电子探针应用（2）：稀土矿物独居石的地质定年

地质年代的测定是地质过程及动力学研究中的重要课题，离子探针质谱（SIMS）、激光显微探针等原位定年技术的引入，特别是高分辨SHRIMP以及激光剥蚀LA-ICPMS等测试技术的发展，极大地推动了地球动力学演化过程的研究。

相对于上述仪器，电子探针测年具有成本低、方便快捷、原位、无损等特点，由于电子探针电子束可以压缩至纳米级别，用于元素分析的特征X射线空间分辨率为微米级别，激发源比其它仪器高一个数量级，针对不均匀微区的定年，电子探针显然是更佳选择。

岛津EPMA-8050G场发射型电子探针

独居石电子探针测年由日本名古屋大学Suzuki等人首次依据经典等时线算法提出，国内学者等也进行了相关研究。

独居石，因经常呈单晶体而得名，是一种含有铈和镧的磷酸盐矿物，亦称磷铈镧矿，化学组成为(Ce,La,Nd,Th)PO₄，是提炼铈、镧的主要矿物，主要产于伟晶岩、花岗岩及与之有关的期后矿床中，共生矿物可有氟碳铈矿、磷钇矿、锂辉石、锆石、绿柱石、磷灰石、金红石、钛铁矿、萤石、重晶石或铌铁矿等。

独居石定年的原理是以放射性核素衰变理论为基础，假设初始铅（非放射性成因铅）含量忽略不计，整个系统封闭，U、Th、Pb不对外发生迁移。在一定条件下通过电子探针测试矿物中的U、Th、Pb含量，经过数据处理计算进而得出矿物的年龄。显然，U、Th、Pb 的含量直接影响定年的计算结果，所以独居石的定年关键是如何提升元素的测试准确性。

由于稀土线系繁杂，不同元素之间的特征能量（特征波长）非常邻近，元素之间相互干扰非常严重的。下图可以看到， Gd Lα和Ce Lγ，以及Pr Lα和 La Lβ几乎完全重叠，故而无法使用常规的方法和默认的参数进行测试。

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定性分析测试时间可延长10至15min，照射束流200nA以上，以获得更高灵敏度的元素测试谱图，并做好特征峰位的解析。针对U、Th、Pb三个元素需要进行精细谱的扫描（使用状态分析模式）。

针对每一个元素，确认其特征峰位和两个背景峰位，避开干扰。特征峰有干扰的处理方式，可以选择副峰，其峰位测试时间相应地延长，或者依据稀土标样进行等比例的扣除。稀土元素均选择L线系（Lα或Lβ），U、Th、Pb使用M线系，测试时间可设置到50s以上。

主量元素可选择独居石标样，U、Th、Pb三元素推荐使用金属U、金属Th和PbS等标样。其他参数可根据试样和仪器情况实验研究，以确认最佳的测试参数。下表为某地采集的独居石试样，电子探针测试获得的微区定量结果。

表1 独居石EPMA定量测试结果（Wt%）

根据相关学者提出的简化计算方法，可估算出上述独居石矿物颗粒的地质年龄约894Ma（百万年）。

得益于岛津电子探针优异的谱峰分辨率及超高的灵敏度，可通过对独居石成分精确的定量分析得出矿物年龄，进而可对地球动力学演化过程的研究提供科学可靠的指导。

【参考文献】

[1] Suzuki K, Adachi M. Precambrian provenance and silurian metamorphism of the Tsubonosaxa paragneiss in the South Kitakani Terrene, Northeast Japan, revealed by the chemical Th-U-total Pb isochron ages of monazite, zircon and xenotime. Geochemical Journal, 1991, 25(5): 357-376

[2] 周剑雄，陈振宇，芮宗瑶. 独居石的电子探针钍-铀-铅化学测年[J]．岩矿测试,2002,21(4)：241～246

[3] 张昭明.电子探针在测定晶质铀矿年龄中的应用[J].放射性地质,1982,5: 408-411.

撰稿人：赵同新、崔会杰