硅酸盐岩石中微量碳酸盐碳氧同位素在线分析及其地球化学应用

摘要

碳酸盐的稳定同位素（碳、氧同位素）分析在地质学和地球化学等学科领域（古海洋、大陆古气候、成岩成矿物质的来源示踪等）有着广泛的应用。目前，磷酸法是碳酸盐碳氧同位素分析最为有效的方法之一。与其它方法相比，这个方法具有高的准确度和精度。但是，传统的磷酸法要求较大的样品用量，不适合于硅酸盐岩石中微量碳酸盐。连续流Gasbench-IRMS方法采取在线方式进行纯碳酸盐化学制备和同位素质谱分析，不仅样品用量小，而且分析流程高速快捷。但是，对于硅酸盐岩石中的微量碳酸盐来说，如何进行准确的碳氧同位素分析，是稳定同位素地球化学分析技术的难题之一。本学位论文旨在将连续流Gasbench-IRMS方法从常规的纯碳酸盐分析扩大对硅酸盐岩石中微量碳酸盐的分析，在这个基础上对若干地壳岩石样品进行了应用性检验。
　　 前人就连续流Gasbench前处理制备系统与稳定同位素质谱联机在线分析微量纯碳酸盐的碳和氧同位素组成，在分析流程和实验条件上进行了许多尝试。本文在此基础上进行条件试验，通过不断摸索，最终实现了对硅酸盐岩中微量碳酸盐进行精确碳氧同位素分析的目的。与传统磷酸法相比，本方法样品用量少，分析精度高、进度快。对于低含量微量碳酸盐的分析，使用比纯相碳酸盐多得多的磷酸剂量。实验过程中出现磷酸中微量水与新生成C02之间的氧同位素交换，使测定的氧同位素组成朝轻的方向漂移。通过应用多矿物标准进行氧同位素漂移校正，能够使测量氧同位素比值与真值之间在分析误差范围内一致。此外，通过对硅酸盐中碳酸盐含量的估计，不仅可以对样品所需磷酸剂量进行控制，而且认识到不同含量碳酸盐需要使用不同含量标准的混合物来进行校正的重要性。
　　 应用新建立的Gasbench-IRMS方法，本文对华北陆块南缘合肥盆地和山东昌乐的新生代玄武岩、华南若干产地的花岗岩以及大别·苏鲁造山带超高压榴辉岩和片麻岩中微量碳酸盐进行了分析。结果表明，这些火成岩中碳酸盐含量低，碳同位素组成受岩浆去气、同化混染或壳幔相互作用等因素的影响。岩浆去气会使碳同位素比值降低，岩浆同化混染地壳有机质会使碳酸盐的碳同位素比值降低。碳酸盐的氧同位素受温度或流体成分的影响较大，一般表现为具有较高的氧同位素比值，指示了低温条件下岩浆碳酸盐与地表流体之间的相互作用。变质岩中碳酸盐含量与原岩性质有关。如果这些变质岩中的碳酸盐来自邻近大理岩，其碳同位素组成和碳酸盐含量相对较高。如果变质碳酸盐不是来自邻近的围岩，则可能反映了原岩的碳同位素组成。变质岩中碳酸盐的氧同位素组成往往受到了低温条件下变质流体的蚀变作用而发生改造。沉积岩中碳酸盐含量相对于火成岩和变质岩的要高，碳和氧同位素组成易受到有机质和大气降水的影响，从而出现发生不同程度的降低。通过确定各种岩石中微量碳酸盐的含量及其8180和813C值，能够有效地揭示这些地壳岩石中碳酸盐的来源或所经历的地质过程。

目录

文摘

英文文摘

第一章 导论

1.1 研究背景

1.2 研究手段

1.3 研究意义

1.4 存在的问题

1.5 本论文主要解决的问题及意义

1.6 工作量小结

第二章 纯相碳酸盐的磷酸法碳氧同位素分析

2.1 常规磷酸法结合双进样质谱

2.2 连续流质谱法（CF-IRMS）

2.2.1 Gasbench-CF-IRMS系统

2.2.2 影响连续流方法的因素和解决办法

2.2.3 Gasbenchii-CF-IRMS系统线性

2.3 小结

第三章 硅酸盐岩中微量碳酸盐的碳氧同位素分析

3.1 引言

3.2 不同含量标准物质和石英砂混合物的碳氧同位素分析

3.2.1 实验流程

3.2.2 碳氧同位素组成精度和准确度

3.2.3 磷酸剂量

3.2.4 磷酸的剂量对813C和8180的影响

3.2.5 最大称样量和最低碳酸盐含量

3.2.6 小结

3.3 硅酸盐岩中微量碳酸盐的估计

3.4 测量自然样品的碳氧同位素数据的校准

3.5 总结

第四章 火成岩中微量碳酸盐的碳氧同位素地球化学

4.1 引言

4.2 玄武岩

4.2.1 合肥盆地玄武岩

4.2.2 昌东玄武岩

4.3 花岗岩

4.3.1 中国东南部显生宙花岗岩

4.3.2 胶东半岛中生代花岗岩

4.3.3 扬子陆核新元古代花岗岩

4.3.4 大别造山带中酸性岩浆岩

4.4 小结

第五章 沉积岩中微量碳酸盐的碳氧同位素地球化学

5.1 引言

5.2 地质背景

5.3 碳氧同位素组成

5.4 讨论

第六章 超高压变质岩中微量碳酸盐的碳氧同位素地球化学

6.1 引言

6.2 苏鲁地区榴辉岩和片麻岩

6.2.1 地质背景

6.2.2 碳氧同位素组成和碳酸盐含量

6.2.3 讨论

6.3 大别双河地区榴辉岩和片麻岩

6.3.1 地质背景

6.3.2 碳氧同位素特征和碳酸盐含量

6.3.3 讨论

6.4 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

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