地质全岩样品LA-ICP-MS整体分析的前处理方法

LA-ICP-MS已成为原位测量全岩样品主、微量元素的重要手段。本文主要介绍LA-ICP-MS样品前处理的几种方法:粉末压片法、助熔剂熔融玻璃法以及无熔剂的熔融玻璃法,总结了国内外近30年来不断改进样品制备流程的研究成果,展望了LA-ICP-MS应用于全岩分析的发展前景。     

基于激光熔融制样分析玄武质无球粒陨石的主、微量元素

无球粒陨石的主、微量元素组成对于类地行星壳-幔分异和岩浆研究演化具有重要意义。但由于样品稀缺，使用传统方法分析无球粒陨石的全岩主、微量元素组成有较大局限。本文在样品粉末压片的基础上，采用激光熔融制取玻璃，并结合电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对标样和Eucrite样品进行原位分析。结果表明，主量元素中除少数元素(Na、K和P等)外，绝大多数元素的分析准确度都优于5%;微量元素除少数元素外(Ni、Ga、Tb、Tl和U等),绝大多数元素的分析准确度都在5%～10%范围。本方法为低损耗(～30 mg)、快速准确获取具有较高Mg、Fe含量的玄武质无球粒陨石样品全岩的主、微量元素组成提供了一种新的途径。     

扬子地块西缘中元古代A型花岗岩的形成时代、地球化学特征及其大地构造意义

为阐明扬子地块西缘中元古代大地构造演化特征,本文对扬子地块西缘苴林地区花岗岩展开了系统的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd同位素研究.两个代表性花岗岩样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析分别给出了1063±9 Ma和1064±6 Ma的年龄.全岩地球化学分析结果显示,苴林地区花岗岩具有高硅钾、贫镁钙、低磷钛特征,其A/CNK平均值为1.37,属于高钾钙碱性过铝质岩石;稀土元素配分曲线表现为右倾"海鸥"型,具负Eu异常,富集高场强元素Zr、Th、Hf和大离子亲石元素Rb、K,亏损Ba、Sr、P、Ti等元素;样品具有相对富集的Nd同位素组成,其εNd(t)值为-9.90～-4.53.综合研究表明,苴林地区花岗岩形成于中元古代晚期,表现出A型花岗岩的地球化学特征.结合前人研究认为,苴林地区花岗岩是古老地壳物质重熔的产物,形成于后碰撞或后造山的拉张环境,其形成与Rodinia超大陆的聚合密切相关.     

扬子地块西缘中元古代A型花岗岩的形成时代、地球化学特征及其大地构造意义

为阐明扬子地块西缘中元古代大地构造演化特征,本文对扬子地块西缘苴林地区花岗岩展开了系统的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd同位素研究.两个代表性花岗岩样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析分别给出了1063±9 Ma和1064±6 Ma的年龄.全岩地球化学分析结果显示,苴林地区花岗岩具有高硅钾、贫镁钙、低磷钛特征,其A/CNK平均值为1.37,属于高钾钙碱性过铝质岩石;稀土元素配分曲线表现为右倾"海鸥"型,具负Eu异常,富集高场强元素Zr、Th、Hf和大离子亲石元素Rb、K,亏损Ba、Sr、P、Ti等元素;样品具有相对富集的Nd同位素组成,其εNd(t)值为-9.90～-4.53.综合研究表明,苴林地区花岗岩形成于中元古代晚期,表现出A型花岗岩的地球化学特征.结合前人研究认为,苴林地区花岗岩是古老地壳物质重熔的产物,形成于后碰撞或后造山的拉张环境,其形成与Rodinia超大陆的聚合密切相关.     

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱副矿物U-Th-Pb定年新进展

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）副矿物U-Th-Pb定年技术为精确厘定地质演化历史、探讨成岩成矿等重要地质作用过程提供重要的时间参数,是地质年代学快速发展的重要技术支撑.总结了LA-ICP-MS副矿物U-Th-Pb定年技术在元素分馏校正、非基体匹配分析、标准样品研发、普通铅校正、高空间分辨率及高效率分析等方面取得的重要进展.展望未来,需更进一步深入探讨和研究元素分馏及基体效应机理,研发更多种类的高质量副矿物标样,建立更多更准确、更精密、更高空间分辨率及更高效的LA-ICP-MS副矿物U-Th-Pb定年新方法和新技术,以实现从更微观和更精细的角度探讨地质问题,并持续为高效解决地球与行星科学研究领域重大科学问题提供关键支撑.      

冈底斯南缘唐加地区早侏罗世辉长岩成因及其构造意义

冈底斯南缘发育的早侏罗世岩浆岩对于讨论新特提斯洋早期的俯冲消减演化具有重要约束意义.在详尽地野外地质调查工作基础上,本次研究对唐加地区辉长岩进行了 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、全岩地球化学组成的研究.结果表明,唐加辉长岩形成于早侏罗世(183.9±0.9 Ma);样品w(SiO2)(46.77％～48.48％)...     

腕足壳体与碳酸盐岩全岩中碳、氧、锶同位素差异

利用碳酸盐岩中的地球化学信息反演是研究地质历史时期古环境、古气候变化的一种常用手段.上世纪八十年代前,学术界一直将碳酸盐岩全岩样品作为研究对象.近年来,腕足化石壳体引起了科学家的注意,认为相比碳酸盐岩全岩样品,腕足壳体能更为完好地保存原始的地球化学信息.研究通过对比四川龙门山泥盆纪腕足化石和碳酸盐岩全岩样品中碳、氧、锶同位素(黄思静、卢长武等人数据),发现腕足化石中氧同位素明显高于碳酸盐岩全岩;但碳、锶同位素基本一致.上述结果表明:相比腕足化石,碳酸盐岩全岩样品蕴含的地球化学信息虽有所差异,但在大多数情况下,尤其是缺乏腕足化石的时期,碳酸盐岩全岩蕴含的地球化学信息照样可以反演地质历史时期的古环境变化,尤其是碳、锶同位素.     

锍镍试金技术制备含铂族元素硫化物微区分析标准样品的可行性

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)适合于直接分析硫化物矿物中痕量元素的含量及空间分布,但硫化物矿物的激光剥蚀特性与硅酸盐及氧化物不同,受到的干扰也更严重,且由于硫化物标准物质(尤其是含铂族元素、Au、Ag等贵金属元素标准物质)极度缺乏,限制了LA-ICP-MS技术在硫化物微区分析中的广泛应用。本文以贵金属标准样品GPT-9和矿石标准物质为原料合成锍镍试金扣,并封入真空管中重熔,利用背散射电子图像和LA-ICP-MS分析元素分布的均匀性,探讨真空重熔锍镍试金扣制备硫化物原位微区分析标准样品的可行性。背散射电子图像(BSE)显示真空重熔后锍镍试金扣由单相S、Ni化合物组成。LA-ICP-MS线扫描和点扫描分析表明,锍镍试金扣中S、Ni、Cr、Co、Cu、Pb、Sb、Cd、Bi等主量及微量元素分析精密度(RSD)均小于10%,均匀分布;在镍扣制备过程中Zn相对于Cu、Pb、Sb更难进入硫化物相;贵金属元素Au、Ag、Pt均一性较好,其余贵金属元素由于含量低、仪器波动及质谱干扰等影响因素造成分析数据的RSD相对较大,但可通过提高原料中贵金属元素含量、降低熔融样品淬火温度等方法进一步提高其均匀性。锍镍试金扣的组成元素对铂族元素分析的质谱干扰研究表明,重铂族元素(Os、Ir、Pt)和Au受到的干扰可忽略不计;轻铂族元素(Ru、Rh、Pd)受金属氩化物干扰较为严重,需进行干扰校正。研究认为,真空重熔技术可有效提高锍镍试金扣中各元素(包括贵金属)的均一性,达到硫化物原位微区分析标准样品的要求,利用真空重熔锍镍试金扣制备LA-ICP-MS原位微区痕量及贵金属硫化物分析标准样品具可行性。     

奉化南岙长寿村地质环境特征

通过区域性土壤样品测试结果的统计分析,研究了浙江奉化南岙长寿村所处区域土壤的地质环境背景;针对性地补充采集了土壤、稻谷、萝卜、大头菜、芋艿、水、人体毛发样品,进行生命有益、有害元素的测试。运用因子分析及对比分析的方法,研究长寿村的地质环境特征。研究结果认为,高含量的生命有益元素及低含量的有害元素组合在岩石—土壤—食物—人体系统中的循环起到了至关重要的作用。     

Iolite软件处理LA-ICP-MS线扫描数据适用性研究

LA-ICP-MS分析技术是获取矿物/岩石内部的元素和同位素成分变化的重要手段。在利用该技术对地质样品进行线/面扫描时,仪器输出的初始数据量远远大于点分析,数据的处理和计算是一个关键问题。本文以磷质结核样品为例,阐述了利用Iolite软件进行元素线扫描数据计算的主要过程,包括背景信号的扣除、标准物质信号的拟合、线分析数据的导出等。借助软件自带的分段导出功能,对不同时间和空间分辨率下采集数据得到的结果进行了比较。研究表明Iolite能有效处理线分析数据,分析结果与前人用传统化学全岩法测定得到的元素含量范围相当。对比不同空间分辨率下(10μm、50μm、100μm)获取的数据发现:相对于选用的束斑直径(40μm),在分辨率过小(10μm)或过大(100μm)的条件下获得的数据存在数据波动大以及细节不足等缺陷;而当分辨率(50μm)与选用的束斑直径接近时,数据质量得到最大优化。本研究展示了Iolite软件在处理线扫描数据方面具有很好的应用前景,通过分辨率的选取可实现数据的优化。     

大兴安岭南段乌兰毛都地区早白垩世花岗闪长岩的岩石成因及构造背景

通过探讨大兴安岭乌兰毛都地区花岗闪长岩的岩石学、年代学及全岩地球化学特征,以确定研究区花岗闪长岩的形成时代、岩石成因及其地球动力学机制。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明研究区花岗闪长岩为早白垩世(132±2 Ma)岩浆作用的产物。全岩地球化学结果显示其具有高硅(SiO2=66.68%～68.09%)、低铝(Al2O3=14.94%～15.35%)特征,富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Rb、K),亏损重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、Ti),属于高钾钙碱性系列I型花岗岩。综合区域中生代花岗岩岩石学及地球化学特征,认为以乌兰毛都为代表的早白垩世I型花岗岩可能形成于活动大陆边缘环境,该期构造-岩浆作用与古太平洋板块俯冲作用密切相关。     

云南永平县水泄辉长岩锆石U- Pb年代学、地球化学及地质意义

滇西地区二叠纪—三叠纪岩浆岩展布还不清楚,导致相关古特提斯构造演化模型还存在争议。本文对兰坪-思茅盆地西缘水泄地区的辉长岩开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、锆石Hf同位素、全岩主微量元素及Sr-Nd同位素分析,探讨了岩石成因及地质意义。水泄辉长岩2件样品的锆石U-Pb年龄分别为237.8±3.4 Ma和240.8±3.3 Ma,代表其结晶年龄,属于中三叠世。样品具有较高的Na₂O/K₂O(3.81～49.14),明显富集Ba、Rb、Th、U等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta等高场强元素,稀土元素弱分馏,轻稀土弱富集,δEu值为0.87～1.07,无明显的Eu异常。锆石ε_Hf(t)值全为正值,主要介于+5.67～+15.75,全岩初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.70453～0.70776,ε_Nd(t)值全为正值,介于+4.9～+5.2。地球化学特征显示水泄辉长岩来源于亏损地幔的部分熔融,在岩浆演化过程中发生了镁铁质矿物和铁钛矿物的分离结晶作用。水泄...     

激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱线扫描技术的空间分辨率研究

激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)作为一项实用的技术被广泛应用于原位微区分析。在学者们更为关注的元素空间分布问题上,LA-ICP-MS线扫描较单点剥蚀具有更大的优势。线扫描过程中元素的空间分辨率是影响分析结果准确程度的因素之一。每个脉冲间的信号如果严重叠加会导致较低的空间分辨率。文章通过LA-ICP-MS的单脉冲剥蚀实验,研究了合成硅酸盐玻璃标准样品CGSG中不同元素的信号时间结构,及其对线扫描的空间分辨率的影响。结果表明,当激光束斑40 μm时,应用LA-ICP-MS进行线扫描测量空间分辨率能够满足线扫描技术分析的需求。     

玄武岩全岩元素含量快速、准确分析新技术:双铱带高温炉与LA-ICP-MS联用法

全岩样品主元素和微量元素的准确测试是地球科学研究的重要手段和依据.传统溶液进样ICP-MS元素测试方法制样和测试所需周期较长(两周以上).相对溶液进样法而言,激光剥蚀系统与ICP-MS联用测试全岩粉末熔融玻璃的方法可以大大地提高测试效率.在前人研究基础上,针对前人熔融制样中Pb、Zn元素的严重丢失问题,研究了Pb、Zn...     

新疆库鲁克塔格西段早泥盆世橄榄辉长岩年代学、地球化学特征及其地质意义

对新疆库鲁克塔格西段乌斯腾高勒东南橄榄辉长岩进行系统的锆石U-Pb年代学、全岩地球化学及Sr?Nd?Hf同位素研究,确定了岩石成因,并探讨其构造背景及地质意义。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明,橄榄辉长岩结晶年龄为410.3±5.7 Ma （MSWD = 0.56）,属早泥盆世岩浆活动的产物。全岩地球化学表明,岩石具有高Al₂O₃ 和CaO、贫碱、低P₂O₅和TiO₂的特征,属于低钾拉斑系列;岩石具有较高的Mg^#值（72.27～75.04）、明显的Eu正异常（δEu = 1.12～1.38）,其轻稀土元素轻微富集,重稀土元素相对平缓;微量元素蛛网图上岩石富集大离子亲石元素（如Rb、Ba、K、Sr）和Pb元素,亏损高场强元素（如Nb、Ta、P、Ti）。全岩Sr 同位素初始比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值（0.703 663～0.704 013）相对较小,ε_Nd（t）值（-2.32～+4.98）变化范围较大,锆石ε_Hf（t）值为+7.8～+12.5。该岩体为俯冲板片流体改造过的相对较浅、对应于尖晶石二辉橄榄岩稳定区域的亏损地幔楔部分熔融,部分熔融比例在2%～10%之间,其母岩浆形成过程中遭受低程度的地壳物质混染,并经历了斜长石的堆晶作用和较弱的橄榄石和单斜辉石的结晶分异作用。结合区域已有地质资料,本文认为塔里木北缘库鲁克塔格地区在古生代中期经历了南天山洋南向俯冲过程,橄榄辉长岩产于主动大陆边缘环境,该时期大陆地壳生长方式为垂向生长,指示塔里木北缘具有增生造山带的属性。     

鄂西恩施地区孤峰组岩石地球化学特征及含矿性分析

鄂西恩施地区孤峰组普遍发育一套含骨针和放射虫的硅质岩夹炭质页岩。通过硅质岩岩石学和地球化学特征研究,综合判断中二叠统孤峰组硅质岩沉积环境为大陆边缘中下部与深水盆地结合部位,具有生物与热水混合成因特征,且向上热水参与作用增强,从而导致了矿物元素的分异。结合全岩样品分析结果,认为富矿层位为中上部炭质页岩含量较高的层位,建立了找矿标志,为本区地质找矿工作做出了重要贡献。     

基于半封闭体系热模拟实验页岩全岩与粉末样品的排烃效率与孔隙演化差异对比

与传统基于粉末样品的模拟实验相比，基于页岩全岩样品的模拟实验能更好地保存岩石微观结构及孔隙特征，结果更接近地质实际，但有关全岩与粉末样品的排烃效率与微观孔隙差异尚无系统的研究。本文利用半封闭体系热模拟实验获取延长组7段页岩全岩圆柱与粉末样品的排烃效率，并利用低压气体吸附实验表征孔隙特征。当R_o从0.61%升至1.68%时，粉末样品和圆柱样品的排烃效率差值最高达32.47%,随后降至3.98%,粉末样品孔隙分形维数从2.46增加至2.53,而圆柱样品分形维数总体稳定。圆柱样品宏孔体积比例整体随着温度的升高而上升，而中孔体积比例则逐渐下降。与粉末样品相比，页岩全岩样品保留了岩石结构，能反映烃类运移排出过程，孔隙演化更具规律性。本研究最终建立了页岩圆柱、粉末样品生-排烃过程与孔隙演化模型，为研究地质情况下页岩排烃效率与孔隙演化提供了新的思路。     

重庆巫山地区上二叠统黑色岩系中镉等有害元素赋存状态及环境意义

本文以重庆巫山地区上二叠统黑色岩系为研究对象,通过全岩化学分析、矿物分析、连续化学提取、浸提实验等方法,揭示黑色岩系中有害微量元素的赋存状态及其环境意义.结果表明,研究区黑色岩系样品富含有机碳和硫,为典型缺氧条件下的产物;明显富集Cd、Cr等有害元素.Cd主要赋存于碳酸盐矿物中,Cr主要赋存于硅酸盐矿物,Zn和Ni的赋存载体包括硫化物、有机质等.不同样品中有害元素的赋存状态有所差异,且与矿物组分密切相关.母岩中有害元素赋存状态的差异可能控制其在土壤等环境介质中的活性;硫化物含量高而碳酸盐矿物含量低的黑色岩系样品,有害元素释放量大,潜在生态风险高,应引起高度重视.     

一个新的矿物面扫描分析方法开发和地质学应用

LA-ICP-MS面扫描分析近些年来发展的新兴技术,相对于其他面扫描仪器,其具有样品制样流程简单、仪器购置和分析成本低、分析时间短、检测限低、多元素表面分析(5μm)、近乎无损等分析优势,在地球科学和生物学领域有着大量的应用。本文系统介绍了作者应用Photon Machines激光剥蚀系统与安捷伦ICP-MS新开发矿物元素面扫描分析方法。该方法基于近些年来开发的双室样品仓技术和Matlab软件,通过自主开发的LaIcpMsSoftware(LIMS)进行数据处理来完成的。本次研究开发的激光面扫描分析技术可以在短时间内(2小时)分析3mm×3mm区域,并同时给出多组元素(包括稀土元素等)在二维平面的分布特征。论文详细描述了LIMS工作原理和特点,相对于国外同类型软件,LIMS具有操作简单,并具有多种数据显示模式和剖面切割展示,元素比值面分布分析等优势,便于后期数据分析与解译。同时,还展示了对斜长石、白钨矿和石榴子石进行面扫描分析的初步结果。研究表明,通过LA-ICP-MS面扫描,可以获得比点分析更为准确的元素分布特征,并能够更为直观的展示不同元素在矿物分布特征和相关关系,更好的开展矿物地球化学研究。     

花岗质岩石中铜铁锌的化学分离方法

过渡族元素同位素研究是近几年才发展起来的研究领域,随着研究的范围日趋广泛,问题日渐深入,需要对更多的地质样品进行同位素组成测定和研究.尽管文献报道的有关用于多接收器等离子体质谱过渡族元素同位素分析的化学分离方法能将Cu、Fe、Zn等元素很好地分离开来,但并未对地质样品中复杂地质基体元素的分离情况进行报道.因此,笔者对花岗岩中Cu、Fe、Zn分离进行了研究.