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近年来，对某些矿物的电子探针综合分析研究有了比较深入的开展，如对锆石、独居石、磷钇矿、金红石等矿物的研究。
锆石是各种岩浆岩、变质岩以及沉积岩中常见的副矿物，由于这些副矿物富含有放射性元素U、Th，它们是U-Pb同位素测年方法中的主要测量对象。多年来人们利用锆石测得了大量的U-Pb同位素年龄数据，提供了地史中各个地质时期的地层或热-构造事件的地质年代信息。随着研究工作的深入，发现许多试样中的锆石群常具有不同年代和不同成因，甚至在一个锆石晶体的核部和边缘，其年龄和成因都可能不同。传统的微量锆石U-Pb法可能给出混合的地质年代信息，即使应用单颗粒锆石测年，其数据的地质意义也可能具有多解性。目前国内外已越来越多地利用高灵敏高分辨离子探针(SHRIMP)或激光等离子体质谱法(LA-ICPMS)直接测量锆石内不同部位20～30μm微区的U-Pb年龄，研究微区内痕量元素的分布，以期更深入的研究这些矿物中所包含的地质年龄和地球化学的信息。但是，由于这些分析方法所需要的试样必须是厚样品，很难进行透射光下的显微镜观察，无法获得矿物颗粒内部的有用信息。事实上，由于这些矿物所经历的地质历史较长，各种地质作用都有可能在其结构中留下特定的痕迹，因此，观察、了解这些矿物内部不同部位的微区成分和结构变化特点对于矿物的发生、发展史的追溯及至年龄测量微区的选择有着非常重要的意义。以阴极发光技术和电子探针的多种分析手段对锆石矿物进行综合研究，为解决这一问题提供了最佳的途径，受到国内外的注目，这是微束分析技术中值得重视的一项研究。
阴极发光的发生是由于物质中有杂质元素的存在或晶体结构中如位错、空位和偏离化学计量比、结晶体中的无序、晶格破坏(如α衰变)等缺陷的存在而引起。锆石等矿物中常含有多种杂质元素和其他一些结构缺陷，因而通常具有较好的阴极发光。由于阴极发光的差异取决于矿物中的痕量元素的种类及含量，而痕量元素的地球化学特点恰恰表现在对地质环境变化的灵敏性上。因此，换句话说，阴极发光图像可以灵敏地反映矿物中痕量元素的变化特点，进而反映地质环境的变化。通过阴极发光图像的分析研究，在多数情况下可以初步了解锆石等矿物的发生、发展史。此外，由于在锆石等矿物的阴极发光图像上可以见到环带等使用其他方法不易见到的一些现象，当它同电子探针等其他传统分析方法相结合，并使用同位素和微区化学成分研究时，就能揭示出锆石在地质历史中的结晶过程或重结晶过程中的温度改变，冷却速率、流体或熔融物析出的细节，以及溶解和重熔等现象，为了解和研究锆石的发生、发展史及其母岩的形成演化历史乃至大地构造单元岩浆活动、变质作用和构造演化等地质问题提供极为有用的丰富的信息。锆石成为一个可以“阅读”的名副其实的地质历史的“存储器”。
在电子探针下研究阴极发光的优势是不仅具有较高的分辨率，有可能从小到1μm2的区域上进行锆石及其各种包体的观察和光谱测量，还能在理想的条件下，分析主量元素和低至μg/g级的杂质元素的含量，以分析其发光的可能原因。同时还可以把阴极发光的图像观察与透射光或反射光图像观察、背散射电子图像观察相结合，这不仅有助于阴极发光现象的解释和应用，还可以获得更多有关晶体的发生和生长的历史的信息。在对锆石进行测年分析前，这些研究可以为正确选择测年的方法，特别是在锆石的SHRIMP或LA-ICP-MS微区测年中选择合适的测年位置提供必要的帮助和指导;在获得同位素年龄数据后，也需要用这些研究所获得的认识来对年龄结果进行合理的解释。
以下结合几个分析实例说明方法的主要特点。
初步分析认为，图89.30中的锆石自形程度较好且具有规则的韵律生长环带，是一颗典型的岩浆结晶锆石;图89.31中的锆石的生长应该至少具有两个期次，其内核为保存完好的岩浆结晶锆石，外部具浑圆形，可能是后期变质增生的产物;图89.32是产自大别山榴辉岩中的锆石，其内核锆石的内部结构已被构造成面团状，外环部分可能是超高压变质作用的新生锆石。
图89.30 锆石的阴极发光图像和背散射图像
图89.31 锆石的阴极发光图像和背散射图像
图89.32 锆石的阴极发光图像和背散射图像
综上所述，可以为锆石的电子探针综合分析作如下结论:
从图89.30、图89.31、图89.32的几个电子探针下锆石的阴极发光(CL)图像和背散射电子(BSE)图像中我们可以看到，阴极发光图像的确能揭示出用其他方法很难获得的锆石内部的结构特点，较好地揭示锆石生长的多期次性，以使我们通过追溯锆石的成因历史来确定地质事件的发展历史。
由于电子探针中对平均原子序数灵敏度极高的背散射电子成分(COMP)图像(即BSE图像)，可以提供锆石的某些成分信息;而且在许多情况下，尤其是当某些锆石的阴极发光强度较弱时，背散射电子成分图像有可能比其阴极发光图像能更清楚地看到其内部结构的变化，并且其空间分辨率通常可比阴极发光图像好一个数量级，锆石中的裂隙和包体在背散射图像上也能更清楚地反映出来(如图89.30右、图89.31右、图89.32右)，因此，背散射电子图像也是锆石观测研究不可缺少的。通常，需要把两种图像结合起来进行研究，才能更好地揭示锆石的内部结构。
电子探针中的二次电子(SE)图像和背散射电子平面(TOPO)图像可以提供锆石表面的形态，包括表面磨光度、磨坑、裂缝、残余磨料等，这对于选择理想的测年分析区域是极为有用的。特别是在如何准确找到一个U-Th-Pb封闭区，避开因铅丢失而带来的测量误差方面有其独特的意义。此外，电子探针中的X射线图像还可以形象地观测锆石内部的元素分布特点。
电子探针常规的化学成分分析技术，包括X射线能谱定量分析技术等，可以方便快速地分析鉴定锆石中各种类型的包体及其成分特征，这些包体的不同组合和成分特征，正是探讨锆石成因的重要依据。如在对大别山西部河南罗山熊店的榴辉岩中锆石的研究中，发现锆石中含有许多金红石、硬玉、绿辉石、石榴子石、云母、石英、磷灰石等包体，结合阴极发光图像、背散射电子图像及SHRIMP测年分析，进一步证实了大别山加里东期的榴辉岩的存在，且其中锆石在300Ma左右又经历了一次后期的热液改造作用。
本方法具有电子探针分析的许多优点，如微区微量、简便快速、可同时获得多种信息、不损坏样品且费用较低等，阴极发光技术和电子探针分析的结合使这种方法具有得天独厚的优势，是一个分析研究锆石等矿物的内部结构、微区成分分布特点及其成因的最佳方法。这对于我国当前正在开展之中的锆石SHRIMP微区测年分析研究和许多重大的地质年代学问题的深入研究，将具有不可估量的重大意义。
本方法不仅适用于锆石，还将可以适用于独居石、磷钇矿、磷灰石、褐帘石、钍石和沥青铀矿等富含Th、U的测年矿物。由于这种方法能够提供上述如此丰富的信息，若能得到推广应用，必将解决更广泛的地质问题。
本章讨论了电子探针分析技术中最基本的问题。实际应用中还有一些至关重要的问题，如试样制备、标样选择与使用，试样的预观察等，读者可参考其他有关资料。
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本章编写人: 周剑雄 (中国地质科学院矿产资源研究所) 。
什么是锆石
锆石，亦称"锆英石"，日本称之为"风信子石"，英文名称为Zircon。其来源一说可能是在阿拉伯文"Zarkun"的基础上演变而来的，原意是"辰砂及银朱"；另一说认为是来源于古波斯语"Zargun"，意即"金黄色"。第一次正式使用"Zircon"是在1783年，用来形容来自斯里兰卡的绿色锆石晶体。
锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为"高型"、"中间型"、"低型"三种。锆石属四方晶系。晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形，集合体呈粒状。质纯者无色，含杂质者颜色为红、黄、蓝、紫、褐色等，最佳的颜色是无色透明的红色和蓝色。具金刚光泽，透明至半透明，条痕白色。折光率"高型"1.925-1.984，"低型"1.780-1.815。双折射率"高型"0.059，"低型"0.005。"高型"色散较强，为0.04。硬度"高型"7-7.5，"低型"6。密度"高型"4.6-4.8克/立方厘米，"低型"3.9-4.1克/立方厘米。具较强的脆性。紫外线照射下，"高型"锆石呈红色荧光。
按颜色可将高型锆石进一步划分为：无色、蓝色、红色、棕色、黄色、绿色锆石等。由于锆石的光泽强，色散度高，硬度较大，常用于制作钻石的代用品。已成为中低档宝石的佼佼者。
锆石与相似宝石的区别。锆石易与钻石、榍石、人造金红石相混。它们的区别是：钻石是均质体，在偏光镜中黑暗，硬度大；榍石、人造金红石的双折射率、色散度均比锆石高，往往出现"火彩"。
锆石的评价与选购。主要依据因素是颜色、净度、切磨的款式和重量。锆石的最为流行的颜色为无色和蓝色，以蓝色者价值较高。无色锆石：是宝石级锆石的最优质品种，因其色散度高，透明无色，常用做钻石的代用品。蓝色锆石：是锆石的优质品种，价值最高，以鲜艳的蓝色，透明无暇和高的色散倍受人喜爱。锆石性脆，硬度比钻石低的多，当做饰品佩带时必须小心。
在西方人看来，佩带红锆石可以起到催眠作用，可以驱走瘟疫，战胜邪恶。现今有些国家把锆石和绿松石一起作为"十二月诞生石"，象征成功和必胜。高型锆石是岩浆早期结晶的矿物，不含或少含放射性元素，对人体无害。世界上最著名的蓝色锆石，重208克拉，现珍藏于美国纽约自然历史博物馆。
