全岩高精度Hf和W同位素分析方法及其地质应用

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Hf同位素研究是揭示岩(矿)石物质来源、硅酸盐矿物风化强度、海水来源和组成的重要途径。W同位素是探索地球核幔分异时间、月球及太阳系内其他星体起源与演化的有效指标。国外对W同位素的研究已经有20多年的历史,而我国到目前为止还没有W同位素研究的报道,其主要原因是缺乏有效的全岩W的化学分离流程,致使高精度W同位素质谱分析数据没有保障。  本文在总结和对比已有研究的基础上,建立了全岩样品Hf、W的化学分离和溶液的Hf、W同位素多接收器等离子体质谱(MC-ICPMS)分析方法,并将所建立的方法应用到新疆东准噶尔花岗岩的全岩Hf同位素和某些陨石样品的全岩W同位素组成研究。这些方法及其应用为研究新疆东准噶尔花岗岩的成因、揭示陨石奥秘提供了新的资料,也为天体化学、岩石地球化学、矿床地球化学和环境地球化学研究提供了重要实验技术平台。主要成果如下:  (1)以新疆东准噶尔碱性花岗岩浅色包体(HY32-1)和卡拉麦里蛇绿岩套玄武岩(QS08-1)为对象,在综合前人方法的基础上,开展了全岩Hf的化学分离条件实验研究,建立了我所全岩Hf的分离纯化流程。利用Ln-Spec(100-150 mesh,H+)特效树脂得到Hf的平均回收率~95%,满足全岩Hf同位素研究的要求。  (2)选取路南陨石和NIST SRM612玻璃标准物质为对象,使用AG1X-8(200-400 mesh,Cl-)阴离子树脂,在综合前人方法的基础上,开展了全岩W的化学分离条件实验研究,建立了我所全岩W的分离纯化流程。利用该流程得到路南陨石W的回收率~85%、NIST SRM612标样的W的回收率~96%,满足全岩W同位素研究的要求。  (3)利用全岩Hf的化学分离实验流程,对4件标准物质和19件岩石样品(新疆东准噶尔的花岗岩及其包体18件、玄武岩1件)进行了全岩Hf同位素研究。本文获得的国际标样BCR-1、BHVO-2、W-2的176Hf/177Hf比值与文献报道的结果在误差范围内的一致,说明本文所建立的全岩Hf的化学分离流程和溶液Hf的同位素质谱测定方法是可靠的。依据新疆东准噶尔岩石样品的全岩176Hf/177Hf比值、全岩样品在ICP-MS上测定的Lu、Hf含量和岩石的形成年龄(300Ma),得到这些样品的全岩εHf(t)值,它们与锆石的εHf(t)值在误差范围内总体上是一致的,因此ICP-MS测定的Lu、Hf含量,可以用来计算年龄在~300Ma的全岩样品的初始Hf同位素组成。玄武岩的全岩εHf(t)值与该蛇绿岩套斜长花岗岩的锆石εHf(t)值的高度吻合,为利用全岩176Hf/177Hf比值和ICP-MS测定的全岩Lu、Hf含量,开展没有或难以选出锆石的岩石的Hf同位素研究提供了很好的实例。  (4)利用全岩Hf、W的化学分离流程,对16件普通球粒陨石、1件地球上的玄武岩玻璃及标准物质NIST SRM612开展了全岩同位素稀释法的Hf、W含量和MC-ICPMS的W同位素组成研究。对国际W标准溶液NIST SRM3163测定的182W/184W比值为0.864805±37(2S.D.,n=26),与前人的结果在误差范围内一致。本文获得的大部分H型普通球粒陨石的εw值与前人报道的同类陨石全岩的结果在误差范围内相近,L型普通球粒陨石的εw值也与前人报道的同类陨石全岩的结果在误差范围内接近。总体而言,利用本文所建立的样品消解和化学分离流程,结合溶液MC-ICPMS测定方法,可以获得全岩样品的高精度Hf、W含量和W同位素组成数据。
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