综合矿物分析仪

近期，北京大学地球与空间科学学院许成研究员、张立飞教授和费英伟教授联合团队合作发现来自地幔过渡带（深约400公里处）的超高压矿物和古元古代现代板块构造的岩石学证据，在地球深部物质组成和板块构造启动时限等科学问题上取得了重大突破，研究成果相继发表于权威科学期刊Science Advances（2017年）和Nature Communications（2018年）上。其中一些重要的矿物学和岩相学工作是由捷克孟德尔大学宋文磊博士和Jind?ich Kynicky博士与TESCAN总部应用部门（位于捷克布尔诺）使用TESCAN综合矿物分析仪（TIMA）合作完成。 地球内部的结构组成和板块构造运动的起始是当今固体地球科学研究最前沿、最具挑战地球内部的结构组成和板块构造运动的起始是当今固体地球科学研究最前沿、最具挑战性的关键科学问题。俗话说，上天不易，入地更难。人类对于地球内部的了解还非常有限，固体地球的半径达 6400 公里，而目前人工钻探最深仅到 12 公里。科学家只能通过出露于地表的岩石或深部岩浆携带的捕虏体来推测地球的深部物质组成。 （图片来源于网络）板块构造是地球区别于其它太阳系类地行星的主要特征，它不仅影响着地幔的组成和演化，而且还控制着地球的水圈和大气圈，对地球上生命的起源具有重大意义，然而对现今板块构造启动的时间和机制的认识仍然存在很大分歧。近期，北京大学地球与空间科学学院许成研究员、张立飞教授和费英伟教授联合团队合作发现来自地幔过渡带（深约 400 公里处）的超高压矿物和古元古代现代板块构造的岩石学证据，在地球深部物质组成和板块构造启动时限等科学问题上取得了重大突破。研究的成果相继发表于权威科学期刊 Science Advances（2017年）和Nature Communications（2018年）上。其中一些重要的矿物学和岩相学工作都是使用TESCAN综合矿物分析仪（TIMA）完成，文中也对TIMA分析方法进行了具体解读。 △ 研究成果发表在 Science Advances (2017年) △ 研究成果发表在 Nature Communications (2018年)许成团队首次在我国华北克拉通中北部的内蒙古丰镇和河北怀安一带的幔源火成碳酸岩内发现了极少量的厘米级榴辉岩捕虏体（许成等，2018）。榴辉岩（由俯冲板块在深俯冲过程中遭受超高压变质作用形成）主要由绿辉石和石榴石组成，其次为蓝晶石、石英、帘石、多硅白云母和角闪石等。通过各种矿物温压计和 THERMOCALC 程序计算获得其峰期矿物组合石榴石+绿辉石+蓝晶石位于 2.5-2.8 GPa和 650-670℃ 的稳定范围，对应 250 (±15)℃ GPa-1 的低温古俯冲带地热梯度。 △ 图 1：TIMA 解离分析碳酸岩内榴辉岩捕虏体及其矿物组成（修改自许成等，2018）石榴石内独居石 U-Pb 定年确定其变质峰期年龄为 18.4 亿年，这是迄今为止记录的最“冷”的古元古代俯冲带中低温高压变质作用。“冷”的深俯冲作用很可能在古元古代非常普遍，但全球的低温记录很容易被后来陆内碰撞所产生的高温变质作用覆盖。板块构造何时启动一直存在争论，其主要原因在于缺少岩石学证据。该发现提供了直接的岩石学证据表明古元古代存在现代板块深俯冲。这些碳酸岩的地球化学特征显示其地幔源区含有俯冲的地壳物质，进一步表明地球早期已存在地壳物质深俯冲进入地幔，从而导致地幔深部碳循环。此外，科研团队还在这些榴辉岩的石榴石内发现了超硅石榴石（超高压矿物，主要在深源金刚石或者陨石冲击坑中有零星发现）包体（许成等，2017），分析显示该矿物具有高的三价铁 Fe3+（Fe3+/全Fe～0.87），远高于目前金刚石内发现的超硅石榴石（Fe3+/全Fe0.4）。 △ 图 2：TIMA拍摄的榴辉岩捕虏体中的超硅石榴石（Maj）：图 (A) 为石榴石（Grt-II）中超硅石榴石包体的背散射图；图 (B) 显示超硅石榴石包体的铁和铝含量明显高于赋存矿物石榴石（引自许成等，2017） 高温高压合成实验标定其形成压力为14GPa，起源于地幔过渡带（400公里）。该发现为碳酸岩岩浆起源于地幔过渡带提供了直接的矿物学证据，同时异常富三价 Fe 超硅石榴石说明地幔过渡带存在局部富氧成分，这与俯冲地壳物质相关。这一发现对人们认识深部地幔的物质组成和演化具有非常重要的意义。 上述成果中 TIMA 分析工作（图1和图2）是由捷克孟德尔大学的宋文磊博士与 Jind?ich Kynicky 博士和 TESCAN 扫描电镜公司总部（捷克布尔诺）TIMA 应用部门合作完成。由于捕虏体结构复杂、矿物类型多样、颗粒繁多且大小不等（毫米至微米级），有时与寄主岩石和矿物在结构和成分上差别并不显著，因而普通光学显微镜、扫描电镜、激光拉曼和电子探针等分析仪器对于寻找和识别这些包含在捕虏体中且非常稀少的来自地球深部的（高压）矿物效果并不明显，研究过程相当耗时且仅限于对局部的观察，极易遗漏重要信息。全球著名扫描电镜公司 TESCAN 的综合矿物分析仪（TIMA，图4）可以很好的解决以上问题。该仪器是利用扫描电镜的岩石矿物自动定量化分析系统，具有将电镜和能谱高度集成的独特技术，能进行极高分辨率的 BSE 与 EDX 快速全谱成像和大范围面扫描自动拼接功能，可以完成对整个样品的快速、准确的多元素面扫描；其配备的矿物处理专业软件可以辅助分析扫描结果，实现各种矿物相的快速鉴定、分布模式、含量测算以及自定义矿物寻找功能，避免相似结构和成分的分析误差，揭示样品的整体形态、矿物含量、结构构造和矿物共生组合特征。对于以上研究样品量很少的榴辉岩，通过其各矿物含量估算的有效全岩成分将提高变质岩视剖面图温压计的可靠性，同时还可以查明矿物相内部和不同矿物相之间的显微结构关系以及对含量很少（如用于准确定年的锆石和独居石）或未知矿物的辨别，从而获取捕虏体的起源和演化的关键信息。 △ 图 4：TESCAN 综合矿物分析仪（TIMA） 上述科研成果表明，固体地球科学的研究越来越侧重于地质样品的微观结构、精细矿物学和微区原位分析测试。TIMA 对矿物的结构分析和定量解析达到微米的尺度，相对于传统光学显微镜和扫描电镜具有非常大的优势。TIMA 可以对岩芯、岩屑、岩石、矿石、精矿、尾矿、浸出渣或冶炼产品等进行快速定量矿物分析，能有效识别岩石类型，测量矿物种类和分布、颗粒大小、解离或锁定各种参数。此外，还提供亮相搜索模块，可以快速准确鉴定出铂族金属、金银矿和稀土元素。TIMA 已广泛应用于地质、石油、矿业和冶金等领域。目前，北京大学和中南大学今年已经引进了 TESCAN TIMA 综合矿物分析仪，目前设备正在安装调试中，期待 TIMA 用户做出更多重要的研究成果！

综合矿物分析系统可以实现对岩芯、岩屑、岩石、矿石、精矿、尾矿、浸出渣或冶炼产品进行快速定量矿物分析，能有效识别岩石类型，测量矿物分布、颗粒大小、解离或锁定参数。此外，TIMA还提供亮相搜索模块，可以有效识别铂族金属（PGM），金银矿和稀土元素（REE）。 模态分析模块 解离分析模块 亮相搜索模块 从左至右依次为：BSE–所有颗粒，BSE–仅仅是亮相的颗粒，亮相颗粒的筛分为促进行业交流与发展，北京桔灯地球物理勘探有限公司联合TESCAN（中国）公司将举办“TIMA综合矿物分析系统技术交流会”，届时将邀请地质分析检测方向的专家，围绕综合矿物分析系统及其在地质方面的应用进行讨论交流。一、会议时间：2018年6月21日 二、会议地点：北京桔灯地球物理勘探有限公司（地址：北京昌平区企业墅22号楼） 三、会议议程： 注：本次会议名额有限，需提前审核，有感兴趣的人员报名从速。 关注桔灯勘探微信公众号报名 四、专家介绍： PaulTESCAN TIMA综合矿物分析首席专家, 澳大利亚CBB首席顾问。 主要研究方向：Mineralogy, Mining Engineering, Engineering Physics矿物学、采矿工程、工程物理。1972-1982， 服务于澳大利亚航空研究实验室从事航空器动态模拟研究。从1983年起，Paul作为首席科学家加入CSIRO ，从此进行了近20年的矿物分析研究。在此期间Paul发明了能够自动利用特征X射线能谱技术与扫描电子显微镜技术相结合，精确地照相并且鉴定矿石中矿物形貌和成分的科技。这项技术便是我们熟知的专利技术：QEM*SEM（Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electron Microscopy）。1984年Paul发起并创立了Intellection Pty Ltd，并致力于自动化矿物分析技术QEMSCAN的发展和推广。2009年加入FEI，作为首席技术专家致力于自动化矿物分析在采矿和油气领域的技术研发。2013年加入TESCAN，成为TESCAN综合矿物分析首席专家。 宋文磊北京大学地球与空间科学学院，矿物、岩石、矿床学专业博士，孟德尔大学（捷克）地质与土壤系博士后，布尔诺科技大学（捷克）中欧技术研究所初级研究员。研究方向和兴趣：稀土稀有金属矿床的成因及找矿模式；碱性岩-碳酸岩岩浆的起源和演化；地球深部碳循环；高温高压实验地球化学模拟元素和矿物在岩浆-流体演化中的行为。参与欧盟地平线计划（HiTech AlkCarb项目；2016-2020年），作为该计划项目招收的博士后（参加该项目的唯一中方人员），主要从事碱性岩-碳酸岩稀土稀有金属成矿作用研究。以第一和通讯作者在Geology、Contributions to Mineralogy andPetrology、Precambrian Research、Lithos、Ore Geology Reviews和Scientific Reports等地学知名期刊上发表多篇论文。 五、报名方式 关注桔灯勘探微信公众号报名参会。名额有限，本次会议不收取任何会议费用。

2020年11月25日，TESCAN ORSAY HOLDING a.s.宣布正式发布新一代综合矿物分析系统---TESCAN TIMA，TIMA（TescanIntegrated Mineral Analyzer）是一款可满足地球科学研究和工业矿物分析的岩石矿物全自动化定量分析系统。TESCAN TIMA 可以对岩石、矿石、岩屑、精矿、尾矿、浸出渣或冶炼产品等进行快速定量矿物分析，能快速有效识别岩石类型、矿物种类、测量矿物含量、分布、颗粒大小、解离或锁定各种参数。TESCAN TIMA 综合矿物分析系统功能和优势：矿石的整体形态和矿物及元素的种类、含量及分布；矿石中矿物的结构构造、共生、连生和包裹关系特征；快速准确的金、银、铂和稀有金属亮相元素寻找功能；选矿和冶炼过程中矿物及成矿元素的品位和回收率计算；储油层岩石特征、岩屑分类、孔隙组合及孔隙度的测量；TIMA软件支持离线数据分析，数据永久保存，可随时查看。 TESCAN TIMA 可以快速解析复杂矿石和寻找贵重金属，提高资源利用，降低勘探成本，助力矿产资源勘查和潜力评估，精确监控粉碎、浮选、浸出和回收工艺，优化选矿流程设计，提高矿山运营效益。TESCAN TIMA 提供的特定矿物和亮相搜索模块，可以快速准确寻找目标矿物和金、铂等贵金属以及稀有和稀土金属。TIMA对矿物成分和结构的定量解析达到微米的尺度，相对于传统光学显微镜和扫描电镜具有非常大的优势，已广泛应用于地质、石油、矿业和冶金等领域。新一代的TESCAN TIMA在软件和硬件上都有了进一步的发展和融合，能够更准确的识别矿物，提高分析效率。提供的多达100个样品的全自动进样系统，24/7无人值守全自动分析功能更是带来前所未有的超脱体验！近几年来，无论在国内和国际上，已有多个课题组和公司采用该项技术进行了相关研究和实际应用，并在多种期刊上发表了高水平文章，相关的成果正在不断地涌现。 TESCAN TIMA 相关论文应用方向：地球1、Instantaneous rocktransformations in the deep crust driven by reactive fluid flow（Nature Geoscience，2020，DOI：10.1038/s41561-020-0554-9）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1u0c0r00x40s0g00143804h0e9320814&site=xueshu_se&hitarticle=1 2、Cold deep subductionrecorded by remnants of a Paleoproterozoic carbonated slab（NATURE COMMUNICATIONS，2018，DOI：10.1038/s41467-018-05140-5）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=5daab39185510fbab1e2466e7564a378&site=xueshu_se&hitarticle=1 3、Recoveryof an oxidized majorite inclusion from Earth' s deep asthenosphere（Science Advances，2017，DOI：10.1126/sciadv.1601589）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=439db230a088a740edda4a498fff8349&site=xueshu_se&hitarticle=1 应用方向：选矿 4、The mineralogy and processingpotential of the Commonwealth project in the Molong Volcanic Belt, centraleastern New South Wales, Australia（Ore Geology Reviews，2019，DOI：10.1016/j.oregeorev.2019.102976）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1v3u08r0v71x0rm0qh2f0gj0mj513539&site=xueshu_se&hitarticle=15、Assessment of a spodumene oreby advanced analytical and mass spectrometry techniques to determine itsamenability to processing for the extraction of lithium（Minerals Engineering，2018，DOI：10.1016/j.mineng.2018.01.010）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=ee20d0507c9e3a57a5bea30d91e1076d&site=xueshu_se&hitarticle=1 6、Comparison of the Mineralogyof Iron Ore Sinters Using a Range of Techniques（Minerals，2019，DOI：10.3390/min9060333）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1g580c805b3a0my0mw7k08j07t615415&site=xueshu_se&hitarticle=1应用方向：石油 7、Mineralogy and pore topologyanalysis during matrix acidizing of tight sandstone and dolomite formationsusing chelating agents（Journal of Petroleum Science andEngineering，2018，DOI：10.1016/j.petrol.2018.02.057）文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=68908abcdef9cbd15705dc2371b76934&site=xueshu_se&hitarticle=1 应用方向：文保8、Alkaline leaching ofbrannerite. Part 2: Leaching of a high-carbonate refractory uranium ore (Hydrometallurgy,2017,DOI:10.1016/j.hydromet.2017.08.019)文章链接：https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=d42c38df2bd81908adeb05bc74b14201&site=xueshu_se&hitarticle=1