新疆西准噶尔造山带北部晚石炭世I型花岗岩的岩石地球化学和锆石Hf- O同位素特征:对其岩石成因与构造过程的启示

新疆西准噶尔造山带发育大量的晚古生代侵入岩,但它们的岩浆源区和形成的构造背景仍然存在较大争议。本文对西准噶尔造山带北部阿尔加提山石英二长岩进行了详细的岩石学、地球化学、锆石Hf-O同位素研究,旨在揭示其岩石成因和构造背景,探讨其与地壳生长的关系。两件样品的锆石U-Pb定年结果分别为301.8±1.4 Ma和303.7±3.1 Ma,形成于晚石炭世。阿尔加提山石英二长岩样品含有角闪石,高硅(SiO_(2)=67.8%~68.9%)、富碱(K_(2)O+Na_(2)O=9.36%~9.89%)、具有低的铝饱和指数(A/CNK=0.96~1.00),伴有低的Ga/Al值(2.27~2.34),Rb/Sr值(0.35~0.50),显示出I型花岗岩的特征。同时,这些样品均富集大离子亲石元素和轻稀土,亏损高场强元素(如Nb、Ta和Ti等),和负的Eu异常(δEu=0.72~0.85),类似于典型俯冲相关的岛弧岩浆特征。这些I型花岗岩具有高的、正的锆石ε_(Hf)(t)值(+11.2~+14.5)和年轻的二阶段Hf模式年龄(t_(DM2)=604~392 Ma),以及比地幔值略高的锆石δ^(18)O值(5.73‰~6.51‰)和高的锆石饱和封闭温度(T_(zr)=854~895℃),可能是新生下地壳在高温背景下部分熔融的产物。结合前人在西准噶尔造山带北部发现的晚石炭世早二叠世A1和A2型花岗岩和埃达克质岩墙,本文认为这些高温岩石组合的形成可能与晚石炭世的洋中脊俯冲及其相关板片窗作用有关。在洋脊俯冲背景下,软流圈地幔上涌加热新生下地壳,促使其发生部分熔融形成I和A_(1)和A_(2)型花岗岩。西准噶尔造山带大多数下地壳主要形成于早古生代,表明该地区在显生宙发生了显著的地壳增长。

冀东高板河矿床硫同位素特征及其对高于庄组硫化物及锰矿石成矿机制的约束

河北兴隆县高板河矿床是我国典型的中元古代喷流-沉积(SEDEX)型多金属硫化物矿床,其矿石及赋存围岩类型多样,目前不同类型矿石的主导成矿机制及其成因关系尚存争议。本文聚焦该矿床代表性矿石的硫同位素特征,发现与富锰黑色页岩密切相关的条带状/纹层状黄铁矿矿石和含锰白云岩赋矿的块状、浸染状及脉状硫化物矿石的硫同位素组成呈明显的两端元分布特征:前者主要由自形程度较好的黄铁矿微晶组成,相对富集重的硫同位素(δ34 S值在+6.7‰~+27.1‰之间);而后者以粗粒他形黄铁矿为主,硫同位素组成明显偏轻(δ34 S值总体在-10.0‰~+5.0‰之间)。不同于传统SEDEX模型强调局限盆地硫化水体环境,本文结合前人对该时期海平面及沉积相变化的认识,提出高板河矿化是海侵向海退转化过程中局部热液喷流活动加强的产物。底板黑色页岩上覆于浅水台地相碳酸盐岩地层以及其下部赋存白云质结核等地质证据指示该套富锰黑色页岩属于海侵成因。海侵过程使得潮下带深水区域形成局部硫化水体环境,低浓度海水硫酸盐几乎完全被还原,使得具有明显沉积特征的条带状/纹层状黄铁矿矿石富集重的硫同位素,其δ34 S平均值与前人报道的同时期海水硫酸盐硫同位素组成基本一致。相比之下,含锰碳酸盐岩中大量叠层石出现、硫化物矿层的下伏围岩由黑色页岩横向上过渡为碳酸盐岩的“穿时”特征共同指示层状矿体形成于海侵向海退转换过程中的沉积相突变带。同时,广泛发育的热液交代等地质特征指示碳酸盐岩中硫化物成矿过程中热液活动加强,由于潮间带碳酸盐岩沉积-早期成岩环境中硫酸盐浓度较高,水岩界面附近发生硫酸盐热化学还原作用产生较大的硫同位素分馏,因此碳酸盐岩赋矿的块状、浸染状及脉状矿石的硫同位素相比海水硫酸盐明显偏轻。综上所述,高板河矿床是喷流沉积和热液交代两种方式成矿的产物,成矿过程伴随着海侵向海退转换中发生的沉积相变,不同类型矿石硫同位素组成差异是由于不同水深条件下海水硫酸盐浓度差异导致的硫酸盐还原过程产生不同程度分馏的结果。本次研究为研究高于庄组二段所赋存的硫化物及锰矿石成矿过程提供了有效约束。

钙同位素在古海洋研究中的应用及进展

【意义】钙(Ca)是重要的造岩元素和生命必需元素,广泛参与地球表层物质循环过程,并记录着海洋环境及其演化。钙同位素在地球表层无机和有机作用过程中可发生不同程度的分馏,对于研究海洋钙循环和地球表层圈层相互作用具有重要价值。伴随着相关分析测试技术的进步,钙同位素日益成为重要的地球化学研究手段。鉴于钙同位素近年来在古海洋研究领域的广泛应用,有必要对其进行综述。【方法】以前人文献资料为基础,系统地介绍了钙同位素的基本原理、分馏机理、海洋钙循环及其同位素特征等方面的研究进展,进一步对其在碳酸盐岩成岩作用评估、深时海水钙同位素组成厘定、海洋钙循环重建等领域的应用进行了介绍和探讨,并对钙同位素在古海洋领域的发展方向进行了展望,以期促进深时钙循环研究。【结论和展望】钙同位素作为研究海洋钙循环的一把钥匙,日益成为一种重要的研究手段。目前,对钙同位素在不同矿物体系中的分馏机理已建立基础的认识,海洋钙源—汇通量及其钙同位素组成也得到初步的厘定。未来可进一步优化钙同位素分析测试方法,完善钙同位素分馏理论与深时海水钙同位素演化曲线,加强对古今海洋钙循环源—汇通量、钙同位素特征及其影响因素的多指标和定量化研究,提升对钙地球化学循环过程的认识。

大横路钴铜矿电气石及方解石稀土元素、同位素组成及其对成矿过程的指示

大横路钴铜矿钴的储量为2.7万t,它是我国大型的钴矿床,其经历了复杂的沉积-变质作用,长期以来被认为是典型的沉积-变质型矿床。其热液期成矿作用可能被低估,本研究通过详细的岩相-矿相学观察,证实了除变质流体外,确实有岩浆热液作用参与了成矿过程。本研究对方解石锶同位素,电气石硼同位素进行了激光微区分析。电气石硼同位素在空间上有显著变化,自热液脉至基质由-4‰降低至-14‰左右;电气石与方解石锶同位素(^(87)Sr/^(86)Sr)并无显著差异,其平均值分别为1.0896和1.0948,略低于全岩的平均值1.1063。尽管目前还无法定量估算岩浆热液对成矿物质的贡献,但是本研究表明岩浆热源所驱动的热液促进了成矿元素的氧化、活化和迁移;然后热液在赋矿层位的碳质千枚岩中还原沉淀,这是岩浆热液期最主要的成矿方式。但是岩浆热液在成矿物质上并无显著贡献,且本次研究暂未发现海相蒸发岩参与成矿的证据。因而,方解石与电气石单矿物微量元素和同位素组成是重建热液成矿作用过程的重要指示矿物。

地质样品中钛的化学分离及双稀释剂法钛同位素测定

建立了玄武岩和橄榄岩样品中钛(Ti)的化学分离方法,特别是对于含低Ti而高Fe和Mg的橄榄岩样品中Ti的化学分离方法进行了探索。实现了通过双稀释剂技术校正的多接收器等离子体质谱(MC-ICP-MS)法测定玄武岩和橄榄岩的Ti同位素组成。玄武岩样品Ti的化学分离采用DGA和AG1-X8两柱法;橄榄岩样品Ti的化学分离采用DGA和AG1-X8三柱法。Ti同位素比值使用MC-ICP-MS测定,测定过程中的仪器质量分馏使用双稀释剂法校正。采用SRM 979 Cr同位素标准物质的^(53)Cr/^(52)Cr=0.11339对Ti同位素标准溶液SRM 3162a和^(47)Ti-^(49)Ti双稀释剂进行标定。而后,测定分别加入了^(47)Ti-^(49)Ti双稀释剂的Alfa Ti相对于SRM 3162a Ti的δ^(i/46)Ti,并用于监控测试过程。使用双稀释剂法测定Alfa Ti的结果为:δ^(49/46)Ti=-1.77‰±0.08‰(2sd),δ^(48/46)Ti=-1.20‰±0.05‰(2sd),δ^(47/46)Ti=-0.61‰±0.03‰(2sd),本方法的外部精度≤0.03‰/amu,优于样品-标样交叉法。

“同位素分析新技术与地质应用研究新进展”专辑特邀主编寄语

同位素定年和示踪技术已渗透到地球科学的各个方面,成为确定地质事件时代和成岩成矿年龄、示踪成岩成矿物质来源和形成环境条件的重要手段,推动地球科学发展的重要动力。随着分析技术的不断发展,微区/微量同位素、非传统同位素、高维度同位素已成为当前国际同位素地球化学研究的前沿和重点领域,近年来我国在该领域也取得长足发展和一系列重大成果。本“同位素分析新技术与地质应用研究新进展”专辑集中刊发了13篇这方面的文章,主要涵盖了两个方向的研究成果:(1)同位素地质分析新方法及标准物质研制;(2)同位素地球化学研究新进展,主要包括同位素示踪技术在矿床和海洋沉积环境中应用研究。本文将对收录本专辑文章的研究工作做一简要介绍,对深入了解我国同位素地质分析技术及应用研究最新进展具有一定参考价值。

地质样品中铬的化学分离及双稀释剂法铬同位素测定

本研究建立了适用于玄武岩、纯橄岩和页岩样品的阳离子树脂铬元素化学分离方法,并采用双稀释剂校正化学分离和质谱仪测量过程中的质量分馏。在化学分离过程中铬有3个淋洗峰,反映了盐酸体系中铬至少具有3种络合物。页岩样品中Al、Ti含量较高,在淋洗过程中会有过载现象。采用了SRM 979对50Cr-54Cr双稀释剂进行了标定,双稀释剂的铬同位素组成为50Cr/52Cr=41.66,54Cr/52Cr=22.28。铬元素标准NIST 3112a相对于SRM 979的δ^53Cr=–0.063±0.05‰(2SD,N=22)。玄武岩、纯橄岩等标准物质的结果与已发表数据在误差范围内一致,精度达到国际同类实验室平均水平。

华北蓟县中元古界剖面中燧石条带的形成机制——硼硅同位素证据

天津蓟县中新元古界海相沉积碳酸盐岩建造中分布大量燧石条带,特别是雾迷山组燧石条带与白云岩互层密集产出,沉积韵律非常明显,记录了其形成时海洋的化学和生物等信息,但关于其成因和形成机制还存在不同的认识。我们对蓟县中元古界剖面中碳酸盐岩的硼同位素和燧石条带的硅氧同位素进行了系统研究。燧石条带的δ 30 Si NBS 28 值为0. 6‰~3. 3‰,平均2. 2‰,较热水化学沉积硅质岩的δ 30 Si NBS 28 值显著偏高,与浅海生物沉积硅质岩的硅同位素组成相近。燧石条带的δ 18 O V SMOW 值为21. 7‰~27. 8‰,平均25. 5‰,较热液成因硅质岩的值明显偏高,而与常温海相硅质岩的δ 18 O值相似。蓟县剖面白云岩和灰岩等碳酸盐岩的δ 11 B SRM 951 值为0‰~11. 0‰之间,平均4. 8‰,较现代海相碳酸盐的值明显偏低。高于庄组至雾迷山组燧石条带白云岩的δ 11 B值普遍高于白云岩和灰岩的值,在3. 3‰~12. 9‰之间,平均8. 4‰。在酸性条件下富集重硼同位素的B(OH) 3掺入碳酸盐的比例增加,可导致其δ 11 B值升高。这表明燧石条带白云岩可能形成于局部酸性水环境。结合碳酸盐和SiO 2溶解/沉淀与pH之间相互关系,提出蓟县剖面中的燧石条带是一种具有时代特征的同沉积的生物化学沉积硅质岩。中元古代海水中SiO 2浓度高,基本呈饱和状态,Mg/Ca比值高,生物活动已成为影响海洋环境的重要因素。在生物活动繁盛期大量有机质沉积于海底,导致海水-沉积物界面附近pH值大幅下降(pH<7. 8),白云石等碳酸盐溶解度升高,难以沉淀;与此相反,SiO 2溶解度降低,达到过饱和,大量沉淀形成燧石条带/透镜体。生物活动羸弱期,海底pH值升高恢复到正常水平,SiO 2溶解度升高,碳酸盐溶解度降低,形成白云岩等碳酸盐沉淀。生物活动的周期性变化,则形成白云岩与燧石互层的条带状韵律层。燧石条带白云岩的硼同位素组成反映的是局部流体的δ 11 B和pH值,不适合用来反演海水的硼同位素组成。

碳酸盐(岩)的锂同位素组成:一种潜在的古海水pH替代性指标

地球演化历史中海水的pH值发生了明显变化,海水pH值可能是控制海相碳酸盐岩能否形成及其成分演化的重要因素,对了解地球早期白云岩的成因和一些矿产的形成等均有重要指示意义。然而,记录海洋pH值变化的替代性指标非常稀少,常用的主要是碳酸盐(岩)的硼同位素。古老碳酸盐的硼同位素往往受到后期地质作用的影响,δ11B-pH转化过程中需要基于多种假设,硼酸和硼酸根之间的分馏系数(αB)、硼酸表观电离常数(pKB*)以及δ11BSW的不确定性,使硼同位素分析结果具有多解性、不确定性。亟需多个独立指标对海水pH值进行限制,碳酸盐(岩)锂同位素是一个潜在的替代性指标,Roberts et al.(2018)发现有孔虫碳酸盐壳体的δ7Li与海水pH值呈显著负相关关系,认为6Li和7Li水合离子在进入碳酸盐晶格时要脱去溶剂水,这个过程的去溶能与pH值相关,导致锂离子进入有孔虫方解石壳体的过程中存在显著的同位素分馏。在对蓟县剖面中—新元古代海相碳酸盐岩碳酸盐相的硼、锂同位素进行研究时发现,纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成(4.9‰~13.4‰,平均8.03‰)明显低于现代海洋碳酸盐的锂同位素组成,中元古以来碳酸盐(岩)的锂同位素组成总体呈上升趋势。纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成与硼同位素组成及海水的pH值(δ11Bsw=25‰)呈明显反相关关系;硅质条带白云岩的硼、锂同位素组成也呈明显反相关关系,说明碳酸盐(岩)的锂同位素确实有可能成为一种潜在的pH值替代性指标。若碳酸盐(岩)锂同位素可以对海水pH值施加独立约束,那硼、锂同位素联合研究将对重建古海洋的pH值演化具有重大意义。

黑色页岩铁同位素标准物质的研制

本文选择宜昌三峡地区九龙湾剖面采集的黑色页岩作为黑色页岩Fe同位素备选标准物质,命名为CAGS-BS。使用单因素方差分析法对CAGS-BS进行均匀性检验;使用t检验对其在24个月中四次分析的数据进行长期稳定性的检验,结果显示均匀性和稳定性良好,满足标准物质的要求。黑色页岩Fe同位素标准物质采用多家实验室协作定值的方法确定特征量值。协作定值的单位包括:中国地质科学院地质研究所,中国科学技术大学,中国地质大学(北京),天津大学和中国科学院广州地球化学研究所。剔除了可疑值之后的数据符合正态分布,可以采用算术平均法进行标准物质的定值。标准物质不确定度由协作测定的不确定度分量(uchar)、批内瓶间差异引起的不均匀性不确定度分量(ubb’)和实验室保存引起的长期不稳定性不确定度分量(ults)共同确定,总不确定度为扩展不确定度,包含因子(k)等于2。得到CAGS-BS的特征值及不确定度为:δ^56FeIRMM-014/‰=0.10±0.04。该标准物质可用于黑色页岩样品的化学流程评价和验证、质谱仪的校正及整个过程的分析质量控制。

贵州铜仁高地“大塘坡式”锰矿的成矿机制——硫、碳同位素制约

“大塘坡式”锰矿在我国华南黔湘渝地区广泛分布,是我国最重要的锰矿资源类型之一。它的形成与新元古代Sturtian雪球事件密切相关,但其具体的成矿机制尚不十分清楚,还存在许多争论。本文对贵州铜仁地区新近发现的高地超大型锰矿和共伴生黑色页岩中的微量硫酸盐和黄铁矿的硫同位素、菱锰矿等碳酸盐岩及有机碳的碳同位素进行了系统研究,对该类型锰矿的成矿环境和沉淀机制进行了探讨。高地锰矿大塘坡组一段含锰黑色页岩和锰矿石中硫酸盐的含量很低,为30.9~20439.7μg/g,平均3322.5μg/g,硫酸盐的δ^34SVCDT为51.5‰~68.1‰,平均60.4‰。冰碛岩上部铁丝坳组含砾杂砂岩中黄铁矿的δ^34SVCDT为26.8‰~59.6‰,平均52.1‰;上覆大塘坡组黑色页岩和锰矿石中黄铁矿的δ^34SVCDT为53.7‰~65.6‰,平均63.3‰,与前人在该区域其它矿区得到的结果一致,与硫酸盐的δ^34SVCDT值差别不大;黑色页岩和锰矿石全岩的δ^34SVCDT为41.4‰~63.9‰,平均55.7‰。同一样品中,硫酸盐的δ^34S均高于全岩的值,但差异不大。铁丝坳组顶部含砾杂砂岩的δ^13Ccarb为–11.3‰~–8.3‰,平均–9.6‰,δ^13Corg为–31.7‰~–30.1‰,平均–30.9‰;大塘坡组一段黑色页岩和锰矿石的δ^13Ccarb为–12.4‰~–4.6‰,平均–8.5‰,δ^13Corg为–34.3‰~–32.6‰,平均–33.6‰,二者在含锰段同步下降,有机碳含量明显升高,说明有机质对锰矿的形成发挥了重要作用。综上提出,大塘坡式锰矿形成于滨浅海相半封闭性的断陷盆地之中,含锰地层中δ^34S异常高的黄铁矿是在氧化还原分层明显的静水环境中,由δ^34S异常高的孔隙水硫酸盐在成岩过程中几乎全部还原形成的,而海水硫酸盐的δ^34S正异常与雪球事件、生物爆发和沉积演化等密切相关。雪球融化之后,在断陷盆地的浅层海水中,生物活动和光合作用强盛,氧浓度高,海水中Mn^2+不断被氧化形成氧化锰并从海水中沉淀出来,而深部还原缺氧富Mn^2+的海水不断越过构造脊进来补充。浅层海水中微生物大量繁殖,死亡后沉降于海底,导致断陷盆地底部有机质大量聚集,氧逸度急剧下降。在沉积成岩过程中氧化锰被沉积物中大量有机质全部还原为Mn^2+,有机质本身被氧化为CO3^2-,二者结合形成菱锰矿。

内蒙古炭窑口硫化物矿床Fe、S同位素组成及对硫化物成矿的制约

古—中元古代时期是地质历史上最重要的铅-锌硫化物爆发性成矿阶段,位于我国华北板块北缘西段的狼山多金属成矿带是这个时期的典型案例。作为成矿带内最大的硫化物矿床,炭窑口和东升庙矿床赋矿层位和矿化特征一致,被认为是同一个次级盆地内一次大型热液成矿事件的产物。这两个矿床所赋存的数亿吨硫化物矿石均不同程度富集重S同位素(平均值>+30‰),而对于矿石硫的具体来源及34S富集机制尚存争议。本文对炭窑口围岩和矿石中黄铁矿进行了Fe-S同位素研究,对其沉积-成岩环境和矿化过程给出综合制约。炭窑口碳质板岩中粗粒黄铁矿δ^56FeIRMM值在−0.51‰~−0.15‰之间,δ^34SV-CDT值在+35.0‰^+39.6‰之间,相比东升庙矿床围岩中不规则黄铁矿明显富集轻Fe同位素且更加富集重S同位素,可能是盆地边缘、相对氧化的浅水环境下Fe以氧化态几乎完全沉淀后成岩期转化的产物。该认识与炭窑口矿区常见层状重晶石所指示的比东升庙更加氧化的盆地边缘浅水环境一致。本文认为炭窑口矿石与围岩中硫化物均强烈富集重S同位素(δ^34SV-CDT值均在+26.6‰^+41.0‰之间)表明成岩环境同样是矿石硫化物结晶沉淀的主战场,其中半局限环境中浓缩海水硫酸盐在较封闭成岩条件下被甲烷为主的还原剂几乎完全还原。“局限盆地+成岩环境”模式可以解释炭窑口—东升庙盆地围岩和矿石均异常富集重S同位素的特征。前人报道的与成矿关系密切的碳酸盐相对富集轻C同位素所指示的有机碳参与成矿为成岩环境成矿提供了可靠证据。尽管不能完全排除细菌还原硫酸盐的作用,炭窑口—东升庙盆地各个层位围岩与矿石轻S同位素完全缺失表明开放体系细菌还原作用导致的硫化水体环境主导成矿的可能性较小。

金属同位素质谱分析中样品处理的基本原则与方法

二十年来,国内外相继建立了多种金属(铁铜锌镁钙锂钼硒汞铬镉矾钡钛等)同位素的分析方法。金属同位素分析中的样品处理包括两个过程:样品的消解和样品中待测元素的分离纯化。为了获得真实、准确的金属同位素数据,样品处理过程必须遵守两个基本原则:①不引入待测元素以及可能会对待测元素同位素分析产生干扰的元素;②待测元素不发生损失。金属同位素分析常用的样品消解方法是酸溶法(包括高压闷罐法和微波消解法)。待测元素的分离纯化主要使用离子交换分离法。相同的树脂可以用于不同元素的化学分离,同一种元素也可以使用不同的树脂进行化学分离。不同类型样品的基质差异较大,需要不同的流程对待测元素进行分离。研究人员可以通过改变前人的分离流程,包括改变树脂的用量、变换淋洗液或用量、增加分离步骤等方法来满足不同样品的分离要求。本文提出了金属同位素样品处理中需要注意的一些细节:①如果消解样品时使用了高氯酸,必须将高氯酸在高温下彻底去除,因为残余的高氯酸具有强氧化性会使后续化学分离中使用的离子交换树脂失效,影响分离效果;②同一体积的树脂放入不同内径的交换柱中,树脂柱越细越长,淋洗液流速越慢、洗脱时间越长,并且待测元素洗脱出来越滞后;③离子交换过程中,每次加入的试剂体积越小,淋洗出来的元素越集中,分离效果越好。

岩石铷-锶和钐-钕同位素标准物质的研制

通常样品的^(87)Sr/^(86)Sr和^(143)Nd/^(144)Nd同位素比值分析采用SRM9^(87)、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,^(87)Sr/^(86)Sr比值分布为0.70446~0.71309,^(143)Nd/^(144)Nd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。

细菌反硝化法测定10^-6级硝酸盐的氮和三氧同位素

硝酸盐的氮和三氧同位素(δ^15N,δ^17O和δ^18O)及氧同位素非质量分馏(△^17O)综合研究,可以更有效地示踪硝酸盐的来源和形成过程、制约硝酸盐的形成条件。本文详细描述了细菌反硝化法测定10^-6级硝酸盐氮和三氧同位素的分析测试方法和实验要点。综合优化改良的细菌反硝化前处理方法、全自动气体预浓缩富集纯化系统和测试流程,实现了实验室长期测定数据的稳定性,以及多批次标准样品测定的良好重现性。10 nmol NO3^-标准样品的δ^18O和δ15N测试精度分别是0.25‰(1σ)和0.40‰(1σ)。80 nmol NO3^-标准样品的δ^18O、δ^17O和δ15N的测试精度分别是0.5‰(1σ)、0.4‰(1σ)和0.1‰(1σ),据此计算出的Δ^17O精度为0.46‰(1σ)。

磁铁矿铁同位素标准物质的研制

中国地质科学院地质研究所研制了磁铁矿铁同位素标准物质,将其命名为CAGS-MAG。研制过程中使用单因素方差分析法对CAGS-MAG进行均匀性检验,使用趋势检验对其在30个月中5次分析数据进行长期稳定性检验,结果显示均匀性和稳定性良好,满足标准物质的要求。CAGS-MAG的特征值采用多家实验室协作定值的方法确定。协作定值的单位包括中国地质科学院地质研究所、中国地质大学(北京)、中国科学技术大学、中国科学院广州地球化学研究所和天津大学。所有定值数据没有可疑值、符合正态分布且是等精度的,因此采用算术平均法确定标准物质的特征值。标准物质不确定度由定值过程引入的不确定度(u_(char))、均匀性引入的不确定度(u_(bb)或u_(bb)')和稳定性引入的不确定度分量(ults)共同确定。总不确定度为扩展不确定度,包含因子k=2。CAGS-MAG的特征值及不确定度为:δ^(56)Fe_(IRMM-014)(‰)=0.68±0.10,δ^(57)Fe_(IRMM-014)(‰)=0.99±0.13。该标准物质可用于磁铁矿和赤铁矿等铁矿样品的化学纯化效果的评价和验证、控制整个分析过程的质量以及实验室间的数据对比。

钛同位素地球化学综述

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。

铁氧化物氧同位素示踪原理及其在铁矿成因研究中的应用

铁氧化物(以磁铁矿和赤铁矿最为常见)是铁矿床中最主要的含铁矿物,其氧同位素地球化学对于铁矿的成因研究具有重要意义。本文在总结了铁氧化物氧同位素分馏理论、不同成因类型铁矿形成过程的基础上,对世界主要类型铁矿铁氧化物的氧同位素组成特征和分馏规律进行了总结,并以新疆智博、查岗诺尔、备战海相火山岩型铁矿为例,开展了磁铁矿氧同位素地球化学研究。结果发现,这些铁矿中磁铁矿氧同位素组成δ18OSMOW集中在1‰～3‰之间,表明其形成于岩浆作用主导的高温岩浆/岩浆-热液环境,后期低温热液作用对铁的成矿作用影响有限。

华北地幔捕虏体Fe-Mg-Ca同位素研究进展

近年来,得益于同位素分析技术和质谱仪器性能的提高,使得铁(Fe)、镁(Mg)和钙(Ca)等非传统稳定同位素的高精度测量成为可能,并很快在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域取得了丰硕的成果。本文通过对比分析来自华北克拉通不同地区不同类型地幔捕虏体的Fe、Mg和Ca位素组成特征,揭示华北克拉通岩石圈地幔Fe、Mg和Ca同位素组成不均一性的成因,并在此基础上,探讨华北大陆岩石圈地幔演化过程如部分熔融、橄榄岩-熔体反应过程、熔体的性质和来源等科学问题,为华北克拉通岩石圈的演化过程提供新证据。

穿越时间之河 探寻古老技艺--钙同位素揭秘古代陶瓷制釉技术

我国是世界上著名的陶瓷之国,瓷器的创制与发展是我国古代伟大的发明之一,在我国乃至世界文明史上写下浓重一笔。陶瓷发展史也是我们民族发展史的一部分。古代陶瓷制釉技术研究表明,我国先民早在2万年前就已经会烧制陶器。经过长期发展,商周时期就已掌握了制釉技术并成功烧制出原始青瓷;东汉时期,真正意义上的瓷器在浙江上虞一带产生。