本文關(guān)鍵詞：高精度Mg同位素分析方法及石榴橄欖巖的Mg-Fe同位素地球化學，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)的廣泛應(yīng)用和同位素分析方法的重大突破,非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素地球化學體系獲得了突飛猛進的發(fā)展。作為一種新型的地質(zhì)示蹤劑,Mg同位素體系已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在地球化學的各個領(lǐng)域中。由于化學流程和質(zhì)譜測試過程中存在的質(zhì)量分餾效應(yīng)很容易產(chǎn)生分析誤差,所以要獲得自然樣品高精度的Mg同位素數(shù)據(jù)仍然還存在很大的挑戰(zhàn)。在此論文中,我們首先系統(tǒng)地回顧了Mg同位素分析技術(shù)的發(fā)展過程,并詳細地描述了測試過程中一系列重要的細節(jié)問題包括儀器偏差的校正、化學純化過程、基質(zhì)效應(yīng)、以及高精度同位素分析中常見的錯誤等。同時也比較了不同實驗室對標準物質(zhì)的同位素測試結(jié)果,提出了Mg同位素分析過程中需要注意的一些規(guī)則以供參考,簡要地討論了地質(zhì)過程中發(fā)生的Mg同位素平衡和動力學分餾。 因為目前文獻中仍然缺乏一種專門用來分析低Mg含量樣品的分析方法,并且低Mg巖石標樣高精度的Mg同位素數(shù)據(jù)很少且不同研究組之間存在較大的爭議,尤其是幾種花崗巖標樣在不同實驗室得到的結(jié)果之間存在明顯的差異。因此我們建立了一套針對低Mg巖石樣品(MgO1wt.%)的化學分離方法,這套方法也可以用于高Mg樣品的測量。利用HNO3+HF可以將低Mg樣品中的Mg和其它基質(zhì)元素(如Ti、Al、Fe和K)有效地分離開,同時通過增加Mg的上樣量可以降低陽離子樹脂中淋濾下來的有機質(zhì)影響。我們分別在北京和合肥的兩個實驗室對可能影響Mg同位素分析的各種因素進行了測試。在兩個實驗室中,單元素Mg國際標準溶液CAM-1的δ26Mg值分別為-2.597±0.042‰(2σ,n=49)和-2.598±0.039‰(2σ,n=79)；實驗室標準溶液IGGMg1的δ26Mg值分別為-1.742±0.041‰(2σ,n=53)和-1.749±0.049%o(2σ,n=72)。將IGGMg1和IGGMg2中分別加入不同量的基質(zhì)元素組成兩種合成溶液,經(jīng)過長達十個月的測試,這兩種合成溶液的測試結(jié)果在誤差范圍內(nèi)與推薦值一致。通過對16種不同MgO含量(0.28wt.%至49.4wt.%)的巖石標樣進行大量重復測試來驗證分析方法的準確性。來自于美國地質(zhì)調(diào)查局的流紋巖標準RGM-1和RGM-2的δ26Mg值分別為-0.188±0.031‰(2σ,n=35)和-0.182±0.041%o(2σ,n=72)；花崗巖標準GA為-0.165±0.038%o(2σ,n=57),G-2為-0.129±0.045‰(2σ,n=34),GS-N為-0.204±0.059%o(2σ,n=33),GSP-2為0.042±0.020%o(26,n=15),以及GSR-1為-0.234±0.016‰(2σ,n=17)。根據(jù)對標準物質(zhì)進行的大量重復測試結(jié)果來看,本文所建立分析方法的長期外部精度δ26Mg要好于±0.05%o。高精度的分析方法有利于分辨出低Mg花崗巖和流紋巖以及地幔礦物之間存在的微小同位素分餾。 Mg是地球和隕石的主要組成元素之一。以玄武巖、科馬提巖、地幔礦物橄欖石、輝石以及橄欖巖包體為代表的地幔Mg同位素組成是否與球粒隕石的成分一致是目前爭論的焦點,將地球和球粒隕石的成分進行對比,對于研究地球的早期形成、增生歷史以及后期演化有著重要的意義。新鮮的橄欖巖包體是直接來自于巖石圈地幔的樣品,能夠提供其源區(qū)的同位素組成。目前國際文獻中所發(fā)表的Mg同位素數(shù)據(jù)主要是以淺部的尖晶石相橄欖巖來代表上地幔的平均Mg同位素組成,反映了60km以上的上地幔同位素成分,而對于來自更深部地幔的樣品如石榴橄欖巖的Mg同位素組成及其中共存礦物對之間同位素分餾的研究幾乎沒有,這就大大局限了我們對于地幔Mg同位素組成的理解。 我們對來自于南非Kaapvaal Craton的8個石榴二輝橄欖巖和方輝橄欖巖樣品及其中共存的29個單礦物橄欖石(O1)、單斜輝石(Cpx)、斜方輝石(Opx)、石榴子石(Grt)和金云母(Ph1)進行了高精度的Mg-Fe同位素組成的測試。根據(jù)對大量巖石標樣、合成溶液和自然樣品重復測試的基礎(chǔ)之上,我們Mg-Fe同位素分析方法的外部精度分別為：δ26Mg小≤0.05%o; δ856Fe為±0.04‰(2SD)。橄欖巖全巖的δ26Mg變化范圍為-0.236‰～0.210‰,平均值為-0.221±0.0349‰(2SD, n=48); δ56Fe變化范圍為-0.038‰～+0.060‰,平均值為0.007±0.063‰(2SD,n=56)；同時我們也測試了來自于Siberia Craton的8個石榴二輝橄欖巖全巖的Mg同位素組成,δ26Mg的平均值為-0.227±0.036‰(2SD,n=23),結(jié)果在誤差范圍內(nèi)與南非樣品完全一致。這些結(jié)果與前人發(fā)表的上地幔成分(特別是以尖晶石相橄欖巖為代表)一致,說明了上地幔的Mg同位素組成可能是均一的。相對于橄欖石(-0.236±0.042‰,2SD,n=32)而言,輝石、金云母(-0.118±0.037‰)具有略重的Mg同位素組成,石榴子石具有更輕的Mg同位素組成(-0.718±0.037‰～-0.517±0.047‰)。單斜輝石具有較橄欖石更輕的Fe同位素組成,石榴子石與橄欖石之間Fe同位素分餾程度與理論計算的礦物之間平衡分餾不一致,說明單礦物之間的Fe同位素可能并未達到平衡。后期交代作用會使得樣品(如JGF98/6)的Mg同位素組成明顯偏重,Fe同位素組成明顯偏輕。這些地幔硅酸鹽礦物如石榴子石-橄欖石和石榴子石-斜方輝石之間的Mg同位素分餾程度、方向與理論計算值一致。對于石榴橄欖巖包體的研究,將上地幔同位素組成的研究從60km拓展到深達180km,加深了我們對更深部地幔的理解。
【關(guān)鍵詞】：Mg同位素 MC-ICP-MS 同位素分餾 低Mg樣品 石榴橄欖巖 上地幔 交代作用
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P597;P588.125
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 Mg的地球化學性質(zhì)12-13
• 1.2 Mg同位素組成和同位素分餾13-16
• 1.3 不同地質(zhì)儲庫的Mg同位素特征16-17
• 1.4 選題依據(jù)及其意義17-18
• 1.5 研究內(nèi)容及論文工作量小結(jié)18-20
• 第二章 Mg同位素分析方法綜述20-44
• 2.1 Mg同位素分析方法的研究現(xiàn)狀20-21
• 2.2 分析方法21-34
• 2.2.1 Mg同位素質(zhì)譜分析技術(shù)21-23
• 2.2.2 MC-ICP-MS測試23-24
• 2.2.3 參考標準24-26
• 2.2.4 樣品溶解及純化流程26-32
• 2.2.4.1 樣品制備26-27
• 2.2.4.2 Mg的化學純化27-32
• 2.2.5 Mg同位素測試32-34
• 2.3 結(jié)果：巖石標樣在不同實驗室之間進行對比34-38
• 2.4 討論38-41
• 2.4.1 如何獲得最好的Mg純化效率?38
• 2.4.2 精度和準確度38
• 2.4.3 Mg同位素測試的潛在影響因素38-41
• 2.4.3.1 純化過程中的Mg同位素分餾38-39
• 2.4.3.2 基質(zhì)效應(yīng)39
• 2.4.3.3 “Invisible”看不見的基質(zhì)效應(yīng)39-40
• 2.4.3.4 濃度匹配40-41
• 2.4.3.5 Mg溶液的儲存41
• 2.4.4 進行高精度Mg同位素測試的準則41
• 2.5 應(yīng)用41-42
• 2.5.1 高溫-低溫下Mg同位素分餾41-42
• 2.6 結(jié)論及前景展望42-44
• 第三章 針對低Mg巖石樣品的高精度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 主要的參考標準46-47
• 3.2.2 化學分離流程47-51
• 3.2.2.1 不同濃度淋洗酸對Mg淋洗曲線的影響48-49
• 3.2.2.2 不同的Mg上樣量和巖性對淋洗曲線的影響49-51
• 3.2.3 質(zhì)譜測試51-53
• 3.3 結(jié)果及討論53-67
• 3.3.1 酸度和濃度匹配效應(yīng)53-56
• 3.3.2 基質(zhì)效應(yīng)56-59
• 3.3.3 HClO_4效應(yīng)59-60
• 3.3.4 精度和準確度60-65
• 3.3.5 Mg標準溶液和巖石標樣的Mg同位素組成65-67
• 3.4 應(yīng)用67-70
• 3.5 結(jié)論70-71
• 第四章 古老克拉通石榴橄欖巖的Mg-Fe同位素組成71-108
• 4.1 引言71
• 4.2 地質(zhì)背景和樣品描述71-74
• 4.2.1 Kaapvaal克拉通71-73
• 4.2.2 樣品描述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 結(jié)果77-96
• 4.4.1 礦物成分77-93
• 4.4.1.1 巖相學特征77-86
• 4.4.1.2 礦物成分86-88
• 4.4.1.3 微量元素特征88-93
• 4.4.2 不同實驗室之間巖石標樣的Mg-Fe同位素數(shù)據(jù)比較93-95
• 4.4.3 Mg同位素組成95
• 4.4.4 Fe同位素組成95-96
• 4.5 討論96-107
• 4.5.1 不同礦物間Mg-Fe同位素分餾96-101
• 4.5.2 不同礦物對之間地質(zhì)溫壓計的意義101-103
• 4.5.3 上地幔的Mg-Fe同位素組成103-105
• 4.5.4 地幔橄欖巖Mg-Fe同位素組成的變化105-107
• 4.6 結(jié)論107-108
• 第五章 未來展望108-110
• 附表110-132
• 參考文獻132-146
• 致謝146-147
• 博士期間發(fā)表的論文147

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

  本文關(guān)鍵詞：高精度Mg同位素分析方法及石榴橄欖巖的Mg-Fe同位素地球化學，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：258037