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1、成岩成矿矿物学,硕士研究生课程,课程主要内容,矿物学研究基本方法与思路 （微区分析技术、晶体化学式计算等） 成岩成矿过程的矿物学示踪 （造岩矿物、副矿物、硫化物等） （锆石、榍石、金红石、稀土矿物等）,矿物学研究基本方法,形貌与岩相学分析：光学显微镜（偏光显微镜、双目镜）、扫描电子显微镜（SE） 矿物内部结构、构造分析：光学显微镜、BSE、CL 成分分析：湿法化学分析、X荧光光谱分析、电子探针分析、ICP-MS、离子探针 结构分析：X射线衍射仪（粉末、单晶）、透射电子显微镜 矿物鉴定：X射线衍射仪、电子探针、拉曼探针,矿物常规研究手段：光学显微镜,偏 光 显 微 镜, 透射光 反射光,直接、简
2、便地了解岩石或矿石中矿物组成、组合与结构、构造,薄片中的矿物,鉴定矿物的第一步 获取岩相学信息的最直接和简便的方法,透射偏光显微镜下的造岩矿物,olivine,plag,PPL,XPL,Width of field of view is 3.0 mm,Heterosite 紫红色 异磷铁锰矿 (Fe3+,Mn3+)(PO4),Alluaudite 黄绿色 磷锰钠铁石 NaMnFe3+2(PO4)3,Hagendorfite 蓝绿色 黑磷铁钠石 Na2Mn(Fe2+Fe3+)(PO4)3,Fransolet et al., 2004,伟晶岩中原生黑磷铁钠石的岩相学特征,富铯锂云母脉,铯沸石,富铯
3、锂云母,锂云母,单偏光图像,铯沸石,富铯锂云母,铯沸石,正交偏光图像,母,锂,云,正交偏光图像,单偏光图像,铯沸石,富铯锂云母,锂云母,富铯锂云母,锂云母,铯沸石,锂云母与富铯锂云母,反射偏光显微镜下的金属矿物,黑龙江三道湾子金矿矿石矿相显微镜照片, 主体为碲金银矿, 其上的裂隙和晶隙间分布有自然金(黄色)和少量碲金矿(灰白色),许虹等，2012,微区化倾向越来越明显，多体系微区分析技术集成将是未来发展方向,现代矿物学分析技术的特点,电子探针,电子探针是获得矿物微区精确成分的分析仪器,JEOL JXA8100型电子探针,LA-ICP-MS,Allanite 褐帘石,利用激光熔样技术，在微区尺度
4、分析矿物的微量元素含量,X射线衍射仪,微区X射线衍射仪使得在毫米尺度进行矿物晶体结构分析成为现实,同步辐射技术,当利用X射线衍射技术分析小样品时， 要求入射X射线： 高亮度、高稳定性 同步辐射光源,X-ray beam,透射电镜,透射电镜主要用于研究矿物微结构，直至晶胞结构。,红外和拉曼光谱,振动光谱包括红外光谱和拉曼光谱，反映分子之间的相互作用。,Garnet,Coesite,Quartz,X-ray 结晶学,Y,x,d,q,in phase,in phase,q,q,nl=2dsinq,石英的X射线衍射数据,锂云母的微区X射线衍射分析,JEOL JXA8100型电子探针,电子探针,电子探针
5、分析的物理基础,电子与固体的相互作用,X射线谱仪,分光晶体（分析晶体） X射线探测器 精密机械系统 记录显示系统,线性全聚焦谱仪,谱仪几何学,样品、晶体和探测器分布在一个轨迹圆(罗兰圆，Rowland)上。 由于样品是固定的，所以晶体和探测器必须一种保持在Rowland 圆上移动。,分光晶体的条件 分光晶体必须是化学上稳定的。 分光晶体无须太完美。如果衍射峰太尖锐的话，其峰位则很难再现。 分光晶体必须具备良好的散射有效性，如区分相邻谱线的能力。散射有效性必须满足：,LiF (Lithium fluoride) ： 衍射晶面 200, 2d = 4.028 PET (Pentaerythrito
6、l)： 衍射晶面 002, 2d = 8.742 TAP (Thallium acid pthalate)： 衍射晶面1011, 2d = 25.75 ,常 用 分 光 晶 体,TAP：主要用于Na、Mg、Al、Si、F等 STE：主要用于分析B、C、O等 PET：主要用于分析Cl、K、Ca、Ti、P等 LiF：主要用于分析Fe、Mn、Cr等 LDE, PC：主要用于超轻元素Be, B, C, N, O, F,Signals and Informations,Typical Images (Sample: Electronic parts),a) Secondary Electron Imag
7、e (SEI),b) Backscattered Electron Image (COMPO）,d) Map analysis by X-ray （Sn）,c) Backscattered Electron Image (TOPO）,Qualitative Analysis,Quantitative Analysis,Analytical method in EPMA,Map Analysis(Area Analysis),Line Analysis,Point Analysis,电子探针的主要分析功能,1、图像功能,二次电子像 (SEI, Secondary electron image)
8、背散射电子像 (BEI, Back-scattered electron image),SEI,BEI,背散射电子像: 单斜辉石中的 斜方辉石出溶,锆石中U、Th含量的微弱变化导致其背散射电子像的差别,阴极发光(CL)图像,两种阴极发光技术： 利用电子枪 热阴极技术 利用电离化气体 冷阴极技术,37,Quartz Panchromatic CL Map (Beam Scan) Acc.V 15.0 kV Probe Current 5.0 nA Dwell time 1 ms Points 512*512 Size(mm) X:4.8876 Y:4.8876 Length(mm) X:2.50
9、24 Y:2.5024,CL,BSE,Specimen courtesy of Associate Professor N.Shimobayashi, Kyoto University,石英的CL图像及其Ti含量分布,锆石,2、定性分析,陶瓷材料的定性分析,3、定量分析,4、线分析,FeB Fe2B Fe,镀硼钢材表面线分析,5、面分析,U,Th,5、面分析,U,Th,石榴子石：Y面分析,石榴子石的面分析图像,环带铌铁矿(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6的面分析图像,锆石的面分析图像,锆石的面分析图像显示，Nd, Zr, Y, Hf, Gd在边部富集，而Y在核部富集，但是它沿裂隙向边部渗透,锆
10、石的Y元素面分析图像显示，Y沿裂隙向边部渗透，并在锆石周边形成磷钇矿,6、相分析,Y-Ba-Cu-O体系超导材料的相分析,7、化学定年,独居石,可操作性 EDS WDS 分析精 EDS WDS,WDS和EDS的比较,成岩成矿矿物学研究的基本思路,由微观及宏观（由小及大） 由点及面 由现象及过程,从矿物学研究出发，但目的不是为了矿物学,由微观到宏观,微观矿物学研究是手段，是重点 宏观意义是目的,柯石英：P2.8GPa at T=700C 金刚石： P4 GPa at T=700C -PbO2型TiO2：P=4-5GPa 橄榄石中钙钛矿型FeTiO3出溶：P=10-13GPa,由点到面,矿物是个体的：点 岩体或矿床是矿物的组合：面,由现象到过程,现象是观察的结果 过程是研究的延伸,现象：变质矿物周围出现后成合晶，由角闪石和斜长石组成，同时，在金红石周边出现一圈榍石环边。 过程：超高压峰期变质作用后发生了退变质作用，绿辉石和金红石在角闪岩相退变质过程发生变化,成岩成矿矿物学研究的基本技巧,确定特征矿物； 强调矿物组合； 注重微区性质； 反映P/T/a条件； 牢记对比思路； 揭示演变过程。,
