铜镍硫化物铼-锇标准物质定值的溯源性讨论及总不确定度评估

对按国家一级标准物质技术规范研制的铜镍硫化物Re-Os标准物质定值的溯源性及其总不确定度进行讨论与评估。铜镍硫化物标准物质样品采用Carius管溶解,高精度的TRITON同位素质谱仪、MAT-262热电离质谱仪、四极杆等离子体质谱仪、多接收器等离子体质谱仪和高分辨四极杆等离子体质谱仪测量Re、Os含量和Os同位素比值,其中Re-Os含量可以溯源至基准物质,而187Os/188Os同位素比值可以溯源至国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)。在定值数据误差计算时,采用国际通用的ISOPLOT软件利用加权的方法对数据进行处理;在合成总不确定度时,考虑了物质的均匀性和稳定性,同时考虑了稀释剂标定和同位素丰度以及称量误差等影响测定因素的不确定度。标准值的不确定度由三部分组成:第一部分是通过所有参与定值数据,采用ISOPLOT软件,利用加权的方法对数据进行计算处理得到的不确定度;第二部分是物质的均匀性和稳定性的不确定度;第三部分是影响测定其他因素的不确定度。     

石灰岩铼-锇同位素分析方法研究及应用初探

针对石灰岩样品Re-Os同位素分析,在选样和溶样方法上进行了改进,在Carius管封闭前加入HCl与石灰岩反应释放出大量CO2,然后加入氧化剂和稀释剂封闭Carius管溶解样品,大大增加了样品取样量。利用改进的方法对采自青海玉树地区二叠世九十道班组底部的灰黑色微细晶灰岩的Re-Os同位素体系进行了分析测定,得到了精确的沉积年龄(283.1±7.1)Ma(MSWD=0.61,Model1,n=7)。187Os/188Os同位素初始值为0.56±0.12,与二叠纪时海水的187Os/188Os值相一致,反映了石灰岩沉积时海水的187Os/188Os比值。所得石灰岩年龄与其中的生物化石年龄相吻合,并且与区域上岩浆岩锆石年龄相互印证,表明Re-Os同位素体系在该石灰岩中的封闭性较好。通过石灰岩中有机碳含量以及其中Re、Os含量关系研究,得出了Re、Os在灰岩中主要赋存于有机质中的结论。从原理上解释了Re-Os同位素体系在灰岩中的应用具有十分广泛的前景。     

微量地质样品铼锇含量及其同位素组成的高精度测定方法

报道了采用新型IsoProbe—T热电离质谱计测定Os含量及其同位素组成和Neptune多接收器等离子体质谱仪（MC—ICPMS）测定Re含量的分析方法。样品化学处理采用Carius管溶样、小型蒸馏法分离和微蒸馏法纯化提取Os以及阴离子树脂交换分离Re的方法。采用IsoProbe—T质谱计测定Os同位素组成具有灵敏度高和精度高的特点。对溶液标样，采用多法拉第接收器系统测定Os总量低至0．2ng的样品时，平均^192Os^16O3-离子流强度可达100mV以上并可维持约20min，其^187Os／^188Os同位素比值的测定精度可优于0．1％（1RSD）。采用所建立的化学分离流程和高精度质谱测量方法，测定了铂族元素橄榄岩标样WPR-1中Re、Os含量和Os同位素组成，测定结果与文献报道值在误差范围内吻合。     

云南白马寨铜镍硫化物矿床Re-Os同位素定年及其地质意义

采用 Carius 管溶矿、蒸馏法分离 Os、丙酮萃取 Re 和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联合测定法,对云南白马寨岩浆岩型铜镍硫化物矿硫化物矿石进行了 Re-Os 同位素精确定年,得出其等时线年龄为259±18Ma(MSWD=0.028),~(187)Os/~(188)Os 初始值为0 455±0 024,相当于γ(Os(t)为 263。硫化物矿石 Re/Os 比值为11.56～21.04。研究结果显示,白马寨铜镍硫化物矿床成矿时代与峨眉大火山岩省主喷发期基本同时,其物质来源属壳-幔混合来源,壳源 Os 的加入量约为30%左右。     

高温密闭溶样电感耦合等离子体质谱准确测定辉钼矿铼-锇地质年龄

采用Carius管高温密闭溶样,电感耦合等离子体质谱(ICP MS)法对采自两个不同金属矿床的辉钼矿样品的Re Os同位素地质年龄进行了准确测定。所得出的Re Os年龄的平均值分别为14.26±0.19Ma和34.39±0.81Ma,相对标准偏差分别为1.3%(以2s计算,n=6)和2.4%(以2s计算,n=7)。采用国际通用的ISOPLOT软件按Model1模式对这两组样品分别进行处理,所得Re Os等时线年龄分别为14.32±0.46Ma和34.52±0.38Ma(均为95%置信水平)。同批次样品中所带的内部管理样JDC的Re Os年龄与国际先进实验室采用负离子热表面电离质谱测量所得的结果吻合也较好。说明在严格的质量体系保证及有效地降低实验室空白水平的前提下,ICP MS完全可以准确地测定辉钼矿的Re Os年龄。     

利用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)测定镁铁-超镁铁质岩石中的铼-锇同位素组成

报道了用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)测定Re-Os同位素组成的质谱方法和化学分离方法,并应用该方法测定了天然镁铁-超镁铁质岩石样品中的Os同位素组成及Re、Os含量.Re同位素组成的MC-ICPMS测定利用膜除溶雾化器(Aridus)和静态法拉第杯接收的方式完成,采用Ir标准溶液在线校正仪器的质量分馏.Os同位素组成的MC-ICPMS测定采用常规雾化器和离子计数器静态接收的方式完成,并用10%的HCl-EtOH和10%的HCl溶液交替清洗进样系统来消除Os的"记忆效应".岩石样品的Re和Os化学分离采用Carius管溶样法,结合CCl4萃取以及微蒸馏的方法分离纯化Os,利用阴离子交换树脂的方法分离纯化Re.运用上述方法,对6个镁铁-超镁铁质岩石样品中的Re、Os含量和187Os/188Os同位素比值进行了测定,获得了理想的分析结果.     

Re-Os同位素稀释N-TIMS测定计算方法

为了更好地实现Re-Os同位素实验室之间数据比对,本实验室在了解国内外部分实验室的数据处理方法的基础上,提出了本实验室的N-TIMS Re、Os同位素计算方法。本文所涉及到的Re、Os同位素计算方法包括氧同位素干扰校正、Re同位素比值和含量计算、Os同位素测定质量分馏校正方法、三峰法和全峰法Os同位素比值和含量计算、测定结果的不确定度、Isoplot作图基本参数介绍和相关系数Rho的计算。对于辉钼矿和普通Os信号弱(~(187)Os/~(188)Os2000)的样品适合采用三峰法计算Os同位素比值,普通Os信号强(~(187)Os/~(188)Os2000)的样品应该采用全峰法计算同位素比值。在全峰法计算中,按照指数分馏规律以迭代计算方式校正Os同位素比值的质量分馏,采用5iso方法进行样品中Os和稀释剂中Os的摩尔比(N_(5iso)/S)_(Os)的计算。     

镁铁-超镁铁岩铼-锇同位素体系分析方法

通过试验建立了镁铁-超镁铁岩Re-Os同位素体系分析方法，包括Re-Os的化学分离纯化流程，Re同位素比值的电感耦合等离子体质谱测量方法和Os同位素比值的负离子热电离质谱测量方法。化学流程包括Carius管溶样，小型蒸馏分离Os，微蒸馏纯化Os，阴离子交换法分离、纯化Re。用该流程测定了汉诺坝幔源橄榄岩、辉石岩捕虏体和大别山饶拔寨超镁铁岩样品的Re、Os含量和Os同位素比值。     

苏皖地区幔源橄榄岩捕瞄虏体的锇同位素组成、模式年龄及其意义

苏皖地区发育的新生代玄武岩中富含地幔橄榄岩捕虏体，测定了25个橄榄岩全岩的锇同位素组成。结果表明大部分样品呈亏损特征,187Os/188Os=0.119～0.129.Os同位素比值与主量成分之间有显著的相关性.采用187Os/188Os-Al2O3代用等时线方法,由截距得到初始值(187Os/188Os)0=0.109,在对流地幔的187Os/188Os比值演化线上获得模式年龄t=2.5(±0.1)Ga,为晚太古-早元古代。用样品组中最低的锇同位素组成,即187Os/188Os=0.119,计算Re亏损模式年龄,t=1.2Ga,为中元古代。表明苏皖地区新生代玄武岩中的地幔橄榄岩捕虏体具有古老的形成年龄,它们是经过显生宙减薄作用后的残余地幔的碎片。大陆岩石圈地幔的古老形成年龄与上覆地壳克拉通的古老稳定年龄相耦合。     

湖南鲁塘石墨矿Re-Os同位素研究

石墨具有较高的Re、Os含量,可望成为理想的Re-Os同位素测年对象,但迄今国内外研究较少,尤其在煤层经变质作用形成石墨过程中,其中Re-Os同位素体系的变化还有待研究。湖南鲁塘石墨矿是我国典型的隐晶质石墨矿床之一,矿体产于二叠系龙潭组煤系地层中。本文采用Carius管逆王水溶解样品,直接蒸馏、微蒸馏分离纯化Os,丙酮萃取法分离富集Re,热表面电离质谱法对鲁塘矿区石墨样品以及外围原煤进行了Re-Os同位素分析。结果表明:鲁塘石墨的Re含量为0.901~9.794 ng/g,Os含量为7.3~189.5 pg/g,Re-Os同位素等时线年龄为155.6±3.6 Ma,该年龄与鲁塘石墨矿东侧骑田岭岩体第二阶段中粒黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄153~157 Ma一致,表明了龙潭组煤层受到骑田岭岩体"烘烤"作用,发生热接触变质作用,使得靠近骑田岭岩体原煤变质为石墨,形成石墨矿床。通过对比石墨、原煤和骑田岭岩体Re、Os含量及比值,发现石墨中的Re、Os主要来源于原煤,并根据石墨Re-Os等时线初始(187Os/188Os)i值(0.686±0.032),推测骑田岭岩体在侵入煤系地层过程中,有少量具有较低187Os/188Os值的Os被碳质吸附。     

羌塘盆地胜利河海相油页岩地球化学特征及Re-Os定年

地球化学资料表明,羌塘盆地胜利河海相油页岩有机碳含量为15.05%～20.34%,平均为17.695%,灰分含量为55.23%,焦油含量为11.0%;干酪根类型为Ⅱ1或Ⅱ2型。利用Re-Os同位素对该油页岩层进行定年,得到的等时线年龄为101±24Ma。该等时线年龄比生物地层所获得的地层年龄年轻。     

班公湖MOR型蛇绿岩Re-Os同位素特征对班公湖-怒江特提斯洋裂解时间的制约

西藏北部班公湖MOR型蛇绿岩主要由角砾状的地幔橄榄岩和玄武岩组成,其中地幔橄榄岩主要是低Cr#尖晶石相含单斜辉石(Cpx)方辉橄榄岩和少量不含Cpx的方辉橄榄岩,玄武岩具有MORB地球化学特点。岩石地球化学特征和二元混合模拟计算表明,含Cpx方辉橄榄岩是由较为亏损的方辉橄榄岩与玄武质熔体发生反应再富集形成的,玄武质熔体和方辉橄榄岩的混合比例为1∶9至1∶4。9个含Cpx方辉橄榄岩样品(含5个重复测试样)的Re和Os含量分别为0.19×10-9~1.49×10-9和2.91×10-9~5.40×10-9,187Re/188Os变化范围为0.169±0.009(2σ)~1.833±0.183(2σ),187Os/188Os变化范围相对较小,介于0.121 13±0.000 44~0.128 53±0.000 36(2σ)之间。含Cpx方辉橄榄岩的Re-Os参考等时线年龄为254±28 Ma。由于不同比例熔体的加入造成橄榄岩具有不同的Re/Os比值,因而不同含Cpx方辉橄榄岩样品具有不同187Os/188Os比值。样品的Re含量与烧失量中的H2O没有相关性,说明蛇纹石化对样品Re-Os体系的影响可以忽略,Re-Os同位素体系在低温地质作用下能够保持相对封闭。参考等时线年龄可能代表亏损方辉橄榄岩与玄武质熔体发生反应的时间,即含Cpx方辉橄榄岩的形成年龄,它表明在该时期特提斯洋经历了一次构造热事件。这一构造岩浆热事件的时间与早期定义的班公湖-怒江特提斯洋的裂解时间晚二叠世至早三叠世较为一致,推测本文MOR型蛇绿岩地幔橄榄岩的Re-Os同位素年龄可能代表班公湖-怒江特提斯洋开始裂解的时间。     

Carius管直接蒸馏快速分离锇方法研究

建立了Carius管直接蒸馏快速分离锇的方法。采用一次性的常规硅胶管和细聚四氟乙烯管来封闭Carius管及作为通气管,将常规的把样品溶液转入蒸馏瓶中进行蒸馏的方法改进为从Carius管内直接蒸馏分离锇,简化了实验流程,缩短了锇的分离时间,同时节省了大量清洗蒸馏器皿的时间及清洗试剂。用电感耦合等离子体质谱法测定铼-锇同位素的模式年龄,结果表明,通气流量为30~80 mL/min时,蒸馏30 min,对铼-锇定年标准物质GBW04435(HLP)的7次测定平均值为(221.3±0.4)Ma,标准物质GBW04436(JDC)的2次测定平均值为(139.7±0.2)Ma,分别与模式年龄的标准值(221.4±5.6)Ma、(139.6±3.8)Ma在不确定度范围内一致。方法具有批量分析样品铼-锇同位素的应用前景。     

半封闭硝酸溶解体系ICP-MS快速测定辉钼矿的Re-Os年龄及Re含量

Re-Os法能够直接厘定内生金属矿床成矿时代,但是封闭Carius管法化学流程复杂,且有一定的危险性。本文建立了一种简便快速测定辉钼矿Re-Os年龄及其Re含量的方法。用3 mL浓硝酸在10 mL比色管中溶解5~15 mg辉钼矿样品,将溶液中的钼酸沉淀分离后稀释定容,直接采用质谱测量187和185质量数比值(M187/M185)。利用辉钼矿Re-Os年龄标准物质JDC和HLP的M187/M185值与其年龄的正相关线性关系计算未知辉钼矿样品的Re-Os年龄,并通过¹⁸⁵Re计数利用相对法计算Re含量。本方法应用于测量13.26~2130 Ma的辉钼矿,Re-Os年龄的测定值与推荐值的相对偏差多数在0.36%~7.42%之间,由于放射性积累较多,长年龄样品测量的准确度较高。与传统Carius管法相比,该方法不需要加入稀释剂,省去了封闭和打开Carius管环节以及Re-Os分离纯化流程,适合于辉钼矿Re-Os年龄的初步分析。     

Pt-Os and Re-Os systematics of the Sudbury Igneous Complex, Ontario

We measured by negative thermal ionization mass spectrometry (NTIMS) Re, Os and ¹⁸⁶Os/¹⁸⁸Os and ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os in 26 samples of 18 Ni-Cu sulfide ores from the Falconbridge, McCreedy West, and Strathcona mines at Sudbury, Ontario. At McCreedy West and Falconbridge, the isochron Re-Os ages are 1835 ± 70 Ma and 1827 ± 340 Ma, and the initial ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratios 0.514 ± 0.019 and 0.550 ± 0.024, respectively. The ages agree with the canonical value of 1850 ± 1 Ma for the Sudbury Igneous Complex (SIC). For Hangingwall and Deep Zone ores at Strathcona, the age of 1780 ± 7 Ma may reflect resetting by dyke activity. The high initial ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os of 0.934 ± 0.005 in these ores is distinct from those at McCreedy West and Falconbridge. Strathcona Deep Copper Zone ores have highly radiogenic Os giving a mean model age of 1883 ± 54 Ma that is similar to ages at McCreedy West and Falconbridge, but distinct from other Strathcona sulfides. Initial ¹⁸⁶Os/¹⁸⁸Os in two Strathcona ores with low ¹⁹⁰Pt/¹⁸⁸Os average 0.119 826 ± 0.000 009 (n = 3) and 0.119 827 ± 0.000 004 (n = 3), respectively, with a grand mean of 0.119 827 ± 0.000 003. This ratio may be slightly lower than the chondritic value at that time. Similar ores at Falconbridge and McCreedy West show more scatter, averaging 0.119 855 ± 0.000 008 (n = 6) and 0.119 867 ± 0.000 020 (n = 3), respectively. These values are substantially suprachondritic. The Re-Os isotope systematics of Sudbury ores are clearly of crustal origin and may be derived from a binary mixture of Superior Province and Huronian metasedimentary rocks, with Strathcona, Falconbridge, and McCreedy West ores containing, respectively, 55%, 16%, and 12% of Os from Superior sediments. The suprachondritic ¹⁸⁶Os/¹⁸⁸Os at McCreedy West and Falconbridge may be due to admixture of Archean or Paleozoic mafic rocks with ¹⁹⁰Pt/¹⁸⁸Os ≈ 0.1. No trace of the asteroid that produced the Sudbury Structure has been reported. At the Whistle mine S-poor olivine melanorite inclusions with high Ni and Os and low ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os may contain the signature of a magmatically fractionated asteroidal core contributing 1 to 2.5 % metal. The S-poor melanorite Ni and Os data are equally well explained by admixture of ≈40% mantle peridotite, however.     

A Method for Rapid Determination of Re and Os Isotope Compositions Using ID‐MC‐ICP‐MS Combined with the Sparging Method

A simple, rapid method for the determination of Re and Os concentrations and isotope compositions using isotope dilution multi‐collector inductively coupled plasma‐mass spectrometry (ID‐MC‐ICP‐MS) combined with Carius tube digestion and sparging introduction of Os was developed. For Os measurement, four channeltron ion counters to detect different Os isotopes were used simultaneously, which led to a drastic reduction in the measurement time. Rhenium isotopes were measured by means of eight Faraday cups with solution nebulisation and an ultrasonic membrane desolvator. The representative ¹⁸⁸Os count rate of an Os standard solution containing 50 pg of total Os was approximately 110000–120000 cps at the onset of measurement; the Re intensity of our in‐house 10 pg g^?1 standard solution reached 1820 V/μg g^?1 with a sample uptake rate of 95–99 μl min^?1. These values indicate that the sensitivity of the method was sufficient even for samples with low Re and Os concentrations, such as chert. As the temporal variations of the amplification efficiency of the ion counters differed from one another, we adopted a sample‐calibrator bracketing method to correct the measured Re and Os isotope ratios. The Re and Os concentrations via the isotope dilution method and the ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratios of two sedimentary rock reference materials (JMS‐2 and JCh‐1) on the basis of the isotope ratios determined by the MC‐ICP‐MS and by negative thermal ionisation mass spectrometry (N‐TIMS) were comparable within their ranges. Based on Os isotope measurement of the IAG reference material [Durham Romil Os (DROsS)], the average difference from the recommended value and precision of Os isotope measurements by the sparging method in combination with multi‐ion‐counters were 0.72% and 0.76% [1RSD (%), n = 29], respectively. The precisions in the ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratios [1RSD (%)] of JMS‐2, JCh‐1 and DROsS were 0.35–0.71, 1.56–3.31 and 0.99–1.28%, respectively, which depended on their Os ion intensities. No systematic difference was observed between the Re and Os geochemical compositions of JCh‐1 and JMS‐2 obtained by means of digestion with inverse aqua regia and CrO₃‐H₂SO₄ solutions, suggesting that either acid solution can be used for the sparging method of sedimentary rock samples. As CrO₃‐H₂SO₄ solution is believed to liberate predominantly the hydrogenous Re and Os fraction from organic‐rich sediment, the sparging method combined with CrO₃‐H₂SO₄ digestion and multi‐ion‐counters in the mass spectrometry is expected to be a powerful tool for reconstructing the secular change in marine Os isotope compositions with high sample throughput.