【摘要】：本論文分兩部分:(1)硅酸鹽高精度B同位素測(cè)定方法的建立及其應(yīng)用;(2)南海海山玄武巖的年代學(xué)和地球化學(xué)研究。硼(B)是自然界同位素相對(duì)質(zhì)量差最大的元素之一,因此自然界B同位素存在相當(dāng)大的分異。B還具有強(qiáng)活動(dòng)性、強(qiáng)不相容性和在水流體中的高溶解度,所以不同地球化學(xué)儲(chǔ)庫(kù)中不但B同位素組成不同,B的濃度差異也很大,因此B同位素在地球化學(xué)研究中具有很廣闊的應(yīng)用前景。由于硅酸鹽中B的化學(xué)分離和純化比從其他物質(zhì)中更復(fù)雜,至今硅酸鹽礦物和巖石的B同位素分析仍很困難。為此,我們開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的化學(xué)處理方法來(lái)分離和純化B,然后利用MC-ICP-MS(多接收器等離子體質(zhì)譜,Multi-Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)、采用樣品-標(biāo)準(zhǔn)相間的模式測(cè)定硅酸鹽巖石的高精度B同位素組成。硅酸鹽巖石中的B通過(guò)HF溶解的方法提取,用單根陰離子交換柱(AG MP-1)純化,在整個(gè)化學(xué)處理過(guò)程中,只需要一次蒸干操作。該簡(jiǎn)化流程有效降低了化學(xué)處理過(guò)程中樣品B的污染和丟失。PFA(全氟烷氧基樹(shù)脂,Perfluoroalkoxy,抗HF腐蝕材料)霧化室和剛玉霧化器的使用減少了MC-ICP-MS測(cè)定過(guò)程B的記憶效應(yīng),從而能夠提供高精度δ11B數(shù)據(jù)。δ11B的內(nèi)部精度優(yōu)于+0.05‰(2σ標(biāo)準(zhǔn)誤差),外部精度通過(guò)長(zhǎng)期測(cè)定SRM 951獲得,高于+0.30‰(2σ標(biāo)準(zhǔn)誤差)。我們還測(cè)定了一系列國(guó)際硅酸鹽巖石標(biāo)樣的δ11B,其中一部分已有前人測(cè)定值樣品的數(shù)據(jù)與本次測(cè)定值在誤差范圍內(nèi)一致。這表明此方法適合各種硅酸鹽巖石的高精度δ11B測(cè)定,而且我們的數(shù)據(jù)為更多巖石標(biāo)樣提供了有效的B含量和δ11B值參考。作者用上述方法測(cè)定了雙遼地區(qū)新生代玄武巖的B含量及同位素組成,以示蹤其巖漿源區(qū)是否含有再循環(huán)洋殼組分。雙遼玄武巖B含量雖然偏低,但仍超出了原始地幔部分熔融產(chǎn)物的范圍,早期形成的碧玄巖和堿性橄欖玄武巖δ11B值偏高且值較分散(-9.7‰至+1.5‰,平均值為-3.0‰),其中兩個(gè)碧玄巖樣品(BBT-4和BLS-4)甚至具有正的δ11B值(BBT-4:+1.07‰,BLS-4:+1.48‰),顯示其源區(qū)有與海水蝕變相關(guān)的產(chǎn)物參與,而此類產(chǎn)物通常來(lái)自于俯沖洋殼表層或淺層;而后期形成的輝綠巖和過(guò)渡型玄武巖則具有相對(duì)集中且偏負(fù)的δ11B值(-11.3‰至-5.8‰,平均值為-8.2‰),落在了原始地幔的范圍內(nèi)(-10±2‰)。由于B的同位素組成并未受到陸殼混染、分離結(jié)晶和部分熔融過(guò)程的影響而發(fā)生分餾,因此雙遼玄武巖樣品的B同位素組成可以代表部分熔融之前巖漿源區(qū)的B同位素組成,即其地幔源區(qū)存在富集11B的洋殼物質(zhì)存在,該認(rèn)識(shí)支持前人關(guān)于雙遼新生代玄武巖源區(qū)含有再循環(huán)洋殼組分的觀點(diǎn)。晚新生代玄武巖廣泛分布于南海及其周邊,包括Macclesfield、Reed Banks、泰國(guó)、越南、海南島和雷州半島等地區(qū)。對(duì)該期玄武巖樣品的巖石學(xué)、同位素年代學(xué)和地球化學(xué)研究,不僅對(duì)南海演化和地幔深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制以及全球的板塊構(gòu)造格局演變的研究有重要意義,也是進(jìn)一步開(kāi)展南海深水區(qū)油氣資源勘探的需要。我們選取了南海玳瑁、珍貝和中南三座海山的14塊玄武巖樣品為研究對(duì)象,開(kāi)展了全巖巖石學(xué)、40Ar-39Ar年代學(xué)和地球化學(xué)研究。南海海山玄武巖40Ar-39Ar年代學(xué)結(jié)果表明玳瑁海山(~21.62 Ma)形成于南海停止擴(kuò)張之前,珍貝和中南海山(分別為7.35-8.42 Ma和6.79-8.18 Ma)則形成于南海停止擴(kuò)張之后。通過(guò)南海海山和周邊地區(qū)(包括雷州半島,海南島和越南)玄武巖之間的對(duì)比發(fā)現(xiàn),(1)兩者在巖石學(xué)和地球化學(xué)方面,尤其是放射性同位素比值的重合顯示他們來(lái)自同一地幔源區(qū);(2)但是兩者的某些主微量元素含量顯示了差異。海山和周邊的新生代玄武巖樣品在地幔源區(qū)和上升至洋殼表面的過(guò)程中經(jīng)歷的不同程度的分離結(jié)晶作用(斜長(zhǎng)石、橄欖石和/或斜長(zhǎng)石),造成了兩者在Mg O含量和Mg#比值、Ni含量等方面的差異。而海山樣品相對(duì)于周邊樣品低的(Sm/Yb)N,高的HREE含量、(Nb/Ta)N、(Zr/Hf)N以及玳瑁海山相對(duì)于珍貝和中南海山更低的LREE含量、(Zr/Hf)N和(Sm/Yb)N和La/Yb等則是巖石圈厚度不同造成的。在La/Yb VS.Dy/Yb相關(guān)圖中,南海海山和周邊新生代玄武巖都是尖晶石相穩(wěn)定區(qū)和石榴石相穩(wěn)定區(qū)部分熔融熔體混合的產(chǎn)物,但對(duì)于南海海山,尖晶石相穩(wěn)定區(qū)部分熔體的貢獻(xiàn)更大。另外玳瑁海山相對(duì)另外兩座海山具有更低的La/Yb,表明形成于更淺的位置,根據(jù)巖石圈蓋效應(yīng),顯示其上覆巖石圈更薄。冷卻模型計(jì)算的巖石圈厚度表明海山在形成時(shí)總體上具有比周邊地區(qū)薄得多的上覆巖石圈。三座海山之中,珍貝和中南海山在形成時(shí)具有接近的上覆巖石圈厚度,而且都大于玳瑁海山形成時(shí)的巖石圈厚度。南海海山和周邊地區(qū)新生代玄武巖的同位素組成顯示DMM與EM2端元組分的兩端元混合特征,另外樣品還具有Dupal Pb同位素異常,這些特征表明南海海山和周邊新生代玄武巖地幔源區(qū)的不均一性很可能是洋殼再循環(huán)造成的,地幔動(dòng)力學(xué)機(jī)制可能為海南島地幔柱。海南島地幔柱攜帶了俯沖的太平洋和/或印度-澳大利亞板塊俯沖至下地幔甚至核幔邊界的物質(zhì)上升至地表,為南海海山和周邊地區(qū)的新生代玄武巖提供了充足的能量和物質(zhì)。
【圖文】：

硅酸巖高精度 B 同位素測(cè)定方法的建立及其應(yīng)用和南海海山玄武巖的年代學(xué)和表 1.1 不同地球化學(xué)庫(kù)和地質(zhì)體中的11B 和 B 濃度11B（‰） B（×10-6）+39.5 4.5-4 ~ +59鹽 -30 ~ +10 高 +18 ~ +32 0.1 ~ 1+9 ~ +32 -5 ~ +5 約 10-5.6 ~ +6,3-7 ~ +13 <1（新鮮）10 ~ > 80（蝕變）

丙烯分離柱中。樹(shù)脂首先用 5 ml 的 Milli-Q 水清洗三次，然后用 3 ml 的 24MBVIII HF 清洗四次，之后用 3 ml Milli-Q 水清洗 4 次，最后再用 2 ml 3M HF 水清洗一次，就可以用于 B 的離子交換層析純化。12 ml 3M HF 含樣品的上清液緩慢加到離子交換柱上，每次 1 ml。上樣順序要根據(jù) Ti 含量高低排序，這是由于在 AG MP-1 樹(shù)脂離子交換柱的層析過(guò)程中，只有 Ti 淋洗干凈之后，B 才會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)在淋洗液中，因此為了便于 Ti 淋洗效果的監(jiān)控并確定后期的沖洗流程，需要按照 Ti 含量高低順序上樣。另外考慮到這些樣品的 B 含量變化范圍很大（從 2.5ppm 到 210ppm），而且最后接到的樣品只有 2/3 用來(lái)進(jìn)行 B 同位素測(cè)定（其余用來(lái)測(cè)定 B 元素含量），故而 0.15 g 樣品溶解之后應(yīng)有 0.25~0.21 g 的 B 用于同位素組成測(cè)定。為了消除空白對(duì)樣品 B同位素的影響，每個(gè)樣品應(yīng)在離子交換層析和相關(guān)的分離過(guò)程后有> 1 g 的 B。所以對(duì)于 B 含量<10 ppm 的樣品，每個(gè)柱都要上 2-4 份溶樣后離心分離的上清液，從而保證每根柱至少有 1 g 的 B。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P597.3;P588.145

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2579463