采用氧化物方式高精度测量微量样品钕同位素比值

微量样品Nd同位素比值的高精度测定在地球科学和环境科学研究中具有重要的意义,同时也是同位素测定的难点.对1ng以下的国际标准样品进行了高精度质谱测试.采用新一代高精度热电离质谱计(IsoProbe-T)分别运用Nd 和NdO 测试方法,多次测量常量(≥200ng)和超微量(0.25ng、0.5ng和1ng)Nd标准物质(Ames、JMC和Jndi-1)和实验室内部标准LRIG-Nd溶液.质谱计同位素比值测量均采用静态多接收模式.143Nd/144Nd比值测量的内部精度均优于0.003%.与传统的Nd 测量方式相比,NdO 测量方式具有显著的优势,即有极高的灵敏度,是Nd 分析灵敏度的100倍左右.     

国产离子交换树脂分离纯化岩石矿物中微量铷、锶方法的进展

目前,离子交换分离技术在分拆化学和同位素地质实验技术、水的净化等方面得到了日益广泛的应用.特别是在铷一锶年代学和锶同位素地质学的实验技术中,应用离子交换技术从岩石矿物中分离、纯化微量测和锶以制备符合质谱分析要求的样品是一种必不可少、行之有效的方法.为适应Rb—Sr年代学、锶同位素地质学和质谱测试技术迅速发展的要求,作者在原来工作的基础上,对分离纯化Rb、Sr的实验技术作了较大的改进,取得了一些新的进展.现将有关资料综述如下.     

微波消解-多接收电感耦合等离子体质谱高精度测定锶钕同位素组成

应用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定地质样品中锶、钕同位素组成时,化学前处理流程冗长、复杂,且容易出现样品未完全溶解的现象。本文采用微波消解法消解样品,在保证消解效果的前提下有效地缩短了溶样时间,在此基础上研究了锶、钕化学分离和质谱测试流程,重点考察了树脂柱的回收率和记忆效应。结果表明:树脂经10次使用后的锶、钕流程空白均低于1.0 ng,但回收率明显下降,分别由原来的98%和90%降到20%和50%,若待测样品中锶、钕含量较低,所接收的锶、钕则达不到质谱仪测试范围,因此建议锶特效树脂使用次数不超过5次,AG50W-X8稀土柱和Ln树脂使用次数不超过10次。整套流程应用于国际地质标准样品(BCR-2、W-2a、BHVO-2、AGV-2)的锶、钕分离,MC-ICP-MS所得的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd测定值与文献报道值一致,仪器的内精度2SE(n=50)和方法的外精度2SD(n=6)均优于0.0015%,表明该流程可以满足地质样品中锶、钕同位素高精度测定的要求。     

多接收器等离子体质谱(MC-ICPMS)高精度测定Nd同位素方法

多接收器等离子体质谱是近年发展起来的高精度同位素分析手段之一,通过用等离子体质谱测量Nd国际标准材料La Jolla和JMC Nd203以及实际样品GBW04419,研究MC-ICPMS测量Nd的质量分馏特点,解决MC-ICPMS测量的关键所在质量分馏校正.通过修正分馏系数,可以实现理想的分馏校正.结果显示出所得到的分析精度达到热电离质谱的测量水平.具有实际地质样品代表性的实验室内部标准CAGS-Nd-1重现性长期分析结果为:143Nd/144Nd=0.512072±0.000008(2σ,n=140).     

磷灰石Sr-Nd同位素的激光剥蚀-多接收器电感耦合等离子体质谱微区分析

磷灰石是常见的副矿物,具有较高的Sr-Nd含量和较低的Rb含量,对其微区Sr-Nd同位素组成的准确测定可以为精细地质作用过程的探讨提供重要的地球化学信息.激光剥蚀-多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICPMS)具有分析速度快、分析精度高和空间分辨率高的特点,特别适合大量细颗粒磷灰石样品的Sr-Nd同位素分析,而同位素干扰的精确扣除和仪器质量歧视校正是原位微区分析准确获得Sr-Nd同位素比值的关键.本文利用LA-MC-ICPMS技术,综合最新发表的Kr、Rb、稀土二价离子及钙聚合物对Sr同位素的干扰扣除方法和Sm对Nd同位素的干扰扣除方法,对仪器的质量歧视进行了校正,建立了磷灰石原位Sr-Nd同位素分析方法.用此方法对一个磷灰石国际标准样品Durango和两个实验室标准Apatite 1和PE进行了详细的Sr-Nd同位素测定,结果表明,对Sr-Nd含量足够高的磷灰石样品可以准确地获得其Sr-Nd同位素组成,测试结果与文献报道值或热电离质谱(TIMS)测试值在误差范围内一致,Sr同位素的测试精度＜0.015％ (2SD),Nd同位素的测试精度＜0.005％ (2SD),达到了国际同类实验室水平;且三个磷灰石标准样品同位素组成较为均一,都是理想的原位Sr-Nd同位素分析参考物质.     

离子交换树脂在地质样品Sr-Nd同位素测定中的应用

Rb-Sr和Sm-Nd同位素测年及同位素示踪方法在同位素地质年代学和同位素地球化学中有非常广泛的应用。目前,Rb-Sr和Sm-Nd同位素质谱测试方法通常需要对Rb、Sr和Sm、Nd进行分离纯化,因此,如何对地质样品中的Rb、Sr、Sm和Nd进行分离富集对测试结果准确与否起到至关重要的作用。离子交换分离法是SrNd同位素化学前处理阶段应用最广泛的分离方法,本文结合笔者近几年的研究工作,系统介绍离子交换树脂在Sr-Nd同位素测试中应用的发展过程和现状,重点介绍几类使用率较高的离子交换树脂(Dowex50W树脂、AG50W树脂、锶特效树脂、LN树脂、P507树脂等)的优缺点,以及各自的萃取反应机理,探索和讨论未来离子交换树脂在Sr-Nd同位素测试中应用的发展趋势。     

岩石铷-锶和钐-钕同位素标准物质的研制

通常样品的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd同位素比值分析采用SRM9⁸⁷、JNdi-1作为标准物质,它们分别是纯的碳酸盐和氧化物,适用于监控质谱测试过程。中国现有的钐-钕地质和铷-锶年龄标准物质,分别为玄武岩和钾长石,它们与很多地质样品的基质存在差别。仅有这两种基质的标准物质不能有效地监控不同地质样品Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析过程,因此研制不同岩性的Rb-Sr、Sm-Nd同位素标准物质具有重要现实意义。本文采集中国典型地区的橄榄岩、榴辉岩和花岗岩作为候选物,严格按照《一级标准物质技术规范》(JJF 1006-1994)和《标准物质定值的通用原则及统计学原理》(JJF 1343-2012)等相关标准物质国家计量技术规范和国家标准,研制了橄榄岩、榴辉岩和花岗岩铷-锶、钐-钕同位素标准物质(编号为GBW04139、GBW04140、GBW04141),其中橄榄岩标准物质适用于高Mg、Fe,低Rb、Nd含量样品的分析,榴辉岩和花岗岩标准物质适用于含有难溶副矿物的岩石样品的分析。每个标准物质具有6个特性量值,Rb、Sr、Sm和Nd含量分布分别为0.16~64μg/g、12~560μg/g、0.1~3.2μg/g和0.3~15.3μg/g,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值分布为0.70446~0.71309,¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值分布为0.51115~0.51267,同位素比值精度达到或优于同类标准物质。这些特性量值更接近实际样品,使用时将更加有效和方便。该系列标准物质可用于校准仪器和评价方法,并能有效监控实验室此类样品的铷-锶、钐-钕同位素分析过程。     

热电离质谱法测定龋齿牙釉质87Sr/86Sr同位素比值

锶同位素已经成为国际考古学界用于探索人和动物迁移活动和食谱组成的主要方法。本文利用锶特效树脂(Sr-Spec), 建立了快速分离富集于人龋齿中的微量元素锶, 并测定87Sr/86Sr的有效方法。采用硝酸-高氯酸体系消解龋齿样品, 利用锶特效树脂(Sr-Spec)快速分离富集龋齿中微量元素锶(Sr), 最后采用IsoProbe-T固体热电离质谱计测定龋齿87Sr/86Sr同位素比值。实验结果表明, 不同年龄和性别龋齿牙釉质的87Sr/86Sr同位素比值在0.710935~0.711034之间较小区间范围, 基本趋于稳定, 说明生活在相同地质背景的人或动物, 其机体内Sr同位素比值接近。男性龋齿牙釉质87Sr/86Sr比值随着年龄的增长有微小的波动, 从0.710935升高到0.711031, 这些微小变化可能与样本人群的环境和生活习惯相关。     

一次溶样分离地质样品中Pb-Sr-Nd方法的可行性研究

现有的地质样品中Pb、Sr、Nd分离分析方法是对Pb和Sr - Nd分别采用两份样品进行分离,多消耗一份样品量,因而制约了样品量少的研究.本文提出了基于HNO3 - HF - HClO4混合酸熔融样品,采用AG1 - X8、AG50W - X8和HDEHP组合离子交换柱,对同一份地质样品一次溶样,连续分离Pb、Sr、Nd.用该方法对国际标准样品AGV -2、BHVO-2中的Pb、Sr、Nd进行分离,回收率均优于95％,全流程空白分别为Pb＜ 0.2 ng,Sr＜1.5 ng,Nd＜1.1 ng.用多接收器-电感耦合等离子体质谱(MC -ICP - MS)进行同位素比值测定,结果表明本研究提出的一份样品连续分离后的同位素测定结果与传统方法利用两份样品分别进行分离的结果在误差范围内完全一致.本文的研究可实现微量岩石样品的Pb、Sr、Nd同位素准确分析,对于珍贵样品的同位素组成研究具有重要意义.     

大别山麻粒岩和TTG片麻岩的Sr,Nd,Pb同位素地球化学

北大别4个麻粒岩和4个TTG片麻岩样品的Sr,Nd同位素分析结果表明，样品普遍具有较高的锶同位素比值（^87Sr/^86Sr=0.7066-0.7461)，较低的Nd同位素比值（^143Nd/^144Nd=0.5108-0.5124)，表现出明显的壳源特征，结合铅同位素的组成来看，北大别麻粒岩及TTG片麻岩的同位素成分相当于－下地壳。岩石的特源为古老的地壳，大约在2－3Ga之间，少数样品的同位素特征可能暗示源区有年轻地壳物质的加入。     

钾玄岩系列:藏东玉龙铜矿带含矿斑岩Sr、Nd、Pb同位素组成

西藏东部玉龙铜矿带,包括玉龙、扎拉尕、莽总、多霞松多和马拉松多含矿斑岩,马牧普钾质碱性斑岩和总郭碱性火山岩等Sr、Nd、Pb同位素组成比较一致,其数据点均分布在地幔演化区,接近EMI地幔端元,暗示其物质来源于交代地幔源区。     

我国某些元古宙及早寒武世碳酸盐岩石的锶同位素组成

本文报道了我国某些元古宙及早寒武世碳酸盐岩石锶同位素的测量结果，样品采自蓟县中元古界和峡东震旦－寒武系标准剖面，共４６件样品５４个测定数据。样品分析分别在澳大利亚国立大学和宜昌地质矿产研究所同位素实验室进行。取得的测定数据经空白校正和年龄校正，给出样品形成时＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ的初始值，测定中用ＮＢＳ－９８７和ＮＢＳ－６０７标准物质监探仪器状态和分析过程，得到的＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ值的精度好于     

闽西南宣和加里东期花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及对华南造山的启示

龙岩宣和岩体是闽西南地区呈北东向弧形出露,最大的燕山期—加里东期复式岩体,但是有关该岩体的形成时代及成岩环境的认识仍存在分歧,进而制约了对闽西南地区构造环境的探讨。文章以出露于闽西南地区的宣和正长花岗岩为研究对象,在详细野外地质调查基础上,开展了岩石学、LA?ICP?MS锆石U?Pb地质年代学、岩石地球化学及Sr?Nd同位素测试等工作,在此基础上探讨了宣和岩体的岩石类型、岩浆来源和成岩构造环境。宣和岩体主要由含斑细粒、少斑中细粒、似斑状中粒、似斑状中粗粒及斑状细粒正长花岗岩等组成,4个样品的锆石LA?ICP?MS U?Pb年龄为(424.6±2.8)Ma、(426.7±2.6)Ma、(435.5±2.4)Ma及(447±3.6)Ma,表明其形成时代不是原来认为的印支期,而是加里东期。地球化学特征上,具高硅、高钾(K2O>Na2O),低TiO2、FeO、MgO的特征,A/CNK平均值1.23,属高钾钙碱性过铝质系列岩石;稀土元素含量高,稀土配分曲线右陡倾,轻重稀土分馏明显,Eu中等负异常;富集大离子亲石元素K、Rb、Pb、Nd及高场强元素Th、U,相对亏损Sr、Ba、Nb、Ce,显示高分异的S型花岗岩的特征。其Sr同位素初始比值介于0.71291~0.71399,εNd(t)值变化于?9.1~?13.4,对应的二阶段Nd模式年龄为1.91~2.27 Ga,推测宣和岩体是由与麻源群变质岩相当的地壳物质部分熔融形成的,为华南加里东期板内造山作用的产物。     

汉诺坝玄武岩中地幔岩捕掳体REE和Sr,Nd同位素地球化学

本文报道汉诺坝玄武岩中地幔岩捕掳体的ＲＥＥ丰度和Ｓｒ、Ｎｄ同位素组成。不同岩石类型的ＲＥＥ配分模式和同位素组成反映地幔部分熔融程度和交代作用过程。二辉橄榄岩亏损轻稀土，是原始地幔经不同程度部分熔融的残留体。方辉橄榄岩具Ｕ型ＲＥＥ配分模式，是强烈亏损的地幔岩被熔体非化学平衡交代的结果。二辉岩脉状体富轻、中稀土，它同与脉状体接触的二辉橄榄岩可达化学平衡或近于化学平衡，而二辉岩脉状体的形成与玄武岩岩浆无成因关系。据对二辉岩脉状体和不含脉状体橄榄岩的Ｓｍ－Ｎｄ同位素定年，这种脉状体形成于３００Ｍａ左右。     

Comprehensive Chemical and Isotopic Analyses of Basalt and Sediment Reference Materials

Geochemical studies of geological samples require the precise determination of their major and trace element contents and, when measured, of their isotopic compositions. It is now commonly accepted that the accuracy and precision of geochemical analyses are best estimated by the concomitant analysis of international reference materials run as unknown samples. Although the composition of a wide selection of basalts is relatively well constrained, this is far from being the case for sedimentary materials. We present here a comprehensive set of major and trace element data as well as Nd, Hf, Sr and Pb isotopic compositions for thirteen commonly used international reference materials – eight magmatic rocks (BHVO‐2, BR, BE‐N, BR 24, AGV‐1, BIR‐1, UB‐N, RGM‐1) and five sediments (JLk‐1, JSd‐1, JSd‐2, JSd‐3, LKSD‐1). We determined the concentrations of over forty elements in the magmatic rocks together with Sr, Nd, Hf and Pb isotopic compositions. Our trace element results were both accurate (difference ≤ 3%) and precise (reproducibility at 1s ≤ 3%) and the isotopic results were very similar to other published values. In contrast, we observed a significant chemical and isotopic variability in the sedimentary materials, which we attribute to mineral heterogeneities in the powders. Despite the limitation imposed by this heterogeneity, our work presents a complete set of data determined with a precision not yet achieved in the literature for sedimentary material. We also provide the first Nd, Hf and Pb isotopic measurements for the five sediments, which are commonly used by the geochemical community. Our study of both basalt and sediment reference materials represents a comprehensive and self‐consistent set of geochemical data and can therefore be considered as a reference database for the community.     

峡东地区南华纪-寒武纪地层风化过程元素及Sr-Nd同位素演化特征及其地球化学意义

以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪标准地层泥岩、冰碛泥岩、砂岩、灰岩和白云质灰岩及对应的风化土壤为研究对象, 分析了地层风化成土过程中不同元素的迁移行为, 根据剖面样品的Sr-Nd同位素组成变化, 探讨了其同位素体系的封闭性特征与应用意义.结果表明: (1) 不同岩性基岩在成土过程中的蚀变强度有明显的差异, 在相似地表条件下, 碳酸岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩; (2) 通过对比稳定高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化, 计算出土壤样品在风化过程中体积相对基岩发生的改变量, 进而计算出不同岩性基岩在风化过程中微量元素的绝对含量变化以探讨这些元素的活动规律.结果表明, 灰岩和白云质灰岩的风化剖面元素含量变化明显, 而在泥质岩风化过程中大多数元素保持了相对稳定, 说明沉积岩风化过程中元素的活动性特征明显地受到了原岩矿物组成的制约.风化过程中, 不同性质的元素的活动性差异明显, 其中亲硫元素(Cu、Zn、Pb、Mo) 和大离子亲石元素(Rb、K、Sr、Ba) 在不同岩性的风化剖面中均表现出明显的元素含量变化, 而高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta) 含量则相对稳定; (3) 泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小, 而碳酸岩风化土壤层REE含量发生了明显下降, 且其风化形成的土壤表现出LREE和HREE相对于MREE的富集.无论是碳酸岩或泥质岩风化形成的土壤, 均出现了明显的Eu负异常和Ce的正异常, 但在其原岩中这些异常并不存在或不明显; (4) 基岩与土壤剖面间Sr同位素组成和Rb/Sr比值存在明显差异, Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放.所形成土壤层的Sr同位素组成受到2种因素的约束: 原岩性质和外来组成的Sr同位素比值.因此在总体上, 风化土壤的Sr同位素组成已不能代表基岩的Sr同位素组成; (5) 沉积岩风化过程中, 碳酸岩和泥质岩形成的风化土壤基本保持了原岩的Sm-Nd同位素组成特点, 由其组成所获得的Nd同位素亏损地幔模式年龄等能反映其原岩信息, 而近源沉积形成的砂岩和含砾冰碛泥岩所形成的土壤, 其Nd同位素组成则存在不同程度的改变.      

Laser‐cut Rb–Sr microsampling dating of deformational events in the Mont Blanc‐Aiguilles Rouges region (European Alps)

Spatial control for in situ dating of mineral phases in fine‐grained rocks is a significant challenge in geochronology, and the precision of microsampling is a crucial factor in obtaining accurate results. In this study, a new microsampling approach to Rb–Sr geochronology has been applied to greenschist facies mylonitic shear zones in the Mont Blanc‐Aiguille Rouges region of the western European Alps. Using a laser‐ablation system for microsampling by laser cutting followed by conventional TIMS Rb–Sr isotopic analysis of μg‐sized samples provides an improved workflow for texturally controlled, quasi in situ dating of mineral phases. The automated cutting process minimizes material loss and the risk of handling errors, while facilitating sampling of complex shapes of almost any size, a significant improvement over earlier microscope‐mounted microdrills. The new Rb–Sr white mica–calcite ages of between 27 and 30 Ma indicate Oligocene deformation in Alpine shear zones from two specific areas in the Mont Blanc‐Aiguilles Rouges region.     

湘西南猫儿界花岗斑岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其地质意义

文章对苗儿山—越城岭地区西北侧猫儿界花岗斑岩开展了锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Nd同位素研究,探究了岩体的形成时代、成因类型及源区性质。三件花岗斑岩样品LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年给出的206Pb/238U加权年龄分别为824.3±4.5 Ma、825.4±4.1 Ma和826.8±4.8 Ma,表明猫儿界岩体属新元古代岩浆活动的产物。猫儿界花岗斑岩具有高硅、铝饱和特征,富集Cs、Rb、U、K 等大离子亲石元素和 Th、Hf 等高场强元素,明显亏损Ba、Sr、Ti等元素。球粒陨石标准化稀土配分曲线呈右倾形,并具明显的Eu负异常（δEu=0.37~0.43）。岩体的εNd(t)值为-6.3~-8.7,TDM2 (Nd)值为 2.00~2.20 Ga,表明岩体由老的地壳物质部分熔融形成。在猫儿界岩体三个定年样品中发现了10颗年龄在852~861 Ma的继承锆石颗粒,加权平均年龄为856.3±7.4 Ma, 说明在苗儿山—越城岭地区可能存在~856 Ma的岩浆岩,推测猫儿界岩体在形成过程中可能有~856 Ma的岩浆物质的卷入。