基性-超基性岩中斜锆石原位测年样品的制备方法

摘要

本发明公开了一种基性‑超基性岩中斜锆石原位测年样品的制备方法，包括：将所述薄片样品上的基性‑超基性岩样品划分为多个子区域；对所述薄片样品喷镀导电材料；通过扫描电镜能谱仪寻找基性‑超基性岩样品中的锆元素，得到锆元素面分布图；将电镜的基性‑超基性岩样品中出现锆元素峰的位置导航到可见的视野中；确定视野内的基性‑超基性岩样品中的斜锆石矿物的位置；在基性‑超基性岩样品上对所述斜锆石矿物的位置进行标记；钻取标记好的所述矿物斜锆石。本发明能够解决难以从基性‑超基性岩中分选出斜锆石的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及测年技术领域，尤其涉及一种基性-超基性岩中斜锆石原位测年样品的制备方法。

背景技术

斜锆石(ZrO₂)是一种常见的副矿物，是在硅不饱和或者临界饱和条件下形成，其在各种岩石类型中都有产出，诸如金伯利岩、碳酸岩、正长岩、基性-超基性岩和球粒火成岩等。

斜锆石是理想且可靠的地质计时器。基性-超基性岩侵入体的结晶时代的准确厘定就是依靠斜锆石U-Pb同位素方法。主要原因是：斜锆石在镁铁质岩浆结晶分异的晚期结晶；包含有不同浓度的高U和可忽略的初始Pb含量；在基性-超基性岩中基本上不存在以捕掳晶形式存在的继承性斜锆石；与锆石(ZrSiO₄)相比，不易发生Pb丢失的现象。由此可见斜锆石对基性-超基性岩的年代学研究意义重大。

对于诸如中酸性岩的锆石、独居石等测年副矿物，常规的样品制备方法是：岩石粉碎到200目，利用摇床重选等方法挑选出矿物颗粒。这种方法应用在基性-超基性岩中分选斜锆石时效果却很差，主要难点在于：①斜锆石通常量很少并且晶体颗粒很细小，一般宽度小于30μm；②斜锆石脆性大，在岩石样品粉粹的过程中，很容易破碎成更小的颗粒，导致在过筛的过程中容易被漏掉；③斜锆石物理形态的多样性，使得在挑选过程中难以辨识，导致挑出的斜锆石矿物纯度不够；④在矿物分选过程中，分选斜锆石时摇床条件的难以控制增加了技术难度。

因此，通过传统的方法从基性-超基性岩中分选出斜锆石需要耗费大量的样品(几十甚至上百公斤岩石)，样品量大同时带来了分选周期长的困扰，关键是大量的样品分选效果不见得好，往往很难挑出上百颗斜锆石，有时可能挑选出几颗，甚至挑不出。近些年，斜锆石二次离子质谱(SIMS)原位U-Pb测年技术逐渐成熟，然而由于上述影响样品制备的诸多因素，在基性-超基性中斜锆石样品的挑选及制备成了制约测年技术的瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基性-超基性岩中斜锆石原位测年样品的制备方法，能够解决难以从基性-超基性岩中分选出斜锆石的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基性-超基性岩中斜锆石原位测年样品的制备方法，包括：

将基性-超基性岩样品置于载玻片上，得到薄片样品；

将所述薄片样品上的基性-超基性岩样品划分为多个子区域；

对所述薄片样品喷镀导电材料；

通过扫描电镜能谱仪寻找基性-超基性岩样品中的锆元素，得到锆元素面分布图；

将电镜的基性-超基性岩样品中出现锆元素峰的位置导航到可见的视野中；

确定视野内的基性-超基性岩样品中的斜锆石矿物的位置；

在基性-超基性岩样品上对所述斜锆石矿物的位置进行标记；

钻取标记好的所述矿物斜锆石。

在本发明的一些实施例中，通过扫描电镜能谱寻找基性-超基性岩样品中的锆元素，得到锆元素面分布图，包括：

将喷镀有导电材料的薄片样品置于扫描电镜样品仓内，并固定在样品台上，然后通过能量色散X射线探测器寻找基性-超基性岩样品中的锆元素，得到锆元素面分布图。

在本发明的一些实施例中，通过扫描电镜能谱仪寻找基性-超基性岩样品中的锆元素，得到锆元素面分布图，包括：

将每个子区域划分为多个单元；

通过扫描电镜能谱仪逐一寻找每个单元中的锆元素，得到每个单元对应的单幅锆元素面分布图；

将所有的单幅锆元素面分布图拼接为所述子区域对应的锆元素面分布图。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：

在显微镜下将钻取出来的斜锆石和标样一起制成环氧树脂标准靶，即为基性-超基性岩中斜锆石原位测年样品。

在本发明的一些实施例中，将所述薄片样品上的基性-超基性岩样品划分为多个子区域，包括：

将所述薄片样品上的基性-超基性岩样品平均划分为多个子区域。

在本发明的一些实施例中，在基性-超基性岩样品上对所述斜锆石矿物的位置进行标记，包括：

利用Ga离子进行切割在基性-超基性岩样品上进行切割，以标记所述斜锆石矿物的位置。

在本发明的一些实施例中，所述导电材料为碳。

在本发明的一些实施例中，所述导电材料的厚度为1-10纳米。

本发明的优点：

相比传统的粉粹过筛、摇床分选的方法，本发明提供的制备方法大大提高了斜锆石的挑选效率，样品用量大大减少，且无污染。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的薄片样品的区域划分示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

步骤一：对基性-超基性岩样品进行切割、粗磨，并置于载玻片上，得到薄片样品。

具体地，对所采集的新鲜的基性-超基性岩样品进行切割、粗磨，将切割、粗磨后的样品粘在载玻片上，与载玻片一起制成薄片样品。举例来说，可以制成长5厘米，宽2厘米，厚50微米的薄片样品，所述基性-超基性岩样品的尺寸小于载玻片的尺寸，但是不限于该尺寸。

可选地，可以将基性-超基性岩样品的两个表面都依次进行切割、粗磨、细磨、抛光，以便于将其与载玻片一起制成薄片样品，也方便后续的定位、制靶等。

步骤二：将所述薄片样品上的基性-超基性岩样品划分为多个子区域。

具体地，将磨制好的薄片样品上的基性-超基性岩样品划分为3-8个子区域。可选地，沿着所述薄片样品的长度方向，将所述基性-超基性岩样品平均划分为3-8个，即每个子区域的面积相同。对薄片样品上的基性-超基性岩样品进行合适的平均区域的划分，可以避免样品面积太大造成细小颗粒的斜锆石被淹没，而不能被发现，同时如果划分太多区域，则又会使效率变得低下。

如图1所示，将基性-超基性岩样品划分为5个子区域，且每个子区域长、宽、厚相同，分别为1厘米，2厘米和50微米。作为本发明的又一个实施例，也可以将基性-超基性岩样品划分为4个子区域、6个子区域等，且每个子区域长、宽、厚相同。

步骤三：对所述薄片样品喷镀导电材料。

可选地，采用喷镀仪在薄片样品的表面喷镀导电材料(喷镀有基性-超基性岩样品的一侧表面)，以保证基性-超基性岩样品的表面被镀上连续的导电材料，且在扫描电镜电子束的轰击下导电。

作为本发明的一个实施例，所述导电材料可以是碳，对薄片样品喷镀碳，以在样品表面镀上连续的碳膜。作为本发明的又一个实施例，所述导电材料的厚度可以为1-10纳米。在该厚度范围下，既可以保证样品导电，又不会影响观察样品。举例来说，可以是5纳米，也可以是3.5纳米，6.6纳米等等。

步骤四：通过扫描电镜能谱仪寻找基性-超基性岩样品中的锆元素，得到锆元素面分布图。

在该步骤中，将喷镀有导电材料的薄片样品置于扫描电镜样品仓内，并固定在样品台上，然后通过能量色散X射线探测器寻找基性-超基性岩样品中的锆(Zr)元素。具体地，将喷镀有导电材料的一面朝上，采用导电胶(例如碳导电胶)将其固定在样品台上，抽真空，加上高压，选择加速电压15kV，Spot size为5，工作距离WD为6mm。

接着，逐一寻找每个子区域中的锆元素，得到每个子区域对应的锆元素面分布图。具体地，将每个子区域划分为多个单元，逐一寻找每个单元中的锆元素，得到每个单元对应的单幅锆元素面分布图；再将所有的单幅锆元素面分布图拼接为所述子区域对应的锆元素面分布图。

可选地，作为本发明的另一个实施例，如图1所示，以平均划分为5个子区域为例，选择基性-超基性岩薄片样品的子区域1，设置好对角线两个点(A和B)的坐标位置，单幅图的放大倍数(一般为120倍)以及像素(一般为1024)，经系统计算，区域1(长宽：1厘米*2厘米)一共约有300幅图片(即300个单元)；同时，在分布图细节中添加上目标Zr元素，即以Zr元素作为目标元素，运行区域1的元素面分布图，逐一寻找每个单元中的锆元素，得到每个单元对应的单幅锆元素面分布图；运行结束后，将这300张单幅锆元素面分布图拼接为一张大图，最后输出区域1的Zr元素面分布图。

区域1完成之后，逐一对区域2，3，4，5进行该步骤相应的子区域的锆元素面分布图。

需要说明的是，在基性-超基性岩样品的面分布图中，出现Zr元素峰的只有锆石(ZrSiO₄)和斜锆石(ZrO₂)两种矿物，其他矿物中也可能含有Zr元素，但由于其微量，扫描电镜的能量色散X射线探测器无法检测出Zr元素，因而排除非目标矿物。本发明采用能谱面分布图中的拼图方法，进行区域内所有元素的面分布扫描，依据Zr元素面分布位置图，从而可以准确定位出锆石(ZrSiO₄)和斜锆石(ZrO₂)这两种矿物。

步骤五：将电镜的基性-超基性岩样品中出现锆元素峰的位置导航到可见的视野中。

具体地，观察Zr元素面分布图中出现Zr元素的区域，利用电镜和能谱之间的坐标关联，将电镜的薄片样品中出现Zr元素峰的位置导航到可见的视野中。

步骤六：确定视野内的基性-超基性岩样品中的斜锆石矿物的位置。

具体地，将视野内的薄片样品放大到合适的倍数，选择能量色散X射线探测器(EDX)中Point ID进行点分析，观察元素谱峰特征来确认是否为斜锆石矿物(ZrO₂)，排除掉其他可能的干扰信号而造成的假Zr峰。

利用能谱点分析对矿物进行半定量成分分析，进而对矿物进行鉴别，其中锆石(ZrSiO₄)相比于斜锆石(ZrO₂)在能谱点分析中多一个Si和二个O，从而鉴定出目标矿物斜锆石。

步骤七：在基性-超基性岩样品上对所述斜锆石矿物的位置进行标记。

在该步骤中，利用镓(Ga)离子在基性-超基性岩样品上对面分布图获取的斜锆石周围进行离子切割，以标记所述斜锆石矿物的位置。

具体地，作为本发明的又一个实施例，将薄片样品移入聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)中，在薄片5个区域内所找到的斜锆石附近都利用Ga离子进行切割，并作位置标记。保证了从电镜中取出薄片样品后，还能准确确定微米级别的目标矿物斜锆石的位置。本发明利用FIB-SEM的Ga离子源在目标矿物斜锆石处做标记，以便在显微尺度定位、精准分离出斜锆石。

步骤八：钻取标记好的所述矿物斜锆石。

具体地，将薄片样品从扫描电镜能谱仪中取出，利用微钻钻取标记好的所有目标矿物斜锆石。

因为斜锆石SIMS U-Pb测年最少需要15颗，为了保证能够寻找到足够的斜锆石颗粒，可以循环上面步骤一到步骤八的过程，直到找到足够数量的斜锆石颗粒。

步骤九：在显微镜下将钻取出来的斜锆石和标样一起制成环氧树脂标准靶，轻磨并抛光，即为基性-超基性岩中斜锆石原位测年样品，即可用于二次离子质谱(SIMS)原位测年分析。

基性-超基性岩样品中斜锆石矿物生长的比较少，测年样品至少需要15颗斜锆石，这需要磨制尽可能大或者多块薄片样品来增加斜锆石的发现几率。然而受扫描电镜视野范围限制，其在最小倍数下单幅面分布图的尺寸大小约1mm*1mm，无法覆盖整个薄片样品。对于地质上通用的一个薄片样品，在大面积面分布拼图的时候，因斜锆石的粒径太小(多小于30μm)，导致其在面分布图中不能被分辨出来。因此，本发明提供的方法先对大尺寸的薄片划分为合适的区域大小，然后逐一对每个子区域进行面分布拼图扫描，从而保证斜锆石的发现几率。

而且，扫描电镜可对样品表面材料的物质性能进行微观成像，扫描电镜能谱(SEM-EDX)面分布图能够对图像进行元素面分布，反映的主要是矿物主量元素的分布特征。

受扫描电镜视野范围限制，虽然最小倍数下单幅面分布图的尺寸大小约1mm*1mm，远远不能覆盖整个薄片样品，然而，能谱面分布图中的拼图能够自动完成整个区域的所有元素的面分布。同时，能谱点分析能够对矿物进行半定量成分分析，进而对矿物进行鉴别，诸如锆石(ZrSiO₄)相比于斜锆石(ZrO₂)在能谱点分析中应是多一个Si和二个O；聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)双束系统能够利用Ga离子刻蚀样品来进行位置标记。

实施例1

步骤一：取长白山新鲜的玄武岩样品2kg，利用SPQJ-300型切片机、MG-301型自动磨片机和ML-180型自动抛光机分别进行切割、磨制和抛光，然后粘在载玻片上，与载玻片一起制成10个薄片样品(先用一个样品，其余9个以此作为备用)。举例来说，可以制成长5厘米，宽2厘米，厚50微米的薄片样品，所述基性-超基性岩样品的尺寸小于载玻片的尺寸，但是不限于该尺寸。

可选地，可以将基性-超基性岩样品的两个表面都依次进行切割、粗磨、细磨、抛光，以便于将其与载玻片一起制成薄片样品，也方便后续的定位、制靶等。

步骤二：对薄片样品上的基性-超基性岩样品进行5个子区域平均平行划分，用记号笔标记好ABCDEF的位置。

步骤三：利用徕卡EM ACE200喷镀仪对薄片样品镀碳5nm厚。

步骤四：将镀好碳的样品一面朝上，用碳导电胶将其固定在样品台上，置于FEI Nova NanoSEM450扫描电镜样品仓内，抽真空，加上高压，选择加速电压15kV，Spot size为5，工作距离WD为6mm；在型号为X-MAXN80的牛津Aztec X射线能谱仪(EDX)中，设置区域1对角线两个点(A和B)的坐标位置，单幅图放大120倍以及像素1024，添加上目标Zr元素，进行该区域的大面积自动拼图；区域1完成之后，逐步对区域2，3，4，5进行该步骤相应的面分布图；逐一对以上5个区域输出其Zr元素面分布图，观察到了多个Zr元素峰。

步骤五：利用电镜导航技术，逐一回到Zr元素峰位置并在视野内放大该区域。

步骤六：选择EDX中Point ID进行点分析确认每一个出现的Zr元素峰是否为斜锆石矿物(ZrO₂)，排除掉其他可能的干扰信号而造成的假Zr峰，一共确认了3颗斜锆石。

步骤七：将该薄片样品移入到型号为Zeiss Auriga Compact的聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)双束系统中，在所找到的斜锆石附近利用Ga离子束进行切割，作位置标记。

步骤八：将薄片样品从FIB-SEM中取出，利用微钻钻取目标矿物斜锆石；重复以上步骤，一共在4片薄片中寻找到了19颗斜锆石。

步骤九：将所有钻取出来的斜锆石和Phalaborwa斜锆石标样一起制成环氧树脂标准靶，轻磨并抛光，即完成了SIMS U-Pb原位测年斜锆石样品的制备。

本发明的优点：

相比传统的粉粹过筛、摇床分选的方法，本发明提供的制备方法大大提高了斜锆石的挑选效率，样品用量大大减少，且无污染。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。