DGA萃淋树脂Nd纯化方法及应用于尼玛地区花岗岩源区示踪

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Nd同位素地球化学示踪是研究地质过程的最重要手段之一,所以获得地质样品高质量的Nd同位素比值数据非常重要。但因为基体元素和同质异位素的存在,Nd同位素质谱分析前,必须进行样品化学预处理,即分离纯化Nd。目前分离Nd和同质异位素Ce、Sm,公认的常用化学分离技术是Ln(HDEHP)萃淋树脂法,但必须先进行基体元素和稀土元素的预分离,所以这种分离纯化方法的化学过程显得既复杂又耗时。因为Nd和Ce、Sm都是稀土元素,化学性质相近,所以Nd和Ce、Sm进行树脂分离的关键因素是它们在树脂上分配系数的差异程度。比较Nd和Ce、Sm在Ln和DGA树脂的分配系数,发现它们在DGA树脂上的差异比在Ln树脂上明显,这说明Nd和Ce、Sm在DGA树脂上有更好的可分离性。在此基础上,本文以DGA萃淋树脂为分离材料,旨在简化Nd化学纯化流程,建立一种更加简捷实用的地质样品Nd同位素分析方法,提高数据质量和缩短分析周期。  本论文通过系统的DGA萃淋树脂元素吸附洗脱实验,发现了主基体元素及Nd和Ce、Sm的分离条件,并通过岩石标样BCR-2(玄武岩)、BHVO-2(玄武岩)和AGV-2(安山岩)分析验证了Nd的纯化条件参数,Nd纯化后进行143Nd/144Nd同位素比值多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试,获得的同位素比值数据与推荐值和文献值一致。该方法应用于西藏班公湖—怒江缝合带尼玛地区花岗岩的岩石成因和源区示踪研究。主要研究进展如下:  (1)基于DGA萃淋树脂单柱分离,建立了岩石样品Nd同位素分析方法。首先用含主量元素(如:K、Na、Ca、Mg、Fe、Al和Ti)和稀土元素的混合溶液进行分离方法的分离模拟实验。3 M HNO3介质上柱和淋洗,9 ml可有效淋洗出99%的基体元素(Ca除外),而稀土元素仍然被吸附在树脂柱上;再用12 ml2.3 M HCl淋洗,大于99%的Ca、La、Ce、Pr被洗脱;最后用8 ml1.2 M HCl淋洗Nd。实验结果说明,DGA树脂单柱分离完全满足Nd与稀土元素和基体元素的分离。然后,用地质样品BCR-2、BHVO-2和AGV-2进行方法验证。样品经HNO3-HF分解,制备成3 M HNO3介质,进行Nd分离纯化,全流程Nd回收率均大于98.5%。纯化Nd进行MC-ICP-MS分析,143Nd/144Nd同位素比值(平均值±2σ, n=20)分别为0.512635±0.000012、0.512989±0.000012和0.512790±0.000018,这些数据在误差范围内与文献报道值一致。因此,采用DGA萃淋树脂单柱分离,可实现地质样品Nd的高效纯化,纯化Nd可满足143Nd/144Nd同位素比值分析。该方法简单易操作,是地质样品Nd同位素分析最具应用前景的方法。  (2)西藏班公湖带尼玛地区花岗岩岩石成因和源区示踪研究。尼玛花岗岩体大致分为两类:黑云母二长花岗岩和含石榴石花岗岩,二者具有一致的锆石U-Pb年龄,均在120Ma左右;全岩主量元素特征显示,它们都为高钾钙碱性和准铝质—弱过铝质系列,含石榴石花岗岩A/CNK值较高(1.08~1.11);主量元素SiO2与TiO2、P2O5、Al2O3、MgO和CaO相关性显示它们属于不同的岩浆演化系列。另外,它们具有相对一致的轻稀土富集分配型式((La/Yb)N=3.47~25.66),中等—强负Eu异常(Eu/Eu*=0.07~0.39),而含石榴石花岗岩显示相对较弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.35~0.39)。且两种岩石类型都显示大离子亲石元素(Rb、Ba等)富集和高场强元素(Nb、Ta等)亏损的特征,与弧岩浆特征基本一致。黑云母二长花岗岩Nd-Sr同位素(εNd初始值:-2.67~-1.27,87Sr/86Sr初始值:0.7045~0.7066)显示其来源于地幔和地壳源区的混合,而石榴石花岗岩显示较低εNd和高Sr初始比值(εNd:-4.52~-4.34,87Sr/86Sr:0.7073~0.7092),暗示更多羌塘古老地壳物质的加入。结合班公湖带侏罗纪—白垩纪(~170-105Ma)构造演化历史以及弧岩浆作用特征,暗示尼玛地区花岗岩形成于白垩纪班公湖—怒江洋北向俯冲的构造背景。
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