玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法流程_张利国.pdf

2014 年 9 月 September 2014 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 33，No． 5 640 ～648 收稿日期 2013 －12 －04; 修回日期 2014 －07 －15; 接受日期 2014 －07 －20 基金项目 中国地质大调查项目 1212011120272， 1212011121102 作者简介 张利国， 工程师， 分析化学专业， 主要从事 Sm － Nd 同位素研究。E- mail whzliguo163． com。 文章编号 02545357 2014 05064009 玄武岩分相 Sm － Nd 内部等时线定年方法流程 张利国，段桂玲，杨红梅，杨梅，谭娟娟，段瑞春，邱啸飞，刘重秡 中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室，湖北 武汉 430205 摘要 长期以来， 对玄武岩精确测年一直是困扰地质学家的重大科 学问题。玄武岩结构和组成特殊， 岩石中矿物组成单一、 锆石十分稀 少， 颗粒很细， 采用物理方法挑选单矿物和锆石十分困难， 很难应用 内部等时线法和锆石 U － Pb 法研究其成岩时代。而全岩样品间因 岩浆分异产生的147Sm/144Nd比值差别很小， 等时线年龄相对误差较 大; Rb 含量很低， Rb/Sr 比值很小， 全岩 Sm － Nd 法、 Rb － Sr 法常常 不能给出正确可信的年龄。根据内部等时线法原理， 本文通过化学 方法， 采用王水和氢氟酸 － 硝酸对玄武岩样品进行分步溶解， 分别对 同一件样品的王水溶解相、 王水不溶相和全岩开展 Sm － Nd 同位素 组成分析。结果表明 通过不同酸介质分步溶解， 可提取玄武岩中石英、 透辉石、 长石等矿物组合， 该组合与 其全岩具有相同的 εNd t 和一致的 Nd 同位素模式年龄; 矿物与全岩构筑的内部等时线中， 147Sm/144Nd比值 的变化由全岩之间的 0． 005 扩大到 0． 11， 143 Nd/144Nd值的变化由全岩的 0． 512500 ～ 0． 512547 扩大到 0． 512500 ～0． 513145。通过该方法获得了与已有锆石 U － Pb 年龄在误差范围内一致的 Sm － Nd 等时线年 龄 t 991 21 Ma MSWD 2． 1 。通过对比研究， 本文认为 玄武岩分相 Sm － Nd 内部等时线定年方法， 适用于前寒武纪及更古老的玄武岩样品的年龄测定。该方法的建立不仅有效提高玄武岩 Sm － Nd 等时线定 年成功率， 也为其他隐晶质且不易挑出单矿物样品的年龄测定提供了新的思路。 关键词 玄武岩; 分步溶样; 分相; Sm － Nd 同位素; 年代学; 矿物内部等时线 中图分类号 P588． 145; P597． 3文献标识码 A 玄武岩是地质学研究的重要对象， 其岩石地球 化学及同位素特征与岩浆源区性质、 古大地构造环 境和深部地球动力学过程有着密切的联系［1 －4 ］。根 据玄武岩的地球化学特征可以判别其形成的构造环 境［5 －7 ］， 利用微量元素和稀土元素比值以及 Sr － Nd － Pb 同位素特征可成功识别出各种地幔端员， 可用 于反演岩浆作用的动力学过程［3， 8 －10 ］。然而， 玄武 岩一般结构致密、 组成均一， 通常没有岩浆结晶锆石 或含量甚微， 不适于锆石 U － Pb 定年; 而其40Ar/39Ar 法年龄测定［11 ］， 由于可能存在 K 和 Ar 的自然扩散 作用或后期变质、 变形等多因素的扰动作用， 很难测 出早期地质事件的年龄［12 ］， 因此， 对玄武岩样品年 龄的精确测定一直是困扰地质学家的科学难题［13 ］。 相对于 U － Pb、 Rb － Sr 及 K － Ar 体系， Sm、 Nd 同属轻稀土元素， 其化学性质很相近， 母体 147Sm 衰变形成的子体 143Nd 易在矿物晶格中保存下来， 矿物或岩石中的 Sm － Nd 同位素体系易保持封闭， 具有较强的抗蚀变和变质作用的能力。因此， 相对 于其他同位素体系， Sm － Nd 同位素等时线法测定 基性 岩、 超 基 性 岩 的 形 成 时 代 具 有 其 显 著 优 势［12， 14 ］。而由于 Sm － Nd 等时线法不仅可以获得 岩石形成的时间， 而且可以获得源区 Nd 同位素的 初始值［12 ］， 长期以来， Sm － Nd 同位素体系成功应用 于陨石、 月球岩石、 古老的基性、 超基性岩和前寒武 纪老地层等领域方面的研究［12， 14 ］， 是地球科学和宇 宙科学研究中重要的工具之一。 046 ChaoXing 对于 Sm － Nd 同位素体系， 用于制约等时线的 147Sm/144Nd范围越宽， 该同位素体系能辨别的年龄 越年轻［15 ］。如果岩石中的最大 △ 147Sm/144Nd 为 0． 05， 在此情况下 Sm － Nd 同位素体系确定年龄绝 对误差约为40 Ma; 如果岩石中最大△147Sm/ 144Nd达 到 0． 1， 则其确定的年龄绝对误差可降至 20 Ma 左 右［16 ］。但由于 Sm 和 Nd 均为轻稀土元素， 离子半 径相似， 化学性质很相近， 故自然界中 Sm/Nd 分馏 通常不明显［16 －17 ］; 而且 147Sm半衰期很长 1． 06 1011a ， 衰变产生的143Nd 积累有限， 从而使不同来 源样品中 Nd 同位素组成的变异甚微 ＜ 2‰ ［18 ］。 这使得 Sm － Nd 同位素定年的应用在很大程度上受 到限制。 而 Sm －Nd 内部等时线法弥补了全岩等时线的 上 述 缺 陷，如 Lugmair 等 ［ 19 ］ 从 Angra Dos Reis ADOR 辉石无球粒陨石里分选了 3 个磷酸盐矿物 和4 个辉石类矿物， 构成了一条十分理想和精确的 Sm －Nd 内部等时线。由于不同单矿物在结晶时其稀 土元素存在分馏差异， 因此同一样品中单矿物的 147Sm/144Nd变化范围较全岩样品大很多［ 12 ］， 从而获得 高成功率及准确性的 Sm －Nd 同位素等时线年龄。 Sm － Nd 内部等时线法， 大多是对采用物理方 法分选出的岩石样品中的单矿物进行分析。但是， 对于玄武岩等隐晶结构、 组成均一的样品， 物理方法 很难分选出其中的单矿物， 使 Sm － Nd 法对玄武岩 的测年受到限制。因此， 本文尝试通过化学方法， 从 玄武岩中分离出部分矿物与全岩构筑内部等时线。 该方法先用王水溶解样品， 不溶部分再经氢氟酸 － 硝酸溶解; 然后， 对王水溶解相、 王水不溶相及全岩， 分别进行 Sm、 Nd 同位素分析， 组成 Sm － Nd 矿物内 部等时线， 以准确测定玄武岩年龄。 1实验过程 1． 1仪器及主要试剂 固体热表面电离质谱仪 TRITON TI， 美国 Thermo 公司 。 实验器皿 聚四氟乙烯坩埚、 密封溶样罐及高压 溶样弹， 石英玻璃交换柱。器皿在使用前， 均先用去 污粉或洗涤剂将其洗至内、 外表面不挂水珠或仅有 少量细小水珠， 再用一次去离子水 经 Milli － Q 水 纯化系统纯化 冲洗， 装入干净的大烧杯中， 依次用 王水、 硝酸、 二次去离子水 一次去离子水再次经过 水纯化系统纯化 在电炉上煮至沸腾后保持其微沸 4 ～6 h， 于超净化实验室风干待用。 试剂 盐酸、 硝酸、 高氯酸、 氢氟酸， 均为市售优 级纯 经亚沸蒸馏 。 1． 2样品溶解 称取约 300 mg 粉末样品 200 目 ， 加入适量 6 mol/L王水， 用低压密封溶样罐于 110℃加热 48 h， 待溶液冷却至室温， 离心分离。取出上清液蒸干， 用 2．5 mol/L 盐酸提取， 称为王水溶解相①。残余粉末 置于高压溶样弹， 加适量氢氟酸和硝酸 体积比10 ∶ 1 原酸 ， 密封于200℃溶样48 h， 蒸干， 再加入少许高氯 酸加热直至白烟冒尽， 用 2． 5 mol/L 盐酸提取， 称为 王水不溶相②。 1．3稀土及 Nd 的分离纯化 稀土分离 采用 AG50 －8 阳离子交换树脂， 交换 柱下部树脂床内径6 mm、 高80 mm， 上部盛液管内径 为 20 mm， 高100 mm， 总容积40 mL。树脂用6 mol/L 盐酸和亚沸蒸馏水交替再生3 次。将王水溶解相①、 王水不溶相②两相溶液各分取约 1/4 体积比 ， 分别 加入一定量145Nd － 149Sm 混合稀释剂， 混匀上柱， 待溶 液流干， 加入6 mL 2．5 mol/L 盐酸冲洗交换柱盛液管 内壁， 待盐酸滴干， 再加入40 mL 2．5 mol/L 盐酸淋洗 Ca、 Mg、 Fe 等基体元素， 用15 mL 6 mol/L 盐酸解吸稀 土， 蒸干解吸液， 待质谱测定， 计算147Sm/144Nd值。 Nd 的纯化 王水溶解相①、 王水不溶相②两相未 加稀释剂的溶液， 经稀土分离后， 用 P507 树脂 2 － 乙 基己基膦酸单 －2 －乙基己基酯 分离纯化 Nd。交换 柱规格与一次分离所用相同， 树脂床高 60 mm， 用 6 mol/L 盐酸再生， 亚沸蒸馏水淋洗至中性。待一次分 离解吸液蒸干后， 用 0． 1 mol/L 盐酸提取、 上柱。加 入0．1 mol/L 盐酸15 mL 淋洗 La 和 Ce， 用0．2 mol/L 盐酸6 mL 解吸 Nd。蒸干， 待质谱测定143Nd/144Nd值。 1． 4质谱测定 质谱测定采用双灯丝热表面电离。将铼灯丝用 无水酒精清洗干净， 用点焊机将其点焊在灯丝支架 上， 将已点焊好灯丝的支架插装在离子源转盘上， 并 装入烧带装置中， 待真空抽至 n 10 －5 Pa 后按预定程 序给灯丝供电， 在3 ～5 A 电流下烧 15 min， 以除去灯 丝表面杂质 ［ 20 ］。将样品用10 μL 去离子水转移到灯 丝中央， 在1 A 电流下蒸干， 再缓慢增加电流至灯丝 微红， 装入离子源启动真空系统。待质谱仪的离子源 真空达到要求 n 10 －7 Pa 后， 打开通往分析管道的 隔离阀， 给电离带灯丝加上电流， 缓慢升温， 当灯丝温 度达到1800℃后， 再缓慢加热蒸发带灯丝， 注意寻找 145Nd的离子流， 并小心调节加到蒸发带上的电流， 使 离子流达到足够的强度 0．3 ～1 V 并保持稳定， 启动 146 第 5 期张利国， 等 玄武岩分相 Sm － Nd 内部等时线定年方法流程第 33 卷 ChaoXing 自动测量程序， 分别采集 Sm、 Nd 同位素数据。本实 验采用静态多接收采集数据， 其杯结构如表1 所示。 表 1静态多接收质谱仪 TRITON 杯结构 Table 1Cup structure of the static multi- collectors mass spectrometer TRITON 杯位置质量数同位素杯位置质量数同位素 L3142 142Ce 142Nd H1146 146Nd L2143 143Nd H2147 147Sm L1144 144Nd 144Sm H3149 149Sm C145 145Nd 2结果与讨论 2． 1Sm －Nd 同位素分析结果 2． 1． 1标准及样品 BCR －2 玄武岩标准样品 美国地质调查局 USGS ， 由美国地质调查局采自美国俄勒冈州波特 兰以东地区的 Bridal Veil Flow 采石场; 为现代喷发 火山岩， 无斑隐晶质结构， 形成时代为 15 Ma［11 ］。 EQB 峨眉山玄武岩样 品 La － Ce 标 准 样 品［21 ］ ， 采自中国四川峨眉山清音电站剖面， 是大陆 裂谷环境下的喷溢产物， 其结构为微晶玄武岩， 形成 于晚二叠世早期 259 ～262 Ma［22 －23 ］ 。 SNJ 玄武岩样品， 采自神农架地区东北部姜家桥 桥头附近郑家垭组地层中， 具有间粒间隐结构， 在该 实验开展之前， 没有年代学数据报道; 而互层接触的 安山 －英安质熔结凝灰岩年龄为1100 ～900 Ma［ 24 ］。 2． 1． 2分相矿物组成 对玄武岩样品进行分步溶解时， 王水不溶相与 全岩的矿物成分在中国地质大学 武汉 地质过程 与矿产资源国家重点实验室采用 X 射线粉晶衍射 方法完成。分析结果见表 2 和图 1， 结果表明 王水 不溶相主要为石英、 透辉石、 长石的矿物组合; 由全 岩和王水不溶相估算， 王水溶解相主要为绿泥石和 少量高岭石 表 2 。 2． 1． 3分相 Nd 同位素组成 本实验在中国地质调查局武汉地质调查中心同 位素地球化学研究室完成。所选样品分别为 BCR －2、 EQB 和 SNJ25、 SNJ27、 SNJ29、 SNJ35， 均具隐晶 结构， 矿物组成均一。 质谱测定过程中， 每个试样采集 14 组数据， 每 组数据取 10 次扫描， 单次扫描积分时间 4． 194 s， 由 联机计算机取 14 组数据平均值。样品147Sm/144Nd 值的计算 分别采集149Sm/147Sm和145Nd/146Nd由稀释 法原理离线计算得出。 143 Nd/144Nd 值测定 采用 146Nd/144Nd 0． 7219 归一化。所有样品 Nd 同位素 组成分析结果见表 3。 表 2玄武岩王水不溶相及全岩 X 射线粉晶衍射半定量 分析结果 Table 2Semi- quantitive results of X- ray powder diffraction analysis of the insoluble phase in aqua regia and whole- rock basalt 样品 对应图 1 的序号 矿物含量 石英 透辉石 长石 绿泥石 高岭石 EQB 王水不溶相A132491900 SNJ27 王水不溶相B116731100 SNJ29 王水不溶相C144371900 SNJ35 王水不溶相D134442200 EQB 全岩A220561905 SNJ27 全岩B212458350 SNJ29 全岩C2273315250 SNJ35 全岩D2223221205 表 3玄武岩样品及 BCR － 2 标样的 Sm － Nd 同位素分析 结果 Table 3The Sm- Nd isotopic composition of basalt powder and BCR- 2 standard samples dissolved with different acid media 样号类型 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd 2σ tDM Ga t2DM Ga εNd t SNJ25 －1f王水不溶相0．24520．513132 13－0．09 1．432．81 SNJ 25 －2f王水不溶相0．24720．513145 20－0．02 1．432．79 SNJ 35 －1f王水不溶相0．26660．513254 150．301．472．18 SNJ 35 －2f王水不溶相0．26920．513264 210．311．492．01 SNJ 25全岩0．15160．512520 91．541．344．08 SNJ 25s全岩0．15210．512522 91．551．353．99 SNJ 35全岩0．15450．512547 71．551．344．18 SNJ 27全岩0．15680．512534 81．651．383．60 SNJ 29全岩0．15160．512504 121．581．373．75 SNJ07 －26 －1全岩*0．15480．512525 21．611．373．7 SNJ07 －26 －2全岩*0．15380．512500 11．651．393．4 SNJ 25 －1c王水可溶相0．14660．512486 131．511．293．33 SNJ 25 －2c王水可溶相0．14710．512483 131．521．303．21 SNJ 35 －1c王水可溶相0．15090．512511 91．551．303．26 SNJ 35 －2c王水可溶相0．15000．512519 121．511．313．13 EQB全岩0．12100．512509 61．050．910 EQB － c王水可溶相0．11610．512501 101．010．910．003 EQB － c王水可溶相0．11600．512501 91．010．920．007 EQB － f王水不溶相0．14400．512548 81．310．750．013 EQB － f王水不溶相0．14220．512544 101．290．72－0．04 BCR －2标准推荐值0．13820．512636 2＊＊1．040．761．08 BCR －2本文测定值0．13760．512633 41．040．731．15 BCR －2 －1c 王水可溶相0．13060．512620 70．970．760．91 BCR －2 －2c 王水可溶相0．13110．512641 20．940．761．31 BCR －2 －1f 王水不溶相0．15340．512637 121．301．110．81 BCR －2 －2f 王水不溶相0．15500．512644 141．311．120．92 注 * snj07 －26 －1 值引自文献［24］ ; ＊＊BCR －2 值引自 GeoRem http / / georem． mpch －mainz． gwdg． de ， 其147Sm/144Nd值根据 Sm、 Nd 浓度为计算 得出。tDM年龄采用文献［ 25］线性模式计算， t2DM年龄采用李献华等［26 ］两 阶段模式计算。 246 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2014 年 ChaoXing 图 1玄武岩王水不溶相和全岩粉晶衍射分析图谱 Fig． 1The X- ray powder diffraction diagrams of undissolved basaltic phase in aqua regia and whole- rock basalt A1、 B1、 C1、 D1 分别为 EQB， SNJ27、 SNJ29、 SNJ35 王水不溶相图谱; A2、 B2、 C2、 D2 为其对应全岩图谱。 346 第 5 期张利国， 等 玄武岩分相 Sm － Nd 内部等时线定年方法流程第 33 卷 ChaoXing 2． 1． 4全岩及分相 Sm － Nd 内部等时线年龄及 误差分析 1 全岩及分相 Sm － Nd 内部等时线 根据 “真假 Sm － Nd 等时线判别经验” 参与等 时线年龄计算的各样品间， 有相同 εNd t 值或 Nd 同位素模式年龄， 即可视为满足 Sm － Nd 等时线同 源、 同时和封闭环境的条件， 能参与等时线年龄计 算［27 ］。由表 3 可以看出 分步溶解后， 王水可溶相、 不溶相及全岩具有一致的 Nd 同位素特征 εNd t ， 且王水可溶相、 全岩和矿物组合的等时线 图 2c 与 矿物内部等时线 图 2b 结果完全一致。且前人大 量研究表明 在岩石中， 稀土元素能保持相对稳 定 ［12， 14 ］。由此我们认为， 玄武岩样品通过分步溶 解， 不同相 王水可溶相、 不溶相 与全岩之间构筑 的 Sm － Nd 矿物内部等时线， 符合 Sm － Nd 法测年 的理论要求， 能真实反映岩石的形成时代。 等时线结果采用 Ludwig 2001 ［28 ］的 Isoplot 程 序处理。根据经验， 实验室147Sm/144Nd和143Nd/144Nd 的系统误差分别为 0． 5和 0． 003。 2 Sm － Nd 等时线年龄误差分析 由于 Sm 和 Nd 同属稀土元素， 在地质作用过程 中， Sm 和 Nd 具有相似的地球化学特征和行为， 从 而 导 致 Sm/Nd 比 值 在 岩 石 中 的 变 化 范 围 很 小［12， 16 ］。用 △147Sm/144Nd 表 示 等 时 线 各 样 品 点 147Sm/144Nd值间的最大差值。Zhou 等 2011［22 ］报 道的 SNJ07 － 26 － 1、 SNJ07 － 26 － 2 和本文实测的 SNJ25、 SNJ27、 SNJ29、 SNJ35 共 6 个全岩样品之间 △147Sm/ 144Nd值仅 0． 005，143Nd/144Nd在误差范围内 基本一致。 但不同矿物在其形成阶段， 稀土元素内部可发 生强烈的分馏作用［29 －33 ］。本文通过化学方法， 对玄 武岩样品进行分步溶解后， 得到石英、 透辉石、 长石 等矿物组合的147Sm/144Nd值变化范围较全岩样品 大， 其△147Sm/ 144Nd值扩大到 0． 11。 根据 Sm － Nd 年龄计算方程 143Nd/144Nd 143Nd/144Nd i 147Sm/144Nd e λt － 1 1 由最小二乘法原理可以得出如下等时线年龄误 差估算公式 △t σ143Nd/ 144Nd/λ△147Sm/144Nd 2 式中 λ 为 147Sm衰变常数 6． 54 10－12 a －1， σ 为 143Nd/144Nd比值测定精度 目前质谱仪器对143 Nd/ 144Nd比值测定外部精度可以达到 0． 000015［27 ］。 由公式 2 可以估算 当全岩样品间 Δ 147Sm/144Nd 图 2玄武岩分相 Sm － Nd 等时线 Fig． 2Sm- Nd isochrones of fractional dissolved samples aSNJ 全岩等时线; b全岩 王水不溶相; c全岩 王水不溶相 王水溶解相。 只有 0． 005 时， Δt 将达到 400 Ma， 无法准确得到 Sm － Nd 等时线年龄 图 2a ; 而通过分步溶解， 全岩 和王水不溶相 石英、 透辉石、 长石的矿物组合 的 147Sm/144Nd比值变化在 0． 1516 ～ 0． 2692 范围内， Δ 147Sm/144Nd绝对差值提高到 0． 11， 由此估算的年 龄误差约为 20 Ma， 实际得到的内部等时线年龄误 差分别为 21 Ma 和 19 Ma 图 2b， c 。 由此可以看出 玄武岩样品采用分步溶解， 通过 化学方法提取物理手段无法挑选的石英、 透辉石、 长 石的矿物组合， 与全岩之间构成的 Sm － Nd 矿物内 446 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2014 年 ChaoXing 部等时线， 能有效地扩大 Δ 147Sm/144Nd 值， 减小年龄 误差， 从而提高玄武岩 Sm － Nd 同位素年龄测定成 功率。 2． 2实验标准与流程本底 本文选取 USGS 玄武岩标样 BCR － 2 全岩， 作 为全流程准确性检验。其143Nd/144Nd 0． 512633 4， 与推荐值 见表 3 完全一致; 147Sm/144Nd 0． 1376与推荐值 0. 1382 误差为 4. 3‰， 小于 1， 符 合系统误差限制。BCR －2 全岩测定结果与推荐值 一致， 表明本实验流程准确可靠。SNJ25、 SNJ 35 及 BCR －2 等平行双份分析结果在误差范围内基本一 致 见表 3 ， 表明分步溶解实验过程具有可重现性。 质谱仪器采用实验室标准溶液 JMC 溶液 监 控。经过 2 年 109 次标样监测， 其平均值143Nd/ 144Nd 0. 511559 10 2σ， 见图 3 ， 标准偏差 1 10 －5; 对标准物质 JNdi － 1 金属氧化物溶液 分析 结果为143Nd/144Nd 0. 512117 9， 与 Tanaka 等 2000 ［34 ］报道值 0. 512115 7 完全一致。 本实验全流程空白 CNd≤1 10 －10 g/g， CSm≤ 0. 7 10 －10 g/g。 图 3JMC 标准溶液测定结果 Fig． 3The determination results of JMC standard solution 2． 3Nd 同位素测定的同质异位素干扰 在进行同位素测定时， 通常会有同质异位素的 干扰。在 Nd 同位素分析过程中存在的同质异位素 有 142Ce与142Nd，144Sm与144Nd。 本文分别采集149Sm/147Sm和145Nd/146Nd两对同 位素比值， 通过稀释法， 离线计算样品中147Sm、 144Nd 浓度， 进而得出147Sm/144Nd值。在此过程中， 质量数 142 不参与计算， 避免了142Ce 与142Nd 叠加的干扰。 而143Nd/144Nd值， 通过仪器直接测定143Nd、 144Nd信 号， 采用146Nd/144Nd≡0. 7219 归一化分馏校正， 直接 得到结果， 质量数为 142 的离子信号对143Nd/144Nd 值的测定结果不产生任何影响。同时， 杨岳衡等［35 ］ 研究工作表明大量 Ce 的存在并不影响 Nd 同位素 测定。因此， 142 Ce 对142Nd 的干扰， 在本文所用的 147Sm/144Nd与143Nd/144Nd同位素体系中， 不影响实验 结果。 而144Sm会对143Nd/144Nd值测定产生直接的干 扰。在质谱测定过程中， 通过监测147Sm特征峰的信 号， 观察144Sm对144Nd的影响。本实验中， 采用二次 化学处理， 分离 Nd 与 Sm， 以消除144Sm对144Nd的干 扰。实验结果表明 在进行143Nd/144Nd值测定过程 中， 147Sm/144Nd≤2 10－5 如表 4 所示 ， 甚至为负 值， 而自然界中147Sm/144Sm 4. 8827［36 ］， 可得144Sm/ 144Nd≤0. 4 10－5， 基本消除了144Sm对144Nd的干扰。 表 4 143Nd/144Nd值测定时144Sm干扰监控值 Table 4 143Nd/144Nd values determined with144Sm disturbance monitoring 扫描次数 145Nd/144Nd143Nd/144Nd142Nd/144Nd147Sm/144Nd 10．3484940．5124941．186942．06673 10 －5 20．3484480．524641．17460－2．38687 10 －6 30．3484570．5125231．170361．22418 10 －5 40．3484410．5125511．166716．49628 10 －5 50．3484570．5125361．163781．23097 10 －5 60．3484460．5124681．161271．45124 10 －5 70．3484400．5125641．159368．56490 10 －6 80．3484520．5125191．157711．43829 10 －5 90．3484240．5124961．156291．44144 10 －6 100．3484510．5125201．154912．77971 10 －6 110．3484320．5125671．154011．37760 10 －6 120．3484360．5125641．153049．42705 10 －6 130．3484300．5125091．152221．96576 10 －5 140．3484120．5125101．151372．12260 10 －5 平均值0．3484400．5125201．159661．01927 10 －5 3实验方法的适用性 3． 1Sm －Nd 同位素体系特点 根据 Sm － Nd 等时线原理， 酸性、 基性到超基性 的火成岩、 变质岩和沉积岩类均可用于 Sm － Nd 法 年龄的测定和研究。由于全岩的 Sm － Nd 比值通常 变化窄小［12， 16 －17 ］， 不易于获得理想的 Sm － Nd 全岩 等时线年龄结果， 仅可以用于模式年龄测定。因此， 斜方辉石、 单斜辉石、 斜长石和磷酸盐矿物等是 Sm － Nd 内部等时线年龄测定的常用对象［12 ］。 根据 Sm － Nd 同位素放射性原理， 由公式 2 可以估算 一组具有相同初始143Nd/144Nd比值的样 品， 当△147Sm/ 144Nd值为 0． 1 与 0． 01 时， 分别需要 546 第 5 期张利国， 等 玄武岩分相 Sm － Nd 内部等时线定年方法流程第 33 卷 ChaoXing 母体同位素147Sm经过20 Ma 和200 Ma 的放射积累， △143Nd/ 144Nd 值 才 能 勉 强 超 出 仪 器 测 量 误 差 0． 000015 。因此， Sm － Nd 法更适用于古老岩 石的测年与成因研究［12 ］。 3． 2分相 Sm －Nd 同位素方法适用范围 为比较不同形成时代样品对分相实验的影响， 在本文分别选取 USGS 玄武岩标样 BCR － 2 15 Ma ［11 ］、 EQB 峨眉山玄武岩 262 ～259 Ma［22 －23 ］和 SNJ25、 SNJ27、 SNJ29、 SNJ35 1100 ～ 900 Ma ［24 ］三 组玄武岩。 由实验结果可以看出 BCR － 2 与 EQB 分相后 △147Sm/ 144Nd值仅为 0． 024、 0． 026， 其估算年龄误差 达到 100 Ma。而 BCR － 2 形成时代只有 15 Ma， 其 测定年龄误差远大于其自身形成时代， 因此， 不适合 Sm － Nd 同位素年龄测定。EQB 样品 260 Ma 分步 溶解后， 根据等时线计算原理， 其年龄误差也达到 82 Ma 图 4 ， 相对误差达到 32; 所以， 形成时代 为 260 Ma 的 EQB 样品， 同样不适用于该方法的测 定。而 SNJ25、 SNJ27、 SNJ29、 SNJ35 样品， 其形成时 代较老， 且分相后△147Sm/ 144Nd值可达到 0． 11， 通过 误差理论估算， 其等时线年龄误差可降低至 20 Ma， 可以得到比较准确的等时线年龄 图 2b 。 图 4EQB 分相等时线图 Fig． 4Sm- Nd isochrons of fractional dissolved samples 通过分析和对比， 本文分步溶解实验方法对 260 Ma 及更年轻玄武岩样品， 无法得到准确可靠的 等时线年龄; 而对 980 Ma 的 SNJ 玄武岩， 得到了良 好的 Sm － Nd 内部等时线年龄。其原因大致有 ①样品自身形成年龄小， 以致放射成因143Nd 累积有 限， 分相前后样品的143Nd/144Nd值变化不明显; ②实 验方法， 通过本实验化学流程， 无法实现单一矿物的 分离， 无法完整体现单矿物之间 Sm/Nd 分馏差别， 使样品分相前后其 147Sm/144Nd及143 Nd/144Nd变化 较小。 综上所述， 我们认为 分步溶解分相 Sm － Nd 内 部等时线测定方法， 适用于前寒武纪和更古老的玄 武岩样品的年龄测定。 4结语 传统 Sm － Nd 内部等时线法， 采用物理方法分 选出岩石样品中的单矿物， 分别对矿物和全岩开展 Sm － Nd 同位素分析。然而， 对于玄武岩等隐晶结 构、 组成均一的样品， 物理方法很难分选出其中的单 矿物， 使 Sm － Nd 内部等时线法对玄武岩的测年受 到限制。本文通过化学方法， 对玄武岩样品采用王 水和氢氟酸 － 硝酸分步溶解， 分离出玄武岩样品中 物理方法难以挑选的矿物， 实验结果令人满意。 1 与全岩 Sm － Nd 同位素分析结果相比， 该 方法有效扩大了等时线中147Sm/144Nd比值差别， 分 步溶解得到的矿物组合与全岩组成的内部等时线 中， 147Sm/144Nd比值差别由全岩的 0． 005 扩大到 0． 11， 143Nd/144Nd值由全岩的 0． 512500 ～ 0． 512547 扩大到 0． 512500 ～0． 513145， 成功测定了 SNJ 玄武 岩样品的同位素年龄 t 991 21 Ma MSWD 2． 1 。 2 通过对形成时代不同的三组样品的对比研 究， 我们认为 本实验为前寒武纪及更古老的玄武岩 样品同位素年龄测定提供了新的方法， 也为其他隐 晶质且不易挑出单矿物的样品年龄测定提供了新的 思路。 3 本实验在方法上， 通过本实验化学流程， 无 法实现单一矿物的分离， 无法完整体现单矿物之间 Sm/Nd 分馏差别。因此， 如何通过化学方法分选出 岩石中更多的单一矿物， 有待进一步的深入研究。 5参考文献 ［ 1］Momme P，Tegner C C，Broks C K，Keays R R． Two melting regimes during Paleocene flood basalt generation in East Greenland Combined REE and PGE modeling ［ J］ ． Contributions to Mineralogy and Petrology， 2006， 15 1 88 －100． ［ 2］Sigrnarssona O，Steinthrsson S． Origin of Icelandic basalts A review of their petrology and geochemistry ［ J］ ． Journal of Geodynarnics， 2007， 43 1 87 －100． ［ 3］Kinmana W S，Neal C R，Davidson J P，Font L． The dynamics of Kerguelen Plateau magma evolution New insights from major element， trace element and Sr 646 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2014 年 ChaoXing isotope microanalysis of plagioclase hosted in Elan Bank bssalts［ J］ ． Chemical Geology， 2009， 264 247 －265． ［ 4］Fan W M，Zhang C H，Wang Y J，Guo F，Peng T P． Geochronology and geochemistry of Permian basalts in western Guangxi Province Southwest China Evidence for plume- lithosphere interaction［ J］ ． Lithos， 2009， 102 218 －236． ［ 5］Pearce J A． Role of the sub- continental lithosphere in magma genesis at active continental margins［