基于電子探針面掃描定量化的石英閃長(zhǎng)巖微區(qū)成分分析

胡瑤瑤， 王浩錚， 侯玉楊， 宋皓然

(西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 四川 成都 610500)

巖石經(jīng)歷多種地質(zhì)事件作用后，其微區(qū)結(jié)構(gòu)和成分是反演礦物生長(zhǎng)演化、物質(zhì)交換等的重要依據(jù)[1-3]。然而，傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法不能滿足精細(xì)化探討地質(zhì)演化過(guò)程的需求[4-6]?；诖?，如何準(zhǔn)確獲取巖石的微區(qū)成分開(kāi)展了廣泛討論[7-9]。但是，前人提出的分析方法中引入對(duì)區(qū)域面積或者對(duì)礦物含量的估計(jì)，從而增大了微區(qū)成分估計(jì)結(jié)果的不確定性，不利于開(kāi)展后續(xù)的定量計(jì)算與結(jié)果比對(duì)。

電子探針是近年來(lái)開(kāi)展礦物主量元素定量分析的主要分析手段[10-11]。面掃描通常使用波譜儀對(duì)特征X射線進(jìn)行分析，得到相應(yīng)元素的二維濃度分布圖像，但常規(guī)條件下測(cè)試的停留時(shí)間短、精度低，結(jié)果往往是半定量的[12-14]。前人從測(cè)試方法的角度提出了相應(yīng)的定量化面掃描的分析手段。如Lanari等[15]通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)礦物相進(jìn)行分類，使用校準(zhǔn)曲線對(duì)原始X射線強(qiáng)度進(jìn)行校正，降低了面分析的誤差；Donovan等[16]通過(guò)對(duì)接收到的計(jì)數(shù)進(jìn)行死時(shí)間修正及計(jì)數(shù)時(shí)間和束流歸一化，將產(chǎn)生X射線強(qiáng)度進(jìn)行校正，利用平均原子序數(shù)校正連續(xù)背景的方法，提高了面掃描測(cè)試的準(zhǔn)確性。這些方法普遍存在耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)面掃描測(cè)試方法的要求過(guò)高等問(wèn)題，不利于廣泛推廣[15-16]。

隨著圖像分析手段的應(yīng)用，如何利用電子探針面掃描數(shù)據(jù)獲取巖石的微區(qū)成分，從而為微區(qū)成分的合理估計(jì)提供新的途徑[17-18]成為了新的關(guān)注點(diǎn)。本文在綜合參考前人研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，選取礦物分布相對(duì)均勻的石英閃長(zhǎng)巖為研究對(duì)象，對(duì)其開(kāi)展X射線熒光光譜(XRF)全巖成分分析、巖石薄片的電子探針(EPMA)定量分析和面掃描分析。提出將ZAF校正的定量分析數(shù)據(jù)和波譜儀測(cè)試的面掃描圖像結(jié)合起來(lái)的方法，利用Python程序開(kāi)展圖像處理以修正區(qū)域計(jì)數(shù)誤差的像素灰度值，再通過(guò)最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，并使用Image J軟件中的定量轉(zhuǎn)換功能，將面掃描圖像轉(zhuǎn)換為定量數(shù)據(jù)。該定量數(shù)據(jù)與XRF全巖成分分析數(shù)據(jù)基本一致。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集及處理

巖石樣品為采自川北米倉(cāng)山地體中的新元古代的石英閃長(zhǎng)巖。將礦物分布均勻的部分切制探針片用于巖相學(xué)觀察與電子探針?lè)治觥r石主要礦物組成為斜長(zhǎng)石(53%～58%)、角閃石(25%～30%)、石英(12%～15%)、蝕變礦物(～2%)、磁鐵礦(～1%)，副礦物以鋯石、磷灰石和鈦鐵礦為主。斜長(zhǎng)石呈半自形-自形板狀，石英、角閃石、磁鐵礦以半自形至它形為主，部分礦物局部包含少量包裹體(圖1中e，f)。選取礦物分布均勻和受蝕變影響較小的區(qū)域用于電子探針的定量分析與面分析。全文采用Whitney和Evans(2010)推薦的礦物代號(hào)。

a、d—石英閃長(zhǎng)巖野外特征，發(fā)育半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造； b、c—斜長(zhǎng)石表面渾濁呈自形；石英呈半自形-它形分布在角閃石和斜長(zhǎng)石周圍； e、f—角閃石呈半自形到它形，不透明金屬礦物分布在角閃石和斜長(zhǎng)石內(nèi)部。礦物代號(hào)：Pl—斜長(zhǎng)石； Amp—角閃石； Qz—石英； Opq—不透明礦物。圖1 川北米倉(cāng)山地體新元古巖漿巖基底石英閃長(zhǎng)巖巖相學(xué)特征Fig.1 Field outcrop and microscopic characteristics of Neoproterozoic magmatic quartz-diorite in Micangshan, northern Sichuan. (a, d—Field photos of quartz-diorite which has subhedral granular texture and massive structure; b, c—Plagioclase is enhedral with a turbid surface, and the quartz is subhedral to anhedral distributed around amphibole and plagioclase; e, f—Amphibole is subhedral to anhedral, and contain opaque metallic minerals are founded in amphibole and plagioclase. Mineral abbreviation: Amp—amphibole; Pl—plagioclase; Qz—quartz; Opq—opaque mineral)

1.2 樣品分析測(cè)試

礦物成分的定量分析與巖石微區(qū)的面掃描分析在西南石油大學(xué)電子探針實(shí)驗(yàn)室裝備的日本電子公司生產(chǎn)的JXA-8230型電子探針譜儀上完成。分析條件為：加速電壓15kV，電流20nA，定量分析斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、角閃石的束斑直徑為2～5μm，石英、磁鐵礦等不含水礦物的束斑直徑為1μm，并使用SPI公司提供的參考物質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。面分析在1cm×1cm的范圍內(nèi)進(jìn)行，設(shè)定的步長(zhǎng)為1μm(圖2)。定量與面分析過(guò)程中，涉及元素的氧化物包括Al2O3、CaO、FeO、K2O、MgO、Na2O、SiO2、TiO2。

圖中圓點(diǎn)代表模擬的探針點(diǎn)位，數(shù)字代表定量分析測(cè)試的序號(hào)。a—早期形成的斜長(zhǎng)石自形程度較好； b—自形的斜長(zhǎng)石中部蝕變?yōu)榫G簾石； c—它形角閃石邊部分布著不自形的石英、鈦鐵礦、富鉀硅酸鹽礦物，內(nèi)部存在磷灰石、鈦鐵礦等包裹體； d—半自形鈦鐵礦和磁鐵礦分布在斜長(zhǎng)石和角閃石邊部。圖2 面掃描分析區(qū)域的背散射圖像與定量分析點(diǎn)位Fig.2 Backscattered electron image of mapping area and positions of point analyses (Dots represent the position of the simulated point analyses and the numbers in the figure represent the serial number of the article test data. a—The plagioclase formed in the early stage is enhedral crystal. b—The middle part of enhedral plagioclase is alterated into epidote. c—The edge of anhedral amphibole is covered with quartz, ilmenite and K-rich silicate minerals, while apatite, ilmenite and other inclusions exist in it. d—Subhedral ilmenite and magnetite are distributed at the edge of plagioclase and amphibole)

為檢驗(yàn)EPMA面掃描定量化的可靠性，采用XRF法對(duì)樣品開(kāi)展全巖中主量元素分析。將樣品粉碎到200目后，在105℃的烘箱中烘干2h去除自由水，再置于干燥器中冷卻至室溫；然后采取熔片法，將全巖粉末制備成玻璃熔片待測(cè)。通過(guò)X射線熒光光譜儀(荷蘭帕納科公司)對(duì)玻璃熔片進(jìn)行測(cè)量。其閃爍計(jì)數(shù)器為1500kcps，流氣正比計(jì)數(shù)器為3000kcps；動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0.04%，定位準(zhǔn)確性：0.00025°，定位精度：小于0.0001°。相關(guān)分析在中科礦巖分析測(cè)試公司完成。

2 數(shù)據(jù)處理方法

電子探針的面掃描圖像是X射線信號(hào)的收集和分析的結(jié)果，其灰度代表了波譜儀通道上特征X射線的計(jì)數(shù)強(qiáng)度。獲取的圖像因受樣品狀態(tài)、儀器穩(wěn)定性及測(cè)試條件等影響存在很大誤差，因此像素的灰度不能直接進(jìn)行定量化。為了更好地解讀面掃描圖像，本文對(duì)圖像進(jìn)行灰度校正和圖像處理，在此基礎(chǔ)上結(jié)合定量分析數(shù)據(jù)構(gòu)建相應(yīng)的估計(jì)模型來(lái)計(jì)算微區(qū)成分。本次圖像分析與校正使用的是圖像處理軟件ImageJ，詳情參見(jiàn)https://imagej.nih.gov/ij/docs/guide/index.html網(wǎng)站。

2.1 灰度校正

電子探針面掃描的特征X射線光譜是疊加在韌致輻射產(chǎn)生的連續(xù)背景上的。若兩者相互偏離較小，常常導(dǎo)致其峰背比較低不能進(jìn)行準(zhǔn)確扣除。在常規(guī)測(cè)試條件下，波譜儀峰背比較高，大部分元素都能扣除背景，而一些低濃度和低檢測(cè)線礦物往往容易與背景混淆，需要進(jìn)行灰度校正，但這會(huì)導(dǎo)致一些元素的灰度頻率分布不均勻[19-20]。Newbury等[21]認(rèn)為通過(guò)調(diào)整亮度的方法可以修正低計(jì)數(shù)礦物的濃度，使灰度分布較均勻。Image J軟件的直方圖均衡化功能可以將輸出圖像的頻率映射到指定區(qū)間來(lái)調(diào)整圖像的亮度，用于像素亮度轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)對(duì)比度[22-23]，從而實(shí)現(xiàn)灰度校正。

2.2 圖像處理

在測(cè)量面掃描圖像時(shí)，電子探針波譜儀受分析時(shí)間、束斑大小等測(cè)試條件波動(dòng)的影響，特征X射線存在計(jì)數(shù)不穩(wěn)定、計(jì)數(shù)丟失以及微量元素計(jì)數(shù)率低等問(wèn)題[19,24]。Joseph等[25]指出電子探針?lè)治鲇?jì)數(shù)雖具有不確定度，但所有元素濃度的不確定度可用高斯定律模擬逼近泊松統(tǒng)計(jì)量，其頻率呈正態(tài)分布。同時(shí)，研究表明對(duì)于電子儀器在測(cè)試過(guò)程中造成的噪音可通過(guò)濾波器進(jìn)行有效過(guò)濾，并且對(duì)于計(jì)數(shù)丟失以及微量元素計(jì)數(shù)率低的問(wèn)題可通過(guò)設(shè)置卷積和利用卷積運(yùn)算進(jìn)行平滑、模糊等處理來(lái)修正計(jì)數(shù)偏差，降低分析誤差[23,26-27]。

本文使用Python編程語(yǔ)言的第三方庫(kù)OpenCV編寫(xiě)代碼，采用濾波器與圖像形態(tài)學(xué)算法疊加的方式來(lái)修正面掃描定量化中計(jì)數(shù)率的不確定度。根據(jù)圖像的計(jì)數(shù)差異選擇有效的濾波器過(guò)濾噪音，使用閉運(yùn)算對(duì)有效像素點(diǎn)進(jìn)行平滑，并采用雙邊濾波函數(shù)修正計(jì)數(shù)的不穩(wěn)定度，具體方法參見(jiàn)https://github.com/skvark/opencv-python網(wǎng)站。

2.3 定量擬合

為了建立圖像處理后的面掃描的灰度與定量數(shù)據(jù)擬合誤差最小的函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，提高圖像的定量分析結(jié)果，通過(guò)Image J軟件使用最小二乘法建立擬合曲線對(duì)全局像素進(jìn)行校正，使圖像處理后的灰度定量擬合為氧化物含量，可以得到微區(qū)礦物組成和含量信息[28-29]。

3 結(jié)果與討論

3.1 面掃描定量化結(jié)果分析

在常規(guī)測(cè)試條件下，電子探針對(duì)主量元素測(cè)試的分析誤差大約為1%～2%[30]。對(duì)于密集電子束下呈穩(wěn)定相中的微量元素，在高的加速電壓、束流以及長(zhǎng)時(shí)間計(jì)數(shù)下，檢測(cè)極限和精度可以降低到μg/g(ppm)級(jí)別[13]。然而，面掃描結(jié)果受測(cè)試時(shí)間、峰位和背景選擇、束流損傷以及儀器穩(wěn)定度等因素的影響仍存在誤差，但經(jīng)定量化處理后，可提供精度更高、用途更廣的信息。

3.1.1曲線擬合結(jié)果分析

本文選用傳統(tǒng)的線性、二次多項(xiàng)式和冪函數(shù)模型進(jìn)行擬合研究，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)(R2)評(píng)估其結(jié)果。在單礦物相(圖3a)中有精確的定量分析數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確擬合，多數(shù)元素的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的兩極性，顯示出較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，SiO2、CaO、K2O、FeO、MgO、Al2O3、TiO2的擬合曲線都表現(xiàn)出很強(qiáng)的相似性，且擬合函數(shù)的擬合結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)R2均在94%以上，僅Na2O含量存在部分離散點(diǎn)(圖3b)。當(dāng)定量數(shù)據(jù)來(lái)自多個(gè)礦物相(圖3中c～f)時(shí)，定量數(shù)據(jù)的缺少將導(dǎo)致擬合曲線在中間段有不同的變化趨勢(shì)，則會(huì)造成一定的分析誤差，而減小誤差的方法是增加元素含量范圍內(nèi)定量化分析點(diǎn)的數(shù)量，如一些富鉀的硅酸鹽礦物(圖3e)。Donovan等[16]提出若某種元素在礦物中具有較大變化時(shí)，相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系仍然是定性分析，且需要更多的中間數(shù)據(jù)制約，甚至在一個(gè)單礦物相中顯示出明顯的成分環(huán)帶，若其濃度不在校準(zhǔn)曲線趨勢(shì)上，則無(wú)法正確擬合，本文結(jié)果與此認(rèn)識(shí)一致?；诙囗?xiàng)式的擬合模型具有較平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，最接近定量數(shù)據(jù)的中間值，而基于冪函數(shù)的擬合模型則表現(xiàn)出與實(shí)際情況最接近的擬合結(jié)果。因此，本文采用基于最小二乘法的冪函數(shù)擬合法來(lái)得到最接近點(diǎn)測(cè)數(shù)據(jù)的定量模型，并對(duì)面掃描結(jié)果中不同礦物的氧化物含量進(jìn)行估計(jì)。

圖3 面掃描像素灰度與定量數(shù)據(jù)的曲線擬合結(jié)果Fig.3 Curve fitting results of grayscale of pixels and point analyses

3.1.2礦物組成及成分特征

電子探針背散射圖像(圖2)顯示，巖石的主要礦物為斜長(zhǎng)石(55%)、角閃石(26%)、石英(12%)，副礦物主要為磁鐵礦(1.3%)、鈦鐵礦(0.9%)、磷灰石(0.5%)，與鏡下分析的含量(圖1)基本一致。面掃描定量分析顯示，斜長(zhǎng)石以中長(zhǎng)石為主(An值為30～40)且少量邊界存在交代蝕變的綠簾石和黑云母(圖4中a～f)，其含有6%～10%的CaO,25%～28% 的Al2O3,56%～58%的SiO2。同時(shí)，角閃石以普通角閃石為主(圖4中g(shù)～l)，其含有約11% 的CaO，13%的MgO，16%的FeO，8%的Al2O3，47%的SiO2，此外還含有大約2%的TiO2和0.5%的K2O。這些基于面掃描定量化所估計(jì)的礦物成分，均與電子探針定量分析測(cè)試數(shù)據(jù)(表1、表2)一致。一些富鉀硅酸鹽礦物(7%)呈它形，分布在斜長(zhǎng)石內(nèi)部和邊緣(圖4中h，k)，K2O含量在1%～10%之間。由于用于校正的定量數(shù)據(jù)范圍窄，K2O擬合曲線在富鉀硅酸鹽礦物處擬合含量差異較大，會(huì)對(duì)其含量估計(jì)造成一定的分析誤差，但根據(jù)K2O所占全巖總面積約7%計(jì)算其分析誤差不會(huì)高于0.63%。原始圖像具有較高的計(jì)數(shù)率和準(zhǔn)確度，處理后的面掃描圖像消除了礦物成分不均一的像素點(diǎn)，對(duì)成分的梯度變化也作了保留，但Na2O面掃描圖還存在計(jì)數(shù)率丟失的問(wèn)題(圖4b)，這可能與Na+在高真空條件下會(huì)獲取電子還原成低熔點(diǎn)的金屬(熔點(diǎn)約為97.7℃)，并在電子束轟擊下局部升溫熔融氣化造成的輻射損傷有關(guān)，從而導(dǎo)致富Na2O礦物發(fā)生含量損失[31-32]，可以通過(guò)改變?cè)販y(cè)試順序與電子束轟擊時(shí)間等方式進(jìn)行優(yōu)化。

表1 斜長(zhǎng)石和角閃石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

表2 石英、磁鐵礦、磷灰石、綠簾石和黑云母電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

a、d—對(duì)比未校正的面掃描圖像，在校正后的圖像中，斜長(zhǎng)石的Al2O3成分分布較均一且顯示出微弱的模態(tài)豐度變化； b、e—在Na2O面掃描圖中，斜長(zhǎng)石成分分布不均一，存在計(jì)數(shù)率缺失，而在校正后的圖像中，斜長(zhǎng)石成分分布較均一； c、f—在CaO面掃描圖中，斜長(zhǎng)石內(nèi)部發(fā)生蝕變； g、j—對(duì)比未校正的面掃描圖像，在校正后的圖像中，角閃石具有較高的MgO含量，存在鈦鐵礦等包裹體且成分分布較均一； h、k—在K2O面掃描圖中，角閃石和斜長(zhǎng)石不易區(qū)分且邊部存在富K的硅酸鹽礦物，而在校正后的圖像中，角閃石的K2O含量高于斜長(zhǎng)石且邊部的富K的硅酸鹽礦物可以被明顯鑒別； i、l—對(duì)比未校正的面掃描圖像，在校正后的圖像中，角閃石含有微量的TiO2晶界清晰且邊部分布著鈦鐵礦、磁鐵礦。礦物代號(hào)： Pl—斜長(zhǎng)石； Amp—角閃石； Qz—石英； Ilm—鈦鐵礦； Mag—磁鐵礦。圖4 部分區(qū)域的礦物面掃描圖像Fig.4 Phase composition mappings of the minerals. (a, d—The composition of Al2O3 of plagioclase is relatively homogeneous in the corrected image compared to the uncorrected mapping, showing a weak change in modal abundance. b, e— In mapping of Na2O, the composition of plagioclase is inhomogeneous and the count is lost. However, after image processing the composition of plagioclase is homogeneous. c, f— In CaO mapping, the interior of plagioclase is altered. g, j—The composition of minerals is homogeneou and MgO content of amphibole is relatively high in the corrected image compared to the uncorrected mapping, containing ilmenite and other inclusions. h, k—In K2O mapping, amphibole and plagioclase are difficult to distinguish and K-rich silicate minerals exist at the edge. However, after image processing the K2O content of amphibole is obviously higher than that of plagioclase and K-rich silicate minerals are obvious. i, l—Amphibole contains a small amount of TiO2, grain boundary is clear, and ilmenite and magnetite are distributed at the edge in the corrected image compared to the uncorrected mapping. Mineral abbreviation: Amp—amphibole; Pl—plagioclase; Qz—quartz; Ilm—ilmenite; Mag—magnetite)

3.2 數(shù)據(jù)可靠性分析

假設(shè)礦物在巖石中呈球狀均勻分布，那么估測(cè)的微區(qū)成分可以近似地代表全巖成分。然而，天然樣品中的礦物顯然難以呈球狀均勻分布，因此二維切面對(duì)礦物含量的準(zhǔn)確估計(jì)會(huì)受到礦物形態(tài)、粒徑大小、分布的影響[33-34]。同時(shí)，當(dāng)?shù)V物不均勻性強(qiáng)時(shí)，電子探針面掃描定量化的單次測(cè)量結(jié)果與粉末樣品的XRF測(cè)試結(jié)果可能會(huì)存在較大差異[35]。

測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度及精確度是電子探針評(píng)估的兩個(gè)重要指標(biāo)[30]。相對(duì)誤差常用來(lái)衡量測(cè)量值的誤差與真實(shí)值的準(zhǔn)確度。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)常用來(lái)衡量不同測(cè)試結(jié)果的精確度。對(duì)比全巖XRF結(jié)果和電子探針面掃描定量化測(cè)試的平均值(表3)可知，電子探針面掃描定量化單次測(cè)量結(jié)果與XRF全巖測(cè)試結(jié)果顯示出較好的一致性，但一些元素測(cè)試的準(zhǔn)確度和精確度還有待提升。其中，廣泛賦存于主要礦物中的SiO2、CaO、FeO、Al2O3、TiO2的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，且RSD不高于12%；MgO的相對(duì)誤差約9%，且RSD為20%，其主要賦存于角閃石中。在二維的巖石薄片上對(duì)長(zhǎng)柱狀礦物體積含量進(jìn)行估計(jì)時(shí)，由于其切面不均勻性,在一定程度上會(huì)增大隨機(jī)誤差。另外，Na2O主要存在于斜長(zhǎng)石(Ab為50～65)以及角閃石(Na2O約0.5%)中，Na元素在測(cè)試過(guò)程中易受多種因素影響，可能會(huì)導(dǎo)致較大的系統(tǒng)誤差[31-32]，所以本文中Na2O的相對(duì)誤差達(dá)到12%左右。K2O主要以較低的含量分布在角閃石(K2O約1%)以及少量的后期蝕變礦物中，如黑云母及富鉀的硅鋁酸鹽礦物，這些因素都可能導(dǎo)致K2O含量的估計(jì)誤差增大，使得本文中K2O估計(jì)的相對(duì)誤差約40%，RSD約38%。因此，提升面掃描定量化準(zhǔn)確度和精確度，可通過(guò)選擇礦物分布相對(duì)均勻的切面和增加測(cè)量次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表3 面掃描定量化微區(qū)分析結(jié)果與全巖XRF分析結(jié)果對(duì)比

3.3 數(shù)據(jù)處理方式對(duì)比分析

通常，面掃描圖像是由多點(diǎn)測(cè)量的半定量數(shù)據(jù)組成。定量分析主要是將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的計(jì)數(shù)率進(jìn)行背景校正、死時(shí)間修正和譜線重疊修正，以得到真實(shí)的X射線強(qiáng)度比，并通過(guò)ZAF校正將特征X射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度[19]。比較前人基于改進(jìn)測(cè)試方法的定量化面掃描與本文提出的基于數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換的面掃描定量化(表4)，相關(guān)學(xué)者采用的方法均具有較廣泛的應(yīng)用范圍，其中，在儀器上進(jìn)行面掃描定量化和計(jì)數(shù)校正具有準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，但需要選擇準(zhǔn)確的積分時(shí)間、加速電壓和束流，同時(shí)消耗時(shí)間較長(zhǎng)[15]；使用原始X光譜通過(guò)設(shè)定死區(qū)時(shí)間、強(qiáng)度漂移等校準(zhǔn)并利用校準(zhǔn)曲線對(duì)氧化物含量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但其空間分辨率小于原始圖像[16]。本文通過(guò)直方圖均衡化和圖像處理的方式,校正面掃描圖像并采用ZAF定量數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，空間分辨率與原始圖像基本一致，具有快捷方便、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

表4 定量化面掃描與面掃描定量化處理方式的對(duì)比

3.4 實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用策略

基于以上分析可知，電子探針的面掃描分析與定量數(shù)據(jù)的聯(lián)合使用，能夠?qū)ΦV物形態(tài)以粒狀或短柱狀為主且分布均勻的巖石中含量較高的元素實(shí)現(xiàn)較好的微區(qū)成分估計(jì)，而對(duì)于主要存在于少量礦物或副礦物中的元素，其微區(qū)成分估計(jì)在誤差范圍內(nèi)仍可接受。若巖石中含有較多的易蝕變礦物或針狀、柱狀礦物含量較大時(shí)，采用本文的估計(jì)方法適用性較差。對(duì)于此種情況，前人在探討礦物粒徑及含量統(tǒng)計(jì)時(shí)認(rèn)為，通過(guò)增加礦物顆粒統(tǒng)計(jì)量和分析區(qū)域等方式可以增加相應(yīng)估計(jì)的準(zhǔn)確性[33-34]。因此，增加同一切面中的分析區(qū)域和不同切面的測(cè)試分析并求其平均值，降低相應(yīng)誤差的方法或可對(duì)天然樣品的微區(qū)成分含量進(jìn)行更加準(zhǔn)確的估計(jì)。電子探針面掃描定量化可以通過(guò)結(jié)合多個(gè)切面及多次測(cè)量計(jì)算微區(qū)平均成分，從而減少采樣偏差和更好地分析化學(xué)組成信息，具有無(wú)損和重復(fù)利用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[36-38]。隨著高分辨率低檢測(cè)線的分光晶體、電子探針場(chǎng)發(fā)射槍和軟X射線分析譜儀等技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[39-41]，電子探針面掃描定量化有望成為研究巖石微區(qū)分析技術(shù)的有力工具。

4 結(jié)論

本文選取礦物分布均勻的代表性巖石樣品，在獲取相應(yīng)切片的電子探針面掃描數(shù)據(jù)后，對(duì)圖像的頻率分布和灰度進(jìn)行了校正，修正了電子探針測(cè)試的計(jì)數(shù)誤差。將ZAF精確校正后的定量分析數(shù)據(jù)與灰度值進(jìn)行最小二乘法曲線擬合后，對(duì)微區(qū)的氧化物含量作出定量分析。通過(guò)對(duì)比全巖XRF定量分析結(jié)果表明：電子探針面掃描定量化提供了一個(gè)相對(duì)可靠、快速和簡(jiǎn)單的微區(qū)成分估算方法，但受礦物形態(tài)、粒徑大小、分布的影響，全巖成分的計(jì)算應(yīng)結(jié)合多個(gè)切面的多次測(cè)量結(jié)果開(kāi)展分析。

致謝：感謝西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳曦老師在樣品分析過(guò)程中提供的幫助。感謝丁寧、宋輝、張瑾怡、張易、馮林峰同學(xué)在成稿過(guò)程中提供的幫助。特別感謝匿名專家在稿件修改過(guò)程中提出的細(xì)致且寶貴的建議。