本期文章導(dǎo)讀

615 微鉆取樣-TIMS/MC-ICPMS和LA-MC-ICPMS分析礦物巖石87Sr/86Sr比值的技術(shù)比較

張 樂, 任鐘元*, 丁相禮, 吳亞東, 賴永旺

微區(qū)Sr同位素體系是同位素地球化學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的同位素體系之一，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)年代學(xué)、同位素示蹤，并在氣候演變研究中具有重要意義。近二十年來隨著分析測試技術(shù)的發(fā)展，對地質(zhì)樣品進行微區(qū)Sr同位素的分析已成為了可能。目前國內(nèi)外兩種常用的微區(qū)Sr同位素分析方法分別是：微鉆取樣-TIMS/MC-ICPMS和LA-MC-ICPMS技術(shù)。這兩種方法技術(shù)從樣品制備、干擾校正和質(zhì)譜測試等方面存在較大差異，且各具優(yōu)勢與不足。微鉆取樣-TIMS/MC-ICPMS的最大優(yōu)勢是可獲得高精度的Sr同位素數(shù)據(jù)(外精度優(yōu)于100×10-6，2SD)；但由于需要進行化學(xué)處理，流程繁瑣耗時(約10天)，實驗周期較長，同時需要嚴(yán)格控制化學(xué)流程空白，且取樣直徑(200～2000 μm)和取樣深度(100～2000 μm)較大，空間分辨率較低，但是該方法可以對高Rb樣品(如鉀長石)進行有效分析。LA-MC-ICPMS的最大優(yōu)勢是樣品制備簡單，數(shù)小時即可完成，且分析效率高，根據(jù)樣品Sr含量的大小激光束斑直徑多在60～300 μm之間變化， 其空間分辨率較TIMS/MC-ICPMS方法高，可在短時間內(nèi)對大量樣品進行分析。但由于不能進行化學(xué)分離，分析過程中存在多種干擾(如Rb、Ca、Kr和稀土元素等)，影響了測試精度(約200×10-6，2SD)和準(zhǔn)確度(約150×10-6)，該方法目前只能對高Sr低Rb的樣品(如斜長石、磷灰石等)進行有效分析，而對于干擾元素含量較高的樣品目前無法應(yīng)用。對于微鉆取樣法，應(yīng)將改進化學(xué)流程作為重點研究方向，提高化學(xué)處理效率，同時改善取樣技術(shù)，減小取樣直徑和深度以提高空間分辨率；對于激光剝蝕法，重點突破Kr、Rb和二價稀土元素等干擾校正問題，提高干擾元素含量較高的樣品的分析精度和準(zhǔn)確度，同時需要提高儀器靈敏度以滿足低Sr含量樣品的分析要求。

625 紅外光譜/掃描電鏡等現(xiàn)代大型儀器巖石礦物鑒定技術(shù)及其應(yīng)用

杜 谷， 王坤陽， 冉 敬， 王風(fēng)玉， 潘忠習(xí)

巖石礦物鑒定是地質(zhì)研究工作的重要基礎(chǔ)，巖石礦物定性、定量分析的準(zhǔn)確與否將直接影響地質(zhì)研究工作的結(jié)果和質(zhì)量。而近年來巖礦鑒定技術(shù)的發(fā)展相對滯后，造成巖礦鑒定專業(yè)人員匱乏，巖礦鑒定技術(shù)隊伍結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不全，巖礦鑒定現(xiàn)有設(shè)備配制較為缺失，巖礦鑒定技術(shù)的普及與深化已成為當(dāng)前地質(zhì)工作的急需。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡在“新”、“微”、“細(xì)”、“雜”礦物的鑒定中，由于其分辨率及放大倍數(shù)的限制存在較大的局限性，如對于細(xì)微顆粒的定性分析不準(zhǔn)確，礦物的定量分析存在一定的誤差，對于納米-微米級礦物形貌及結(jié)構(gòu)特征研究更是無法實現(xiàn)。將微區(qū)與譜學(xué)緊密結(jié)合，整合傅里葉紅外光譜儀、X射線衍射儀、激光拉曼光譜儀及掃描電子顯微鏡等現(xiàn)代分析儀器的優(yōu)點，建立系統(tǒng)的大型儀器巖礦鑒定方法，從元素與礦物兩個層面對巖石礦物進行綜合研究，已是當(dāng)前地質(zhì)勘探工作精細(xì)化的發(fā)展需要。大型分析儀器在巖礦鑒定中的聯(lián)用，不僅提高了分析分辨率，提高了放大倍數(shù)，還可全面提供巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征，巖石中礦物的種類、形貌、相關(guān)關(guān)系及蝕變等信息，確保了巖石礦物鑒定的全面性與準(zhǔn)確性。例如，紅外光譜范圍為7500～370 cm-1，能對各類形態(tài)樣品中含量高于30%的礦物進行快速、準(zhǔn)確的定性分析；X射線衍射儀可對樣品中含量大于15%的礦物進行快速、準(zhǔn)確的定量分析；激光拉曼光譜儀光譜范圍為200～1000 nm，空間分辨率為橫向0.5 μm，縱向2 μm，應(yīng)用于包裹體的測試可直接獲得成巖過程中的溫度、壓力、流體成分等參數(shù)信息；掃描電子顯微鏡分辨率達(dá)到1 nm，能清晰地觀察到納米-微米級礦物的形貌特征及礦物的結(jié)構(gòu)特征。本文指出，傳統(tǒng)與現(xiàn)代巖礦鑒定技術(shù)的結(jié)合，各類儀器功能相互補充，測試結(jié)果相互驗證，顯著提高了巖礦鑒定的精準(zhǔn)度，大大拓寬了巖礦鑒定的范圍；通過整合礦物譜學(xué)分析與微區(qū)分析儀器的優(yōu)點，形成新的分析測試技術(shù)體系，是大型儀器發(fā)展的方向，同時也是今后巖礦鑒定研究的主要內(nèi)容。

640 玄武巖分相Sm-Nd內(nèi)部等時線定年方法流程

張利國， 段桂玲， 楊紅梅， 楊 梅， 譚娟娟， 段瑞春， 邱嘯飛， 劉重芃

玄武巖是地質(zhì)學(xué)研究的重要對象，其巖石地球化學(xué)及同位素特征與巖漿源區(qū)性質(zhì)、古大地構(gòu)造環(huán)境和深部地球動力學(xué)過程有著密切的聯(lián)系：根據(jù)玄武巖的地球化學(xué)特征可以判別其形成的構(gòu)造環(huán)境，利用微量元素和稀土元素比值以及Sr-Nd-Pb同位素特征可成功識別出各種地幔端員，可用于反演巖漿作用的動力學(xué)過程。因此，玄武巖年齡的精確測定成為同位素年代學(xué)研究的熱點之一。由于玄武巖礦物組成單一，鋯石十分稀少、顆粒很細(xì)，采用物理方法挑選單礦物和鋯石十分困難，很難應(yīng)用內(nèi)部等時線法和鋯石U-Pb法研究其成巖時代。而全巖樣品間因巖漿分異產(chǎn)生的147Sm/144Nd比值差別很小，等時線年齡相對誤差較大；Rb含量很低，Rb/Sr比值很小，全巖Sm-Nd法、Rb-Sr法常常不能給出正確可靠的年齡結(jié)果。長期以來，對玄武巖精確測年一直是困擾地質(zhì)學(xué)家的重要科學(xué)問題。本文根據(jù)內(nèi)部等時線法原理，通過化學(xué)方法，采用王水和氫氟酸-硝酸對玄武巖樣品進行分步溶解，分別對同一件樣品的王水溶解相、王水不溶相和全巖開展Sm-Nd同位素組成分析。通過分步溶解，提取了玄武巖中石英、透輝石、長石等礦物組合，該組合與其全巖具有相同的εNd(t)和一致的Nd同位素模式年齡；礦物與全巖構(gòu)筑的內(nèi)部等時線線性關(guān)系好，年齡誤差小，獲得了與已有鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致的Sm-Nd等時線年齡。本文認(rèn)為：玄武巖分相Sm-Nd內(nèi)部等時線定年方法，適用于前寒武紀(jì)及更古老的玄武巖樣品的年齡測定。該方法的建立不僅有效提高玄武巖Sm-Nd等時線定年成功率，也為其他隱晶質(zhì)且不易挑出單礦物的樣品年齡測定，提供了新的思路。

674 光學(xué)顯微鏡成像方式及投影冷光源的分頻合成探討

趙應(yīng)權(quán), 沈忠民, 王 鵬

地質(zhì)工作由定性向定量發(fā)展的過程中，光學(xué)顯微鏡下的巖礦類型、顆粒形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)等各類指標(biāo)的統(tǒng)計信息起到了關(guān)鍵作用。諸如尋找低滲透類型的隱蔽油氣藏時，成巖作用研究是建立在大量的薄片鑒定的基礎(chǔ)上，這些鏡下鑒定結(jié)果為后期的油氣成藏定量研究提供原始數(shù)據(jù)。因而，顯微鏡下高質(zhì)量成像及鑒定十分重要。為了充分顯示出樣品的細(xì)微結(jié)構(gòu)形態(tài)并避免樣品受到損傷，光學(xué)顯微鏡光源的色溫通常在6500 K左右，在足夠的光照強度下光源需要盡可能地減少熱射線的含量，從而避免光源帶來的“高溫”。現(xiàn)有的顯微鏡光源中，最為常見的是自然光與鹵素?zé)艄?，其他的光源有熒光光源、純水過濾熱射線光源、LED光源等。鹵素?zé)艄庠春写罅?60～1400 nm區(qū)段的紅外線，純水過濾熱射線光源濾除紅外線不徹底且水流會導(dǎo)致透射光線的部分散射，LED光源在500 nm波段處的光照強度不足、波形存在缺陷，容易灼傷樣品或使成像質(zhì)量受限，這些都難以滿足需要采用大功率冷光源進行無損、高質(zhì)量顯微觀察成像和測試要求。光學(xué)顯微鏡形成的是倒立的虛像，使得觀察的人員數(shù)及觀察視區(qū)受到了限制，解決這一難題的關(guān)鍵就是大功率不含熱射線的高質(zhì)量“冷”光源。本文利用三棱鏡-凸透鏡組對光線方向的定向調(diào)整，提出了分頻合成冷光源的新思路，該思路是先利用三棱鏡將鹵素?zé)艄庠垂庾V按頻率順序打開，再選擇可見光區(qū)域內(nèi)的光譜，最后用凸透鏡組校正光線方向后由三棱鏡合成不含熱射線的冷光源。理論和實際應(yīng)用效果表明，該方法既可完全排除熱射線，又保持了完整的可見光光譜，解決了大功率冷光源紅外線生熱和光譜存在缺陷的難題，這為采用大功率冷光源的光學(xué)顯微鏡投影高質(zhì)量成像提供了新的方法及切實可行的依據(jù)。

681 表面接觸角的測量及表面張力在寶玉石鑒定中的應(yīng)用

鮑 雪， 陸太進， 魏 然， 張 勇， 李海波， 陳 華， 柯 捷

表面張力是固體表面重要的物理化學(xué)參數(shù)之一，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。使用接觸角測量法計算固體表面張力已被廣泛應(yīng)用于表面科學(xué)和工程領(lǐng)域。寶玉石材料多具有光潔的表面，在接觸角測量的準(zhǔn)確性方面較其他表面不均一的固體材料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但寶玉石的接觸角測量和表面張力的研究工作前人尚未開展深入研究與應(yīng)用，僅在1977年Nassau等為了區(qū)分鉆石與其他仿制品，運用簡單儀器測量了27個不同品種寶石材料的接觸角，實驗結(jié)果表明接觸角的差異能夠清晰地區(qū)分鉆石及其他仿制品，如立方氧化鋯(CZ)、釓鎵榴石(GGG)、釔鋁榴石(YAG)等。當(dāng)前珠寶玉石表面處理技術(shù)日漸成熟，市場上大量經(jīng)表面處理的珠寶玉石材料的出現(xiàn)給實驗室鑒定帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，如覆膜琥珀需要利用紅外光譜儀進行破壞性測試，鉆石、合成碳硅石、立方氧化鋯等高折射率寶石的折射率等常規(guī)檢測方法應(yīng)用困難，因此急需尋找新方法解決疑難問題。本文測量并分析了15個天然和合成寶玉石品種，及經(jīng)覆膜處理和充填處理2種方法的寶玉石樣品共21個寶玉石樣品的接觸角數(shù)值，并與紅外光譜和折射率傳統(tǒng)常規(guī)檢測方法進行了比較，研究表明，鉆石(56.68°)、合成碳硅石(52.63°)、合成立方氧化鋯(37.79°)、紅寶石(73.99°)、黃水晶(37.33°)、琥珀(92.49°)等不同品種寶玉石的接觸角具有明顯差異，覆膜鉆石(33.33°)、覆膜琥珀(63.35°)等覆膜樣品的接觸角與天然品種具有明顯差異。接觸角的差異可以明確區(qū)分寶玉石品種和經(jīng)覆膜處理的寶玉石，且該測試方法測量準(zhǔn)確、操作簡便、不破壞樣品，可為解決寶玉石表面覆膜等與表面物性相關(guān)的檢測疑難問題提供輔助鑒定依據(jù)。

723 脅迫時間和脅迫濃度對超積累植物印度芥菜細(xì)胞中鎘分布的影響

楊紅霞， 張惠娟， 高津旭， 劉 崴， 李 冰

超累積植物篩選是重金屬污染土壤植物修復(fù)的基礎(chǔ)和核心問題，同時也是污染環(huán)境植物修復(fù)的難點及前沿。明確植物抗重金屬的生理和分子機理，對于高效利用自然資源和進行污染環(huán)境的生物修復(fù)均具有重要意義。由于缺乏強有力的分析手段，植物體內(nèi)重金屬的遷移機制，解毒機制尚未得出一致結(jié)論。目前研究表明，植物的耐Cd機制主要體現(xiàn)于以下作用：①螯合作用；②區(qū)隔化作用；③抗氧化作用；④排外作用；⑤固定鈍化作用；⑥應(yīng)急作用。其中，區(qū)隔化作用在植物對重金屬解毒的過程中發(fā)揮著重要的作用，其能阻止Cd(Ⅱ)在細(xì)胞質(zhì)中自由流通，限制Cd(Ⅱ)在一定的區(qū)域內(nèi)，而細(xì)胞內(nèi)各組織的區(qū)隔化作用大小并未取得一致性結(jié)論。本文研究了不同鎘脅迫時間和脅迫濃度條件下鎘在亞細(xì)胞中的分布比例和規(guī)律，研究表明細(xì)胞壁中鎘的比例占50%～64%，顯著高于細(xì)胞液及細(xì)胞器，說明細(xì)胞壁作為重金屬進入植物體的第一道屏障，在植物重金屬耐受機制中起重要作用。同時，采用透射電鏡觀察了細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)脅迫濃度超過1 mg/L后，細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的損壞；隨著脅迫濃度的增加，細(xì)胞破壞癥狀加重，說明鎘對植物的危害是一個緩慢過程。重金屬的亞細(xì)胞水平相關(guān)研究的深入，可望為揭示超積累植物中重金屬的區(qū)隔化作用進一步提供理論參考。

714 鉛鋅礦尾砂重金屬污染物對不同土地利用類型土壤性質(zhì)影響的典范對應(yīng)分析

胡清菁， 張超蘭， 靳振江， 曹建華， 李 強

20世紀(jì)70年代以來，全世界共報道了35起以上重大礦區(qū)尾礦砂壩坍塌事件，例如1985年湖南郴州鉛鋅礦尾砂壩坍塌事件，1996年菲律賓馬林杜克島尾礦砂泄漏事件，1998年西班牙南部的Aznalcóllar硫鐵礦尾砂壩坍塌事件，2001年廣西環(huán)江北山鉛鋅礦尾砂壩坍塌事件。尾礦砂作為環(huán)境次生污染源因其大量的遷移和擴散，導(dǎo)致了大面積的農(nóng)田和河流污染，砷、鎘、鉛、鋅等重金屬的潛在生態(tài)危害性十分嚴(yán)峻。污染區(qū)土壤中重金屬主要集中分布在0～30 cm范圍，污染區(qū)土壤酸化嚴(yán)重，pH值最低至2.5，發(fā)生酸化現(xiàn)象的土層深度局限于0～70 cm范圍。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者針對礦區(qū)土壤面源污染的研究十分廣泛，探索了礦區(qū)周圍自然土層中重金屬的空間分布，污染來源、特征及污染程度，研究了礦區(qū)土壤微生物區(qū)系組成及生態(tài)功能的演變規(guī)律。土壤是一個復(fù)雜的多元生態(tài)系統(tǒng)，土壤的理化性質(zhì)和生物性質(zhì)以及土壤外部環(huán)境之間形成一種動態(tài)平衡，為了盡可能全面地涵蓋所有因素進行系統(tǒng)分析，已有學(xué)者將生態(tài)群落分析方法——典范對應(yīng)分析方法引入環(huán)境對象分析，該方法能直觀地綜合反映所有研究對象之間的關(guān)系，達(dá)到區(qū)域污染物關(guān)聯(lián)度、污染程度及空間分布的信息最大化。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，綜合考慮土地利用類型的影響，利用典范對應(yīng)分析方法探索鉛鋅尾礦砂壩坍塌后污染農(nóng)田的重金屬空間分布及在巖溶區(qū)這種特殊地質(zhì)背景下重金屬與土壤理化性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。研究的巖溶區(qū)土壤偏堿富鈣(pH在4.92～7.47)，對重金屬污染引起的土壤酸化效應(yīng)產(chǎn)生一定的緩沖作用；陽離子交換量較低，土壤鉀素含量較低且容易流失，經(jīng)多年施肥耕作有機碳積累量不大，且受土地利用類型影響明顯，而氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素含量卻與施肥有關(guān)。本文對典范對應(yīng)分析的實際應(yīng)用也顯示，該技術(shù)的缺點是多個因子之間會存在“弓形效應(yīng)”，因此在推廣應(yīng)用上應(yīng)除去相關(guān)性過高的冗余變量。