岩石锆石独居石

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Fe △ 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！

2013年秋天，中国地质调查局西安地质调查中心制定了《西安地质调查中心实验室开放管理办法》、《西安地质调查中心开放实验室管理指南》和网上预约制度，西安地调中心实验测试中心(以下简称“实验测试中心”)率先开放了X射线衍射分析实验室、拉曼光谱分析实验室、包裹体显微测温实验室和电子探针分析实验室，为中心及中心以外的地学科研工作者提供开放性测试服务。此后，来自中国地质大学(北京)、西北大学、长安大学、西安石油大学等高校的师生以及国内众多科研院所的科研人员来西安地调中心开展分析测试，促进了实验测试人员与地调科研工作的融合，也促进了实验测试能力与水平的快速提高。　　与此同时，实验测试中心依托开放实验室成功申请了中国地质调查局“北山地区斑岩型铜矿特征矿物测试技术研究”和“斜锆石和碳酸盐定年方法研究及应用”项目。基于国土资源部公益性行业科研专项“伊利石结晶度测试技术方法研究”项目，应用国际粘土标样，建立的伊利石结晶度测试方法在行业内得到推广应用，实现了行业内粘土矿物分析结果的可对比使用，提高了这一分析技术的应用范围。长安大学依托中心开放实验室成功申请了国家自然科学基金面上项目——“单个流体包裹体CO2碳同位素显微激光拉曼光谱分析研究”。　　2014年，西安地调中心进一步开放了扫描电镜和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室实现了完全对外开放，最大程度地满足了地学科技工作者的需求，所内外的研究人员纷纷慕名前来实验室开展锆石定年测试工作。尤其是斜锆石定年方法的建立和投入应用，较好地弥补了国内斜锆石定年方面的不足，斜锆石定年数据处理软件BUSTER的开发和使用，更加便利了斜锆石在年代学研究中的应用。　　2015年，北京离子探针中心在西安地调中心开放实验室架设了SHRIMP远程共享终端，同时激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室通过考核正式加入国家科技基础条件平台，享受平台运行经费支持。同年，依托西安地调中心开放实验室，“西秦岭阳山金矿带花岗斑岩中独居石的成因及年代学研究”、“一种新的Ti-Zr-U氧化物的发现及其矿物学研究”、“绿泥石矿物近红外光谱吸收谱带的位移机理与控制机制研究”、“阿尔金地区新近纪风成红粘土的物源研究”等4项国家自然科学基金项目获批，促进了青年人才的科研创新工作。同年，实验测试中心承担的“北山地区斑岩型铜矿特征矿物测试技术研究”和“斜锆石和碳酸盐定年方法研究及应用”项目顺利通过中国地调局组织的成果评审，分获“优秀”和“良好”。　　2016年，随着大型多接收电感耦合等离子体质谱仪Nepture Plus安装调试结束，LA-MC-ICP-MS实验室以国际一流的设备和国际化的开放性服务，热忱服务于国内外地质科研人员。实验室已经建成的分析方法包括：锆石U-Pb定年、Hf同位素分析 石英、辉石、长石、黑云母、石榴子石等矿物原位微区元素分析等。合作研究中的分析方法包括：斜锆石、独居石和榍石U-Pb定年 黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿原位微区元素分析 矿物微区Sr、Nd同位素分析 生物结构(如牙齿、鱼耳石等)中的微区微量元素分析 珠宝玉石的微区无痕微量元素分析等。　　2014年以来，开放实验室人员先后访问西澳大利亚地质调查局、科廷理工大学和西澳大学，就实验室的建设模式和微区同位素地球化学领域的测试方法进行了深入探讨，促进了国际合作与交流。在对外开放的同时，中心开放实验室还积极协助行业内其它实验室的仪器设备安装和技术人才培养，赢得了同行的广泛赞誉。　　冬去春来，转眼三载。在持续开放、扩大影响、推动测试分析与科研有机融合的进程中，开放实验室也取得了显著的经济效益，年测试经费逾400万元。年轻的测试技术人员得到了快速成长，高水平论文数量稳步上升，申报专利数量激增。目前，西安地调中心开放实验室已成为支撑国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室的重要平台，也是西安地调中心对外展示与交流的窗口，成为分析测试与地质科研相结合、支撑西安地调中心发展与服务社会需求相结合、分析测试与科技创新相结合的行业重点实验室。今后，西安地调中心将继续加大实验测试开放力度，充分发挥先进的分析测试设备在地质找矿突破、科技创新中重要的技术支撑作用。

我国将积极推动稀土标准走向国际化 全国稀土标准化技术委员会近日在浙江杭州召开了我国稀土标准审定、预审和讨论会，来自全国高等院校、科研院所、检测机构等30多家单位的60余名代表参加。 会上，全国稀土标准化技术委员会秘书长高兰表示，今后提出申报的国家标准将严加审核 只有安全、环保方面才能建立强制标准，其他方面不予建立 团体标准的地位，明确为国家标准的有益补充，经过运行按程序可以上升为行业标准及国家标准 要积极做好国家标准的英文翻译工作，将稀土标准推向国际化。 本次会议审定了包头稀土研究院承担的国家标准《稀土废渣、废水化学分析方法》，专家给出了相关意见及建议，并认为该项标准达到国际先进水平 讨论了包头稀土研究院翻译的《稀土术语》和《烧结钕铁硼永磁材料》国家标准，根据反馈意见修订并报送翻译稿。本次会议还讨论通过了《氟碳铈矿-独居石混合精矿》、《氧化镱》、《氧化镥》等行业标准。 专家表示，此次会议明确了我国稀土标准发展方向，为我国稀土标准逐步迈向国际标准积累了经验。内容来自中国稀有金属网