规则 性交替分布，显示其可能存在多期次生长的特征，化学成分较为复杂，说明在结晶生长过程中熔体成分的波动 变化。 观察对比不同环带上元素分布特征显示高 Na、K的环带， Mg、Al、Ca 含量相对较低； Mg和Fe的含量基 本相反，高Mg的位置， Fe 含量相对较低。电气石的成分特征，尤其是 Mg/Fe 比值的变化，反映出电气石形成 过程中流体成分演化特点。 Benard 等人的研究指出，低温结晶的电气石相对于高位环境下结晶的电气石，具有 Mg低而 Fe 高的特征，从核部 Mg/Fe值可说明此电气石结晶于岩浆演化的晚期，振荡环带也反应了除了化学成 分的波动外，温度的快速变化。 电气石本身较为稳定，即使在600多度的地质环境中，主量和微量元素也很难迁移或成分交代。在电气石 颗粒中存在裂隙特征，面分布显示元素 Cr较为孤立地分布于裂隙中，其形成与地质环境的压力变化有关，显示 了可能的侵入岩型特点。 超轻元素B的面分布图也显示了环带分布特征。由于超轻元素产生的特征X射线大部分被基体所吸收，导 致测试时灵敏度较低。为了排除基体效应以及其他元素的高次线引入的干扰影响，针对B元素增大入射束流并 延长测试时间，同时获取特征峰(PK)左右两侧的 BG+和 BG-图像以扣除背景的影响，最终得到元素B的净 强度(Net)分布特征，结果见图3。结果显示了B的含量差异不大，但有环带分布的特点。 图3 超轻元素B峰位、背景和净强度的面分布特征 为了准确评估各不同环带特征位置的元素含量，从外层环带至心部依次选择位置进行定量分析，基体修正使 用 ZAF3模型进行。测试位置见图4，定量结果质量百分含量((Wt%) 见表2。 EPMA-070 图4 定量分析选择的特征位置 表2 定量分析结果(Wt%) Data NaO SiO FeO MgO CaO Cr203 AI，O3 MnO B203 Total 1 2.56 32.01 6.23 3.94 0.72 0.00 38.73 0.14 14.63 98.96 2 2.68 32.12 5.29 4.96 0.60 0.05 37.75 0.12 14.88 98.44 3 3.20 33.83 10.58 3.37 0.06 0.00 33.10 0.21 14.89 99.24 4 3.13 33.03 5.96 4.79 0.26 0.01 36.18 0.10 15.26 98.74 5 3.15 34.03 9.53 3.64 0.04 0.01 32.76 0.13 14.22 97.48 6 3.21 33.42 11.20 2.83 0.02 0.00 32.27 0.25 13.78 96.98 7 3.10 34.36 10.54 3.63 0.02 0.00 32.06 0.14 13.21 97.06 8 3.33 33.35 8.60 3.97 0.21 0.02 34.64 0.23 13.54 97.89 9 2.65 33.13 8.77 5.25 1.24 0.00 33.15 0.28 14.54 99.01 10 2.69 32.61 7.37 4.70 1.12 0.00 35.66 0.21 13.18 97.54 11 3.08 32.66 7.43 4.00 0.62 0.00 36.57 0.25 12.64 97.23 12 2.52 32.08 9.41 2.77 1.20 0.00 36.92 0.33 12.08 97.29 13 2.56 35.07 8.97 3.29 0.16 0.01 35.41 0.17 13.42 99.06 14 2.65 33.69 8.87 3.36 0.14 0.03 35.42 0.23 12.93 97.32 15 3.28 32.52 13.09 1.88 0.10 0.01 33.73 0.24 12.21 97.05 Average 2.92 33.19 8.79 3.76 0.43 0.01 34.96 0.20 13.69 97.95 电气石族的化学通拭为： XY3Z6[T6O18][BO3]3V3W， X、Y、Z三个位置的离子种类不同会影响电气石的分类和 物理性质，其中，X=Na*，K， Ca²； Y=Li*， Mg’， Fe’， Mn?t， Al3*， cr?， v3， Fe’， Ti4； Z=Mg’， AI3， Fe’， v*， Cr3； T=Al’， Si*， B3； V=OH，0”；W=OH，O，F。根据定量结果，按照阳离子的不同，可以 把此电气石归类为以黑电气石和镁电气石为主形成的类质同象矿物，或有锂电气石的存在。自然界中广泛分布 着这种电气石。 定量分析结果，特别是超轻元素B，其氧化物含量的差异仅1%左右，这也是面分析测试B在振荡环带上 分布特征较为困难的一个原因。 结论 对某矿区采集的试样，使用岛津电子探针原位表征了其中的电气石的环带特征，获得了直观的面分布特征数 据和不同环带特征位置上的定量测试结果，，可为电气石中地质问题的认识和研究提供更深层次的参考。 岛津应用云