射线荧光光谱在地球化学调查中的应用评介
我国早在20世纪50年代中至70年代末的20多年间已对化探工作做了大量探索研究,不断取得新认识。20世纪80年代以后,在一系列国家计划(项目)的支持下,勘查地球化学才得以持续、快速发展,并逐步形成涉及更广领域应用的应用地球化学:这包括“区域化探全国扫面计划”(RGNR计划),新一轮国土资源大调查-多目标区域地球化学调查,区域生态地球化学评价和一系列全球地球化学填图计划等。在整个发展过程中,极大地推动了地质分析技术的发展[1-3],同时应该说也是现代分析技术成就了勘查和应用地球化学的发展与形成,其中XRF技术发挥了最重要的作用。
这类样品分析虽然是以痕量元素分析为主,但也提出了主次量元素数据的要求,特别是先后提出检测39个元素(化探)、52个元素,2项指标(多目标地球化学调查)和76个元素(国际地球化学填图)的技术要求,促使XRF分析技术迅速走向主、次、痕量多元素联测技术的研究与应用,并成为这些分析配套方法的重要成员[4-10]。这是继XRF主、次量元素全分析技术基本替代化学法之后,XRF技术在地质应用方面最重要的成果之一[11]。
XRF技术最突出的特点是制样简单、快速、经济、多元素同时测量、元素分析含量范围宽、对主、次组分的高精密度分析和XRF仪器的高自动化运行;最重要的特点是它属于无污染的“绿色分析”技术,具有广阔的应用前景[12-13]。这些技术特点决定了它在诸如化探和地球化学调查这样大规模样品分析中的优势地位。
本文将从全国化探扫面及39个元素分析配套方案,多目标与生态地球化学调查及54个元素分析配套方案,全球地球化学填图及76个元素分析配套方案,标准物质研制和标准方法形成等几部分评介XRF技术在这些标准方案的形成和执行过程中发挥的作用,取得的成果及意义。最后总结了XRF技术在地质分析系统工程中得到的启示和对未来发展的思考。
1 全国化探扫面及39个元素分析配套方案
1978年的“区域化探全国扫面计划”获得批准,其后,首先进行了一系列技术准备,包括:拟定工作方法规范、举办培训班、研究分析方法系统及质量监控方案、制备相应标准物质等。其中最重要的是提出了分析39个元素的目标和制定分析方案的指导原则:(1)痕量元素检出限须低于地壳丰度;(2)数据必须可在全球实验室对比;(3)以多元素分析方法为主体,其他方法作补充;(4)以标样监控分析质量并制定质量监控方案;(5)研制相应标准物质[2,14-15]。
但是,能否和如何实现目标则是分析技术问题。在原地质矿产部实验管理部门的组织协调下,地矿系统5个大区综合岩矿测试中心及各省中心实验室发挥了重要作用:根据指导原则,共同努力,历时6~7年,才使39种元素的多元素分析方案日趋完善。方案共启用8种方法,其中XRF承担主、次痕量24个元素(Al、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mn、Na、Nb、Ni、P、Pb、Si、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn、Zr),从而成为该分析方案的主体[16-18]。随着仪器性能的改善和技术方法的改进,XRF承担分析的元素数量不断增加,有些实验室XRF测定的元素数量达到32个。
据不完全统计,30多年来全国地质实验室仅分析测试化探样品就已达600余万件[19-20],取得2亿多39种元素的高质量数据,其中XRF数据即使按最初的24元素统计也不少于1.4亿。另有700多万km2的多目标地球化学调查样品和国际地球化学填图样品,也有近亿计的XRF数据。
2 多目标与生态地球化学调查及52个元素,2项指标的分析配套方案
自20世纪90年代,特别是2000年召开的31届国际地质大会[21]以来,地质为人类社会可持续发展服务的理念成为全世界地质人的共识,我国的地质工作也经历了资源与环境并重,基础性、公益性为主导的重大转变。在此形势下,“十五”期间启动了新的一轮国土资源大调查—多目标地球化学调查和生态地球化学评价。在全国化探扫面工作的基础上制定一系列调查与评价技术规范,包括《生态地球化学评价样品分析技术要求》、《生态地球化学评价样品分析外部检查质量控制暂行规定》等[3]。测试项目增加到54个(除化探扫面的39个外,增加Br、C、Ce、Cl、Ga、Ge、I、N、Rb、S、Sc、Se、Tl 共13种元素及有机碳Corg.和pH值两项指标),检出限和准确度等多项指标都有不同程度的提高。随后物化探研究所等根据中国地质调查局编制的《覆盖区多目标地球化学调查若干规定》及《多目标区域地球化学调查规范(1∶25万)》为依据,国内各实验室在区域地球化学勘查样品分析方法[22-23]的基础上,提出多目标地球化学填图54种元素(指标)配套分析方案[4-5,24]。其中XRF完成20项内容(Si、Al、Fe、Ca、K、Ba、Br、Cl、Cr、Ga、Mn、Nb、P、Rb、S、Sr、Ti、V、Y、Zr)。与全国化探扫面39个元素配套方案相比,XRF分析项目减少了9项(Co、Cu、La、Mg、Na、Ni、Pb、Th、Zn),增加了5项(Br、Cl、Ga、Rb、S)。该方案是在全国化探扫面及39元素分析配套方案基础上,根据多目标地球化学填图54种元素新要求,由各省和项目总体设计多方研究协商确定的总体方案,当然还要据各省区和不同图幅的具体要求和各自的仪器设备配置和性能作出调整。在这一方案中XRF所承担的测试项目经调整总数虽有所减少,但仍然是主导方法之一。