高精度Mg同位素分析方法及石榴橄榄岩的Mg-Fe同位素地球化学

发布时间：2017-03-20 16:04

  本文关键词：高精度Mg同位素分析方法及石榴橄榄岩的Mg-Fe同位素地球化学，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用和同位素分析方法的重大突破,非传统稳定同位素地球化学体系获得了突飞猛进的发展。作为一种新型的地质示踪剂,Mg同位素体系已经被广泛地应用在地球化学的各个领域中。由于化学流程和质谱测试过程中存在的质量分馏效应很容易产生分析误差,所以要获得自然样品高精度的Mg同位素数据仍然还存在很大的挑战。在此论文中,我们首先系统地回顾了Mg同位素分析技术的发展过程,并详细地描述了测试过程中一系列重要的细节问题包括仪器偏差的校正、化学纯化过程、基质效应、以及高精度同位素分析中常见的错误等。同时也比较了不同实验室对标准物质的同位素测试结果,提出了Mg同位素分析过程中需要注意的一些规则以供参考,简要地讨论了地质过程中发生的Mg同位素平衡和动力学分馏。 因为目前文献中仍然缺乏一种专门用来分析低Mg含量样品的分析方法,并且低Mg岩石标样高精度的Mg同位素数据很少且不同研究组之间存在较大的争议,尤其是几种花岗岩标样在不同实验室得到的结果之间存在明显的差异。因此我们建立了一套针对低Mg岩石样品(MgO1wt.%)的化学分离方法,这套方法也可以用于高Mg样品的测量。利用HNO3+HF可以将低Mg样品中的Mg和其它基质元素(如Ti、Al、Fe和K)有效地分离开,同时通过增加Mg的上样量可以降低阳离子树脂中淋滤下来的有机质影响。我们分别在北京和合肥的两个实验室对可能影响Mg同位素分析的各种因素进行了测试。在两个实验室中,单元素Mg国际标准溶液CAM-1的δ26Mg值分别为-2.597±0.042‰(2σ,n=49)和-2.598±0.039‰(2σ,n=79)；实验室标准溶液IGGMg1的δ26Mg值分别为-1.742±0.041‰(2σ,n=53)和-1.749±0.049%o(2σ,n=72)。将IGGMg1和IGGMg2中分别加入不同量的基质元素组成两种合成溶液,经过长达十个月的测试,这两种合成溶液的测试结果在误差范围内与推荐值一致。通过对16种不同MgO含量(0.28wt.%至49.4wt.%)的岩石标样进行大量重复测试来验证分析方法的准确性。来自于美国地质调查局的流纹岩标准RGM-1和RGM-2的δ26Mg值分别为-0.188±0.031‰(2σ,n=35)和-0.182±0.041%o(2σ,n=72)；花岗岩标准GA为-0.165±0.038%o(2σ,n=57),G-2为-0.129±0.045‰(2σ,n=34),GS-N为-0.204±0.059%o(2σ,n=33),GSP-2为0.042±0.020%o(26,n=15),以及GSR-1为-0.234±0.016‰(2σ,n=17)。根据对标准物质进行的大量重复测试结果来看,本文所建立分析方法的长期外部精度δ26Mg要好于±0.05%o。高精度的分析方法有利于分辨出低Mg花岗岩和流纹岩以及地幔矿物之间存在的微小同位素分馏。 Mg是地球和陨石的主要组成元素之一。以玄武岩、科马提岩、地幔矿物橄榄石、辉石以及橄榄岩包体为代表的地幔Mg同位素组成是否与球粒陨石的成分一致是目前争论的焦点,将地球和球粒陨石的成分进行对比,对于研究地球的早期形成、增生历史以及后期演化有着重要的意义。新鲜的橄榄岩包体是直接来自于岩石圈地幔的样品,能够提供其源区的同位素组成。目前国际文献中所发表的Mg同位素数据主要是以浅部的尖晶石相橄榄岩来代表上地幔的平均Mg同位素组成,反映了60km以上的上地幔同位素成分,而对于来自更深部地幔的样品如石榴橄榄岩的Mg同位素组成及其中共存矿物对之间同位素分馏的研究几乎没有,这就大大局限了我们对于地幔Mg同位素组成的理解。 我们对来自于南非Kaapvaal Craton的8个石榴二辉橄榄岩和方辉橄榄岩样品及其中共存的29个单矿物橄榄石(O1)、单斜辉石(Cpx)、斜方辉石(Opx)、石榴子石(Grt)和金云母(Ph1)进行了高精度的Mg-Fe同位素组成的测试。根据对大量岩石标样、合成溶液和自然样品重复测试的基础之上,我们Mg-Fe同位素分析方法的外部精度分别为：δ26Mg小≤0.05%o; δ856Fe为±0.04‰(2SD)。橄榄岩全岩的δ26Mg变化范围为-0.236‰～0.210‰,平均值为-0.221±0.0349‰(2SD, n=48); δ56Fe变化范围为-0.038‰～+0.060‰,平均值为0.007±0.063‰(2SD,n=56)；同时我们也测试了来自于Siberia Craton的8个石榴二辉橄榄岩全岩的Mg同位素组成,δ26Mg的平均值为-0.227±0.036‰(2SD,n=23),结果在误差范围内与南非样品完全一致。这些结果与前人发表的上地幔成分(特别是以尖晶石相橄榄岩为代表)一致,说明了上地幔的Mg同位素组成可能是均一的。相对于橄榄石(-0.236±0.042‰,2SD,n=32)而言,辉石、金云母(-0.118±0.037‰)具有略重的Mg同位素组成,石榴子石具有更轻的Mg同位素组成(-0.718±0.037‰～-0.517±0.047‰)。单斜辉石具有较橄榄石更轻的Fe同位素组成,石榴子石与橄榄石之间Fe同位素分馏程度与理论计算的矿物之间平衡分馏不一致,说明单矿物之间的Fe同位素可能并未达到平衡。后期交代作用会使得样品(如JGF98/6)的Mg同位素组成明显偏重,Fe同位素组成明显偏轻。这些地幔硅酸盐矿物如石榴子石-橄榄石和石榴子石-斜方辉石之间的Mg同位素分馏程度、方向与理论计算值一致。对于石榴橄榄岩包体的研究,将上地幔同位素组成的研究从60km拓展到深达180km,加深了我们对更深部地幔的理解。
【关键词】：Mg同位素 MC-ICP-MS 同位素分馏 低Mg样品 石榴橄榄岩 上地幔 交代作用
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P597;P588.125
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 Mg的地球化学性质12-13
• 1.2 Mg同位素组成和同位素分馏13-16
• 1.3 不同地质储库的Mg同位素特征16-17
• 1.4 选题依据及其意义17-18
• 1.5 研究内容及论文工作量小结18-20
• 第二章 Mg同位素分析方法综述20-44
• 2.1 Mg同位素分析方法的研究现状20-21
• 2.2 分析方法21-34
• 2.2.1 Mg同位素质谱分析技术21-23
• 2.2.2 MC-ICP-MS测试23-24
• 2.2.3 参考标准24-26
• 2.2.4 样品溶解及纯化流程26-32
• 2.2.4.1 样品制备26-27
• 2.2.4.2 Mg的化学纯化27-32
• 2.2.5 Mg同位素测试32-34
• 2.3 结果：岩石标样在不同实验室之间进行对比34-38
• 2.4 讨论38-41
• 2.4.1 如何获得最好的Mg纯化效率?38
• 2.4.2 精度和准确度38
• 2.4.3 Mg同位素测试的潜在影响因素38-41
• 2.4.3.1 纯化过程中的Mg同位素分馏38-39
• 2.4.3.2 基质效应39
• 2.4.3.3 “Invisible”看不见的基质效应39-40
• 2.4.3.4 浓度匹配40-41
• 2.4.3.5 Mg溶液的储存41
• 2.4.4 进行高精度Mg同位素测试的准则41
• 2.5 应用41-42
• 2.5.1 高温-低温下Mg同位素分馏41-42
• 2.6 结论及前景展望42-44
• 第三章 针对低Mg岩石样品的高精度Mg同位素分析方法44-71
• 3.1 引言44-46
• 3.2 分析方法46-53
• 3.2.1 主要的参考标准46-47
• 3.2.2 化学分离流程47-51
• 3.2.2.1 不同浓度淋洗酸对Mg淋洗曲线的影响48-49
• 3.2.2.2 不同的Mg上样量和岩性对淋洗曲线的影响49-51
• 3.2.3 质谱测试51-53
• 3.3 结果及讨论53-67
• 3.3.1 酸度和浓度匹配效应53-56
• 3.3.2 基质效应56-59
• 3.3.3 HClO_4效应59-60
• 3.3.4 精度和准确度60-65
• 3.3.5 Mg标准溶液和岩石标样的Mg同位素组成65-67
• 3.4 应用67-70
• 3.5 结论70-71
• 第四章 古老克拉通石榴橄榄岩的Mg-Fe同位素组成71-108
• 4.1 引言71
• 4.2 地质背景和样品描述71-74
• 4.2.1 Kaapvaal克拉通71-73
• 4.2.2 样品描述73-74
• 4.3 分析方法74-77
• 4.3.1 主量-微量元素分析74
• 4.3.2 Mg和Fe同位素分析74-77
• 4.4 结果77-96
• 4.4.1 矿物成分77-93
• 4.4.1.1 岩相学特征77-86
• 4.4.1.2 矿物成分86-88
• 4.4.1.3 微量元素特征88-93
• 4.4.2 不同实验室之间岩石标样的Mg-Fe同位素数据比较93-95
• 4.4.3 Mg同位素组成95
• 4.4.4 Fe同位素组成95-96
• 4.5 讨论96-107
• 4.5.1 不同矿物间Mg-Fe同位素分馏96-101
• 4.5.2 不同矿物对之间地质温压计的意义101-103
• 4.5.3 上地幔的Mg-Fe同位素组成103-105
• 4.5.4 地幔橄榄岩Mg-Fe同位素组成的变化105-107
• 4.6 结论107-108
• 第五章 未来展望108-110
• 附表110-132
• 参考文献132-146
• 致谢146-147
• 博士期间发表的论文147

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 Yajun An;Fang Huang;;A Review of Mg Isotope Analytical Methods by MC-ICP-MS[J];Journal of Earth Science;2014年05期

  本文关键词：高精度Mg同位素分析方法及石榴橄榄岩的Mg-Fe同位素地球化学，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：258037