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摘 要 ：任何物质的所有特性都与其形态（表面形态）、化学成分和结构有关。电子探针的出现及其进一步发展为确定微米范围 内固体材料的成分、结构和表面形貌提供了有效的工具。特别是在地质学领域，它的微区（分析范围小）、痕迹数（灵敏度高）、 速度快（分析速度快）、直观（观察地表形貌和调查元素存在状态）、非 - 破坏性样品，分析元素范围广（Be4 ～ U92）、分析准确度 高等特点而得到了广泛的应用。本文利用JXA-8230 型电子探针，结合日常测试工作，从矿物的分析鉴定、陨石矿物的研究、矿 物中包裹体的研究三方面，简单介绍了电子探针分析技术在地质实验测试过程中的基本应用。旨在为广大的地质工作者普及电 子探针在地质学部分领域的用途， 使大家能够更好的利用电子探针这种实验测试工具解决实际工作中遇到的一些地质问题。
关键词 ：电子探针 ；地质 ；测试 ；应用
任何物质的所有特性都与其形态（表面形态）、化学成分和 结构有关。 过去，形态的观察主要依靠光学显微镜，通过物质 的光学和物理性质来评估 ；化学组成多采用化学分析法来测定 ； 其结构通过 X 射线衍射、电子衍射和中子衍射进行分析 [1]。电子 探针显微分析仪（简称电子探针） 的问世，为测定微米级固体材 料的组成、结构和表面形貌提供了有效的工具， 是测试技术发展 史上划时代的辉煌成就。近年来， 随着电气自动化工业的迅猛发 展，新一代电子探针具有数字化、人工智能和自动化的分析程 序、高分辨率图像的采集等特点，很快就在地质学等领域得到 广泛的应用 [2]。如今电子探针已成为新矿物成份分析的主要手 段，每年用电子探针发现和分析的新矿物占总数的 50%，有时达 70% 以上 [1]。
1 电子探针分析的特点
电子探针分析是用聚焦到 1μm左右的高能电子束轰击样品， 样品中的照射区域发出其组成元素的特征X射线，通过分析特征 X射线的波长和强度来确定微区的化学成分。可以进行点、线、面 三种形式的分析，对研究矿物中元素的赋存状态、共生关系、出溶 结构、析晶等特别有利。此外还有二次电子像、背散射电子像、矿 物阴极荧光像等，为进一步研究样品的表面形态、成份、晶体结构 提供更多的信息。在地质实验测试中的应用主要有以下特点 ：
（1）微区、微量 ：可以直接在岩石光、薄片上测定矿物的化 学成分。其分析区域小（仅 1μm 左右）、灵敏度高，突破了微粒、 微量矿物分析的技术难关， 这显着提高了分析的准确性， 并在识 别具有相似光学特性但具有不同化学成分的矿物方面发挥着重 要作用 [1]。
（2）不破坏样品 ：不用分选单矿物、不污染样品、不破坏样 品，可进行重复、多重定义，提供多种信息，定义后仍可保存样 本。它是测量稀有珍贵陨石和月球岩石样品的理想方法 [1]。
（3）快速、分析精度高 ：多种元素（Be4 ～ U92）所有这些都 可以在同一台仪器上使用相同的方法同时分析。 样品制备简单， 分析程序简单， 速度快， 成本低 [1] 。X射线光谱不易影响化合态， 分析精度高，对难于化学分析的个别稀土矿物的分析具有重要 意义。
电子探针虽然有很多优势，但由于仪器本身的局限性及某 些地质样品的特殊性， 也会存在以下的一些困难 ：
（1）对于超轻元素（如 B、C、N、O、F），由于入射辐射产额 低、特征X射线波长大、吸收效应大且易于暴露于碳污染，因此 测量效率更高。复杂而敏感。低， 通常为 1000ppm ～ 10,000ppm。
（2）大多数地质样品导电性差，需在样品表面进行镀膜以消 去电荷效应， 这种处理难免会出现一定的错误 ；一些地质样品导 热性差，样品在电子束轰击下温度会升高，使矿物中的一些挥发 物蒸发，如某些磷酸盐和水矿物钠长石、某些硫化物等，其分析 误差会变大。因此， 对地质样品的分析结果要作客观的评价 [1]。
（3）对于含有大量结晶水和超轻元素的矿物、变价元素含量 高的矿物、电子束轰击时不稳定的矿物、以及含有大量结晶水和 超轻元素的矿物， 电子探针无法分析或误差较大。没有标准样品。
2 电子探针在地质上的应用实例
2.1 矿物的分析鉴定
矿产分析评价是一项重大的地质工作，不仅与一般采矿、勘 探评价和综合利用密切相关， 而且是研究矿物、岩石和矿床的一 项重要工作 [1]。
大多数的金银矿物都是以微量、微小粒状存在于矿石中。传 统的岩矿鉴定是在光学显微镜下，使用 5X ～ 20X 物镜进行金银 矿物的鉴定，50X 物镜景深太浅，不易聚焦，只是偶尔用于进一 步确认矿物，因此光学显微镜只能鉴别约 10μm 以上的大颗粒金 银矿物。此时具有高放大倍数的电子显微镜（电子探针） 利用背 散射图像和X射线能谱仪就可以准确、快速的把 1μm ～ 10μm左 右的金银矿物分辨出来， 并且可区分光性极为相似的自然金、银 金矿和金银矿等。
新疆某热液成因金矿，金平均品位在 3g/t左右，部分高达 20 ～ 30g/t，矿石中黄铁矿褐铁矿化程度高。经多个实验室岩矿 鉴定分析， 都未在光学显微镜下找到自然金， 最终利用电子探针 成功发现很多粒径微小的金颗粒，最大颗粒 3.29μm（图 1），为矿 山后期的综合利用和选冶实验提供了至关重要的依据。
2.2 陨石矿物的研究
陨石是从行星际空间穿越大气层经过烧蚀后到达地表的流 星残留体， 保留了太阳系形成前后的物质组分。陨石是最古老的 岩石， 保存了原始的化学和岩石学特征， 它能反映原始太阳星云 的元素和同位素组成、星云的高温凝聚和化学分馏过程 , 提供原 始太阳吸积盘的形成、物质分布规律等重要信息， 是人类认知太 阳系形成和演化的重要窗口 [3]。
新疆拥有广阔的沙漠和戈壁区域，这些区域颜色背景单一、 视域开阔、气候干燥，是保存和富集陨石的最佳地点，成为我国 最主要的陨石发现区 [4]。我单位自2013 年开展陨石鉴定业务至 今共收到 120 余件“陨石”样品，其中真陨石仅有 14 件，可见民 间陨石收藏还是具有很大风险的。14 件陨石样品中石陨石有 3 件，铁陨石有 11 件。电子探针的成分分析和图像分析功能给陨 石鉴定提供了强有力的技术支持（图 2-4）。
2.3 矿物中包裹体的研究
矿物包裹体是在矿物晶体生长过程中被困在矿物或晶格缺 陷或空腔中的成岩流体的一部分，仍被封闭在基体矿物中并与 基体矿物具有相界。矿物包裹体的形成贯穿整个地质过程， 固定 和保存了地质过程各个阶段的物理化学特征。包裹体研究对于 确定矿床成因、了解岩石形成条件、寻找深部热液盲矿体具有重 要意义 [5]。
对新疆拜城产出的宝石级红宝石中的固体包裹体进行了电 子探针分析，确定了其矿物种属为方解石、硬水铝石、黄铁矿、闪锌矿（图 5-6）等，为下一步矿床研究及矿石资源的开发利用 提供了重要的基础资料 [6]。
3 小结
电子探针显微分析技术具有微区、微量、快速、不破坏样品、 分析元素范围广、准确度高等特点。在微粒矿物的鉴定、元素赋 存状态的查明、微量元素地球化学特征的确定、固态包裹体的研 究、常量元素的快速测定、岩石全分析的对陨石和月球岩石的尝 试和研究， 有效地弥补了光学显微镜、化学分析和X射线衍射的 不足。它克服了矿床中细颗粒物和微量元素组成分析和相关元 素鉴定的技术难点， 为矿产的找矿、勘探和综合利用提供了有力 的分析鉴定方法。
电子探针对地质样品的分析也存在一定的困难和问题。有 些需要与其他分析方法协作才能解决问题 ；有些随着科学技术 的发展， 将逐步解决仪器精度和自动化程度提高的问题。电子探 针分析技术会不断的创新、改进，更好地为地质测试事业服务， 在地质学各领域发挥更大的作用。
参考文献
[1] 王树根 . 电子探针分析和它在地质学上的某些应用 ( 讲座一)[J].矿物岩 石,1983(03):114-121.
[2] 龚玉爽, 胡斌,付山岭,柳智. 电子探针分析技术 (EPMA)在地学中的应用综述 [J]. 化学工程与装备,2011(06):166-168.
[3] 赖永旺, 王桂琴.10 块新疆哈密沙漠陨石的类型及其岩石矿物学特征 [J]. 地球化 学,2015,44(03):301-310.
[4] 王道德, 林杨挺, 缪秉魁. 南极陨石研究的启示Ⅹ : 南极陨石的居地年龄 [J]. 极地 研究,2002(03):174-185.
[5] 刘晓亮,杨念, 岳蕴辉, 邓松良, 陈熙皓.新疆拜城红宝石的宝石学特征 [J]. 宝石和 宝石学杂志,2018,20(02):1-8.
[6] 杨治峰, 翟世奎, 于增慧. 现代海底热液沉积矿物中流体包裹体研究的地质意义 [J].矿物岩石地球化学通报,2020,39(01):151-160..
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