斜长石晶体中常发育丰富的成分和结构环带，被用来示踪结晶环境、岩石成因和热演化过程，其环带通常表现为微米尺度（10-100 μm），对于是否存在纳米尺度（10-100 nm）环带，目前尚不清楚。原子探针可给出纳米尺度（10-100 nm）不同元素原子的三维空间分布，并能进行定量分析，但原子探针技术主要在材料科学领域应用较多，在地球科学领域的应用起步较晚。
中科院地质与地球物理所矿产资源研究院重点实验室斑岩成矿系统学科组曹明坚副研究员在澳大利亚科廷大学访问交流期间，依托科廷大学John De Laeter研究中心的原子探针仪器（LEAP 4000X HR），与Steven Reddy教授合作，率先对广泛发育成分环带的菲律宾黑山斑岩铜矿成矿斑岩中的同一颗斜长石斑晶开展了微米和纳米环带研究（图1-图3），取得了以下新发现：
（1）斜长石核部和边部显示斜长石牌号（An）成分变化小的微米尺度环带（50-200 μm），成分为中长石（An38-48 mol%），幔部为An突变、成分相对均一的钡长石（An～80 mol%）熔蚀环带；培长石幔部发育纳米尺度的富Al-Ca和富Si-Na环带（25-30 nm）；
（2）基于与斜长石斑晶共生的角闪石研究，揭示斜长石斑晶形成于相对稳定岩浆房中（T=865℃-895℃，P=5.3-6.2 kbar，fO2=NNO+0.6-NNO+1.1，富水），指示斜长石微米尺度环带主要受控于内部晶体生长机制；
（3）通过对比晶体生长和元素扩散消失所需的时间，发现晶体生长（幔部→边部）的时间（14-1460天）远多于元素扩散消失的时间（~7天），表明纳米尺度环带形成于晶体生长后的出溶机制；
（4）斜长石内部微米和纳米尺度环带形成于不同阶段，通过扩散模拟计算，两类环带分别揭示了斑岩铜矿深部岩浆房缓慢冷却过程（>0.0005℃）及岩体就位时快速冷却过程（>0.26℃）。
图1 菲律宾黑山斑岩铜矿成矿岩石（闪长玢岩）矿物分布特征（a-c），测试斑晶电子探针（EMP）、激光剥蚀（LA）和原子探针分析位置分布，以及聚焦离子束FIB取样特征（d）
图2 菲律宾黑山斑岩铜矿测试斑晶BSE（a）、X-ray扫面（b-c）及剖面元素分布特征（d-i）显示微米尺度结构和成分分带
图3 菲律宾黑山斑岩铜矿测试斑晶原子探针分析Na和Ca原子三维分布特征及圆柱状剖面原子变化特征显示纳米尺度成分分带
上述成果系首例将原子探针技术应用与斑岩铜矿研究中，显示了该技术在运用纳米尺度矿物学研究示踪成岩成矿过程的巨大应用前景，拓展了原子探针在地球科学研究中的应用。
研究成果发表于American Mineralogist。（Cao M J, Evans N J, Reddy S M, et al. Micro-and nano-scale textural and compositional zonation in plagioclase at the Black Mountain porphyry Cu deposit: Implications for magmatic processes[J]. American Mineralogist, 2019, 104: 391–402. DOI: 10.2138/am-2019-6609）（原文链接）
