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锂同位素分析方法及其在大陆裂谷环境碳酸岩研究中的应用

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2010年10月October,2010

矿 床 地 质

MINERALDEPOSITS第29卷 第5期

Vol.29 No.5

文章编号:0258-7106(2010)05-0827-16

锂同位素分析方法及其在大陆裂谷环境碳酸岩研究中的应用*

苏嫒娜1,2,李真真2,3,田世洪2,4**,侯增谦5,侯可军2,4,高延光6,李延河2,4,杨竹森2

(1东华理工大学,江西抚州 344000;2中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;3昆明理工大学,云南昆明 650093;4国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037;5中国地质科学院地质研究所,北京 100037;6中国地质调查局,北京 100037)

摘 要 锂同位素在地质学、地球化学研究中有着广阔的应用前景,壳-幔相互作用过程的锂同位素地球化学研究已经成为近年来国际上研究的热点之一。锂同位素在自然界中的变化较大,D7Li值为-45j~+45j。锂同位素分析手段目前主要有TIMS、IonProbe、SIMS、MC-ICPMS等4种技术,其中MC-ICPMS仪器的出现,使锂同位素发展速度明显加快。自然界中很多地质作用过程均能使锂同位素发生分馏。目前,锂同位素已在陨石和宇宙化学、陆壳风化过程、洋壳热液活动及蚀变、板块俯冲及壳幔物质循环、地表水地球化学、卤水来源与演化、热液成矿作用等领域的研究中取得了显著成效,并将成为地球科学中具有巨大应用前景的一种新的地球化学手段。文章对锂同位素在大陆裂谷环境碳酸岩研究中的应用作了较全面介绍,内容包括研究意义、锂含量和锂同位素组成以及取得的主要认识,比如蚀变作用、岩浆分异作用、地壳同化作用和扩散分馏作用均未对碳酸岩、硅酸盐的锂同位素组成造成影响、俯冲作用和地壳循环均没有明显影响地幔的锂同位素组成、地幔温度条件下锂扩散模拟表明地幔中的锂更均一等等。最后简单对比了大陆裂谷环境和碰撞造山环境两类碳酸岩在锂同位素组成上的差别。关键词 地球化学;锂同位素;分析方法;碳酸岩;地质应用中图分类号:618.71 文献标志码:A

Lithiumisotope:Analyticalmethodsanditsapplicationtocarbonatiteincontinentalriftenvironment

SUAiNa1,2,LIZhenZhen2,3,TIANShiHong2,4,HOUZengQian5,HOUKeJun2,4,GAOYanGuang6,LIYanHe2,4andYANGZhuSen2

(1EastChinaInstituteofTechnology,Fuzhou344000,Jiangxi,China;2InstituteofMineralResource,CAGS,Beijing100037,China;3KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,Yunnan,China;4KeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,MLR,Beijing100037,China;5InstituteofGeology,CAGS,Beijing100037,China;6ChinaGeologicalSurvey,Beijing100037,China)

AbstractAsausefulgeochemicaltracer,thelithiumisotopesystemhasbeenusedtostudysomeimportantgeological

*本文得到国家自然科学面上与青年基金(40973013和40603012)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(K0802)、国土资源大调查项目(12120108160)、公益性行业科研专项(201011027)、中国地质科学院实验室基金(2009-SYS-06)、南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室资金(13-7-5)和东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室(081206)的联合资助第一作者简介 苏嫒娜,女,1984年生,硕士,主要从事同位素地球化学学习和研究工作。Email:aina.su@163.com**通讯作者 田世洪,男,1973年生,博士,副研究员,主要从事矿床学和同位素地球化学研究。Email:s.h.tian@163.com收稿日期 2009-12-14;改回日期 2010-03-29。李德先编辑。orgeochemicalproblems.Recently,theresearchonLiisotopehasbecomeoneofthemostfastdevelopingfieldsinthestudyofcrust-mantleinteraction.LithiumisotopesshowconsiderableD7Livariationinnaturefrom-45jto+45j.Atpresent,theanalyticalmethodsoflithiumisotopicsystematicsmainlyincludeTIMS,IonProbe,SIMSandMC-ICPMS,andtheadventofMC-ICPMSacceleratestheirapplicationsingeology.Lithiumisotopecanbereadilyfractionatedduringgeologicalprocessesinnature.Therefore,theapplicationoflithiumisotopicsystemhassignificantimportanceinthefieldsofmeteoroliteandcosmochemistry,continentalcrustweatheringprocess,oceaniccrustthermalactivityandalteration,continentalplatedivingandcrust-mantlema-terialrecycle,surfacewatergeochemistry,halogenicwateroriginandevolution,andthermaloremineralization.ThistechniquewillthussurelybecomeausefulgeochemicaltoolintheEarthsciences.Thispapergivesade-tailedreviewoftheapplicationoflithiumisotopicmethodtocarbonatiteinthecontinentalriftenvironmentintheaspectsofitsscientificvalue,lithiumconcentrationsandisotopiccompositionsandthemainunderstandingob-tained.Itisfoundthatalteration,magmaticdifferentiation,crustalassimilationanddiffusionalfractionationhavenoeffectsonlithiumisotopiccompositionsofcarbonatiteandsilicaterocks.ModelingofLidiffusionatmantletemperaturessuggeststhatlimitedD7Livariationinthemantlewithtimereflectsthemoreeffectiveho-mogenizationofLiinthemantle,whichmayalsoexplainthefactwhythereislittleoveralldeviationofD7Livaluesofmantle-derivedmaterialfromtheaveragemantlevalueof4j?2j.Acomparisonoflithiumisotopiccompositionsofcarbonatitebetweenthecontinentalriftenvironmentandthecollisionalorogenicenvironmentisalsomadeinthispaper.Keywords:geochemistry,lithiumisotope,analyticalmethods,carbonatites,geologicalapplications

稳定同位素在20世纪30~40年代就已经应用到地质研究中了(Nieretal.,1939;Doleetal.,1940;Urey,1947;1948),并在随后的几十年中,H、C、N、O、S等/传统稳定同位素0在阐述地球演化和成岩成矿作用等方面发挥了根本性作用,带来了成岩成矿理论的革命。近十年来,同位素分析测试技术的革命性变革,使得大多数元素的稳定同位素体系的开发利用已成为可能,这些元素称之为/非传统稳定同位素0,包括Li、Mg、Si、Cl、Ca、Cr、Fe、Cu、Zn、Mo、Hg和Tl(Maureenetal.,2009)。这些0非传统稳定同位素0体系的深入开发,必将为地球系统科学的发展提供新的研究方法与手段,因此已成为同位素地球化学最热门的国际地学领域的研究前沿。锂在自然界中广泛分布于各类矿物、岩石和流体中,并参与各种地质作用过程。对锂同位素组成变化的研究,有可能为揭示自然界中各类地质作用过程提供新的线索和证据。锂同位素研究始于20世纪30年代(Tayloretal.,1938),早期由于分析技术的限制,分析精度长期达不到要求,由于当时测定的锂同位素组成变化与实验室分析测量方法的误差在同一个数量级,因而无法发现自然界中锂同位素组成的真实变化及其地质意义。直至20世纪末,由于分析方法上的改进和创新,建立了锂同位素高精度测量方法(Chan,1987;Xiaoetal.,1989;Morigutietal.,1993;1998a;Youetal.,1996;Sa-hooetal.,1998;Chaussidonetal.,1998;Decitreetal.,1999;Tomascaketal.,1999a),才开始在一些重要的科学领域中发挥作用,比如,陨石和宇宙化学、陆壳风化过程、洋壳热液活动及蚀变、板块俯冲及壳幔物质循环、地表水地球化学、卤水来源与演化、热液成矿作用等等。近年来召开的大型国际学术会议,如美国的AGU年会、欧洲的EUG年会、Goldschmidt地球化学与宇宙化学年会等均多次将锂同位素分析方法及其地质应用作为重要的大会议题之一,受到各国地球化学家的广泛关注,并展开了十分热烈的讨论。比如,2003年在Kurashiki召开的第13届Gold-schmidt地球化学与宇宙化学年会上,设置了/lith-iumisotopegeochemistry0(锂同位素地球化学)专题,在此基础上,2004年ChemicalGeology(212卷)出版了专辑/lithiumisotopegeochemistry0(Rudnicketal.,2004a),包括11篇文章,涉及古海洋到地幔的锂同位素地球化学研究。又如,2007年在德国Cologne召开的第17届Goldschmidt地球化学与宇宙化学年会上,增设了/Applicationsoflightstableisotopestohigh-temperatureproblems0(轻稳定同位

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锂同位素示踪大陆风化:进展与挑战

锂同位素示踪大陆风化:进展与挑战

锂同位素示踪大陆风化：进展与挑战苟龙飞;金章东;贺茂勇【期刊名称】《地球环境学报》【年(卷),期】2017(008)002【摘要】大陆风化制约着地表物质循环及其从陆地向湖泊/海洋的迁移,并通过消耗大气CO2调节长时间尺度的全球碳循环和气候变化,因此如何有效示踪大陆风化是地球表生过程研究的重要科学问题之一.锂(Li)的两个同位素(6Li和7Li)拥有巨大相对质量差、无化合价变化,且不受氧化还原条件和生物作用影响等优势,赋予Li同位素体系具备示踪大陆风化的潜力.然而,风化体系中Li的来源和分馏的制约要素争议颇多.本文从储库、风化壳、河流体系、淋滤实验和模型模拟等方面综述了目前Li 同位素示踪大陆风化的研究现状和存在的挑战.最后指出,在示踪大陆风化方面,Li同位素具有其独特的作用,建议细化岩石/矿物淋滤实验、大小流域相结合、加强多同位素体系相互补充与验证、以及计算机模型模拟,有望减少Li同位素示踪大陆风化的不确定性.【总页数】14页(P89-102)【作者】苟龙飞;金章东;贺茂勇【作者单位】中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,西安710061;中国科学院大学,北京100049;中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,西安710061;西安交通大学全球环境变化研究院,西安710049;中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,西安710061【正文语种】中文【相关文献】1.锂离子电池正极材料磷酸铁锂:进展与挑战 [J], 蒋志君2.大陆风化过程的锂同位素地球化学研究进展 [J], 汪齐连;赵志琦;刘丛强;张伟3.锂金属负极的挑战与改善策略研究进展 [J], 刘凡凡;张志文;叶淑芬;姚雨;余彦4.扬子地区震旦纪—寒武纪转折期大陆风化研究进展与展望 [J], 付勇;夏鹏;龙珍;张恭境;谯文浪;郭川;杨镇5.伟晶岩型锂矿中矿物原位微区元素和同位素示踪与定年研究进展 [J], 蒋少涌;王春龙;张璐;袁峰;苏慧敏;张浩翔;刘涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

川西喜马拉雅期碰撞造山带岩浆碳酸岩的地幔源区特征――Pb-Sr-Nd同位素证据

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天然样品中锂的分离及其同位素比值的测定

天然样品中锂的分离及其同位素比值的测定

关键词 Li 同位素分析，分离，多接受器电感耦合等离子质谱法，天然样品
1引 言
Li 两个稳定同位素7 Li、6 Li 的自然丰度分别为 92. 48% 和 7. 52% ，二者之间较大的相对质量差导致 了自然界中 Li 同位素分馏强烈，在表生地球环境中就达到了 35‰［1］。因此，Li 同位素作为地球化学研 究中良好的示踪剂，已广泛应用于解决地球化学过程中的许多问题，并在壳-幔演化、陆壳风化、卤水和 污染水体示踪等研究领域取得了丰硕的成果［1 ～ 4］。
3 结果与讨论
3. 1 基体效应 测定 Li 同位素比值的过程中存在 K、Na、Ca、Mg 等［13］明显的干扰元素。结果表明，在收集的 80 mL
洗脱液中 K、Ca 和 Mg 的浓度低于仪器检出限。因此，唯一干扰元素是 Na。为了进一步确定 Na 对 Li 同
90. 0 86. 3 90. 7 96. 3
2. 4 仪器测定
0. 5 mol / L HNO3 80% CH3 OH
0. 25 mol / L HCl 30% C2 H5 OH
0. 5 mol / L HCl 30% C2 H5 OH
1. 0 mol / L HCl 30% C2 H5 OH
86. 5 89. 3 87. 0 87. 4
图 1 不同淋洗介质下 Li 与 Na 的分离效果 Fig. 1 Separation of Li and Na in different eluents
2. 3 固体样品的分解及天然水体样品的预处理 岩石和土壤样品，用 3: 1 的 HF、HNO3 混合溶液进行消解。然后加入浓 HNO3 驱除残余的 HF，离心
本研究系统考察了不同淋洗介质对 Li 与 Na 等杂质元素的分离效果，建立了相对简单、高效的 Li 同位素分离方法。用单一的离子交换柱分离样品，用 MC-ICP-MS 进行测定，成功地分离并测定了海水、 岩石、土壤、河水等样品中 Li 同位素组成。分析结果的准确度和精度都达到了现阶段所报道数据的最 高水平，与目前适应于特殊样品的分析方法相比，本方法更具有普遍性。
离子探针Li同位素微区原位分析技术与应用

离子探针Li同位素微区原位分析技术与应用

离子探针Li同位素微区原位分析技术与应用李献华;刘宇;汤艳杰;高钰涯;李秋立;唐国强【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2015(022)005【摘要】Li同位素是一种新兴的非传统稳定同位素示踪工具,其应用领域涵盖了从地表到地幔的熔/流体与矿物之间的相互作用以及行星的早期演化研究.随着多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)和二次离子质谱仪(SIMS)技术的迅速发展,锂同位素地球化学研究取得了长足进步和发展.Cameca IMS 1280SIMS可以在约20 μm×30 μm×2μm的空间尺度上获得约1‰(1σ)的分析精度,实现了高精度微区原位Li同位素分析.由于Li同位素基体效应明显,获取与分析样品基体匹配的标准样品对Li同位素分析的准确性尤为关键.在重点介绍SIMS微区原位Li同位素分析技术的基础上,以锆石、橄榄石和辉石为例,综述了Li同位素原位分析技术的最新应用研究进展及存在的问题,旨在加深对Li同位素原位分析技术的理解,展示其在地球化学研究中的良好应用前景.【总页数】11页(P160-170)【作者】李献华;刘宇;汤艳杰;高钰涯;李秋立;唐国强【作者单位】中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029;中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P597.2【相关文献】1.飞秒激光剥蚀-多接收电感耦合等离子质谱原位微区分析青铜中铅同位素组成-以古铜钱币为例 [J], 陈开运;范超;袁洪林;包志安;宗春蕾;戴梦宁;凌雪;杨颖2.离子探针测试方法及其在矿物微区微量元素和同位素分析中的应用 [J], 徐伟彪3.二次离子质谱微区原位牙形石氧同位素分析及其在古海表水温记录中的应用 [J], 王润;陈剑波;赵来时;陈泳霖;唐国强;李献华4.流体包裹体中Sr同位素的激光剥蚀多接收等离子体质谱原位微区分析 [J], 袁洪林;高山;戴梦宁;宗春蕾;李荣西5.基于独居石标样Trebilcock的激光剥蚀等离子体质谱微区原位U⁃Th⁃Pb同位素定年方法 [J], 胡欢;王汝成;邵春景;谢磊;田恩农;车旭东;杨兆钰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。