西北地區(qū)地質實驗測試技術研究進展及其在地質調查中的應用

程秀花，李艷廣，葉美芳，張明祖，黎衛(wèi)亮，李忠煜，韓延兵，汪雙雙

（中國地質調查局西安地質調查中心/西北地質科技創(chuàng)新中心, 陜西 西安 710054）

李四光先生在中國地質礦產部成立之初曾指出：地質、勘探、化驗三足鼎立， 三分天下，各有其一，精辟地闡明了地質實驗工作的作用和地位。早期全國化驗技術人員只有20人（吳淑琪，2013），經過近70年的發(fā)展，從業(yè)人員已經增長到幾萬人，形成了以中國地質調查局、中國煤田地質總局、中國冶金地質總局、中國有色礦業(yè)集團、中國核工業(yè)集團、中國黃金集團以及各省局地質實驗室、高校和中科院地學相關專業(yè)實驗室為主體，以第三方檢測實驗室為補充的全國地質實驗室架構。發(fā)展過程中，地質行業(yè)相繼成立了一批國家級、省部級重點實驗室和49個礦產資源監(jiān)督檢測中心（原國土資源部）。幾十年來，地質實驗測試工作在國家找礦會戰(zhàn)、西部大開發(fā)、國家能源安全建設、國土資源大調查和生態(tài)文明建設等國家戰(zhàn)略實施過程中發(fā)揮了重要作用，相繼支撐了全國勘查地球化學填圖、全國農業(yè)地質調查（多目標地球化學調查）、全國地下水污染調查、全國礦產資源潛力評價等多個重大項目，在基礎地質調查、礦產資源調查、油氣能源地質調查、水文地質與地下水污染調查和土壤生態(tài)地球化學調查等領域均作出了卓越貢獻。在中國地質調查局西安地質調查中心成立60周年之際，筆者系統(tǒng)梳理了中國西北地區(qū)地質實驗測試工作的發(fā)展歷史、現狀和特點，闡述了在不同歷史時期，尤其是中國地質調查局成立以來，西北地區(qū)地質實驗測試技術研究進展及其對地質調查工作的支撐作用，簡要分析了新發(fā)展階段地質調查工作對實驗測試的新需求，最后對未來地質實驗測試工作的發(fā)展方向和工作重點進行了展望。

1 地質實驗測試技術發(fā)展現狀

1.1 無機元素分析技術

中國地質實驗測試工作起源于1952年，主要功能與定位是服務于地質找礦，其中地質樣品的無機元素分析是傳統(tǒng)地質分析的最基本內容。20世紀后50年，國內外地質實驗測試無機元素分析技術主要有傳統(tǒng)的容量法、比色法、重量法、極譜法以及原子吸收和原子熒光等。分析元素單一，前處理時間長，對分析人員技術水平要求高。進入21世紀，實驗測試功能與定位已發(fā)展到要求全面支撐中國資源、能源、環(huán)境和地學前緣科學研究。無機元素測試技術發(fā)展經歷了3個發(fā)展階段：

（1）常規(guī)化學分析技術。為滿足地質找礦對基礎數據的需求，地質實驗測試人員通過大量試驗研究，建立了各種元素分析測試方法體系，以這些方法為基礎，1959年，在陳四箴（1959）先生的主持下出版了地質測試領域第一部專業(yè)工具書《礦物原料分析》。該階段的分析技術主要以經典的容量法、重量法、比色法、極譜法為主，檢測項目多以成礦元素、巖石全分析為主要內容，方法技術體系完善，在當時條件下具有很強的實用性。這些分析技術對人員專業(yè)素質要求較高，相對分析效率低、勞動強度大，多以常量、主量、成礦元素分析為主。

（2）痕量元素分析技術發(fā)展。20世紀70年代，地質實驗室致力于痕量元素分析技術研究。陳四箴（1978）先生率領團隊研發(fā)了催化動力學分析方法，姚修仁（1981）先生研究了催化極譜分析方法，從此開啟了痕量、超痕量元素分析時代。隨后原子吸收光譜技術將地質實驗測試領域的痕量分析帶入了靈敏度高、準確性好、分析速度快的儀器分析階段。

（3）大型儀器分析技術快速發(fā)展。隨著X熒光光譜儀（XRF）、等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、等離子體質譜儀（ICP-MS）等現代大型儀器的引進，地質實驗測試技術發(fā)生了質的飛躍。此過程中建立了一系列的技術方法，主要包括：以XRF、ICP-AES、ICP-MS為主的1∶20萬區(qū)域化探樣品分析配套方法、多目標地球化學樣品54個元素分析方法技術體系（張勤，2004）、勘查地球化學樣品76個元素分析方法配套體系（葉家喻等，2004）。另外，技術人員依托ICP-MS儀器開發(fā)了稀土元素、分散元素、非金屬元素和痕量、超痕量元素等一系列分析方法，并在地質調查工作中得到廣泛應用（程秀花等，2013；孫朝陽，2016）。

隨著地質工作的轉型升級發(fā)展，實驗測試工作也發(fā)生了相應的轉變。配合生態(tài)環(huán)境地球化學調查與評價，開展了土壤、水、生物樣品中無機元素的分析方法體系的研究，包括無機元素分析、價態(tài)分析、有效態(tài)以及形態(tài)分析，建立氣相色譜、高效液相色譜與ICP-MS聯用分析方法（屈文俊，2012）。此外，包括電子探針、激光剝蝕-等離子體質譜聯用、離子探針技術等為主的原位微區(qū)元素分析技術已經成為了國內外重要的研究領域（劉勇勝，2021）；野外現場快速分析技術方法的開發(fā)和完善也是地質實驗測試技術發(fā)展的重要方向之一。

1.2 有機組分分析技術

20世紀末以來，為更好地支撐地調科研新需求，地質實驗人員開發(fā)研究了有機組分檢測技術方法，無疑是地質實驗測試技術發(fā)展中最顯著的成果之一，這使得地質實驗測試技術從傳統(tǒng)的無機元素分析發(fā)展到無機元素、有機組分分析并重的技術體系，特別在生態(tài)環(huán)境地質和能源地質2大領域中發(fā)揮了重要的作用。

隨著“地質野戰(zhàn)軍”裝備計劃實施，地質實驗室引進了氣相色譜、液相色譜、氣相色譜-質譜儀、液相色譜-質譜儀、三重四極桿液相色譜-質譜-質譜儀等先進的精密儀器，同時也配備了與之相應的快速溶劑萃取、掃描-捕集進樣系統(tǒng)、微波萃取、圓盤萃取等樣品前處理設備。創(chuàng)建了多種前處理技術和樣品檢測方法，主要包括：水質、土壤和沉積物和生物樣品中揮發(fā)性有機物（VOCs）、半揮發(fā)性有機物（SVOCs）、有機磷農藥、有機氯農藥、石油類污染物等檢測技術。這些方法的建立主要圍繞全國地下水污染調查、地下水水質監(jiān)測、全國土地污染現狀調查以及土壤污染狀況詳查等國家重大項目需求，其技術成果很好地發(fā)揮了支撐服務作用。在能源地質領域，油氣研究項目日益增加，油氣地球化學分析測試能力也相應的快速發(fā)展，逐步建立了油氣化探樣品中酸解烴和水解烴的氣相色譜法、稠環(huán)化合物的熒光分析方法、H-He-Ne檢測技術，烴源巖總有機碳（TOC）分析方法、Rock-Eval分析、以及烴源巖抽提物和原油的石油族組分分析、飽和烴、芳烴分析方法（尹明，2009）。

近年來，能源礦產、環(huán)境科學和生態(tài)地球化學的迅猛發(fā)展，進一步促進了地質行業(yè)有機分析技術的全面拓展。石油、地下水、土壤和沉積物、巖石、農作物等都是有機分析的重要對象。樣品前處理與凈化技術不斷改進，目前常用的有吹掃-捕集、溶劑萃取、固相萃取、固相微萃取、動態(tài)針捕集阱、頂空等（劉嬌等，2015；黃何何等，2018；劉玉燦等，2020）。多種有機組分同時快速檢測的方法技術體系及相關質量監(jiān)控體系日益完善，地下水水質檢測從必測37項到100多項，土壤有機污染分析也針對復雜基體發(fā)展了多種痕量有機污染物的檢測技術，其分析的檢出限從10-6到10-9，甚至10-12，重現性和分析精度均有明顯提升。

1.3 同位素分析技術

同位素分析技術的起源和革新離不開質譜儀的發(fā)明和演進。20世紀初，英國著名物理學家湯姆遜（Thomson J J）發(fā)現氖同位素所用的拋物線裝置可謂現代質譜儀的雛形，隨后，阿斯頓（Aston F W）據此建造了世界上第一臺單聚焦質譜儀，利用該儀器發(fā)現了幾十種同位素并測試了自然豐度，此后，隨著質譜儀的更新換代，元素周期表中的同位素被逐一發(fā)現和測量。同位素分析技術發(fā)展至今，已經出現了穩(wěn)定同位素質譜儀（IRMS）、多接收等離子體質譜儀（MC-ICP-MS）、靜態(tài)分析質譜儀（SVMS）、熱電離質譜儀（TIMS）、加速器質譜儀（AMS）、二次離子質譜儀（SIMS）、激光電離質譜儀（LIMS）和激光共振電離質譜儀（LRIMS）8種類型的同位素質譜儀，這些同位素質譜儀已應用于各行各業(yè)的研究工作中。同位素分析技術在地質領域的應用主要包括同位素定年和同位素地球化學示蹤2個方面。Rb-Sr（Olierook et al.，2020）、Sm-Nd（Segvic et al.，2020）、Ar-Ar（Vincenzo et al.，2021）、U-Pb（Jnf et al.，2021）、Lu-Hf（Alexander et al.，2021）、Re-Os（Greenman et al.，2021）等經典分析方法，為準確約束地質事件發(fā)生的年齡、指導礦床勘探開發(fā)、探索地質體時空分布以及研究大陸動力學問題等工作提供了依據。H、C、N、O、S等傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素在水循環(huán)研究（袁瑞豐等，2020；田立德等，2021；Yurchenko et al.，2021）、氣溶膠研究（馬皓等，2021）、古環(huán)境分析（徐向春等，2021）、農產品產地溯源（楊靜潔等，2020）、有機污染物分析（吳健等，2021）等方面發(fā)揮了重要作用。隨著高精度、高靈敏度的MC-ICP-MS、SIMS、TIMS等科學裝置的發(fā)展與進步，包括Li、B、Mg、Si、Cl、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ge、Se、Mo、Sr、Ag、Cd、Sb、Hg、Tl等在內的非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素也迅速發(fā)展起來，為研究地幔演化、巖漿的產生和分異、地殼的形成、俯沖物質再循環(huán)、古氣候環(huán)境恢復、環(huán)境生態(tài)演化、污染物來源示蹤等重大問題研究提供了新的手段（黃方，2011，2015；孫衛(wèi)東等，2012；朱祥坤等，2013；王立成等，2014；趙新苗等，2020；周秋石等，2020；夏芝廣等，2021；Katrin et al.，2021）。同時，稀有氣體（He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn）同位素測試技術也在不斷發(fā)展，在地球各圈層或不同物質源區(qū)具有明顯不同的稀有氣體同位素組成，故而它們在研究深源物質、地幔演化、殼幔相互作用、判識地幔柱等構造環(huán)境方面具有靈敏而獨特的地球化學示蹤作用（馬錦龍等，2003；徐永昌等，2003；李曉斌等，2007；Hanyu et al.，2011；武麗艷，2019；Eduardo et al.，2021）。

1.4 微束分析技術

微束分析是在微米-納米尺度上精確分析天然和人工合成樣品的物相、形貌、結構、化學成分和同位素組成等。在地質科學研究中，電子探針（EPMA）、掃描電鏡（SEM）、激光拉曼光譜（LRM）、紅外光譜（IRS）、X射線衍射儀（XRD）等大型微束分析設備在巖石礦物的成分、形貌、結構等特征研究中發(fā)揮了不可或缺的作用（葉大年等，1984；周劍雄等，1988；徐培蒼等，1996；張慧等，2016）。

電子探針具有空間分辨率高、無損、分析元素范圍廣、基底效應小等優(yōu)點，是研究地球與行星物質組成最基礎的微區(qū)分析手段，廣泛應用于巖石學、礦床學、環(huán)境科學、天體與行星演化等研究領域（張迪等，2019；陳意等，2021）。近年來取得的重要突破包括:①場發(fā)射電子探針的出現，大大提升了電子探針分析的空間分辨率和信噪比（張迪等，2019），對微細疑難礦物及微米-亞微米尺度化學組成不均一樣品的成分與顯微結構分析具有重要作用。②通過在技術方法上提高測試束流、增加檢測時間而降低元素檢出限，以及在硬件上應用新型全聚焦大晶體替代傳統(tǒng)分光晶體而提高元素X射線計數率，實現了樣品中微量元素的準確分析（Solber et al.，2007；王娟等，2017；Cui et al.，2019；Su et al.，2019）。③得益于大晶面間距分光晶體的應用與特定分析條件的探索（Cheng et al.，2019；吳潤秋等，2020；張文蘭等，2020），以及軟X射線譜儀的出現（Takahashi et al.，2014），使得Be、B等超輕元素電子探針分析精度得到顯著提升。④礦物中Fe3+測試與計算不斷優(yōu)化（Hofer et al.，1994；Zhang et al.，2018；李小犁等，2019；Li et al.，2020a，2020b）。此外，副礦物電子探針化學定年和稀土礦物電子探針測試方法上近年也具有較大的提升和發(fā)展。

掃描電子顯微鏡（SEM）是觀測物質表面形貌的基礎微束分析技術，具有成像直觀、分辨率高、景深長、立體感強、樣品制備簡單等特點，其空間分辨率已可小于1 nm，放大倍數可大于100萬倍。環(huán)境掃描電鏡（ESEM）的低真空成像技術可對未經噴鍍的樣品直接進行表面微觀形貌和結構觀察，有效地解決了水、油及非導電樣品的形態(tài)結構成像問題，避免了導電層對樣品表面亞微米級別信息的掩蓋（焦淑靜等，2014；于亮等；2016；程涌等，2018）。掃描電鏡與X射線能譜儀（EDS）、陰極發(fā)光光譜儀（CL）、電子背散射衍射儀（EBSD）、拉曼光譜儀等聯用，可在科學研究中獲得更全面的樣品信息（胡鑫蒙等，2020）。在掃描電鏡中配置冷臺、熱臺、拉伸臺、微操縱/微注入系統(tǒng)等附件，可進一步擴展SEM的功能，使SEM成為一個小型微觀實驗室，實現原位微觀的實時觀測，記錄礦物生長、脫水、腐蝕、相變、形變、斷裂等動態(tài)過程，研究相關的物理化學反應變化及礦物與環(huán)境的相互作用（Wang et al.，2007）。聚焦離子束（FIB）掃描電鏡還可在精密刻蝕加工材料的納米結構、微切割觀察樣品剖面、制備透射電鏡樣品等功能的基礎上，觀察樣品形貌，獲得更多的樣品表層信息（王羽等，2018；王曉琦等，2019）。近年來，多家儀器公司都大力研發(fā)了礦物自動化識別系統(tǒng)，在掃描電鏡和多臺能譜儀聯用的基礎上，以強大的礦物數據庫為支撐，實現薄片中礦物自動識別與含量統(tǒng)計，解決了微細疑難礦物的識別難題（溫利剛等，2018；陳倩等， 2021； 吳中賢等，2021；張然等，2021；朱丹等，2021）。

拉曼光譜是分子或凝聚態(tài)物質的振動散射光譜，是取得物質分子結構和狀態(tài)信息的重要手段，具有微區(qū)、原位、快速、無損、高靈敏度、高分辨率等特性，可快速、準確地對物質分子結構、成分、相態(tài)變化等內容進行深入研究。在石油地質和流體地質學研究方面，拉曼光譜發(fā)揮著重要的作用（徐培蒼等，1996；盧煥章等，2005），也可廣泛應用于礦物鑒別、礦物結構和應力分析、文物鑒定、珠寶玉石鑒定、復合材料分析、聚合物分析、半導體材料分析等。近年來，拉曼光譜在研究鋯石成因、測定流體包裹體成分與鹽度（王志海等，2014；董會等，2021）、測定單個流體包裹體CO2碳同位素等方面進行了積極探索，為礦物結構與成因分析、流體包裹體成分與同位素組成研究和應用開創(chuàng)了新局面（李榮西等，2015；董會等，2016；李佳佳等，2017）。拉曼光譜與冷熱臺、掃描電鏡、原子力顯微鏡等聯用技術得到了快速發(fā)展，未來有望在地學研究中發(fā)揮更多的作用。

X射線衍射是主要用于研究晶體物質中的衍射效應并進行物質結構分析的技術，其應用遍及地質、礦產、石油、材料等各個與物質晶體結構或非晶結構相關的領域（劉粵惠等，2003）。在礦物種屬確定、類質同象和結晶度研究等傳統(tǒng)領域發(fā)揮重要的作用，在礦物結晶過程研究、礦物表面研究、晶體結構測定方面也均有新的應用。近10多年來，中國對于X射線衍射技術從基礎理論到不同領域的新技術方法研究均取得了重要進展（劉粵惠等，2003；黃繼武等，2012）。利用粉晶衍射進行礦物晶胞參數精修、有序無序、類質同象等研究認識礦物及礦床成因，可指導地質找礦中推測成礦規(guī)律和找礦方向（Hiroaki Sato et al.，1993；李山坡等，2012）。在層狀硅酸鹽礦物和黏土礦物研究中，對黏土礦物的有序-無序變化可解釋其形成的地質條件、氣候環(huán)境等（陳濤等，2005；Li et al.，2018）；利用沉積巖中伊利石進行X射線衍射分析，研究沉積巖埋藏或剝蝕程度（劉國生等，2003）；在滑坡滑帶黏土礦物的定向性研究方面，可依據滑帶土黏土礦物的X射線衍射定性定量結果，對滑坡穩(wěn)定狀態(tài)進行推測（王洪興等，2004）。

2 西北地區(qū)地質實驗測試技術研究進展與應用現狀

2.1 發(fā)展歷程

西北地區(qū)作為中國重要的能源資源基地，礦產資源豐富，在新中國成立初期，就成為礦產資源普查和地質找礦的主戰(zhàn)場，先后組建了地礦、核工業(yè)、有色、冶金、煤炭、武警黃金各專業(yè)地質找礦隊伍，作為地質工作 “眼睛”的各專業(yè)實驗室應運而生。

西北地區(qū)地礦行業(yè)實驗室最早起源于1957年的蘭州中心實驗室，隸屬于原地質礦產部， 20世紀60年代初，地礦系統(tǒng)實驗室進行了機構調整。1962年，西安地質礦產研究所成立，次年籌建實驗室，定位為西北地質找礦提供金屬元素化學分析支撐服務。之后，為加強礦產綜合利用研究，在甘肅永登組建了第十實驗室，主要承擔全國含鈾礦石的物質組成和選冶實驗試驗，1980年，逐步擴建成為西北地區(qū)大區(qū)測試中心，在完成本省測試任務的同時，要承擔大區(qū)內疑難樣品檢測技術研究任務（吳淑琪，2013）。如今，西北地區(qū)地質行業(yè)實驗室主要以各省地礦局實驗室、各地隊級地質實驗室、大區(qū)中心實驗室、以及由黃金部隊轉制而來的各綜合調查中心實驗室等為主，這些實驗室共同承擔西北地區(qū)基礎地質調查、礦產資源調查、能源地質調查、水文地質與水資源調查、環(huán)境地質調查、生態(tài)地質調查，以及自然資源綜合調查相關樣品檢測技術研發(fā)與測試。

西北地區(qū)地質實驗測試技術的發(fā)展應用，與全國地質實驗測試技術發(fā)展歷程有著相似的規(guī)律，即圍繞現代地球科學發(fā)展需求的特點，從無機分析技術到有機分析，從傳統(tǒng)無機分析向形態(tài)分析，從宏觀整體分析向微觀的微區(qū)分析，從單元素化學分析向以大型儀器為主的多元素同時分析，從實驗室內分析向野外現場分析等的不斷拓展轉型。同時，西北地區(qū)地質實驗測試技術的發(fā)展也有著自身區(qū)域上的特點，從金川銅鎳礦會戰(zhàn)中的基性-超基性巖分析方法、鉑族元素分析方法、鉻鐵礦分析方法、含粗粒金礦樣品采集加工與分析、錳礦石中鐵的快速測定、稀散元素現代分析方法等的研究與建立，主要是針對西北地區(qū)地質找礦過程中擬解決的分析測試技術難題而開展，體現出了西北地區(qū)礦產資源與環(huán)境的特點。

2.2 研究進展與應用

經過60年一甲子的風雨歷程，西北地區(qū)地質實驗測試工作在無機元素分析領域、有機分析領域、同位素分析領域和微束分析領域均取得了長足發(fā)展，并在基礎地質、礦產資源、油氣能源地質、水文地質和土壤生態(tài)地球化學等各專業(yè)調查領域得到廣泛應用。筆者以中國地質調查局西安地質調查中心（以下簡稱“西安地調中心”）取得的成果為縮影，詳細闡述中國西北地區(qū)地質實驗測試技術的研究進展及其在地質調查中的應用。

2.2.1 無機元素分析領域

西北地區(qū)地質實驗測試無機分析技術開始于20世紀60年代，主要通過經典的重量法、容量法、分光光度法、極譜法等方法完成對地質樣品的分析，先后完成了《離子交換分離鉻，EDTA連續(xù)滴定鐵和鋁》《強堿分離鉻測定鎳、鈷、錳和鈦》《過氧化鈉-氫氧化鈉混合溶劑對鉑坩堝侵蝕的研究》《非水滴定法測定巖石礦物中二氧化碳》等方法研究報告。

20世紀70年代，西安地質礦產研究所（現“西安地調中心”）與國內8個科研單位共同承擔了“甘肅金川特大型硫化銅鎳礦床中鉑族元素綜合利用”科研項目，該項目共取得2項主要成果：①攻克了Os、Ir、Ru、Rh的分析方法。②利用化學物相法查明了鉑族元素在硫化銅鎳礦中的賦存狀態(tài)，為冶金的采選冶工藝流程制定提供了可靠的科學依據。近年來又發(fā)展了锍鎳試金ICP-MS測定鉑族元素的分析方法。

1977年，許大興先生主持編寫的《鉻鐵礦石分析》是中國鉻鐵礦分析方面的首部專著。其研究團隊以鉻鐵礦和超基性巖分析方法深厚的技術為依托，完成了《鉻鐵礦、超基性巖石標準樣品的研制及測試方法》科研項目，制備了2個鉻鐵礦、2個超基性巖的標準樣品，成為中國首批一級地質標準物質，填補了中國地質部門標準樣品的空白，該成果獲得了地礦部科技成果一等獎。此后繼續(xù)開展了超基性巖標準樣品中痕量元素分析定值的研究獲地礦部科技成果二等獎。

進入21世紀以來，隨著地質分析測試技術的飛速發(fā)展，特別是隨著“野戰(zhàn)軍”裝備的相繼到位，西安地調中心在無機元素化學分析及方法研究方面得到了快速的發(fā)展。逐步建立了各種巖石礦物化學分析方法、化探樣品配套分析方法以及各類水質分析等一系列完整的檢測技術體系，為西北地區(qū)基礎地質調查、礦產資源勘查與評價、地球化學質量調查等地調科研工作提供了重要基礎數據。

磺基水楊酸光度法是測定Fe較常用的一種分析方法，但由于Mn離子對Fe的測定有干擾，導致測定結果嚴重偏高。通過研究，采取加入鹽酸羥胺來消除錳礦石中Mn的干擾，實驗基于在pH 10左右，Fe與磺基水楊酸生成相對穩(wěn)定的2∶1黃色絡合物在420 nm處有最大吸收峰，建立了磺基水楊酸光度法快速測定錳礦石中Fe的分析方法。該方法簡單、快速、實用，可用于各種品位錳礦石中Fe的測定，特別適合大批量樣品的分析（程秀花等，2014）。該研究成果成功用于陜西后溝錳礦大量樣品中Fe元素檢測。

稀散元素又稱分散元素，是指在自然界中并不形成獨立礦床而以雜質狀態(tài)分散存在于其他元素的礦物中的元素，他們在地殼中的含量非常低，分布又很分散，絕大部分伴生在有色金屬、煤及鐵礦中。傳統(tǒng)分析中針對單個元素采取一種分析方法，比如分光光度法、原子吸收光譜法、極譜法等，并且需要繁瑣的前處理富集過程。對于痕量甚至超痕量的稀散元素來說目前尚沒有成熟的分析方法。西安地調中心利用電感耦合等離子體質譜儀，創(chuàng)建了稀有分散元素Ga、In、Tl、Ge、Se、Te的現代分析方法（黎衛(wèi)亮等，2014；程秀花等，2016）；研究有機試劑在電感耦合等離子體質譜法測定分散元素的作用，探討有機試劑的增敏機理，自制一種氫化物發(fā)生器裝置，該發(fā)生器利用U型管連通器原理及下水管道排水原理達到氣液分離的目的，經試驗此裝置具有很高的靈敏度以及較好的穩(wěn)定性（RSD<8%）和低的殘余效應（圖1）。研究氫化物發(fā)生與電感耦合等離子體質譜儀聯用測定稀散元素分析方法，重點探討了氫化物發(fā)生體系中的酸、堿濃度以及載氣流速的影響，考察了穩(wěn)定性和殘余效應，最終建立了HG-ICP-MS測定分散元素Ge、Se和Te的分析方法，方法檢

圖1 自制氫化物發(fā)生裝置與ICP-MS聯用測定Ge、Se、Te的殘余效應圖Fig.1 Residual effect of Ge, Se and Te determined by the combination of homemade hydride generator with ICP-MS

出限分別為0.001 μg/g、0.001 μg/g和0.006 μg/g。所建立的分析方法經同行實驗室驗證和使用，其準確度和精密度令人滿意（程秀花等，2016），氫化物發(fā)生裝置已獲國家實用新型專利授權（專利號：ZL 2016 2 0900876.6）。

針對西安地調中心礦山地質環(huán)境調查研究及環(huán)境評價研究室的需要，開展了水土農作物環(huán)境樣品的分析方法試驗，可承擔水質、土壤、植物、空氣等多種環(huán)境樣品中微量、痕量元素分析，是中國較早從事礦山環(huán)境樣品分析的實驗室。黨的十八大以來，面對國家對生態(tài)環(huán)境地球化學調查與評價新需求，西北地區(qū)各地質實驗室開展了生態(tài)環(huán)境地球化學樣品分析方法體系的建立，包括地下水DZ/T 0064系列、天然飲用礦泉水GB 3538系列、生活飲用水GB/T 5750系列標準檢測能力建設，農用地、建設用地等土壤樣品多種檢測項目方法擴展。2018年，與國土資源部西安礦產資源檢測中心（陜西省地礦局實驗室）、核工業(yè)二○三研究所分析測試中心等多個實驗室一并參加了生態(tài)環(huán)境部、自然資源部、農業(yè)農村部聯合組織的全國農用地土壤污染狀況詳查，完成西北地區(qū)土壤、農產品中重金屬元素、有機污染物的測試分析，為查明西北地區(qū)農用地土壤污染的面積、分布及其對農產品質量的影響提供了扎實、可靠的數據支撐，得到了一致好評。隨后組織5名技術人員參加了陜西生態(tài)環(huán)境監(jiān)測專業(yè)技術人員大比武，在初賽中取得了滿意成績，為進一步涉入生態(tài)環(huán)境領域打下基礎。近年來一直致力于研究土壤樣品中各重金屬元素的形態(tài)和有效態(tài)分析，2019年，協(xié)助陜西省地質礦產實驗研究所有限公司開展了“復墾土地樣品標準檢測方法精密度協(xié)作試驗”，開展了土壤樣品中氮、磷、鉀、水解氮、有效磷、速效鉀、緩效鉀等多種指標分析方法研究，同時為中心內部新疆土地質量化學調查等相關研究成果提供技術支持。

2.2.2 有機分析領域

（1）油氣能源地質調查領域。油氣地質分析技術主要分為有機地化方面和沉積及儲蓋層方面的分析技術，其中在有機地化方面的分析技術主要有：巖石超臨界提取、烴源巖模擬實驗、有機巖石學分析測試、有機同位素分析等。具體分析技術包括：烴同位素分析測試技術；氣體分析技術（組分、含氣量、輕烴）；包裹體分析測試技術；鏡質體反射率Ro（%）測試技術；生物地球化學測量法；蝕變碳酸鹽法（△C法）；有機質測定（類型、成熟度、豐度）；巖石學分析；元素分析（常量、微量）；等溫吸附試驗（汪雙清，2005）。目前，中國已建立了一整套油氣資源和儲蓋層性能評價的實驗分析方法，共制訂了石油地質實驗分析測試項目的石油天然氣行業(yè)標準70余個，國家標準近10個，這使得各實驗室分析數據得到統(tǒng)一規(guī)范，分析質量得到不斷提高，推動了全國石油地質實驗室分析水平的整體提高。

自1995年，西安地調中心組建能源地質調查業(yè)務室以來，陸續(xù)為西北地區(qū)各石油公司提供技術服務，并承擔油田技術服務與油氣能源調查項目，取得了一系列的成果與獎項。在此過程中實驗測試室圍繞項目需求開展了相關檢測技術研究并承擔了大量樣品檢測任務。完成了銀額盆地及其鄰區(qū)石炭—二疊系油氣資源遠景調查項目5萬余件樣品測試（2007～2016年），包括酸解烴、稠環(huán)芳烴、芳烴及其衍生物、頂空間輕烴檢測指標等，并建立和優(yōu)化了相應測試技術方法（趙江華，2013；李忠煜，2014，2018），設計發(fā)明了一種數據處理的軟件（專利號：ZL 2016 1 0668152.8）。支撐服務了關中地區(qū)氦氣資源調查項目（2013～2019年），完成4萬余件樣品測試，優(yōu)化了氦氣測試方法（何峻，2018），研發(fā)了一種氣密性裝置獲國家實用新型專利授權（專利號：ZL 2015 2 0324737.9）。

（2）土壤、水地球化學、生態(tài)調查領域。西北地區(qū)除了資源能源優(yōu)勢之外，也是長江、黃河的源頭區(qū)域及黃河的主要流域，土壤、水有機污染物檢測尤為重要。人類工業(yè)化進程加速，各類生產、生活活動帶來的大量有機污染物，導致近年來有機污染物分析呈現如下狀態(tài)：①污染物種類與數量不斷增多，目前常見的有機物指標有幾百種，而且每年都有新的污染物加入（李德鵬，2014）。②檢測精度要求不斷提高。③設備自動化逐步加強（楊家歡，2019）。④分析與前處理難度進一步加大，尤其是痕量分析的前處理凈化過程。針對不同種類的有機物與檢測精度要求，需采用不同的設備以及檢測器進行分析測試。

面對全國地下水污染調查、地下水監(jiān)測、全國土壤污染狀況詳查等多個重大國家項目，西北地區(qū)各地質實驗室首當其沖成為了主力軍，發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，承擔大量樣品測試任務。2012年以來，西安地調中心實驗室陸續(xù)參加陜北環(huán)評項目土壤中VOCs、SVOCs等多組分GC-MS檢測；水中三氯甲烷、四氯化碳、石油類等多組分的GC-MS、U-COL測定，分析樣品千余件。2014～2016年，在陜西省資源科技統(tǒng)籌中心支持下，西安地調中心實驗室建立了礦區(qū)與油氣田周邊水質分析公共檢測平臺。2017～2020年，承擔國家重點研發(fā)項目“國家質量基礎的共性技術研究與應用-土地生態(tài)恢復評價檢驗檢測及質量控制標準研究”中2個子課題的研究工作，開展復墾土地標準檢驗方法有機污染物-石油類測定，及復墾土地標準檢驗方法有機污染物-硝基苯、苯胺、酚類測定方法的研究和探索（李忠煜，2021；趙江華，2021）。目前西安地調中心實驗室正在開展健康地質、城市地質相關的有機檢測方法研究。

2.2.3 同位素分析領域

作為中國地質調查局西北大區(qū)中心，西安地調中心實驗室擁有原地礦部（自然資源部）第一臺同位素質譜儀MAT 261，技術人員依據該儀器研究開發(fā)了Rb-Sr和Sm-Nd同位素定年方法，為陜西、新疆、青海和甘肅等西北地區(qū)野外地質隊伍的地調科研工作提供了強有力的支撐（侯福良，1995）。

2012年以來，西北地區(qū)地質實驗室相繼配備了掃描電鏡、激光剝蝕系統(tǒng)和多接收等離子體質譜儀等高精尖儀器設備。實驗技術人員為了滿足新時代地質調查工作的需求，依托新儀器承擔中國地質調查局科技專項和國家自然科學基金項目，相繼開發(fā)了一系列測試方法，為解決西北地區(qū)地質填圖、礦產調查、油氣勘探等工作中存在的問題提供了有力支撐。

基性和超基性巖定年是地質年代學領域的一個難題。盡管采用斜鋯石可以很好地限定基性、超基性巖的形成年齡，然而斜鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年方法并不成熟，難點在于對斜鋯石元素分餾行為的準確校正，鋯石U-Pb定年的校正策略并不適用于斜鋯石。李艷廣等（2015）采用激光剝蝕系統(tǒng)、等離子體質譜儀和掃描電鏡等儀器手段對斜鋯石進行研究發(fā)現（圖2）：①斜鋯石與鋯石的激光剝蝕行為不同，在相同激光剝蝕條件下，斜鋯石的剝蝕坑更深，熔融程度更嚴重，剝蝕坑底有更多物質殘留。在變換能量密度時，鋯石的剝蝕坑貌特征變化不大（均平整，坑內殘留物質少），而斜鋯石的剝蝕坑貌特征與能量密度關系密切（只有在能量密度≥9 J/cm2時，剝蝕坑才變得平整，且坑內殘留物質變少）。不同的激光剝蝕行為可能與二者的物理性質差異有關，將會進一步引起二者元素分餾程度的差異。②斜鋯石的元素分餾程度遠高于鋯石，經定量評價元素分餾效應，探索出10 J/cm2的剝蝕能量密度和5Hz的剝蝕頻率為適用于斜鋯石定年的最佳激光剝蝕條件。③經對比，新的校正方法能夠準確校正斜鋯石的元素分餾效應，用于鋯石的Glitter和ICPMSDataCal校正軟件并不適用于斜鋯石。④通過應用實例驗證，新建立的斜鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年方法能夠得到與SHIMP斜鋯石U-Pb定年方法一致的測試結果，新的校正方法較Glitter和ICPMSDataCal而言，準確度更高，精度略差。該方法經地質實例驗證能夠準確獲取斜鋯石的U-Pb年齡。由于目前缺乏基體匹配且元素含量均勻的標準樣品，斜鋯石元素含量的精確測定仍無法實現（李艷廣等，2015；Li et al.，2021）。

圖2 阿爾金紅柳溝輝綠巖鋯石、斜鋯石U-Pb年齡測試結果Tera-Wasserburg投圖Fig.2 Tera-Wasserburg plot of zircon and baddleyite U-Pb ages of Hongliugou diabase in Altun Tagh

原位微區(qū)微量元素分析方法依賴基體匹配的自然樣品做外標來校正測試過程中不可避免的元素分餾效應和質量歧視效應。然而，適合做標樣的自然樣品往往極度匱乏，針對這一難題，汪雙雙等（2018）通過合適濃度梯度標準溶液的引入，在沒有基體匹配固體外標的條件下，有效校正了LA-Q-ICP-MS原位分析過程中的元素分餾與質量歧視效應，以及儀器漂移等，精確測定了固體樣品中微量元素含量。該技術發(fā)明可使LA-Q-ICP-MS儀器應用到更廣泛的地質、環(huán)境樣品中。

對于晶體粒徑小、成因復雜或稀有珍貴的礦物樣品，由于不滿足多次剝蝕分開測試的條件，從而單次剝蝕完成U-Pb定年、Hf同位素及微量元素的同時測定具有重要意義。李艷廣等（2021）技術人員采用Coherent Geolas Pro型激光剝蝕系統(tǒng)、Agilent 7700 x型四級桿等離子體質譜儀以及Neptune plus型多接收等離子體質譜儀聯用建立了礦物U-Pb、Hf同位素及微量元素同時測定的分析方法。依據該方法的測試數據，研究人員可同時獲得礦物的年齡、溫度（Ti溫度計）和用于同位素示蹤的信息。該實驗室采用Iolite軟件和實驗室自編的Hfllow軟件（國家發(fā)明專利：201810087759.6）處理測試數據，采用178Hf/177Hf（1.466 88～1.467 46）和180Hf/177Hf（1.886 28～1.887 04）2對穩(wěn)定同位素評價儀器和實驗條件，采用176Yb/177Hf與176Hf/177Hf的相關性來評價同質異位素干擾校正效果，對于高Yb樣品，該實驗室采用人工添加了Yb元素的人造鋯石MUN（176Yb/177Hf = 0.22）監(jiān)控實驗過程（Gao et al.，2021）。

獨居石是進行稀土礦床年代學研究的理想礦物，然而成因復雜的小顆粒獨居石的精確定年通常比較困難，汪雙雙等（2016）開發(fā)了一種利用激光剝蝕-四級桿電感耦合等離子體質譜儀在10 μm小束斑條件下測定獨居石U-Th-Pb年齡的方法（圖3、圖4）。

榍石是研究中低溫變質巖及熱液成因巖石的地質年代的理想礦物（孫金鳳等，2009，2012），精準分析榍石的U-Pb年齡除了要考慮基體效應測試結果的影響，還要研究榍石的元素分餾行為，制定合理的校正策略。靳夢琪等（2020）在前人研究的基礎上，從榍石的元素分餾行為研究出發(fā)，發(fā)現榍石礦物的元素分餾行為無規(guī)律的現象，并在對比現行幾種校正方法后，認為“截距法”校正原理更適用于榍石，并據此提出了一套新的榍石U-Pb定年分析方法。該方法經地質實例驗證，能夠準確獲取榍石的U-Pb年齡（圖5）。

2.2.4 微束分析領域

在西北地區(qū)地質行業(yè)實驗室中，微束分析是西安地調中心一大特色，主要以X-衍射儀、掃描電鏡、激光拉曼光譜儀以及電子探針等大型儀器為平臺，通過多年的探索研究，在巖石礦物成分分析、礦物鑒定、礦物物相分析、微區(qū)分析、結構分析以及寶玉石鑒定等方面積累了豐富的經驗、建立了一系列分析方法。

圖3 小束斑獨居石U-Th-Pb定年測試方法實驗圖Fig.3 Small volume U-Th-Pb dating test method of monazite

圖4 小束斑44069獨居石標樣U-Th-Pb定年測試結果（10 μm、16 μm）Fig.4 10 μm and 16 μm U-Th-Pb dating result of 44069 monazite

（1）常溫與低溫條件下流體包裹體拉曼光譜分析技術。流體包裹體的鹽度是了解古流體的物理化學性質、礦床與油氣的形成和演化條件的重要參數之一。在天然流體包裹體鹽水溶液相中，NaCl是最常見的鹽類，此外，K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、HS-、HSO4-等也是常見的離子（團）（Roedder，1990；Burke，2001）。傳統(tǒng)的冷熱臺顯微測溫法獲得的流體包裹體的鹽度是假設流體鹽水溶液相為NaCl-H2O體系，依賴一定的相圖計算而得的，與地質流體的實際鹽度存在較大偏差。葉美芳等（2009）應用激光拉曼光譜儀對鈉鹽水溶液中常見的SO42-、HSO4-、CO32-、HCO3-、NO3-、Cl-等陰離子團的拉曼光譜特征進行研究，建立了光譜參數與濃度的定量關系，為進一步的流體包裹體理論和方法研究奠定了基礎。

氯化物是自然界流體包裹體鹽水溶液相中最普遍和最重要的溶質，強離子鍵化合物的特性使其在常溫下沒有明顯的拉曼效應，無法利用拉曼光譜全面研究流體包裹體氣液相組分或測定鹽度。王志海等（2014）聯合利用激光拉曼光譜和冷熱臺，原位采集了不同鹽度的NaCl-H2O和CaCl2-H2O標準鹽水溶液在低溫下（-185℃）形成的冰、NaCl水合物和CaCl2水合物的拉曼光譜（圖6），分析了不同鹽度標準鹽水溶液形成的水合物拉曼特征峰的變化規(guī)律，嘗試建立流體包裹體鹽度低溫拉曼光譜測定方法。并利用愈合人工水晶法合成的包裹體標樣檢驗了用上述方法低溫測定流體包裹體鹽度的可靠性，結果表明該技術用于鹽度大于0.5 mol/L的NaCl-H2O體系流體包裹體時，數據精度大于20%；用于鹽度大于0.5 mol/L的CaCl2-H2O體系流體包裹體時，數據精度最高可達5%，完全可達到半定量-定量測定的要求。該方法在天然流體包裹體研究中也得到了很好地應用。本技術可在確定主流體體系的同時實現鹽度半定量-定量測定，準確度優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

圖5 老牛山榍石、鋯石U-Pb年齡測試結果投圖Fig.5 Plot of U-Pb age of Laoniushan titanite and zircon

圖6 合成包裹體常溫下氣相（1）、液相（2）和-185℃（3）的拉曼光譜圖Fig.6 Raman spectra of gas phase （1）, liquid phase （2） and - 185℃ （3） of synthetic inclusions at room temperature

基于上述研究，西安地調中心拉曼光譜實驗室采用VISUAL BASIC編寫了一套“流體包裹體計算”軟件，可應用于5個常見流體包裹體體系的熱力學參數計算，包括：純H2O、純CO2、H2O-CO2、NaCl-H2O及CO2-NaCl-H2O體系。本程序界面友好，使用方便，而且引入了比較新的算法（如用經驗公式代替插值法，CO2-NaCl-H2O體系引入了比較新的用鹽度來校正鹽水溶液中CO2溶解度的算法等）。該軟件自編制成功以來就在地質同行中免費推廣使用，深受認可，為流體包裹體熱力學參數的計算提供了便利，也為流體包裹體研究從定性走向定量奠定了基礎。

（2）含鈾-富鈾鋯鈦石變種的發(fā)現及特征研究。在中國南阿爾金地區(qū)高壓基性麻粒巖中，研究人員發(fā)現了一種主要化學組成為TiO2、ZrO2、UO2的微米級疑似新礦物，確定了其礦物種屬及成因機制（劉亞非等，2014；周寧超等，2019；魏小燕等，2019）。主要取得以下認識：①該礦物微細分散，粒度介于1～30 μm，多數僅約10 μm，始終與金紅石-鈦鐵礦組合或獨立鈦鐵礦伴生（圖7）。根據化學成分和晶體結構特征確定了其為已知礦物Srilankite（ZrTi2O6）的含鈾-富鈾變種，其晶體化學式可簡寫為（Zr, U）Ti2O6，其中U與Zr為類質同象替代關系，礦物中UO2含量最高可達20.83%。②研究認為該礦物為寄主巖石高壓基性麻粒巖退變質過程中形成，在該過程中金紅石發(fā)生分解向鈦鐵礦逐漸轉變，并伴隨有Zr、W、Nb等多種微量元素的釋放、擴散、遷移與富集。據此提出了該礦物新的成因模式：即金紅石在分解退變?yōu)殁佽F礦的過程中，其釋放出的Zr元素部分會隨著新生鈦鐵礦的結晶進入鈦鐵礦晶格，部分會反擴散進入殘余金紅石中，導致金紅石與鈦鐵礦接觸部位Zr元素含量明顯升高，另一部分Zr元素會與Ti、U元素結合形成Zr的獨立礦物含鈾-富鈾鋯鈦石，而U元素可能來源于變質流體。含鈾-富鈾鋯鈦石的成因模式對礦物尺度高場強元素遷移富集機理具有重要的指示意義。

（3）制定《阿拉善玉地方標準》。王軼等（2015）首次系統(tǒng)地研究了內蒙古阿拉善地區(qū)石英質玉石的分布與產狀，研究了其礦物學、寶石學和地球化學特征，闡述了其成因機制，并科學命名和定義了新的玉石品種——阿拉善玉。根據研究成果制定了《阿拉善玉地方標準》（DB 15/T715—2014），于2015年3月15日起在內蒙古自治區(qū)正式實施。該成果填補了珠寶玉石行業(yè)長久以來阿拉善玉產品標準的空白，為阿拉善玉交易的公平與公正提供了依據，在促進科學技術成果轉化、培育發(fā)展新經濟等方面具有引領作用。

Sri. 含/富鈾鋯鈦石；Rt. 金紅石；Ilm. 鈦鐵礦；Sch. 白鎢礦；Bdy. 斜鋯石；Ttn. 榍石圖7 含鈾-富鈾鋯鈦石及其伴生礦物背散射電子圖像Fig.7 Backscattered electron images of uranium bearing-uranium rich srilankite and its associated minerals

3 新發(fā)展階段地質實驗測試的發(fā)展需求與展望

西北地區(qū)地質實驗工作經過幾十年的發(fā)展，先進儀器設備從無到有，技術人員從最初的幾個人發(fā)展壯大到上萬人，技術方法從以手工方法為主到以大型儀器分析手段為主導，基本建立了從主量、微量到同位素分析，從無機到有機分析，從固體、液體到油氣樣品分析，全方位覆蓋基礎地質調查、固體礦產資源調查、油氣能源地質調查、水文地質與地下水污染調查和土壤生態(tài)地球化學調查等工作的實驗測試技術方法體系。在實驗測試技術的支撐下，經過一個甲子的風雨歷程，西北地質調查工作在找礦會戰(zhàn)、西部大開發(fā)、國家能源安全建設、國土資源大調查和生態(tài)文明建設等國家戰(zhàn)略實施過程中發(fā)揮了重要作用。然而，在取得巨大成就的同時，我們應該清醒地認識到，先進的實驗測試技術主要依賴先進的儀器設備，盡管國家對大型儀器研發(fā)的投入持續(xù)增加，但大型精密儀器依賴進口的局面仍未得到根本性的改變，使得中國地質實驗測試技術水平被國外實驗室牽著鼻子走的局面亦仍未改變。

當前時期，中國社會主義建設已經進入新發(fā)展階段，新發(fā)展階段需要解決新需求、完成新使命，“黃河流域中上游生態(tài)保護與高質量發(fā)展”、“秦嶺生態(tài)保護與高質量發(fā)展”、“美麗中國中脊帶建設”等國家發(fā)展戰(zhàn)略相繼布局西北地區(qū)，系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境調查工作將助力西北地質實驗測試工作更上一個新臺階；建設中國特色社會主義強國仍需要大力發(fā)展經濟，關鍵性、戰(zhàn)略性礦產資源是工業(yè)基礎的命脈，貫穿秦嶺-祁連-昆侖山脈、向西綿延至中亞、西亞的特提斯構造域可謂橫亙在歐亞大陸上的金腰帶，國家部署的“一帶一路”和“南疆經濟社會發(fā)展”戰(zhàn)略均對西北地區(qū)的找礦工作做出了明確指示，深部找礦工作以及關鍵性、戰(zhàn)略性礦產的精細成因研究對地質實驗測試工作提出了更高的要求。此外，21世紀的地質調查工作將主要以地球系統(tǒng)科學為指導，系統(tǒng)開展山、水、林、田、湖、草、沙等多門類的自然資源綜合調查，地質實驗測試工作作為重要組成部分，將不斷面臨新使命、新機遇和新挑戰(zhàn)。

3.1 礦產資源調查對實驗測試的新需求

為保障國家經濟安全和國防安全，滿足戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展需求，國務院于2016年批復通過了《全國礦產資源規(guī)劃（2016～2020年）》，首次將石油、天然氣、稀土、鋰、鉀鹽、晶質石墨等24種礦產列入戰(zhàn)略性礦產目錄。包括能源礦產：石油、天然氣、頁巖氣、煤炭、煤層氣、鈾；金屬礦產：鐵、鉻、銅、鋁、金、鎳、鎢、錫、鉬、銻、鈷、鋰、稀土、鋯；非金屬礦產磷、鉀鹽、晶質石墨、螢石。郭娟等（2021）通過對礦產的重要性、供應風險和稀缺性依次分析評價，提出了包括鈹、氦、重晶石等在內的35種中國關鍵礦產建議清單。涵蓋了上述24種礦產，外加鍺、鎵、銦、鉍、鈦、錸、鉑族、砷、重晶石、鈹、氦，發(fā)展并完善關鍵礦產資源的勘探、評估、開采、測試、選冶和加工等技術，是維護國家安全和利益的緊迫需要，也為地質分析測試提出了重要課題。

戰(zhàn)略性關鍵礦產中“三稀”（稀土、稀有、稀散）元素除稀土外，其余元素地球豐度非常低，絕大部分以雜質狀態(tài)分散伴生在有色金屬、煤、鐵礦中。這些元素的傳統(tǒng)分析方法如比色法、原子吸收法等，分離富集手續(xù)繁瑣，方法檢出限較高，不能滿足新時期稀有分散元素檢測含量逐漸由常量向痕量和超痕量轉變的要求，因而探索具有更高靈敏度、選擇性、更高穩(wěn)定性和更好的重現性的分析方法依然是今后需要繼續(xù)努力的一個方向。

ICP-MS是公認的最強有力的元素分析技術，具有檢測速度快、背景低、靈敏度高、多元素同時檢測等特點，在測定痕量、超痕量元素方面具有較強的優(yōu)勢。屈文俊等（2019）針對不同礦種，采用不同消解方式，用ICP-MS進行多元素同時測定。X熒光光譜粉末壓片、熔片法快速測定及便攜式X熒光光譜儀野外應用也將是未來需求趨勢。

同位素定年和示蹤技術已滲透到地球科學的各個方面，成為確定地質事件時代和成巖成礦年齡、示蹤成巖成礦物質來源和形成環(huán)境條件的重要手段，推動地球科學發(fā)展的重要動力，微區(qū)同位素分析也將成為未來找礦突破的重要支撐手段。

氦氣作為稀缺戰(zhàn)略資源，可廣泛用于各行各業(yè)。中國有少量氦氣資源，總體相當貧乏，僅占世界2%左右，目前中國95%左右的氦氣依賴于進口。張文等（2018）研究了渭河盆地氦氣成藏條件分析及資源量預測，氦氣的檢測通常采用氣相色譜法，由于氣體樣品采樣、保存條件苛刻，因此氦氣的現場定量測試也是未來的發(fā)展方向。

3.2 生態(tài)環(huán)境調查對實驗測試的新需求

為服務國家發(fā)展戰(zhàn)略，地質工作也由傳統(tǒng)的基礎地質、找礦轉向生態(tài)地質、健康地質。生態(tài)地質、健康地質要加強關鍵帶多圈層交互作用和特色生態(tài)產品的生態(tài)地質條件剖析，需要開展常量元素、微量元素在巖石、土壤、水系、大氣和植物中的遷移規(guī)律研究，實驗測試技術是其中的關鍵環(huán)節(jié)。在生態(tài)地質、健康地質領域未來將更加注重對元素及化合物的形態(tài)（劉崴等，2021；程俊偉等，2021）、價態(tài)（陳海杰等，2021）、有效態(tài)（賈雙林等，2021）、空間分布規(guī)律和遷移規(guī)律等進行分析測試，給土壤質量的改良以及特色農產品的認定等方面提供詳實的測試數據支撐。

黃河流域最大的問題是生態(tài)脆弱，環(huán)境污染不容忽視。因此，黃河流域高質量發(fā)展的重點是保護優(yōu)先。利用現代分析儀器在線實時監(jiān)測水質指標，利用同位素分析技術追蹤污染物來源，無機分析、有機分析協(xié)同作業(yè)也是未來分析測試的重點發(fā)展方向。同位素分析技術是確定地質事件時代和成巖成礦年齡，示蹤成巖成礦物質和污染物來源的重要手段，成為推動地球和環(huán)境科學發(fā)展的重要動力。當前，同位素技術應用的廣度和深度得到很大拓展，被普遍應用于地球科學、農業(yè)、生態(tài)、水利、醫(yī)學和環(huán)境等領域。其中，微區(qū)/微量樣品Re-Os同位素（武魯亞等，2021）、Rb-Sr同位素（朱金等，2021）、Li-Mg-Fe-Cu-Mo-Se等非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素已成為國際同位素地球化學研究的前沿和發(fā)展趨勢，同時穩(wěn)定同位素技術逐漸應用于示蹤污染物遷移轉化過程和污染物源解析研究（楊兵，2021；魏守才等，2021），為生態(tài)文明建設提供技術支撐。

聚焦需求，謀長遠發(fā)展。實驗測試工作的本質是支撐服務于地質工作，地質工作的轉型升級也驅動實驗測試工作轉變，從傳統(tǒng)的服務模式轉向與國計民生緊密結合，新時代的地質工作必然為實驗測試工作提供更廣闊的發(fā)展空間。

致謝：本文撰寫過程中得到了西北地區(qū)各地礦行業(yè)實驗室的大力支持，以及西安地質調查中心唐金榮書記、王洪亮副主任、計文化副主任的悉心指導，徐友寧研究員為本文提供了大量建設性的修改意見，在此一并表示衷心的感謝。謹以此文慶祝中國地質調查局西安地質調查中心成立60周年。