激光原位LA-MC-ICP-MS测定地质样品Sm-Nd同位素方法新进展

本文综述了近10年来激光原位LA-MC-ICP-MS测定地质样品Sm-Nd同位素测试技术的最新进展,着重介绍了同质异位素干扰校正的关键技术难点及校正方案。LA-MC-ICP-MS技术对轻稀土富集矿物可以获得可靠的~(147)Sm /~(144)Nd and~(143)Nd /~(144)Nd值,是当前进行地质样品激光原位Sm-Nd同位素测定的主要技术,配合矿物微区U-Th-Pb年龄测定和微量元素分析,可以对矿物的成因演化提供重要的制约参数。多元同位素体系(Sr-Nd-Hf同位素、U-Th-Pb年龄和微量元素)的原位微区联合测定,低含量地质样品(小于500μg/g)和高Sm/Nd值矿物(如磷钇矿Sm/Nd远远大于1,有时甚至达到10)的Sm-Nd同位素组成的准确测定是未来LA-MC-ICP-MS激光原位Sm-Nd同位素测定的主要发展方向之一,具有广阔的应用前景。     

柴达木盆地白钠镁矾的矿物学和稳定同位素特征

白钠镁矾是卤水演化过程中的次生硫酸盐矿物,含水蒸发盐矿物的镁等稳定同位素特征少有报道。实验选择柴达木盆地西部干盐湖钻孔SG-1中的白钠镁矾,对其进行了矿物学、结晶水氢氧同位素、镁同位素等的研究。柴达木盆地白钠镁矾的晶胞参数为a(nm)=0.553 76,b(nm)=0.824 7,c(nm)=1.111 7,β=100°45′。结晶水失水温度为135℃～180℃和200℃～298℃,Mg~(2+),Na~+和SO_4~(2-)含量分别为63.99×10~(-3)～82.8×10~(-3),134.33×10~(-3)～162.21×10~(-3),567×10~(-3)～641.62×10~(-3)。δ~(26)Mg为-1.163‰～-0.072‰,结晶水的δD为-12.10‰～3.72‰,δ~(18)O为13.07‰～15.34‰,浅部白钠镁矾的镁同位素及结晶水氢氧同位素值均比深部的值偏正,与研究区气候干旱化趋势一致,古湖水受到强烈的蒸发作用,Mg同位素的变化也具有环境指示意义。结晶水氢氧同位素线明显不同于大气降水线,也说明盐类矿物中氧同位素比该钻孔中石膏结晶水氧同位素明显偏正,说明白钠镁矾结晶水来源于大气降水,但受到强烈的蒸发作用影响。     

伊犁盆地蒙其古尔铀矿床黄铁矿成因特征及其对铀成矿作用的指示

蒙其古尔铀矿床是近年伊犁盆地内发现的规模最大的砂岩型铀矿床,为了研究该矿床成矿物质来源、成矿流体性质及成矿环境等问题,本文以该矿床中与矿石矿物沥青铀矿、铀石等密切共生的脉石矿物黄铁矿为研究对象,分别对该矿床中西山窑组和八道湾组砂岩中黄铁矿微量元素、稀土元素及硫同位素地球化学特征进行了系统分析。结果表明:黄铁矿的稀土元素表现为相似的特征,即LREE明显较HREE富集(La_N/Yb_N=4.27～9.82)、明显负铕异常(δEu=0.50～0.71)和基本无铈异常(δCe=0.93～1.04)的特征;微量元素中Co含量为2.1×10~(-6)～26.7×10~(-6),Ni含量为19.5×10~(-6)～79.30×10~(-6),Co/Ni比值为0.07～0.88,As含量为8.90×10~(-6)～95.60×10~(-6),相对于大陆地壳As平均含量富集;硫同位素组成具有相对宽泛的变化范围,δ~(34)SCDT为-17.30‰～3.90‰,极差为21.20‰。综合蒙其古尔铀矿床黄铁矿的稀土元素、微量元素和硫同位素组成特征,结合区内成矿地质背景,认为蒙其古尔铀矿床中的黄铁矿为沉积成因且形成于低温还原环境;黄铁矿中的硫主要源于具微生物成因特征的煤和沉积硫化物;在铀成矿作用过程中,黄铁矿和炭屑等有机质为铀成矿作用提供了发生氧化还原反应所需的还原剂。     

离子探针测试方法及其在矿物微区微量元素和同位素分析中的应用

离子探针能在单矿物颗粒内进行微区原位直接分析工作,主离子束斑大小可聚焦在5μm以内,可以检测到10^-9级的微量元素,同位素分析的精度高达1‰,在地球科学领域有着广泛的应用。详细叙述了离子探针的工作原理以及微量元素成分和同位素组成的测试方法,列举了其在天体化学和地球化学研究领域的主要应用,总结了一系列的研究成果,并首次公开发表离子探针微量元素测试技术研发工作中取得的一些实验结果。     

冈底斯南缘变形花岗岩锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成：新特提斯洋早侏罗世俯冲作用的证据

本文对产于冈底斯南缘一个变形花岗岩进行了主量元素、微量元素、原位锆石 LA-ICP-MS U-Pb 定年和锆石 Hf 同位素组成研究。结果表明,变形花岗岩为高硅(SiO_2=73.38%～76.06%)钙碱性岩系,K_2O/Na_2O=0.69～1.17,铝指数(A/CNK)=1.03～1.07,为弱过铝质岩石。变形花岗岩微量元素组成显示贫大离子亲石元素(e.g.Rb=47×10~(-6)～71×10~(-6))和高场强元素(e.g.Nb=1.3l×10~(-6)～3.09×10~(-6),Ta=0.23×10~(-6)～0.54×10~(-6)),具有岛弧型花岗岩的地球化学属性。变形花岗岩锆石 U-Pb 年龄为178±1Ma,该年龄代表岩浆结晶年龄。锆石 Hf 同位素组成显示ε_(Hf)(178Ma)值变化于 14.1～ 17.7,表明变形花岗岩岩浆来自初生地壳物质的部分熔融。变形花岗岩的岩石成因与新特提斯洋向欧亚板块南缘的俯冲消减作用存在联系,其岩浆结晶年龄反映了新特提斯洋发生俯冲消减的开始时代不晚于早侏罗纪,说明了新特提斯洋经历了较长时间的演化。     

白云鄂博矿床白云岩的Sm—Nd、Rb—Sr同位素体系

白云鄂博矿床的年龄和成因长期争论.本文报道了白云鄂博矿床白云岩及其组成矿物的Sm-Nd、Rb-Sr同位素分析结果.采自该矿床主、东矿等地的15个白云岩样品的Sm-Nd同位素分析结果呈现一条等时线,等时年龄1273±100(2σ)Ma,INd=0.510919士36(2d),MSWD1.01.全岩Rb-Sr同位素分析结果分散,不构成等时线.87Rb/86Sr0～2.092×100-2,87Sr/86Sr0.70341～0.70541.白云岩矿物的Sm-Nd同位素分析结果给予了与全岩类似的Sm-Nd等时年龄,t=1250士210(2σ)Ma,1Nd=0.510914±77(2σ),MSWD 0.56.白云鄂博矿床可能是中元古代末期大离子亲石微量元素略为富集地幔源区部分熔融岩浆活动产物.     

化探样品中微量铬的催化极谱测定

有关铬的催化极谱测定,自1963年以来,已有一些报导,但应用于矿物岩石中微量铬的测定,确存在有不少问题。高小霞教授提出的Cr(Ⅵ)—乙二胺(en)—亚硝酸钠体系,灵敏度较高,我们为了解决化探样品中微量铬的测定问题,研究了此体系。在实验中发现,在此体系中加入0.002％的明胶溶液后,波形变好,波高稳定,线性范围变宽。铬的浓度在2.8×10~(-3)—5×10~(-5)μg/ml范围内,峰电流和浓度呈良好的线性关系,可检出0.001 ppb的铬,30多种共存离子对测定无影响。根据实验结果,最好的底液是0.12M NaNO_2,1.8×10~(-3)M en,0.002％明胶溶液。初步应用于化探样品中微量铬的测定,结果令人满意。     

矿物岩石地球化学研究亮点速读

<正>Analytical Chemistry:在线氧校正NdO法高精度Nd同位素分析技术相比通过测定Nd+离子进行Nd同位素分析的方法,以NdO+离子测定Nd同位素的方法具有更高的灵敏度,特别适合微量样品的Nd同位素分析。但是,NdO+法需要将测定的NdO同位素比值进行氧校正换算为Nd同位素比值。传统方法是预先采用高纯Pr或     

水相中铋(Ⅲ)-碘化钾-乙基紫缔合反应的研究—分光光度法测定微量铋

在pH 3.0～4.5范围,水相中缔合物(EV)_2[BiI_5](λ_(max)=540nm)同试剂(λ_(max)=650nm)有较大的对比度。在完成缔合后的体系中加入适量酸,过量乙基紫阳离子质子化使对比度、灵敏度增高。用于微量铋的测定,0～24μg/25ml范围符合比尔定律,表观摩尔吸光系数为2.05×10~5。用于样品分析结果满意。     

离子色谱法测定岩石,土壤,水系沉积物等样品中的氯,溴,碘

本文采用碳酸钠一氧化锌烧结法分解样品,利用DIONEX2020i离子色谱仪,电导、电化学检测器,建立了一测定岩石等样品中氯、溴、碘的分析流程。实验表明,本方法选择性好,灵敏度高,检出限分别为:氯1.03×10~(-6)、溴0.012×10~(-6)、碘0.014×10~(-6)。     

催化示波极谱法测定矿石中微量砷

微量砷在0.24N H_2SO_4—2×10~(-5)M邻菲哕啉—0.1％硫酸钴体系中可产生一灵敏催化波。线性范围0.4～20ppb,检出下限0.05ppb,峰电位-1.25伏(VS.S.C.E)。经巯基棉分离富集,常见离子均不干扰,可适用于矿物岩石及组成较为复杂的样品中微量砷的测定。     

双波长分光光度法测定微量银的研究

本文用双波长分光光度法研究了Ag-5-Br-PADAP-柠檬酸-十二烷基硫酸钠多元显示体系。实验表明,该体系的显色适宜酸度为pH5.5,测量波长为532nm,参比波长为356nm。表观摩尔吸光系数为1.26×10~5l·mol~(-1)·cm~(-1),灵敏度比单波长提高近两倍。银量在0～20μg/25ml内符合比耳定律。方法简便快速,灵敏度高,适用于地质样品中微量银的测定。     

电感耦合等离子体质谱法测定铅合金中的微量杂质元素镉和锡

铅合金中的镉和锡由于含量较低,国家标准方法均为单一元素分析,步骤繁琐,检出限高,难以达到理想的检出要求。本文建立了应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定铅合金中微量级(μg/g级)杂质元素镉和锡的分析方法。采用单一的低浓度硝酸溶解铅合金,用低温慢溶的方式使样品溶解更加完全,减少了多离子对仪器的干扰;通过铅基体匹配和加入酒石酸保证了标准与样品介质的一致性,同时避免了锡的水解;以~(103)Rh作为内标元素,~(111)Cd和~(118)Sn作为测量同位素克服了质谱干扰。方法检出限为镉0.05 ng/g、锡0.04 ng/g,比国家标准方法的检出限(1~6μg/g)低,精密度小于4%。该方法试剂用量少,减少了处理样品的复杂性,实现了合金中微量级元素的准确测定。     

东准噶尔石炭系火山岩的形成机制及其对准噶尔洋盆闭合时限的制约

扎河坝石炭系火山岩出露于东准噶尔扎河坝蛇绿岩带北侧的上石炭统巴塔玛依内山组地层内,主要为玄武岩及玄武安山岩,Mg~#介于64～73,中等的TiO_2(＜0．85%)和Al_2O_3(13．75%～16．88%)含量,相对低的CaO(4．51%～7．28%)和FeO~T(5．82%～7．71%)含量,显示初始岩浆特征。样品富Na(Na_2O/K_2O＞1),具有较高的全碱含量(K_2O+Na_2O)=4．4%～7．1%)。样品富集大离子亲石元素(LILE),相对亏损高场强元素(HFSE),具有较低的Nb含量(0．8×10~(-6)～2．6×10~(-6))和明显的Nb-Ta负异常,显示典型的消减带岩浆特征。样品显示微弱的轻稀土富集(La/Yb)_N=1．0～2．1,无明显的重稀土分馏(Gd/Yb)_N=1．1～1．3,无明显的铕异常(δEu=0．94～1．08)及铈异常(δCe=1．00～1．06)。此外,样品具有较高的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i(0．705282～0．705420)和ε_(Nd)(t)值(+6．59～+7．58)。上述特征与样品低的Th及Pb含量(Th＜0．55×10~(-6),Pb＜3．52×10~(-6))和较高的Ce/Pb比值(4～79)可以排除陆壳混染,说明其形成于消减带环境。样品较高的Ce/Th(18～32),Ce/Pb,Ba/Rb(21～76)和Ba/Th(＞179)比值,ε_(Nd)(t)值接近亏损地幔,并缺乏明显的负铈异常,说明源区没有明显的消减沉积物加入。样品的微量元素特征及Sr-Nd同位素组成说明其形成于热液交代的洋壳俯冲脱水使上覆地幔楔部分熔融。而样品相对贫Pb的特征,可能与源于高温角闪岩相俯冲板片特殊的贫Pb流体有关。这套火山岩说明东准噶尔晚石炭世仍存在洋内的消减俯冲环境,准噶尔大洋的闭合应当发生在晚石炭世之后。     

西秦岭新生代钾霞橄黄长岩的地球化学及其岩浆源区性质

西秦岭礼县地区新生代钾霞橄黄长岩具有贫SiO_2和Al_2O_3,富CaO、Mgo、TiO_2及K_2O Na_2O的特征,矿物组合中除橄榄石、辉石外,普遍含有霞石、黄长石、白榴石和磁铁矿等矿物。火山岩的∑REE为97.82×10~(-6)～639.1×10~(-6)。岩石以强烈富集大离子亲石元素(LILE,如Rb、Ba、K、Sr)和高场强元素(HFSE,如Nb、Th、Ta、P、Zr、Hf等)为特征具有Pb和Ti的负异常。火山岩具有相对高的~(143)Nd/~(144)Nd比值(0.512007～0.512130,ε~(Nd)= 3.4～ 5.8)和相对低的~(87)Sr/~(86)Sr比值(0.703374～0.704726)。~(206)Pb/~(204)Pb、~(207)Pb/~(204)Pb和~(208)Ph/~(204)Ph的比值范围分别为18.088～19.112,15.476～15.626和38.071～39.680。岩石的微量元素和Sr、Nd和Pb同位素特征显示其与洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征相似。源区组成显示了亏损地幔端元DM、HIMU端元和富集地幔端元EMII这三种地球化学端元混合的特征。     

激光能量密度对LA-ICP-MS分析数据质量的影响研究

LA-ICP-MS分析矿物元素含量时激光能量密度会影响样品的剥蚀速率,从而影响测试过程的信号强度。激光能量密度变化对测试数据精确度的影响,以及不同天然矿物对激光能量密度的响应尚需进一步明确。本文测定了不同莫氏硬度天然矿物可稳定剥蚀的最小激光能量密度,评估了193nm ArF准分子激光系统中能量密度对地质标准样品(NIST SRM614、USGS BCR-2G、USGS GSC-1G)和天然矿物测试数据质量的影响。研究结果表明:①稳定剥蚀石英和萤石所需的最小激光能量密度为4～5J/cm~2,低于前人的报道值(10J/cm~2),而稳定剥蚀其他矿物(如滑石、磷灰石、刚玉等)所需的最小能量密度一般在1～2J/cm~2;②不同激光能量密度剥蚀条件下,标准样品中大部分微量元素测试结果与推荐值的相对误差小于20%,相对标准偏差(RSD)小于10%,而天然矿物中含量1μg/g的大部分微量元素测试数据的RSD小于20%;③在一定范围内,激光能量密度越大,数据平均相对误差越小,整体质量更好。     

医巫闾山变质核杂岩核部晚中生代花岗岩成因及地质意义

位于华北克拉通北缘的医巫闾山变质核杂岩是中生代东北亚大陆大规模伸展变形的一个代表。本文在系统收集该区已有数据的基础上,对医巫闾山变质核杂岩核部晚中生代花岗岩的主量元素、微量元素以及Sr-Nd同位素进行了测试分析和特征总结,进而讨论其成因及地质意义。研究结果显示,医巫闾山花岗岩主要为一套由黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩等组成的杂岩体,总体上富硅(SiO_2=61.17%～75.21%)、富碱(K_2O+Na_2O=7.34%～9.03%),呈准铝质-过铝质(A/CNK=0.96～1.08),属于高钾钙碱性,与I型花岗岩特征相一致;大部分花岗岩具有弱的负Eu异常(δEu=0.71～1.63),富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr)和轻稀土元素,亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti)和重稀土元素,高Sr(308×10~(-6)～1 414×10~(-6),平均709×10~(-6)),低Y(3.17×10~(-6)～13.30×10~(-6),平均7.86×10~(-6))和Yb (0.45×10~(-6)～1.32×10~(-6),平均0.78×10~(-6)),具有埃达克质岩的特征;同位素分析结果显示,早期同侵位花岗岩具有变化较大的(~(87)Sr/~(86)Sr)i值(0.695 966～0.707 869)和较低的εNd(t)值(-21.72～-18.32),表明其物源为古老地壳,应是加厚下地壳在区域伸展减压背景下部分熔融的产物,晚期变形后侵位花岗岩的(~(87)Sr/~(86)Sr)i值为0.705 909～0.706 774,_εNd(t)值为-20.60～-16.99,与晚中生代华北克拉通伸展减薄相关。     

矿物微-纳尺度硫同位素分析及在东营凹陷油气成藏的应用示范

黄铁矿等硫化物离子探针硫同位素分析已经广泛应用在成矿机理、古环境重建、大气环境硫源示踪及行星演化等研究中。纳米离子探针(CAMECA Nano SIMS 50L)的使用将硫化物硫同位素分析空间分辨率提升到微纳尺度(1μm～100nm),实现了分辨率1～2μm、精度0.5‰(1SD)的硫同位素点分析方法,分辨率100nm、精度1‰的硫同位素图像分析方法。为了进一步优化分析流程拓展纳米离子探针硫同位素的应用,本文系统比较了纳米离子探针微纳尺度硫同位素点分析方法、图像分析方法的各自特点及分析流程;并以东营凹陷北带沙四段黄铁矿为研究对象,联合采用了纳米离子探针硫同位素点分析和硫同位素图像分析手段,对黄铁矿微细结构进行分析,从而揭示了储层中黄铁矿成因及其油气成藏的指示意义。     

云南建水普雄铌稀土矿床微量和稀土元素地球化学特征

云南建水普雄铌稀土矿床是近年来发现的一处大型铌稀土多金属矿床,产于霞石正长岩和碱性正长岩组成的长岭岗碱性岩体的风化壳中,累计探明铌资源量超过5.7×10~7 kg,总稀土资源量超过47×10~7kg。目前,对该矿床的研究主要集中在矿物学特征和找矿勘查技术上,在矿床地球化学研究方面,仅限于部分成矿元素(如铌和稀土等)的基本分析上。本次工作在深入的野外观测基础上,对具有代表性的12号勘探线64号钻孔进行了系统取样(24件)和高精度微量、稀土元素含量分析。结果显示,微量元素与上地壳元素平均含量相比,全部样品Li、Ga、Nb、Sb、Cs、Pb、Th和U等有不同程度富集;稀土元素相对球粒陨石也均有不同程度富集,但稀土总量变化范围较大,总体上表现为全风化层样品(∑REE介于1046×10~(-6)～9154×10~(-6))高于粘土层(630×10~(-6))和半风化层样品(163×10~(-6)～1369×10~(-6)),表明成岩作用和风化过程导致了这些元素的不同程度富集。此外,全部样品的轻稀土总量和重稀土总量比值较大,轻稀土元素和重稀土元素间分异明显,∑LREE/∑HREE=20～58,(La/Yb)N=25～143,轻稀土元素内部分异((La/Sm)N=11～26)较重稀土元素内部分异明显((Gd/Yb)N=1～6),表明稀土元素发生了不同程度分异和富集。全部样品Eu负异常明显(δEu=0.5～0.7),Ce异常显著,正、负异常均有(δCe=0.1～3.8),表明成岩作用和风化过程没有导致Eu异常改变,但对Ce异常产生了显著影响。综上,普雄铌稀土矿床富集多种三稀(稀有、稀土和稀散)元素,成岩作用和风化过程共同导致了三稀元素不同程度分异和富集。     

大别山沙村和椒子岩基性-超基性岩锆石U-Pb定年、元素和碳氧同位素地球化学研究

对大别山北部沙村和椒子岩基性 -超基性岩进行了锆石U Pb定年、全岩主量和微量元素分析 ,全岩和单矿物氧同位素分析以及全岩碳含量及其同位素组成的测定。结果表明 ,这些基性 -超基性岩表现出强烈的轻稀土富集 ,高场强元素 (Nb ,Zr和Ti)负异常以及Pb和Ba正异常。锆石U Pb年龄指示了早白垩世 (12 2～ 12 8Ma)的岩浆结晶年龄 ,但是在 10 5～ 116Ma期间受到了热液蚀变。全岩和单矿物氧同位素比值变化较大 (全岩 :1.1‰～ 6 .6‰ ,单斜辉石 :3.85‰～5 .7‰ ,斜长石 :2 .8‰～ 7.3‰ ,锆石 :3.85‰～ 6 .0 4‰ ) ,大多数锆石具有与正常地幔锆石 ((5 .3±0 .3)‰ )不同的δ18O值 ,部分样品矿物对之间保存了氧同位素平衡分馏 ,而部分样品则表现出明显的氧同位素不平衡分馏 ,指示它们受到了岩浆期后亚固相水 -岩相互作用的扰动。全岩碳含量和同位素组成具有较大的变化范围 ,分别为 0 .0 3%～ 0 .18% ,δ13 C值为 - 2 7.0‰～ - 5 .8‰。将这些中生代基性 -超基性岩的元素和同位素数据与大别 -苏鲁榴辉岩比较后发现 ,它们之间具有较为一致的地球化学特征 ,因此可能具有一定的成因联系。这些榴辉岩的原岩为基性火成岩 ,对应于扬子板块北缘与新元古代裂谷构造有关的岩浆活动。古老富集岩石圈地幔及其上覆地壳部分