用87Sr/86Sr研究海平面变化与全球对比问题

综述了近年来国际上在Sr同位素研究应用方面的新成果,着重讨论了如何应用海相沉积岩(物)87Sr/86Sr比值来研究海平面变化和全球对比问题。综合分析表明,海水Sr同位素组成受Sr的来源控制,海水87Sr/86Sr比值随时间变化与海平面变化有内在的联系,高频旋回(时限约2.0Ma)的87Sr/86Sr变化与三级海平面变化相对应。研究认为牙形石是分析Sr同位素组成最理想的样品,用之建立的87Sr/86Sr变化曲线最具全球对比意义。与国外相比,我国在这方面研究成果较少,但从地质条件分析,我国独有的一些地质记录,在古海平面变化和全球对比研究中占据着不可缺少或不可代替的地位,其中扬子地块西南缘二叠—三叠纪界限附近的87Sr/86Sr变化曲线,可以弥补国外一些学者建立的自显生宙以来全球海水87Sr/86Sr变化曲线在该时段存在的“断层”现象。     

微钻取样-TIMS/MC-ICPMS和LA-MC-ICPMS分析矿物岩石87Sr/86Sr比值的技术比较

微区Sr同位素体系相对于传统全岩Sr同位素研究,可以揭示样品自身存在的不均一性,更好地反映样品经历的地质过程,已被广泛应用于各种地质研究领域,如研究壳幔相互作用、岩浆起源和演化,岩浆体系开放性研究,沉积盆地物源示踪及气候环境研究。准确测定Rb-Sr同位素比值是应用该同位素体系的前提。微钻取样-热电离质谱/多接收电感耦合等离子体质谱(TIMS/MC-ICPMS)和激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICPMS)作为分析地质样品微区Sr同位素组成的有效手段,已经得到了较为广泛的应用。两种技术在样品制备、干扰校正和质谱测试等方面各具优势和不足。微钻取样-TIMS/MC-ICPMS的最大优势是可获得高精度的Sr同位素数据(外精度优于100×10-6,2SD);但由于需要进行化学处理,流程繁琐耗时(约10天),实验周期较长,同时需要严格控制化学流程空白,且取样直径(200~2000μm)和取样深度(100~2000μm)较大,空间分辨率较低,但是该方法可以对高Rb样品(如钾长石)进行有效分析。LA-MC-ICPMS的最大优势是样品制备简单,数小时即可完成,且分析效率高,根据样品Sr含量的大小激光束斑直径多在60~300μm之间变化,其空间分辨率较前一种方法高,可在短时间内对大量样品进行分析。但由于不能进行化学分离,分析过程中存在多种干扰(如Rb、Ca、Kr和REEs等),影响了测试的精度(约200×10-6,2SD)和准确度(约150×10-6)。该方法目前只能对高Sr低Rb的样品(如斜长石、磷灰石等)进行有效分析,而对于干扰元素含量较高的样品目前无法应用。本文认为,对于微钻取样法,应将改进化学流程作为重点研究方向,提高化学处理效率,同时改善微钻取样法的取样技术,减小取样直径和深度以提高空间分辨率;对于激光剥蚀法,重点突破Kr、Rb和二价REEs等干扰校正问题,提高干扰元素含量较高的样品的分析精度和准确度,同时需要提高仪器灵敏度以满足低Sr含量样品的分析要求。     

陶寺遗址中晚期出土部分人类牙釉质的锶同位素比值分析

陶寺遗址位于山西省襄汾县陶寺镇,距今4300~3900年。经过多次较大规模的发掘,陶寺遗址成为我国规模最大的、显现文明化程度最高的史前聚落遗址之一,也是研究中国史前至夏商时期城址都市化进程中的一个重要的里程碑式遗址。本文通过热电离质谱分析方法对陶寺遗址中晚期遗迹出土的21个个体人类牙釉质的锶同位素比值进行了测定。结果表明,这些人类牙釉质的锶同位素比值平均值是0.711374(2σ=0.000680,n=21)。与以前建立的遗址当地的锶同位素比值范围比较可知,有6个个体可能在遗址当地出生,由此推测本地个体占总数28.6%左右;还有15个个体牙釉质的锶同位素比值在遗址当地的锶同位素比值范围以外,表明这些个体可能在其他地区出生,推测外来者占总数的71.4%左右。由此可知,在陶寺文化中期至晚期的陶寺遗址的先民中,存在很高比例的外来移民。     

来源物质控制的黄土酸不溶相87Sr/86Sr

陈骏等^[1]在黄土-古土壤序列的表生地球化学过程研究中指出,由于矿物在化学风化过程中的行为存在差异,Sr同位素比值的高与低能从一定程度上反映沉积物的风化强度,并据此可用于恢复东亚夏季风强度变化历史。但作为一种粉尘堆积,黄土物质在其源区即已经历过风化作用^[2],因此其Sr同位素比值应同时受控于源区和沉积区的风化作用;此外,同其他化学组成一样,我们有理由相信黄土颗粒的粗细变化也是其Sr同位素比值变化的主要控制因素。为了考察黄土硅酸盐矿物中。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的受控因素,本研究在中国黄土高原由南到北选取蓝田(109.32°E,     

热电离质谱法测定国际比对氧化铀芯块中的铀同位素比值

采用全蒸发-热电离质谱技术测量了国际比对二氧化铀样品中的铀同位素比值。比对结果表明,本实验室提交的²³⁴U/²³⁸U、²³⁵U/²³⁸U和²³⁶U/²³⁸U值与IAEA公布的参考值偏差分别为0.02%、-0. 003%和0. 97%,在实验室间分析测试能力评价中, Z (或ζ)分数分别是0.03(或0.05)、-0.05(或-0.07)和0.15(或0.25),均被评价为满意。     

热表面电离质谱法测定贫化铀样品痕量铀同位素比值及含量

选用磷酸为离子流发射剂,热表面电离质谱法分析纳克量级贫化铀样品的铀同位素比值,方法最大相对标准偏差2.9%。以233U为稀释剂,采用同位素稀释法对铀的含量进行测定,扩展不确定度为2.4%(K=2)。研究表明,在纳克量级的铀同位素比值测定中,来自铼带等铀本底的干扰影响不容忽视,需要进一步研究并扣除。     

直接熔融热电离质谱法测定硼硅玻璃中硼同位素比值

硼硅玻璃是目前压水堆应用最多的可燃毒物材料,产品中硼同位素组成的准确测定对燃耗预估及产品质量判定具有重要意义。文章基于直接熔融热电离质谱法,首先探讨了硅元素对硼酸中硼同位素测量结果的影响,结果表明:Si/B质量比小于9时,硅对NIST 951a硼酸标准物质测量结果无显著干扰,采用直接熔融热电离质谱法测定核电用硼硅玻璃中硼同位素比值具有可行性;随后,详细分析了Na/B摩尔比、甘露醇和石墨加入量3个参数对测试结果的影响,得到的最佳参数为Na/B摩尔比9、加入甘露醇及3μL石墨发射剂;最后,采用优化测试参数,对实际硼硅玻璃样品进行了测试,并以NIST 951a硼酸标准物质为外标对测量结果进行分馏校正,结果发现分馏校正后样品的不确定度来源主要是标准物质。研究成果可满足硼硅玻璃的燃耗预估及产品质量的快速判定需要。     

山西省襄汾县陶寺遗址出土动物牙釉质的锶同位素比值分析

锶同位素分析技术已经成为国际考古学界用于探索人和动物迁移活动的主要方法。陶寺遗址位于山西省襄汾县陶寺镇,距今4500~3900年,是目前我国规模最大的、显现文明化程度最高的史前聚落遗址之一。文章通过热电离质谱分析方法对山西襄汾县陶寺镇陶寺遗址龙山晚期出土动物的14个动物牙釉质的锶同位素比值进行了测定。研究结果表明,5个猪牙釉质的锶同位素比值的标准偏差远远小于其他动物,其平均值是0.711179,将该平均值加或减2倍标准偏差得到陶寺遗址当地的锶同位素比值范围在0.711314~0.711044之间。根据遗址当地的锶同位素比值范围可以发现在我们所测定的样品中,有2只绵羊和2头黄牛的 87 Sr/86 Sr 比值在当地锶同位素比值范围以外,据此推测这些羊和牛有可能不是在当地饲养的。     

广东高凤金矿形成时代的Rb-Sr、40Ar-39Ar年龄测定

用含金石英脉流体包裹体Rb-Sr和⁴⁰Ar-³⁹Ar方法测定了广东高凤金矿的形成时代为印支期(215×10⁶a)。两种方法的结果在误差范围内完全一致，两种测定方法相互验证，结果准确可靠。研究表明含金石英脉流体包裹体Rb-Sr和⁴⁰Ar-³⁹Ar年代方法对于解决石英脉型金矿的成矿时代具有很好的应用前景。     

直接熔融热电离质谱法测定硼酸盐矿物中的硼同位素组成

为简化一些硼同位素样品的前处理过程,本文用直接熔融法,即待测样品直接在电离带上进行熔融后测定其硼同位素值。本文测定了柱硼镁石、电气石、钠硼解石、碳化硼、硼化硅等几种含硼化合物中的硼同位素组成,并与传统的溶样方法进行了比较。结果表明,直接熔融法可以快速且高精度测定上述几种化合物中硼同位素组成,相对内精度小于0.05‰,为此类含硼化合物的硼同位素测定提供了一种新的测试方法。     

pg-ng级Os同位素热表面电离质谱高精度分析测试技术

随着Os同位素在地质学领域定年与示踪的广泛应用,对分析测试精度和检出限提出了更高的要求。本文利用热表面电离质谱负离子模式(NTIMS)对Os O-3进行测定,通过试剂纯化、器皿清洗等前处理步骤的优化保证了超低的化学流程空白和获得灵敏而稳定的仪器测量信号,建立了高精度pg-ng级Os同位素分析测试方法。采用逐级剥谱法扣除氧同位素干扰,采用内标迭代法按照指数规律对仪器的质量歧视效应进行校正,全流程Os空白为0.41 pg,1 pg的190Os计数约85000 cps,质量分馏系数在0.1%以内。pg级Os采用离子计数器动态跳峰扫描模式进行测量,187Os/188Os值测量精度小于在0.2%以内;ng级Os采用法拉第杯静态接收模式采集信号,187Os/188Os值测量精度在0.005%以内。经国际上Os同位素标准溶液N2、JMC以及国家一级Re-Os同位素标准物质JCBY的验证,分析精度达到了国际同类实验室先进水平。本方法具有低空白、高灵敏度、高精度的特点,可为地质学研究提供高精度Os同位素数据。     

岩石中硼的提取分离及同位素组成的测定

介绍了一种用Ｎａ２ＣＯ３＋Ｋ２ＣＯ３混合熔剂对石样品进行分解,用硼特效树脂和阴、阳混合离子交换树脂相结合进行岩石样品中硼的纯化分离的方法。采用该方法从岩石样品中提取、分离出来的硼能满足硼同位素质谱法测定的需要,不产生硼同位素分馏,硼同位素测定精度大多优于０．０５％。     

热电离飞行时间质谱法用于铀矿勘查的铅同位素示踪

在自行研制的低成本热电离飞行时间质谱仪(TI-TOF-MS)基础上,开展了应用TI-TOFMS法测定铀矿钻孔样品中铅同位素示踪铀矿勘查的研究。文中介绍了样品的前处理,铅的分离和富集步骤,仪器测量及数据处理等。TI-TOF-MS法测量铅同位素比值~(204)Pb/~(206)Pb、~(207)Pb/~(206)Pb和~(208)Pb/~(206)Pb的精密度分别为0.94%、0.37%和0.14%,可满足铀矿同位素示踪的要求。通过对北方某铀矿钻孔岩心取样的测量结果表明,TI-TOF-MS测量铅同位素的方法能够用于示踪铀矿。     

AG-MP-1M阴离子交换树脂分离-表面热电质谱法测定沉积物中的铅同位素组成

利用新型阴离子交换树脂分离沉积物中的重金属Pb,采用表面热电离质谱法(TIMS)测定了沉积物样品中的Pb同位素组成。新型树脂为大孔径阴离子树脂AG-MP-1M,淋洗液采用低浓度的盐酸,避免了使用难以纯化的氢溴酸,可有效地降低试剂空白。通过对铅同位素标准物质NIST NBS-981的重复测试,方法的精密度(<0.5%,2s)和准确度均达到了应用研究的要求。对5个实际沉积物样品中的铅同位素组成进行测定,获得了理想的分析效果。     

辽西义县萤石矿床Sr同位素组成及成因

辽西义县是辽宁省主要的萤石矿床产地,萤石产于中元古界长城系-蓟县系碳酸盐岩中.为了研究成矿物质来源及矿床成因,对该矿床进行了Sr同位素研究.萤石的Sr同位素N(87Sr)/N(86Sr)比值为0.708 476～0.708 533,该比值介于赋矿碳酸盐岩Sr同位素比值(0.708 926～0.722 043)和中侏罗统髫髻山组火山岩Sr同位素比值(0.707 584～0.710 382)之间,表明成矿物质主要来源于赋矿围岩和髫髻山组火山岩,结合Sr同位素图解认为其矿床类型属于热液充填交代型.     

利用选择性特效树脂富集分离岩石样品中的锶钐和钕

使用目前国际上几种常用的特效树脂:锶树脂(SR)、稀土树脂(RE)和镧系树脂(LN)对岩石样品中Sr、Sm和Nd的分离富集效果进行了试验,结果表明,按厂家提供的流程,SR树脂可回收98%左右的Sr,而且残余的Rb不到2%;RE树脂回收的Sm和Nd只有70%左右;而联合利用RE和LN树脂,并配合SR树脂的使用,可以将Sm和Nd的回收率提高到90%左右;LN树脂可以很好地分离Sm和Nd,并且回收的Nd可占总样量的85%左右.     

多接收器电感耦合等离子体质谱法测定镉标准溶液中镉的同位素组成

建立了多接收器电感耦合等离子体质谱仪对Cd标准溶液同位素组成进行分析的实验方法。仪器的质量分馏校正采用Standard-Sample Bracketing法。实验结果用δ114/110Cd来表达。在此研究基础上,以SPEX Cd标准溶液为参考标准,对国外4种Cd标准溶液进行了测定。结果表明,实验测定的精度在0.07‰~0.13‰(δ114/110Cd),与目前文献报道的结果具有相似的精度。以最新SPEX Cd标准样品(δ114/110Cd=0)为基准,计算的δ114/110CdJMC、δ114/110CdSPEX-1、δ114/110CdBAM1012和δ114/110CdM櫣nster的值分别为0.55‰、0.56‰、-0.65‰和5.14‰,说明不同批次SPEX标准溶液的Cd同位素组成是明显不同的,最新的SPEX Cd标准溶液与SPEX-1 Cd的δ114/110Cd值存在着0.56‰的差别。将以SPEX Cd为参考标准的δ114/110CdBAM1012和δ114/110CdM櫣nster转化为以SPEX-1或JMC为参考标准后,得到的结果与文献报道的结果在误差范围内一致。