電子探針應(yīng)用：稀土礦物獨居石的地質(zhì)定年

獨居石是提煉鑭、鈰等稀土資源的主要礦物，也是一種較為常見的副礦物，可以進(jìn)行同位素地質(zhì)定年。相較于離子探針質(zhì)譜儀等常規(guī)手段，電子探針具有空間分辨率好、成本低、方便便捷等系列優(yōu)點，尤其適于礦物不均勻微區(qū)定年。獨居石電子探針測試定年法，U、Th、Pb 的含量直接影響定年的計算結(jié)果，所以獨居石的定年關(guān)鍵是如何提升元素的測試準(zhǔn)確性。

地質(zhì)定年的典型方法及電子探針定年的特點

地質(zhì)年代的測定是地質(zhì)過程及動力學(xué)研究中的重要課題，離子探針質(zhì)譜（SIMS）、激光顯微探針等原位定年技術(shù)的引入，特別是高分辨SHRIMP以及激光剝蝕LA-ICPMS等測試技術(shù)的發(fā)展，推動了地球動力學(xué)演化過程的研究。

相對于上述儀器，電子探針測年具有成本低、方便快捷、原位、無損等特點，由于電子探針電子束可以壓縮至納米級別，用于元素分析的特征X射線空間分辨率為微米級別，激發(fā)源比其它儀器高一個數(shù)量級，針對不均勻微區(qū)的定年，電子探針顯然是理想的選擇。

源自日本學(xué)者的研究

獨居石電子探針測年由日本名古屋大學(xué)Suzuki等人首次依據(jù)經(jīng)典等時線算法提出，國內(nèi)學(xué)者等也進(jìn)行了相關(guān)研究。

獨居石，因經(jīng)常呈單晶體而得名，是一種含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物，亦稱磷鈰鑭礦，化學(xué)組成為(Ce,La,Nd,Th)PO4，是提煉鈰、鑭的主要礦物，主要產(chǎn)于偉晶巖、花崗巖及與之有關(guān)的期后礦床中，共生礦物可有氟碳鈰礦、磷釔礦、鋰輝石、鋯石、綠柱石、磷灰石、金紅石、鈦鐵礦、螢石、重晶石或鈮鐵礦等。

獨居石定年的原理是以放射性核素衰變理論為基礎(chǔ)，假設(shè)初始鉛（非放射性成因鉛）含量忽略不計，整個系統(tǒng)封閉，U、Th、Pb不對外發(fā)生遷移。在一定條件下通過電子探針測試礦物中的U、Th、Pb含量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理計算進(jìn)而得出礦物的年齡。顯然，U、Th、Pb 的含量直接影響定年的計算結(jié)果，所以獨居石的定年關(guān)鍵是如何提升元素的測試準(zhǔn)確性。

獨居石微區(qū)測試面臨的問題

由于稀土線系繁雜，不同元素之間的特征能量（特征波長）非常鄰近，元素之間相互干擾非常嚴(yán)重的。下圖可以看到， Gd Lα和Ce Lγ，以及Pr Lα和 La Lβ幾乎完全重疊，故而無法使用常規(guī)的方法和默認(rèn)的參數(shù)進(jìn)行測試。

島津電子探針測試獨居石地質(zhì)定年技巧

要點一：好的定性測試及解析

定性分析測試時間可延長10至15min，照射束流200nA以上，以獲得更高靈敏度的元素測試譜圖，并做好特征峰位的解析。針對U、Th、Pb三個元素需要進(jìn)行精細(xì)譜的掃描（使用狀態(tài)分析模式）。

要點二：特征線系的合理選擇

針對每一個元素，確認(rèn)其特征峰位和兩個背景峰位，避開干擾。特征峰有干擾的處理方式，可以選擇副峰，其峰位測試時間相應(yīng)地延長，或者依據(jù)稀土標(biāo)樣進(jìn)行等比例的扣除。稀土元素均選擇L線系（Lα或Lβ），U、Th、Pb使用M線系，測試時間可設(shè)置到50s以上。

要點三：標(biāo)準(zhǔn)樣品的合理選用

主量元素可選擇獨居石標(biāo)樣，U、Th、Pb三元素推薦使用金屬U、金屬Th和PbS等標(biāo)樣。其他參數(shù)可根據(jù)試樣和儀器情況實驗研究，以確認(rèn)更好的測試參數(shù)。下表為某地采集的獨居石試樣，電子探針測試獲得的微區(qū)定量結(jié)果。

根據(jù)相關(guān)學(xué)者提出的簡化計算方法，可估算出上述獨居石礦物顆粒的地質(zhì)年齡約894Ma（百萬年）。

得益于島津電子探針的譜峰分辨率及高靈敏度，可通過對獨居石成分精確的定量分析得出礦物年齡，進(jìn)而可對地球動力學(xué)演化過程的研究提供科學(xué)可靠的指導(dǎo)作用。