本期文章导读

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615 微钻取样-TIMS/MC-ICPMS和LA-MC-ICPMS分析矿物岩石87Sr/86Sr比值的技术比较

张 乐, 任钟元*, 丁相礼, 吴亚东, 赖永旺

微区Sr同位素体系是同位素地球化学领域中应用最广泛的同位素体系之一，广泛应用于地质年代学、同位素示踪，并在气候演变研究中具有重要意义。近二十年来随着分析测试技术的发展，对地质样品进行微区Sr同位素的分析已成为了可能。目前国内外两种常用的微区Sr同位素分析方法分别是：微钻取样-TIMS/MC-ICPMS和LA-MC-ICPMS技术。这两种方法技术从样品制备、干扰校正和质谱测试等方面存在较大差异，且各具优势与不足。微钻取样-TIMS/MC-ICPMS的最大优势是可获得高精度的Sr同位素数据(外精度优于100×10-6，2SD)；但由于需要进行化学处理，流程繁琐耗时(约10天)，实验周期较长，同时需要严格控制化学流程空白，且取样直径(200～2000 μm)和取样深度(100～2000 μm)较大，空间分辨率较低，但是该方法可以对高Rb样品(如钾长石)进行有效分析。LA-MC-ICPMS的最大优势是样品制备简单，数小时即可完成，且分析效率高，根据样品Sr含量的大小激光束斑直径多在60～300 μm之间变化， 其空间分辨率较TIMS/MC-ICPMS方法高，可在短时间内对大量样品进行分析。但由于不能进行化学分离，分析过程中存在多种干扰(如Rb、Ca、Kr和稀土元素等)，影响了测试精度(约200×10-6，2SD)和准确度(约150×10-6)，该方法目前只能对高Sr低Rb的样品(如斜长石、磷灰石等)进行有效分析，而对于干扰元素含量较高的样品目前无法应用。对于微钻取样法，应将改进化学流程作为重点研究方向，提高化学处理效率，同时改善取样技术，减小取样直径和深度以提高空间分辨率；对于激光剥蚀法，重点突破Kr、Rb和二价稀土元素等干扰校正问题，提高干扰元素含量较高的样品的分析精度和准确度，同时需要提高仪器灵敏度以满足低Sr含量样品的分析要求。

625 红外光谱/扫描电镜等现代大型仪器岩石矿物鉴定技术及其应用

杜 谷， 王坤阳， 冉 敬， 王风玉， 潘忠习

岩石矿物鉴定是地质研究工作的重要基础，岩石矿物定性、定量分析的准确与否将直接影响地质研究工作的结果和质量。而近年来岩矿鉴定技术的发展相对滞后，造成岩矿鉴定专业人员匮乏，岩矿鉴定技术队伍结构严重不全，岩矿鉴定现有设备配制较为缺失，岩矿鉴定技术的普及与深化已成为当前地质工作的急需。传统的光学显微镜在“新”、“微”、“细”、“杂”矿物的鉴定中，由于其分辨率及放大倍数的限制存在较大的局限性，如对于细微颗粒的定性分析不准确，矿物的定量分析存在一定的误差，对于纳米-微米级矿物形貌及结构特征研究更是无法实现。将微区与谱学紧密结合，整合傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪及扫描电子显微镜等现代分析仪器的优点，建立系统的大型仪器岩矿鉴定方法，从元素与矿物两个层面对岩石矿物进行综合研究，已是当前地质勘探工作精细化的发展需要。大型分析仪器在岩矿鉴定中的联用，不仅提高了分析分辨率，提高了放大倍数，还可全面提供岩石的结构与构造特征，岩石中矿物的种类、形貌、相关关系及蚀变等信息，确保了岩石矿物鉴定的全面性与准确性。例如，红外光谱范围为7500～370 cm-1，能对各类形态样品中含量高于30%的矿物进行快速、准确的定性分析；X射线衍射仪可对样品中含量大于15%的矿物进行快速、准确的定量分析；激光拉曼光谱仪光谱范围为200～1000 nm，空间分辨率为横向0.5 μm，纵向2 μm，应用于包裹体的测试可直接获得成岩过程中的温度、压力、流体成分等参数信息；扫描电子显微镜分辨率达到1 nm，能清晰地观察到纳米-微米级矿物的形貌特征及矿物的结构特征。本文指出，传统与现代岩矿鉴定技术的结合，各类仪器功能相互补充，测试结果相互验证，显著提高了岩矿鉴定的精准度，大大拓宽了岩矿鉴定的范围；通过整合矿物谱学分析与微区分析仪器的优点，形成新的分析测试技术体系，是大型仪器发展的方向，同时也是今后岩矿鉴定研究的主要内容。

640 玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法流程

张利国， 段桂玲， 杨红梅， 杨 梅， 谭娟娟， 段瑞春， 邱啸飞， 刘重芃

玄武岩是地质学研究的重要对象，其岩石地球化学及同位素特征与岩浆源区性质、古大地构造环境和深部地球动力学过程有着密切的联系：根据玄武岩的地球化学特征可以判别其形成的构造环境，利用微量元素和稀土元素比值以及Sr-Nd-Pb同位素特征可成功识别出各种地幔端员，可用于反演岩浆作用的动力学过程。因此，玄武岩年龄的精确测定成为同位素年代学研究的热点之一。由于玄武岩矿物组成单一，锆石十分稀少、颗粒很细，采用物理方法挑选单矿物和锆石十分困难，很难应用内部等时线法和锆石U-Pb法研究其成岩时代。而全岩样品间因岩浆分异产生的147Sm/144Nd比值差别很小，等时线年龄相对误差较大；Rb含量很低，Rb/Sr比值很小，全岩Sm-Nd法、Rb-Sr法常常不能给出正确可靠的年龄结果。长期以来，对玄武岩精确测年一直是困扰地质学家的重要科学问题。本文根据内部等时线法原理，通过化学方法，采用王水和氢氟酸-硝酸对玄武岩样品进行分步溶解，分别对同一件样品的王水溶解相、王水不溶相和全岩开展Sm-Nd同位素组成分析。通过分步溶解，提取了玄武岩中石英、透辉石、长石等矿物组合，该组合与其全岩具有相同的εNd(t)和一致的Nd同位素模式年龄；矿物与全岩构筑的内部等时线线性关系好，年龄误差小，获得了与已有锆石U-Pb年龄在误差范围内一致的Sm-Nd等时线年龄。本文认为：玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法，适用于前寒武纪及更古老的玄武岩样品的年龄测定。该方法的建立不仅有效提高玄武岩Sm-Nd等时线定年成功率，也为其他隐晶质且不易挑出单矿物的样品年龄测定，提供了新的思路。

674 光学显微镜成像方式及投影冷光源的分频合成探讨

赵应权, 沈忠民, 王 鹏

地质工作由定性向定量发展的过程中，光学显微镜下的岩矿类型、颗粒形态、孔隙结构等各类指标的统计信息起到了关键作用。诸如寻找低渗透类型的隐蔽油气藏时，成岩作用研究是建立在大量的薄片鉴定的基础上，这些镜下鉴定结果为后期的油气成藏定量研究提供原始数据。因而，显微镜下高质量成像及鉴定十分重要。为了充分显示出样品的细微结构形态并避免样品受到损伤，光学显微镜光源的色温通常在6500 K左右，在足够的光照强度下光源需要尽可能地减少热射线的含量，从而避免光源带来的“高温”。现有的显微镜光源中，最为常见的是自然光与卤素灯光，其他的光源有荧光光源、纯水过滤热射线光源、LED光源等。卤素灯光源含有大量760～1400 nm区段的红外线，纯水过滤热射线光源滤除红外线不彻底且水流会导致透射光线的部分散射，LED光源在500 nm波段处的光照强度不足、波形存在缺陷，容易灼伤样品或使成像质量受限，这些都难以满足需要采用大功率冷光源进行无损、高质量显微观察成像和测试要求。光学显微镜形成的是倒立的虚像，使得观察的人员数及观察视区受到了限制，解决这一难题的关键就是大功率不含热射线的高质量“冷”光源。本文利用三棱镜-凸透镜组对光线方向的定向调整，提出了分频合成冷光源的新思路，该思路是先利用三棱镜将卤素灯光源光谱按频率顺序打开，再选择可见光区域内的光谱，最后用凸透镜组校正光线方向后由三棱镜合成不含热射线的冷光源。理论和实际应用效果表明，该方法既可完全排除热射线，又保持了完整的可见光光谱，解决了大功率冷光源红外线生热和光谱存在缺陷的难题，这为采用大功率冷光源的光学显微镜投影高质量成像提供了新的方法及切实可行的依据。

681 表面接触角的测量及表面张力在宝玉石鉴定中的应用

鲍 雪， 陆太进， 魏 然， 张 勇， 李海波， 陈 华， 柯 捷

表面张力是固体表面重要的物理化学参数之一，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。使用接触角测量法计算固体表面张力已被广泛应用于表面科学和工程领域。宝玉石材料多具有光洁的表面，在接触角测量的准确性方面较其他表面不均一的固体材料具有明显的技术优势，但宝玉石的接触角测量和表面张力的研究工作前人尚未开展深入研究与应用，仅在1977年Nassau等为了区分钻石与其他仿制品，运用简单仪器测量了27个不同品种宝石材料的接触角，实验结果表明接触角的差异能够清晰地区分钻石及其他仿制品，如立方氧化锆(CZ)、钆镓榴石(GGG)、钇铝榴石(YAG)等。当前珠宝玉石表面处理技术日渐成熟，市场上大量经表面处理的珠宝玉石材料的出现给实验室鉴定带来了前所未有的挑战，如覆膜琥珀需要利用红外光谱仪进行破坏性测试，钻石、合成碳硅石、立方氧化锆等高折射率宝石的折射率等常规检测方法应用困难，因此急需寻找新方法解决疑难问题。本文测量并分析了15个天然和合成宝玉石品种，及经覆膜处理和充填处理2种方法的宝玉石样品共21个宝玉石样品的接触角数值，并与红外光谱和折射率传统常规检测方法进行了比较，研究表明，钻石(56.68°)、合成碳硅石(52.63°)、合成立方氧化锆(37.79°)、红宝石(73.99°)、黄水晶(37.33°)、琥珀(92.49°)等不同品种宝玉石的接触角具有明显差异，覆膜钻石(33.33°)、覆膜琥珀(63.35°)等覆膜样品的接触角与天然品种具有明显差异。接触角的差异可以明确区分宝玉石品种和经覆膜处理的宝玉石，且该测试方法测量准确、操作简便、不破坏样品，可为解决宝玉石表面覆膜等与表面物性相关的检测疑难问题提供辅助鉴定依据。

723 胁迫时间和胁迫浓度对超积累植物印度芥菜细胞中镉分布的影响

杨红霞， 张惠娟， 高津旭， 刘 崴， 李 冰

超累积植物筛选是重金属污染土壤植物修复的基础和核心问题，同时也是污染环境植物修复的难点及前沿。明确植物抗重金属的生理和分子机理，对于高效利用自然资源和进行污染环境的生物修复均具有重要意义。由于缺乏强有力的分析手段，植物体内重金属的迁移机制，解毒机制尚未得出一致结论。目前研究表明，植物的耐Cd机制主要体现于以下作用：①螯合作用；②区隔化作用；③抗氧化作用；④排外作用；⑤固定钝化作用；⑥应急作用。其中，区隔化作用在植物对重金属解毒的过程中发挥着重要的作用，其能阻止Cd(Ⅱ)在细胞质中自由流通，限制Cd(Ⅱ)在一定的区域内，而细胞内各组织的区隔化作用大小并未取得一致性结论。本文研究了不同镉胁迫时间和胁迫浓度条件下镉在亚细胞中的分布比例和规律，研究表明细胞壁中镉的比例占50%～64%，显著高于细胞液及细胞器，说明细胞壁作为重金属进入植物体的第一道屏障，在植物重金属耐受机制中起重要作用。同时，采用透射电镜观察了细胞超微结构的变化，发现胁迫浓度超过1 mg/L后，细胞结构发生了不同程度的损坏；随着胁迫浓度的增加，细胞破坏症状加重，说明镉对植物的危害是一个缓慢过程。重金属的亚细胞水平相关研究的深入，可望为揭示超积累植物中重金属的区隔化作用进一步提供理论参考。

714 铅锌矿尾砂重金属污染物对不同土地利用类型土壤性质影响的典范对应分析

胡清菁， 张超兰， 靳振江， 曹建华， 李 强

20世纪70年代以来，全世界共报道了35起以上重大矿区尾矿砂坝坍塌事件，例如1985年湖南郴州铅锌矿尾砂坝坍塌事件，1996年菲律宾马林杜克岛尾矿砂泄漏事件，1998年西班牙南部的Aznalcóllar硫铁矿尾砂坝坍塌事件，2001年广西环江北山铅锌矿尾砂坝坍塌事件。尾矿砂作为环境次生污染源因其大量的迁移和扩散，导致了大面积的农田和河流污染，砷、镉、铅、锌等重金属的潜在生态危害性十分严峻。污染区土壤中重金属主要集中分布在0～30 cm范围，污染区土壤酸化严重，pH值最低至2.5，发生酸化现象的土层深度局限于0～70 cm范围。长期以来，国内外学者针对矿区土壤面源污染的研究十分广泛，探索了矿区周围自然土层中重金属的空间分布，污染来源、特征及污染程度，研究了矿区土壤微生物区系组成及生态功能的演变规律。土壤是一个复杂的多元生态系统，土壤的理化性质和生物性质以及土壤外部环境之间形成一种动态平衡，为了尽可能全面地涵盖所有因素进行系统分析，已有学者将生态群落分析方法——典范对应分析方法引入环境对象分析，该方法能直观地综合反映所有研究对象之间的关系，达到区域污染物关联度、污染程度及空间分布的信息最大化。本文在前人的研究基础上，综合考虑土地利用类型的影响，利用典范对应分析方法探索铅锌尾矿砂坝坍塌后污染农田的重金属空间分布及在岩溶区这种特殊地质背景下重金属与土壤理化性质之间的内在关联性。研究的岩溶区土壤偏碱富钙(pH在4.92～7.47)，对重金属污染引起的土壤酸化效应产生一定的缓冲作用；阳离子交换量较低，土壤钾素含量较低且容易流失，经多年施肥耕作有机碳积累量不大，且受土地利用类型影响明显，而氮、磷、钾等营养元素含量却与施肥有关。本文对典范对应分析的实际应用也显示，该技术的缺点是多个因子之间会存在“弓形效应”，因此在推广应用上应除去相关性过高的冗余变量。