岩浆岩矿物

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。

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！

月壤的粒度和矿物组成对于解释轨道遥感光谱数据和理解月球岩浆活动和空间风化过程具有重要意义。自20世纪70年代以来，科学家开始使用各种手段来研究月壤样品，但前人所采用的方法通常需要消耗较多样品，并且难以同时获得矿物组成和粒度、形貌等方面的信息。近日，《中国科学：地球科学》中、英文版同时在线发表了中国地质大学(武汉)佘振兵和汪在聪教授团队对嫦娥5号月壤粒度和矿物组成的研究成果，第一作者为博士生曹克楠。该研究团队基于拉曼光谱微颗粒分析技术，开发了以极低的样品消耗量同时测定颗粒样品粒度和矿物组成的新方法，并成功运用于嫦娥5号月壤样品的研究(图1)。图1 用拉曼光谱自动微颗粒分析技术同时测定月壤粒度和矿物组成的流程研究人员将约30μg的嫦娥5号样品分散于镀铝载玻片上(图1a)，然后用用50倍物镜在暗场反射光模式下对月壤颗粒进行大面积图像拼接和景深合成，根据获得图像中不同位置的亮度来自动识别颗粒并重建颗粒分布图(图1b)。获得了粒度信息后，选择其中1~45μm的月壤颗粒进行自动拉曼分析获得高信噪比的光谱(图1c)，并通过团队自建的月壤矿物光谱数据库对颗粒进行自动识别，获得每一种矿物相的粒度和体积等信息(图1d, 图2)，计算得出矿物模式丰度。图2 对6mm×3mm范围内7307个月壤颗粒矿物组成和分布的重建结果不同颜色代表不同的矿物对24881个颗粒的分析结果显示，嫦娥5号月壤平均粒度为3.5μm，并且呈单峰式分布(图3a)，表明其具有较高的成熟度。尽管大多数颗粒的粒径很少(6μm)，但大于8μm的颗粒占总体积的90%以上(图3b)。图3 嫦娥5号月壤粒度分布特征在对嫦娥5号月壤的矿物模式丰度进行研究后，研究人员发现在1~45μm粒度范围内的矿物组成为：辉石(39.4%)、斜长石(37.5%)、橄榄石(9.8%)、铁钛氧化物(1.9%)、玻璃(8.3%)等(图4a)，该结果与前人通过x-射线粉晶衍射分析所得出的结果基本一致。此外，还发现随着粒度变小，月壤中的橄榄石和辉石含量逐渐减少，而斜长石含量增加：粒径在20~45μm之间的月壤样品中辉石含量最高(49%), 其次是斜长石(32%)、橄榄石(11%)和玻璃(8%),而铁钛氧化物、磷酸盐和硅质矿物则未出现；随着粒度的减少，斜长石的丰度逐渐增加, 而辉石和橄榄石的丰度显著下降(图4b-4c)。这种趋势在阿波罗样品中也普遍存在(图4d)，可能是在空间风化过程中(如微陨石撞击)，斜长石比镁铁质矿物更容易破碎所导致的。图4 嫦娥5号月壤的矿物组成((a)~(c))及其与阿波罗月壤对比(d)该研究还识别出了月壤中的一些微量矿物相，例如磷灰石、石英、方石英和斜方辉石等，其中斜方辉石的发现为首次报道，这表明嫦娥5号月壤中可能含有极少量来自于月球高地的物质。上述成果为解译嫦娥5号着陆的风暴洋北部地区光谱遥感数据提供了地面真值参考，为理解月球该区域深部和表面演化历史提供了新的视角。该方法优点在于：(1)每次仅需约30μg样品，在获取多维度信息的同时将样品损耗降到了最低，并且样品制备流程简单，极大地降低了该环节可能带来的样品污染问题；(2) 可以在短时间内快速建立一个矿物粒度和组成的多元化信息数据库，有助于发现稀有的矿物相；(3) 进一步发展将为未来火星和小行星等其他天体返回的微颗粒样品进行快速分析提供技术支撑。致谢 该研究使用的样品由中国科学院国家天文台提供，分析测试在中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室完成，所采用的仪器为WITec α300R型共聚焦拉曼光谱和ParticleScout(v5.3.14.106)自动微颗粒分析系统。研究得到了国家航天局民用航天技术预研究项目(D020205)、国家自然科学基金项目(42172337)和生物地质与环境地质国家重点实验室项目(GBL12101)的支持。