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(U-Th)/He热年代学方法研究进展及其应用

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矿物学报 2024年第2期44卷 273-286页

作者：胡儒权武丽艳中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081 中国科学院大学北京100049

(U-Th)/He热年代学方法基于矿物中U、Th、Sm发生衰变产生和累积的4He进行定年。由于低的封闭温度和对近地表地质过程的敏感性,因此在定量揭示地壳浅部所经历冷却及剥露事件的时间-空间-温度特征方面具有不可替代的优势。本文简要回顾了(... 详细信息

(U-Th)/He热年代学方法基于矿物中U、Th、Sm发生衰变产生和累积的4He进行定年。由于低的封闭温度和对近地表地质过程的敏感性,因此在定量揭示地壳浅部所经历冷却及剥露事件的时间-空间-温度特征方面具有不可替代的优势。本文简要回顾了(U-Th)/He定年原理并对不同测试方法的优缺点进行评述,在此基础上总结探讨了(U-Th)/He热年代学在辐射损伤影响机制、退火动力学以及4He扩散模型方面取得的进展以及存在的不足,并对如何完善这些不足进行未来展望。此外本文还综述了(U-Th)/He热年代学方法在约束成矿时代、造山带剥露历史研究、矿床保存性评价方面的应用实例以及部分局限性。

关键词： (U-Th)/He热年代学辐射损伤退火动力学 4He扩散模型地质应用

喜马拉雅东段库曲锂辉石伟晶岩锡石研究及指示意义

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岩石学报 2024年第2期40卷 433-449页

作者：周起凤秦克章刘宇超何畅通赵俊兴李俊瑜朱丽群赵永能张昕中国冶金地质总局矿产资源研究院北京101300 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩-伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚,亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产... 详细信息

锡石是花岗伟晶岩中重要的含锡矿物。喜马拉雅淡色花岗岩带中多个花岗岩-伟晶岩系统均产出锡石。富锂伟晶岩中锡石的显微结构与化学组成及其对岩浆分异演化的指示意义尚不清楚,亟待开展相关研究。本文调查了喜马拉雅东段库曲岩体西侧产出的多条含锂辉石伟晶岩脉,其规模不等,岩相分带简单,主要岩相带为锂辉石-石英-钠长石带或锂辉石-块体长石-石英-(白云母)带,也见钠质细晶岩。选取3处含锂辉石伟晶岩脉中的锡石开展阴极发光(CL)和原位微区分析测试(EPMA和LA-ICP-MS)研究。锡石的元素替代机制以2(Nb,Ta)^(5+)+Fe^(2+)→3Sn^(4+)和同价置换(Ti^(4+),Zr^(4+),Hf^(4+),U^(4+))→Sn^(4+)为主,部分锂辉石伟晶岩中的锡石出现Fe对Sn和Nb的置换。锡石呈现4种阴极发光特征(黑色、灰色、振荡环带以及白色):黑色区域具有明显高的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量,相对高的Hf含量,以及较大的Ti含量变化范围;灰色区域和振荡环带区域的化学组成相近,振荡环带具有略高的Nb、Ta和Fe含量,相对低的U含量;白色区域具有相对低的Nb、Ta、Fe、Zr、U和Ga含量,以及略低的Hf含量。锡石阴极发光特征与化学组成密切相关,Zr、U、Ga、Hf含量与锡石阴极发光特征具有一定联系。锡石的阴极发光结构(CL结构)主要为均一结构和不均一结构(核-边正环带、补丁以及核-边反环带),包括黑色晶体、灰色晶体、振荡环带晶体,黑色核+振荡环带/灰色边及补丁、灰色核+振荡环带/灰色边及补丁、振荡环带/黑色区域+白色丝带状边/棉絮状补丁、以及振荡环带/灰色/黑色核+黑色边。锡石CL结构的演化序列自内向外表现为黑色核部/晶体→灰色或振荡环带区域/晶体→(白色/黑色区域),向亏损Nb、Ta、Fe、U、Ga,弱亏损Zr、Hf、Y、Ti元素,以及高Ta/(Nb+Ta)值和低Zr/Hf值的方向演化,晚期可出现Fe的富集。锡石的CL结构和化学组成对比发现:同一伟晶岩脉中的含锂辉石伟晶岩的分异演化程度低于锂辉石伟晶岩,共存矿物的结晶分异可能产生富Nb和富Ta两组锡石,不同含锂辉石伟晶岩脉在岩浆化学特征和演化过程具有明显差异。锡石CL结构与化学组成能够揭示锂辉石伟晶岩的化学特征与形成过程。

关键词：锡石矿物原位微区分析库曲含锂辉石伟晶岩脉喜马拉雅

生物样品中汞的电感耦合等离子体质谱分析与干扰校正方法

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岩矿测试 2024年

作者：张灵火马娜陈海杰张鹏鹏胡梦颖徐进力白金峰中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所自然资源部地球化学探测重点实验室

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在测定生物样品中的Hg时，由于Hg元素的电离能高、电离效率低，且存在W的氧化物等多原子离子干扰，很难进行直接准确测定，加之生物样品中有机质含量高，基体复杂，也会导致分析结果产生偏差。本文通... 详细信息

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在测定生物样品中的Hg时，由于Hg元素的电离能高、电离效率低，且存在W的氧化物等多原子离子干扰，很难进行直接准确测定，加之生物样品中有机质含量高，基体复杂，也会导致分析结果产生偏差。本文通过比较标准模式（STD）和动能歧视模式（KED）下测定Hg的质谱干扰情况，表明在STD模式下200Hg、202Hg均受到W、Re、Os、Er、Dy等元素多原子离子的干扰，而KED模式有效地降低了干扰；在KED模式下选择202Hg作为分析同位素，Er、Dy、Re、Os等对Hg的干扰可以忽略不计，而W的氧化物干扰仍难以完全消除。进而详细研究了KED模式下W对Hg测定的质谱干扰，Hg所受干扰程度与W含量呈线性相关（R2=0.9997），可利用KED模式结合数学校正法消除W的质谱干扰；优选了样品稀释倍数和内标元素，选择稀释倍数为100倍，50μg/L的Rh作为内标补偿基体效应。在此基础上建立生物样品中Hg的ICP-MS分析与干扰校正方法，检出限为1.2ng/g。采用该方法对9个标准物质中Hg含量进行测定，测定值与标准值（或参考值）一致，尤其是国家标准物质GBW10028（黄芪）、GBW10025（螺旋藻）、GBW10015a（菠菜）的准确度显著提高，相对标准偏差（n=10）为0.7%～7.0%。该方法操作简便，适用于W含量范围在0～1000ng/g,Hg含量范围在3.2～670ng/g的生物样品的测试。

关键词：生物样品汞电感耦合等离子体质谱法干扰校正

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DDE-岩浆岩数据库初步构建与应用

岩石学报 2024年第3期40卷 873-888页

作者：王涛童英丁毅郭磊黄河范润龙王朝阳张颖慧曹光跃张建军自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100037 北京离子探针中心中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院北京100037

21世纪是大数据的时代,数据、模型驱动下的科学研究新范式与知识发现成为当今科学领域的新态势。本文介绍了在“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,DDE)国际大科学计划框架下构建的DDE-岩浆岩数据库。该数据库以“数据+编图+研究... 详细信息

21世纪是大数据的时代,数据、模型驱动下的科学研究新范式与知识发现成为当今科学领域的新态势。本文介绍了在“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,DDE)国际大科学计划框架下构建的DDE-岩浆岩数据库。该数据库以“数据+编图+研究”三位一体的建库思路,基于岩浆岩知识体系,构建了岩浆岩数据库,包括后台服务(云端)、网站(Web端)和科研工作平台(桌面端)。数据主要来源于公开发表的文献、研究团队测试、实验室测试数据等,涉及全球重要造山带、克拉通及部分海洋(大洋钻探数据)等。此外,还设立了22个地域性、学科性专题数据库。数据类型为岩浆岩岩石类型、产状、空间位置等基本信息,以及年代学、地球化学、(Sr-Nd-Hf-Pb-O)同位素及非传统(或新兴)同位素数据。与国际最常用的有关数据库相比,本数据库具有以下优势:(1)“数-图-文”三位一体的设计思路,拥有编图和研究平台;(2)以研究为导向,组织构建了22个专题数据库,更多一线专家参与数据库建设,在某些地域和领域(如中亚、非传统同位素等)形成优势;(3)对数据都尽可能挖掘和补充了年龄、经纬度等时空信息;(4)创建了学科专家可以依据新的发展和需求及时调整数据库结构的技术与功能,而不需要重新编程;(5)有强大的DDE平台支持,为与国际有关数据库互联互通提供了有利条件。最后,利用DDE-岩浆岩数据库的核心数据(年代学、同位素等),对复杂大陆拼合过程、地壳生长、地球深部物质组成架构与演化等重大地球科学问题进行了探索并取得了一些进展,说明该数据库将对推动数据驱动的岩浆岩研究具有重要意义。

关键词：岩浆岩数据库研究平台 “数-图-文”三位一体 DDE

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地质环境中生物标志物 GDGTs 分析技术研究进展

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岩矿测试 2024年第1期43卷 30-46页

作者：战楠孙青李琪谢曼曼尚文郁郝瑞霞国家地质实验测试中心自然资源部生态地球化学重点实验室北京100037 北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)是一类来自于微生物细胞膜脂的新兴生物标志物,广泛存在于海洋、湖泊、土壤、泥炭等环境。在活体细胞中,GDGTs通常以完整极性膜脂(IPL-GDGTs)的形式存在,而在地质环境中主要以脱去极性头基的核心脂(CL-GDGTs... 详细信息

甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)是一类来自于微生物细胞膜脂的新兴生物标志物,广泛存在于海洋、湖泊、土壤、泥炭等环境。在活体细胞中,GDGTs通常以完整极性膜脂(IPL-GDGTs)的形式存在,而在地质环境中主要以脱去极性头基的核心脂(CL-GDGTs)的形式存在。CL-GDGTs结构稳定、不易降解,并且对环境变化响应敏感,因此被认为是重建古气候-古环境变化的有力工具。GDGTs结构复杂、种类多样,在环境中的含量通常较低且常与其他化合物共存,因此分析难度较高,现有技术和方法在其分离、纯化、定量等方面仍然面临挑战。本文总结了近年来GDGTs在分析技术方面的研究进展,概述了GDGTs的分类与结构,对环境中IPL-GDGTs和CL-GDGTs的分离、纯化等方法进行总结和比较,其中CL-GDGTs可选择多种提取方法,而极性较强、热稳定性较差的IPL-GDGTs应尽量选取Bligh-Dyer提取法。普通的分离、纯化通常采用柱层析法,而涉及GDGTs单体分离时,一般采用制备液相色谱法。液相色谱-质谱、核磁共振波谱、气相色谱-同位素比值质谱是GDGTs含量测定、结构鉴定、同位素分析的主要分析手段。本文评述了现有方法的特点和不足,并在此基础上,提出了GDGTs分析技术的发展方向,以期为地质环境中GDGTs的分析研究提供启示和参考。

关键词：甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs) 提取分离纯化含量分析结构鉴定同位素分析

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钙同位素在古海洋研究中的应用及进展

沉积学报 2024年第1期42卷 1-19页

作者：陈西源周锡强孙剑高炳宇李润汤冬杰中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国地质科学院地质研究所自然资源部同位素地质重点实验室自然资源部深地动力学重点实验室北京100037 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室北京100083

【意义】钙(Ca)是重要的造岩元素和生命必需元素,广泛参与地球表层物质循环过程,并记录着海洋环境及其演化。钙同位素在地球表层无机和有机作用过程中可发生不同程度的分馏,对于研究海洋钙循环和地球表层圈层相互作用具有重要价值。伴... 详细信息

【意义】钙(Ca)是重要的造岩元素和生命必需元素,广泛参与地球表层物质循环过程,并记录着海洋环境及其演化。钙同位素在地球表层无机和有机作用过程中可发生不同程度的分馏,对于研究海洋钙循环和地球表层圈层相互作用具有重要价值。伴随着相关分析测试技术的进步,钙同位素日益成为重要的地球化学研究手段。鉴于钙同位素近年来在古海洋研究领域的广泛应用,有必要对其进行综述。【方法】以前人文献资料为基础,系统地介绍了钙同位素的基本原理、分馏机理、海洋钙循环及其同位素特征等方面的研究进展,进一步对其在碳酸盐岩成岩作用评估、深时海水钙同位素组成厘定、海洋钙循环重建等领域的应用进行了介绍和探讨,并对钙同位素在古海洋领域的发展方向进行了展望,以期促进深时钙循环研究。【结论和展望】钙同位素作为研究海洋钙循环的一把钥匙,日益成为一种重要的研究手段。目前,对钙同位素在不同矿物体系中的分馏机理已建立基础的认识,海洋钙源—汇通量及其钙同位素组成也得到初步的厘定。未来可进一步优化钙同位素分析测试方法,完善钙同位素分馏理论与深时海水钙同位素演化曲线,加强对古今海洋钙循环源—汇通量、钙同位素特征及其影响因素的多指标和定量化研究,提升对钙地球化学循环过程的认识。

关键词：钙同位素古海洋钙循环成岩作用

硫化纳米零价铁在地下水污染修复中的研究进展

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中国环境科学 2024年

作者：陈宗定孔祥科许春雪张兆吉黄园英孙慧中安子怡自然资源部生态地球化学重点实验室国家地质实验测试中心中国地质科学院水文地质环境地质研究所

相比于传统的纳米零价铁（nZVI）材料，经硫化改性得到的硫化纳米零价铁（S-nZVI）具有活性高、电子选择性强、稳定性好等优势，在地下水污染修复研究中倍受关注.目前S-nZVI的合成以化学法为主，与污染物的主要作用机理包括还原、吸附... 详细信息

相比于传统的纳米零价铁（nZVI）材料，经硫化改性得到的硫化纳米零价铁（S-nZVI）具有活性高、电子选择性强、稳定性好等优势，在地下水污染修复研究中倍受关注.目前S-nZVI的合成以化学法为主，与污染物的主要作用机理包括还原、吸附、共沉淀和氧化，其合成过程（硫化方法、硫化剂类型及S/Fe比）和水环境（pH及化学组分等）是影响S-nZVI反应活性的重要因素.S-nZVI较nZVI具有更高的稳定性、迁移性及更低的生物毒性，因此更加适用于地下水原位修复.今后应进一步加强S-nZVI在复杂体系中对于多种污染物的去除效果及作用机制的研究，探索S-nZVI与水中组分以及微生物的相互作用，并对S-nZVI的长期稳定性及其可能造成的环境风险进行评估，为S-nZVI应用于地下水污染原位修复提供支撑.

关键词：硫化纳米零价铁合成地下水修复

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基于原子荧光光谱仪的多道叠加测试技术探究

冶金分析 2024年第4期44卷 51-56页

作者：王永杰李可魏丽娟甘肃省有色金属地质勘查局天水矿产勘查院测试中心甘肃天水741024 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所河北廊坊065000

采用多通道原子荧光光谱仪(AFS)测量多种元素时,因各种元素蒸气发生时所需介质、介质的浓度及测定工作条件等的差异,往往采用相互折中的工作条件,而非各元素最佳条件,使得测定结果的灵敏度和准确性受到了限制。本文基于多通道原子荧光... 详细信息

采用多通道原子荧光光谱仪(AFS)测量多种元素时,因各种元素蒸气发生时所需介质、介质的浓度及测定工作条件等的差异,往往采用相互折中的工作条件,而非各元素最佳条件,使得测定结果的灵敏度和准确性受到了限制。本文基于多通道原子荧光光谱仪,提出了多道叠加测试技术,在提高原子荧光信号强度的同时避免了引入噪声,提升了仪器的整体技术性能。在双通道原子荧光光谱仪基础上,将采用多道叠加测试技术对As和Hg的测试结果与未采用多道叠加测试技术进行比对,考察了多道叠加测试技术对仪器灵敏度、精密度、正确度等指标的改善效果。结果表明,分别测试As和Hg两个校准曲线溶液系列,As和Hg的测试灵敏度较未采用该技术时均提高了近1倍;分别对含5%(体积分数)盐酸的空白溶液连续测量11次,结果表明,As和Hg的仪器检出限较未采用该技术时均降低了一半;分别测定5.0 ng/mL As标准溶液和0.50 ng/mL Hg标准溶液,测定结果的相对标准偏差(RSD)较未采用该技术时均略有降低;分别对3个土壤标准物质中的As和Hg进行7次平行测定,测定结果的相对误差(RE)均降低了约原来的1/3。

关键词：原子荧光光谱法(AFS) 信噪比多道叠加测试技术砷汞

喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定

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岩石学报 2024年第5期40卷 1565-1586页

作者：高利娥曾令森赵令浩严立龙李广旭王亚莹王海涛王睿中国地质科学院地质研究所自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100037 国家地质实验测试中心北京100037 天津师范大学地理与环境科学学院天津300387

喜马拉雅新生代淡色花岗岩记录了地壳深熔作用和花岗岩侵位的地球化学和构造物理效应。与形成于增厚地壳条件下和伸展背景下的始新世和中新世花岗岩相比,渐新世花岗岩分布比较局限,且源区和形成机制还存在着较大的争议。位于喜马拉雅造... 详细信息

喜马拉雅新生代淡色花岗岩记录了地壳深熔作用和花岗岩侵位的地球化学和构造物理效应。与形成于增厚地壳条件下和伸展背景下的始新世和中新世花岗岩相比,渐新世花岗岩分布比较局限,且源区和形成机制还存在着较大的争议。位于喜马拉雅造山带中部的聂拉木地区,可见32.1Ma的含电气石黑云母的花岗岩、29.8Ma的含黑云母的花岗岩、26.6Ma的含电气石黑云母的伟晶花岗岩侵入到高喜马拉雅岩系上部。这三组渐新世花岗岩具有以下特征:(1)较高的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、K_(2)O和Na_(2)O,A/CNK>1.0;(2)Ba、Nb、Ta、Sr和Ti的负异常;(3)略微富集轻稀土,亏损中稀土和重稀土,高度变化的Eu异常和微弱的负Nd异常;(4)均一的初始Sr-Nd同位素比值,^(87)Sr/^(86)Sr(t)=0.7463~0.7471,ε_(Nd)(t)=-15.0~-14.6。此外,含电气石黑云母的花岗岩和含电气石黑云母的伟晶花岗岩具有较高的Sr和Ba,较低的Rb/Sr比值,其Rb/Sr比值与Ba和Sr含量都无相关性,表明其为富B流体参与高喜马拉雅变沉积岩含水部分熔融作用的产物。而含黑云母的花岗岩具有较低的Sr和Ba,较高的Rb/Sr比值,且其Rb/Sr比值与Ba和Sr含量显示明显的负相关关系,表明其为变沉积岩发生脱水熔融作用的产物。综合喜马拉雅造山带已有的研究成果,得出以下认识:渐新世花岗岩的源区从下地壳基性物质转变为中地壳变泥质岩,展示了源区向上迁移的过程,并经历了一期重要的岩浆热液交代作用;渐新世深熔作用记录了造山带从缩短增厚向伸展垮塌转换阶段深部地壳的响应,从而促使了高喜马拉雅岩系的折返。

关键词：聂拉木渐新世花岗岩含水部分熔融作用高喜马拉雅岩系折返喜马拉雅造山带