本期文章導(dǎo)讀

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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(lè), 任鐘元*, 丁相禮, 吳亞?wèn)|, 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(lái)隨著分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，對(duì)地質(zhì)樣品進(jìn)行微區(qū)Sr同位素的分析已成為了可能。目前國(guó)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(cè)試等方面存在較大差異，且各具優(yōu)勢(shì)與不足。微鉆取樣-TIMS/MC-ICPMS的最大優(yōu)勢(shì)是可獲得高精度的Sr同位素?cái)?shù)據(jù)(外精度優(yōu)于100×10-6，2SD)；但由于需要進(jìn)行化學(xué)處理，流程繁瑣耗時(shí)(約10天)，實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，同時(shí)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(duì)高Rb樣品(如鉀長(zhǎng)石)進(jìn)行有效分析。LA-MC-ICPMS的最大優(yōu)勢(shì)是樣品制備簡(jiǎn)單，數(shù)小時(shí)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(shí)間內(nèi)對(duì)大量樣品進(jìn)行分析。但由于不能進(jìn)行化學(xué)分離，分析過(guò)程中存在多種干擾(如Rb、Ca、Kr和稀土元素等)，影響了測(cè)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(duì)高Sr低Rb的樣品(如斜長(zhǎng)石、磷灰石等)進(jìn)行有效分析，而對(duì)于干擾元素含量較高的樣品目前無(wú)法應(yīng)用。對(duì)于微鉆取樣法，應(yīng)將改進(jìn)化學(xué)流程作為重點(diǎn)研究方向，提高化學(xué)處理效率，同時(shí)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(duì)于激光剝蝕法，重點(diǎn)突破Kr、Rb和二價(jià)稀土元素等干擾校正問(wèn)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(shí)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(yáng)， 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(lái)巖礦鑒定技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后，造成巖礦鑒定專(zhuān)業(yè)人員匱乏，巖礦鑒定技術(shù)隊(duì)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(duì)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(duì)于納米-微米級(jí)礦物形貌及結(jié)構(gòu)特征研究更是無(wú)法實(shí)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(diǎn)，建立系統(tǒng)的大型儀器巖礦鑒定方法，從元素與礦物兩個(gè)層面對(duì)巖石礦物進(jìn)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(lèi)、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(duì)各類(lèi)形態(tài)樣品中含量高于30%的礦物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定性分析；X射線衍射儀可對(duì)樣品中含量大于15%的礦物進(jìn)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(cè)試可直接獲得成巖過(guò)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(jí)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(lèi)儀器功能相互補(bǔ)充，測(cè)試結(jié)果相互驗(yàn)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(guò)整合礦物譜學(xué)分析與微區(qū)分析儀器的優(yōu)點(diǎn)，形成新的分析測(cè)試技術(shù)體系，是大型儀器發(fā)展的方向，同時(shí)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(shí)線定年方法流程

張利國(guó)， 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(duì)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(dòng)力學(xué)過(guò)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(shí)別出各種地幔端員，可用于反演巖漿作用的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。因此，玄武巖年齡的精確測(cè)定成為同位素年代學(xué)研究的熱點(diǎn)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(shí)線法和鋯石U-Pb法研究其成巖時(shí)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(shí)線年齡相對(duì)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(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)玄武巖精確測(cè)年一直是困擾地質(zhì)學(xué)家的重要科學(xué)問(wèn)題。本文根據(jù)內(nèi)部等時(shí)線法原理，通過(guò)化學(xué)方法，采用王水和氫氟酸-硝酸對(duì)玄武巖樣品進(jìn)行分步溶解，分別對(duì)同一件樣品的王水溶解相、王水不溶相和全巖開(kāi)展Sm-Nd同位素組成分析。通過(guò)分步溶解，提取了玄武巖中石英、透輝石、長(zhǎng)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(shí)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(shí)線年齡。本文認(rèn)為：玄武巖分相Sm-Nd內(nèi)部等時(shí)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(cè)定。該方法的建立不僅有效提高玄武巖Sm-Nd等時(shí)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(cè)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(guò)程中，光學(xué)顯微鏡下的巖礦類(lèi)型、顆粒形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)等各類(lèi)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)信息起到了關(guān)鍵作用。諸如尋找低滲透類(lèi)型的隱蔽油氣藏時(shí)，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(qiáng)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(lái)的“高溫”。現(xiàn)有的顯微鏡光源中，最為常見(jiàn)的是自然光與鹵素?zé)艄?，其他的光源有熒光光源、純水過(guò)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(guò)濾熱射線光源濾除紅外線不徹底且水流會(huì)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(qiáng)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(jìn)行無(wú)損、高質(zhì)量顯微觀察成像和測(cè)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(duì)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(kāi)，再選擇可見(jiàn)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(shí)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(jiàn)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(shí)可行的依據(jù)。

681 表面接觸角的測(cè)量及表面張力在寶玉石鑒定中的應(yīng)用

鮑 雪， 陸太進(jìn)， 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(cè)量法計(jì)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(cè)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(shì)，但寶玉石的接觸角測(cè)量和表面張力的研究工作前人尚未開(kāi)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(yùn)用簡(jiǎn)單儀器測(cè)量了27個(gè)不同品種寶石材料的接觸角，實(shí)驗(yàn)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(chǎng)上大量經(jīng)表面處理的珠寶玉石材料的出現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)室鑒定帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)，如覆膜琥珀需要利用紅外光譜儀進(jìn)行破壞性測(cè)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(cè)方法應(yīng)用困難，因此急需尋找新方法解決疑難問(wèn)題。本文測(cè)量并分析了15個(gè)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(gè)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(cè)方法進(jìn)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(cè)試方法測(cè)量準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)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(cè)疑難問(wèn)題提供輔助鑒定依據(jù)。

723 脅迫時(shí)間和脅迫濃度對(duì)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(wèn)題，同時(shí)也是污染環(huán)境植物修復(fù)的難點(diǎn)及前沿。明確植物抗重金屬的生理和分子機(jī)理，對(duì)于高效利用自然資源和進(jìn)行污染環(huán)境的生物修復(fù)均具有重要意義。由于缺乏強(qiáng)有力的分析手段，植物體內(nèi)重金屬的遷移機(jī)制，解毒機(jī)制尚未得出一致結(jié)論。目前研究表明，植物的耐Cd機(jī)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(duì)重金屬解毒的過(guò)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(shí)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(shuō)明細(xì)胞壁作為重金屬進(jìn)入植物體的第一道屏障，在植物重金屬耐受機(jī)制中起重要作用。同時(shí)，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(guò)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(shuō)明鎘對(duì)植物的危害是一個(gè)緩慢過(guò)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(jìn)一步提供理論參考。

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

胡清菁， 張超蘭， 靳振江， 曹建華， 李 強(qiáng)

20世紀(jì)70年代以來(lái)，全世界共報(bào)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(kuò)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(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)礦區(qū)土壤面源污染的研究十分廣泛，探索了礦區(qū)周?chē)匀煌翆又兄亟饘俚目臻g分布，污染來(lái)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(gè)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(dòng)態(tài)平衡，為了盡可能全面地涵蓋所有因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，已有學(xué)者將生態(tài)群落分析方法——典范對(duì)應(yīng)分析方法引入環(huán)境對(duì)象分析，該方法能直觀地綜合反映所有研究對(duì)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(lèi)型的影響，利用典范對(duì)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(duì)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(yáng)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(jī)碳積累量不大，且受土地利用類(lèi)型影響明顯，而氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素含量卻與施肥有關(guān)。本文對(duì)典范對(duì)應(yīng)分析的實(shí)際應(yīng)用也顯示，該技術(shù)的缺點(diǎn)是多個(gè)因子之間會(huì)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(guò)高的冗余變量。