【摘要】：目前Re-Os同位素體系已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地幔演化的研究,這主要是因?yàn)镽e和Os在地幔熔融過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出特殊的地球化學(xué)行為。其中Re為不相容元素,因此在地幔熔融過(guò)程中會(huì)在熔體中富集;而Os為相容元素,能保留在殘余相中從而能記錄下地幔的原始信息。地幔中的Os元素又主要富集在硫化物中,如果能實(shí)現(xiàn)地幔硫化物原位微區(qū)Os同位素測(cè)試,那么便可以直接獲得地幔演化過(guò)程的有關(guān)信息。因此本文針對(duì)硫化物原位微區(qū)Os同位素測(cè)試技術(shù)及其在地幔研究中的應(yīng)用開展了一系列的工作,主要包括:硫化標(biāo)樣的制備,校正策略的優(yōu)化,低含量樣品測(cè)試以及實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用四個(gè)方面。1.硫化標(biāo)樣的制備目前國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有現(xiàn)成可供LA-MC-ICP-MS原位Os同位素測(cè)試使用的硫化物標(biāo)樣,因此本研究首先要解決校正標(biāo)樣的難題。超細(xì)粉末壓餅在實(shí)現(xiàn)樣品基體匹配的同時(shí),還可以較好地保存原粉末樣品的組成成分,是制備Os同位素測(cè)試硫化物標(biāo)樣的可行方法。因此我們選用國(guó)內(nèi)硫化物標(biāo)準(zhǔn)粉末為基礎(chǔ)物質(zhì),并混入適當(dāng)?shù)腞e或Os單標(biāo)溶液制備成初始粉末。在添加乙醇為助磨劑后,利用行星式球磨儀對(duì)原始粉末進(jìn)行細(xì)化,使得絕大部分粉末的粒度降低到納米級(jí)別。再利用壓餅法和高溫高壓熔融法,制備了用于干擾校正的標(biāo)樣CR-1P,時(shí)間漂移校正的標(biāo)樣CO-1P以及后續(xù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)所需的測(cè)試樣品COR-1F、POR-1F和MIX-1P。利用LA-MCICP-MS對(duì)標(biāo)樣CR-1P中的187Re/185Re和標(biāo)樣CO-1P中的187Os/188Os比值進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明兩者的平均值與各自的推薦值吻合,并且剝蝕過(guò)程中的實(shí)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)比值也十分穩(wěn)定,制備的Os同位素測(cè)試標(biāo)樣的均一性滿足原位測(cè)試的要求。2.校正策略的優(yōu)化進(jìn)行LA-MC-ICP-MS原位Os同位素測(cè)試時(shí),會(huì)面臨干擾扣除和質(zhì)量分餾校正的問(wèn)題。由于Re只存在兩個(gè)同位素,因此無(wú)法利用內(nèi)標(biāo)法獲得用于干擾扣除校正的分餾因子。而原有解決方法是利用膜去溶裝置添加Ir為假內(nèi)標(biāo)來(lái)估計(jì)Re的分餾因子。這種做法忽略了激光剝蝕過(guò)程中的質(zhì)量分餾效應(yīng),并且使得測(cè)試流程十分繁瑣。因此原有方法存在測(cè)試流程簡(jiǎn)化并測(cè)試效果優(yōu)化的空間,具體做法如下:在不引入外來(lái)Ir氣溶膠的情況下,先激光實(shí)時(shí)測(cè)定純Re硫化物標(biāo)樣CR-1P的Re分餾因子,再通過(guò)線性內(nèi)插的方式計(jì)算出樣品的Re分餾因子,從而實(shí)現(xiàn)樣品中的同量異位素干擾的扣除。而Os同位素的質(zhì)量分餾校正處理較為簡(jiǎn)單,只需利用189Os/188Os作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正即可。無(wú)論是溶液進(jìn)樣還是激光剝蝕進(jìn)樣的測(cè)試結(jié)果均證明:改進(jìn)后的測(cè)試方法可以有效地校正樣品測(cè)試時(shí)的同量異位素干擾和質(zhì)量分餾效應(yīng),從而獲得準(zhǔn)確的187Os/188Os比值。在綜合統(tǒng)計(jì)溶液進(jìn)樣和激光剝蝕進(jìn)樣的測(cè)試結(jié)果后,我們還得到了干擾扣除程度與測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)系方程,從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果的快速評(píng)價(jià)。3.低含量樣品測(cè)試當(dāng)進(jìn)行低Os含量樣品原位Os同位素測(cè)試時(shí),不可避免地會(huì)遇到信號(hào)強(qiáng)度不足的問(wèn)題,而這時(shí)法拉第杯上響應(yīng)信號(hào)的誤差會(huì)明顯增大。在這種情況下,我們便需要對(duì)杯結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,改用離子計(jì)數(shù)器來(lái)接收低強(qiáng)度信號(hào),以便提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和精確度。但是離子計(jì)數(shù)器的使用會(huì)帶來(lái)增益因子衰減、死時(shí)間校正、高壓平臺(tái)校正等問(wèn)題。因此需要在進(jìn)行LA-MC-ICP-MS測(cè)試前,需要利用Au單標(biāo)溶液和Dy單標(biāo)溶液分別對(duì)離子計(jì)數(shù)器的增益因子和死時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定�？紤]到離子計(jì)數(shù)器在使用過(guò)程中,增益因子可能會(huì)不斷衰減,因此樣品的的干擾扣除和質(zhì)量分餾校正所需要的參數(shù)均采用外標(biāo)內(nèi)插計(jì)算的方式(SSB法)獲得。而對(duì)標(biāo)樣CO-1P和樣品COR-1F的測(cè)試結(jié)果表明:采用全離子計(jì)數(shù)器的杯結(jié)構(gòu)進(jìn)行原位Os同位素測(cè)試,可以使原有的測(cè)試含量下限降低約50倍。4.實(shí)際地質(zhì)應(yīng)用華北克拉通是世界上研究克拉通破壞的重要場(chǎng)所,在其內(nèi)部存在有大量的地幔包體樣品。而這些地幔包體直接記錄了地幔中的熔/流體活動(dòng)信息。本文選擇華北克拉通北緣大麻坪地區(qū)的地幔包體為研究對(duì)象,開展了巖相學(xué)、原位主微量元素、Sr同位素和Os同位素等多項(xiàng)研究工作,以便探討該地區(qū)的地幔熔/流體活動(dòng)情況。待測(cè)的二輝橄欖巖(DMP-331)中輝石較大(0.5mm)且較多,表明其可能經(jīng)歷了較強(qiáng)的熔體交代反應(yīng)�；趲r相學(xué)特征,我們將薄片中的硫化物分為粒間和粒內(nèi)硫化物兩類,其中粒內(nèi)原生硫化物賦存于單斜輝石顆粒之中。該寄主單斜輝石的Mg#為88.4-88.9,而(La/Yb)N和Ti/Eu比值進(jìn)一步表明其形成是與硅酸巖熔體有關(guān)。而后根據(jù)其稀土元素含量,便可以計(jì)算出的與其平衡的熔體稀土元素特征。對(duì)比熔體與寄主玄武巖的稀土元素特征,可以發(fā)現(xiàn)兩者并不一致,因此該單斜輝石為早期硅質(zhì)熔體結(jié)晶形成。無(wú)論是單斜輝石的原始Sr同位素特征(0.70389-0.70419)還是其包裹的硫化物原位Os同位素特征(0.1677)均較區(qū)域內(nèi)橄欖巖的全巖值升高,這也就意味著硅質(zhì)熔體中含有再循環(huán)地殼的物質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P542.5;P597
【圖文】：

冰水；2，樣品；3，氧化劑；4，多通道蠕動(dòng)反應(yīng)室；7，熱電偶裝置；8，氬氣（載氣）入口；9，炬；11，霧化室；12，排放廢液。（b）批次式發(fā)生器：；3，氬氣（霧化）入口；4，Teflon 三通開關(guān)；5，樣臺(tái)；8，加熱線圈；9，熱電偶裝置；10，冷卻室和水循進(jìn)樣氣路；12，炬管連接口；（據(jù) Bazan (1987)圖修改）tinuous flow apparatus: 1, ice water; 2, sample; 3, oxidant; 4ixing valve; 6, heated reaction chamber; 7, thermocouple; 8,ater circulating ports of the condenser; 11, separation chamh sparing apparatus: 1, stopcocks made of Teflon; 2 sample let; 4, three-way Teflon stopcock; 5, sample injection port; 6ocouple; 10 water circulating ports of the condenser; 11, samof Teflon; 12, to the torch. (modified from Bazan (1987))蒸發(fā)法的工作原理和現(xiàn)在使用的膜去溶裝置式是系統(tǒng)和 MC-ICP-MS 替代進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。Nanne et alP-MS 上成功實(shí)現(xiàn)了巖石樣品中的 Os 同位素的高

本論文工作流程安排圖

導(dǎo)致元素信號(hào)在測(cè)試過(guò)程中隨著時(shí)間會(huì)有一定的變化。特別是進(jìn)行同位素測(cè)試，如果不是同時(shí)獲得同位素的信號(hào)，那么所獲得的同位素比值結(jié)果精密度會(huì)明顯差(Moens et al., 2001; Y. Patterson et al., 1999)。在 20 世紀(jì)的 90 年代出現(xiàn)的 MC-P-MS 較好地抑制了“等離子閃爍”這一問(wèn)題。其解決思路如下：通過(guò)將不同質(zhì)數(shù)的同位素同時(shí)引入不同的檢測(cè)器，來(lái)消除不同時(shí)間內(nèi)等離子體波動(dòng)造成的影(Rehk mperetal.,2001)�？傮w來(lái)說(shuō)，多接收的模式的 ICP-MS 具有同時(shí)檢測(cè)、電效率高、離子傳送迅速，雙聚焦后可形成的平頭峰以及檢測(cè)器穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此同位素測(cè)試的精度可以與 TIMS 媲美。本次研究使用的 MC-ICP-MS 的型號(hào)有兩，分別為德國(guó) Thermo Fisher Scientific 公司生產(chǎn)的 Neptune Plus 和英國(guó) Nu 儀器司生產(chǎn)的 NuPlasmaII。在儀器的結(jié)構(gòu)上看，兩者在 ICP 離子源和雙聚焦系統(tǒng)（包靜電場(chǎng)和扇形磁場(chǎng)）的設(shè)計(jì)思路是類似，但檢測(cè)器系統(tǒng)部分存在較明顯的區(qū)別。然兩者都安裝了法拉第杯和離子計(jì)數(shù)器，但是檢測(cè)器的數(shù)量和杯結(jié)構(gòu)調(diào)整方式存在較大的不同。如圖 2.1 所示，按照氣溶膠進(jìn)入儀器后依次通過(guò)的順序，對(duì)C-ICP-MS 內(nèi)的各個(gè)工作系統(tǒng)進(jìn)行介紹，它們依次為：ICP 離子源、接口與離子鏡系統(tǒng)、雙聚焦系統(tǒng)（包括靜電場(chǎng)和扇形磁場(chǎng)聚焦），和檢測(cè)器陣列系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2798180