HFFe同位素析方法及其在腾冲火山岩研究中的应用.docx

摘要摘要 摘要 摘要 近年来，随着同位素测试技术的革新以及现代分析仪器的开发和推广，同 位素分析方法(包括放射成因同位素分析和稳定同位素分析)迅速发展，己成为 地学研究中一门重要的分析技术。壳．幔体系中，放射成因同位素铪(Hf)在示踪 源区特征及演化过程方面，能比传统锶．钕．铅(Sr-Nd．Pb)同位素提供更好的观察 视角：金属稳定同位素铁(Fe)依据同位素分馏规律，在示踪岩石成因上具有显 著优势，现己成为一种新的地球化学示踪剂。基于同位素分析方法蓬勃发展的 大背景下，并结合放射成因同位素和金属稳定同位素的独特示踪优势，我们在 Hf-Fe同位素联合分析方法及地质应用方面开展了一系列工作，以期更精确地 揭示岩石的源区特征和壳．幔相互作用，为同位素地球化学领域开辟一条新的研 究思路。本论文主要从以下四个方面展开： (1)Hf、Fe同位素分析方法研究进展 随着多接收电感耦合等离子体质谱(MC．ICP．MS)的发展，同位素分析方法 出现重大突破。本部分综述了Hf、Fe同位素分析技术的发展历程，Hf、Fe化 学分离方法的研究进展以及质谱测定的影响因素。纵观前人研究，Hf和Fe独 立的化学分离方法已经日趋成熟，并被广泛应用于国内、外各大实验室。此外， MC．ICP．MS己成为当前Hf,Fe同位素组成测定的主流方法。 (2)建立“同一岩样HfoFe化学分离方法” 前人研究表明，主量元素Fe对Hf同位素分析会产生巨大的干扰(如聚合 物干扰、基质效应等)，如何从Hf待测溶液中彻底去除Fe是一个亟待解决的问 题。然而，近年来Hf-Fe同位素联合分析在高温地质应用中的潜在价值逐渐被 发现。由此，我们提出一个设想：是否能从同一份地质样品中分离、纯化出Hf 和Fe?如此，不但能消除Fe对Hf的干扰，还能就一份岩样同时获得它们的 Hf、Fe同位素信息，进而达到Hf-Fe同位素联合分析的目的。基于前人独立的 Hf,Fe分离理念，我们设计出一套简单且高效的Hf-Fe多元素化学分离流程。 这是一套离子交换色谱法和提取色谱法相结合的两阶段分离流程，先通过 Bio．RadAG．MP．1M阴离子交换树脂从充分溶解的岩液中分离获得Fe元素，再 将所接收到的含Hf基质溶液经Eichrom LN．Spec树脂进一步分离纯化出Hf元 素。值得一提的是，本流程除了能彻底分离Hf和Fe之外，还可以根据需要， 进一步分离纯化出Lu、Rb、Sr、Sm、Nd、Pb等多种元素，能够就同一份样品 提供更多的同位素信息。 万方数据 万方数据 万方数据 摘要(3)确立“合适的Hf、Fe同位素标准物质” 摘要 (3)确立“合适的Hf、Fe同位素标准物质” 准确可靠的同位素标准物质是支撑同位素分析技术发展的一个重要保证。 然而，就Hf、Fe同位素分析而言，国际标准物质的供不应求很大程度上阻碍了 该技术的推广。同时，一种新Hf、Fe国际标准的建立，不仅难度大且耗时长。 因此，人们尝试从现有的元素标准物质中寻找适合用于同位素分析的“内部标 准”，来协助国际标准一起完成常规测试。基于此，我们首次对三种国家火成岩 一级标准物质(GSR．1花岗岩；GSR．2安山岩：GSR．3玄武岩)进行了系统的 Hf、Fe同位素分析，判定它们是否适合用作Hf、Fe同位素分析的“内部标准”。 分析结果表明，GSR．2和GSR．3均适合用作Hf同位素分析的内部标准，相应 的同位素组成推荐值分别为176Hf／177Hf=0．282641士6(MSWD=I．5，20，n=10)和 176Hf／177Hf=0．282985土4(MSWD=0．48，20，n=lO)。但是，GSR．1花岗岩可能因继 承锆石而表现出同位素组成上的不均一，由此，它不适合用作Hf同位素标准物 质。此外，GSR．1，GSR．2和GSR．3均适合用作Fe同位素分析的内部标准，它 们的同位素推荐值657Fe分别为+0．35土0．02％0，+0．22士0．05％0，+0．43+0．02‰(相对 于IRMM一014，20，n=3)。 (4)晚新生代腾冲火山岩Hf-Fe．(Sr-Nd-Pb)同位素示踪 中国西南部腾冲火山区分布着众多新生代镁铁质大陆板内火山岩，该区共 有68座具有明显火山锥山体的火山，熔岩的分布面积约为800平方公里。结合 前人已有的报道，我们对该区18个新鲜的火山岩样品进行了主、微量元素和 Hf-Fe．Sr-Nd．Pb多种同位素的综合分析，旨在深入探究腾冲火山岩的源区特征 以及岩浆演化过程。 研究表明，这批火山岩中大部分样品均经历过分离结晶．同化混染作用 (AFC)。其中，一些混染较为明显的样品，表现出极异常的轻Fe同位素特征， 推测代表了混染的大陆地壳特征。依据主、微量元素、AFC演化趋势以及Hf-Nd 同位素特征等多方证据，我们识别出三个样品具有