我院曾罡副教授利用电子探针成功开发出玻璃质地质样品中F-Cl-Nb-P的原位微区分析方法

发布者:陆昀乔发布时间:2022-12-26浏览次数:3666


F和Cl是地球上重要的挥发性元素。一方面,地表系统中的FCl可以随板块俯冲进入深部地幔,降低地幔固相线,从而诱导深部地幔发生部分熔融;另一方面,随着地幔来源岩浆的产生,地幔中的FCl等挥发分又可以重新释放到大气圈和水圈。这种挥发分在地球表层与地球内部之间的循环过程,既可以促进地球上金属资源的富集(如增加AuCu等金属在岩浆中的溶解度,进而有利于金属的富集成矿),又可能对地表环境产生重大影响(如扰乱对流层和平流层的臭氧收支平衡,引发酸雨、空气污染、土壤污染等),因此,FCl等挥发分循环过程是影响地球宜居性形成与改变的关键因素之一,也一直是国际地学研究的焦点问题。

由于幔源岩浆的喷发过程往往伴随强烈的去气作用,对地球深部挥发分储库的定量评估造成极大困难。海下喷发的火山玻璃与早期矿物晶体中捕获的熔体包裹体目前国际认可的可用于评估地幔源区挥发分组成的研究对象,因而对其FCl组成的分析是我们理解地球深部挥发分组成的关键。但已有实验流程复杂,且只能进行全样品的分析(例如RNAA, RPAA, PGA, XRF等),并不适用于熔体包裹体等微小样品的分析。电子探针作为高空间分辨率、低样品损耗的原位定量分析技术,为实现微小样品的FCl原位分析提供了可能。同时,由于FPClNb具有相似的不相容性,我们往往需通过对地质样品中F/P比和Cl/Nb比的变化来揭示地球深部的FCl循环过程。围绕上述科研需求,我院曾罡副教授团队利用电子探针开发了能够同时测试F-Cl-Nb-P的原位微区分析技术。

电子探针FCl分析的技术难点主要在于准确处理分析过程中的元素迁移、Fe线系在F Kα峰位上的干扰以及Mg Kβ线系在F Kα线系右背景上的干扰。对于Mg Kβ线系在F Kα线系右背景上的干扰,可以通过PHA技术进行消除。而Fe线系在F Kα峰位上的干扰则需要建立一系列的无FFe玻璃标样去进行矫正。而前人用来建立FeF峰位上干扰的校准曲线的参考玻璃标样中的FeOT含量太低(<10 wt%),并不适用于许多天然地幔岩石中高FeOT含量的熔体包裹体分析(在苦橄质、霞石质以及碱性玄武质样品中可高达21 wt%)。因此,曾罡团队合成了7个无FFe的玻璃标样(FeOT: 1 - 20 wt%),以改进FeF峰位上的重叠校正;同时,还对分析过程中的元素迁移进行了条件测试,获得了F-Cl-Nb-P原位分析的最佳测试条件。最后,利用改进后的方法对USGS玻璃标样以及其他岩石标样粉末合成的玻璃进行了分析,以评估可用以EPMA测量FClNbP含量的最佳监控标样。结果表明,BHVO-2G在不同实验室间的测试结果的一致性最好,最适合作为FCl分析的监控标样(图1)。

相关成果发表在国际期刊《Geostandards & Geoanalytical Research》(影响因子4.34)上。张慧丽博士研究生为论文第一作者,曾罡副教授为通讯作者,张超教授、张文兰教授级高工、陈立辉教授和于津海教授参与了本次研究。该工作得到国家自然科学基金项目(42130310)、关键地球物质循环前沿科学中心(DLTD2105)、中央高校基本科研基金(0206-14380128, 0206-14380114)、江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX22_0117)和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的资助。

1:分析的玻璃质标样中F (a)Cl (b)的含量与前人数据的对比。(a)(b)中分别插入的是F < 700 μg g−1Cl < 600 μg g−1的扩展图。图中每个点代表一个与前人数据的对比。


文章信息:Zhang, H.-L., Zeng, G.*, Zhang, C., Zhang, W.-L., Chen, L.-H. and Yu, J.-H. (2022), Electron Probe Microanalysis measurement of F-Cl-Nb-P for Geological Glasses. Geostand Geoanal Res. 46, 851-864. https://doi.org/10.1111/ggr.12454.

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ggr.12454