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扫描电镜在矿物、岩石学领域的应用

2014-4-8 17:24| 发布者: 娜美| 查看: 655| 评论: 0|来自: 中国电镜网

摘要: 扫描电镜在矿物、岩石学领域的应用 1 矿物物相研究 不同矿物在扫描电镜中会呈现出其特征的形貌,这是在扫描电镜中鉴定矿物的重要依据。如高岭石在扫描电镜中常呈假六方片状、假六方板状、假六方似板状;埃洛石常呈管 ...

扫描电镜在矿物、岩石学领域的应用

1 矿物物相研究

不同矿物在扫描电镜中会呈现出其特征的形貌,这是在扫描电镜中鉴定矿物的重要依据。如高岭石在扫描电镜中常呈假六方片状、假六方板状、假六方似板状;埃洛石常呈管状、长管状、圆球状;蒙脱石为卷曲的薄片状;绿泥石单晶呈六角板状,集合体呈叶片状堆积或定向排列等。王宗霞等在扫描电镜下观察了硅藻土的形貌,硅藻土多呈圆盘状、板状,根据这一特征即可将它鉴定出来。矿物在形成过程中捕获环境中的流体,当热流体达到某种特定的相所需的饱和度时,流体中往往会有结晶出一定的固体相矿物——子矿物。除了进行化学成分鉴定以确定其组成外,有时也可以利用扫描电镜对其进行鉴定。这些子矿物与被捕获的矿物在成因上是有明显区别的,研究和确定流体包裹体内的子矿物可为我们提供原始物质的重要信息。具有高倍数放大并能给出清晰而有立体感图象的扫描电镜非常适合用于鉴定包裹体中的子矿物,如扫描电镜能和能谱仪联用,则会使结果更准确。范宏瑞等利用扫描电镜对流体包裹体中子矿物进行鉴定,为探讨流体成矿作用、成矿方式等问题提供了基础资料。Le Bel对秘鲁的Santarosa斑岩铜矿中的石英包裹体进行研究,在其中发现了氯化钠、氯化钾、铁绿泥石等子矿物。Clochiatti对红海Zabargad宝石矿床中的橄榄石包裹体进行扫描电镜研究,鉴定出了氯化钠、石膏、滑石等子矿物。Hallbouer等对南非Witwaterarand金矿中的石英进行扫描电镜研究,查明了其中有钾长石、白云母、绿泥石等子矿物。Behr等用扫描电镜研究了纳米比亚铜矿中的钠长石,在钠长石中鉴定出了氯化钠、石膏等子矿物。

岩石经过多次强烈的区域变质作用后,其原岩的结构、构造均已改变,常常很难恢复其原岩的状况,扫描电镜可以观察到矿物的微区变化,为反映原岩的状况提供依据。前人的研究显示,稳定矿物对反演原岩性质有着非常重要的意义。尽管经过各种强烈的物理、化学作用,它们仍然保留了下来。它们的存在往往保留了一些原岩的信息,故通过对其中的稳定矿物进行研究能够在一定程度上反演原岩的性质及成因。而对于微小的矿物,利用扫描电镜分析它们的表面微观特征可以为判断它们的原岩提供良好的依据。唐淑兰等通过扫描锆石表面的特征,探讨了吉林板石沟——四方山一带太古界龙岗群杨家店组变质岩的原岩性质。王寒竹等运用扫描电镜对铁矿中的石英进行形态和结构分析,以丰富的微观资料论证了铁矿中的石英绝大多数是胶体成因,有从蛋白石到石英的形成过程。不同的物理、化学条件下所形成的岩石其形貌、结构往往不同,同样物理、化学变化也会使原岩的性质发生相应的改变,从而呈现出与原岩不同的特征。通过分析这些不同点就可以了解岩石发生过的变化。张希麟等运用扫描电镜及光谱仪观察分析了云南天然彩色大理石断口的显微形态和成分,研究表明大理石中的花纹记录了地质形成和变质过程中微区范围内物理及化学的变化,并发现大理石的颜色变化主要与Fe有关。

矿物特征及残余结构可以推断其成岩环境和搬运演化历史,扫描电镜可对矿物的结构和成分进行分析,为推断矿物的成岩环境和搬运演化历史提供基础资料。矿物颗粒脱离母岩后,在搬运和沉积的过程中必然会受到外界环境的影响。不同的搬运介质、搬运形式以及不同的沉积环境常常会在矿物颗粒表面留下反映搬运和沉积的痕迹,因而矿物表面就会具有不同的形状及外貌特征。光学显微镜、差热、化学分析等传统分析方法往往无法将其加以识别,而配接有X射线的能谱仪的扫描电镜能直接观察到矿物变化过程中所发生的结构、形貌等微观现象的变化和形成新矿物的特点,并且可以同时确定其化学元素组成及相对含量的变化,为研究矿物的变化提供了良好的途径。以石英为例,不同的环境中的表面形态特征往往是不一样的:在有风的环境成中形成的其磨圆度一般较好,且风较大时还会有新月形撞击坑出现;在冰川环境中,由于高压碰撞和挤压,它的棱角尖锐,磨圆度差;在大陆水环境下,石英一般呈现出中-轻度的磨圆,有时还会有V字形撞坑;在海洋环境中,它呈中-轻度的磨圆,表面常粘有硅藻等生物碎片。此外,当二次电子束打到样品上时常常会激发出样品的二次电子,该信号经收集成像后就可以显现出晶体的形貌。由于扫描电镜分辨率高、景深大等特点,故可以较为容易的将各种颗粒分辨出来。通过这样的方式,可以较好的观察岩石、矿物颗粒的晶形、大小及与周围晶体的相互关系。故充分利用这些特征可以分析其沉积相和沉积、形成环境,进一步反演其搬运过程及历史。黄杏珍利用扫描电镜对不同时代、不同环境的泥灰岩进行鉴别,并对其沉积环境意义进行了探讨,研究发现,泥灰岩在不同的时代均有沉积,但发育特征有所不同,泥灰岩不仅能反映清水、混水型碳酸盐岩沉积模式的差异,而且能反映同一模式中不同沉积模式的差别¨ 。聂继红等利用扫描电镜研究了碳酸盐岩的矿物学特征及结构,研究结果表明,岩石结构控制了喀斯特孔隙的发育和演化 。汪生杰等利用扫描电镜观察了贵州遵义铝土矿的一水硬铝石的微观形貌,发现其中不同铝土矿的一水硬铝石的微观形貌有差异,这些差异是揭示铝土矿成因和形成条件的重要资料 。

2 包裹体研究

包裹体是成矿时留在矿物中的遗迹化石,其物质组成反映了成岩成矿时期的介质环境,扫描电镜为分析包裹体物质提供了良好条件。首先,扫描电镜的形貌分析使我们能准确观察包裹体;其次,扫描电镜的能谱分析可以直接对已经打开的包裹体进行分析,从而确定了包裹体的物质组成。单强等利用扫描电镜对四川冕宁稀土矿床早期萤石的单个流体——熔融包裹体进行研究,为进一步证实四川冕宁稀土矿床是一个与盐熔体有关的热液矿床打下坚实的基础。谢玉玲等利用扫描电镜对铜官山铜矿床矽卡岩矿物中的包裹体进行研究,发现其中的石榴石存在二相包裹体,并在透辉石中发现流体包裹体及子矿物。

3 宝玉石鉴定

天然宝玉石是一类具有特殊物理、化学性质的稀贵矿物,因此在鉴定时必须采用无损测试。当今市场上的一些宝石仿冒品的外观与天然宝石相差无几,传统的鉴定往往束手无策或者不能快速鉴定。扫描电镜可通过对其表面形貌和结构的分析,从而为宝玉石真伪及宝石类型与价值的判别提供了方便、快速、无损的检测方法及有效信息。许珞等利用扫描电镜对马来西亚玉、天然翡翠、人造翡翠、玻璃样品进行表面结构和形貌分析,并快速地将它们鉴别出来。在扫描电镜下,马来西亚玉有明显的晶体结构,且晶体呈锥形;天然翡翠晶体呈松花壮及粒状,但大小无规律;人造翡翠的晶体呈不规则多棱形;而玻璃样品为非晶体结构 。


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