TCEA-MS在线分析矿物水含量和氢同位素技术及其在大别—苏鲁超高压变质岩的应用

TC/EA-MS 在线分析矿物水含量和氢同位素技术及其在大别—苏鲁超高压变质岩的应用大陆板块俯冲和折返过程中流体活动的讨论已成为地球科学讨论的前沿领域,而矿物中(尤其是名义上无水矿物中)水含量和氢同位素组成的讨论能为大陆俯冲和折返过程不同阶段的流体演化提供新的视角。本文将热分解元素分析仪(TC/EA)与同位素气体质谱仪(MS)连接在一起,成功建立了 TC/EA-MS 在线连续流方法分析矿物水含量和氢同位素组成。应用这个新方法,对大别-苏鲁超高压变质带几个著名产地如碧溪岭、青龙山、桃行、仰口和荣成等五个地区的超高压变质岩进行了系统的矿物水含量和氢同位素分析。结合激光氟化法矿物氧同位素分析结果,为大陆板块俯冲和折返过程中的流体活动提供了新的化学地球动力学制约。应用 TC/EA-MS 联线的分析方法,不但可以分析含水矿物和名义上无水矿物中的水含量,同时也可以分析其氢同位素组成。我们的 TC/EA-MS 联线的方法分析样品中水含量和氢同位素组成的分析下限是样品中的水含量在 0.01 微升(μl)以上。对于已知氢含量为 5.0 wt%的标准物质苯甲酸(C7H6O2),其水含量分析的误差在±0.05%以内。对于 δD 值为?65.7‰的标准物质黑云母 NBS30,其氢同位素组成分析的全误差在±1.0‰以内。对于含水矿物,氢同位素组成和水含量的全分析误差分别为±0.5‰和±1%;而对于名义上无水矿物,由于其低的水含量,氢同位素组成和水含量的全分析误差分别高达±3‰和±5%。TC/EA-MS 联线的分析方法的分析精度和准确性与传统分析方法具有可比性,因此这是用来测定名义上无水矿物中水含量和氢同位素组成的有效方法。直接应用 TC/EA-MS 方法分析得到的是矿物中全水的含量和氢同位素组成。为了能够区分名义上无水矿物中的结构 OH 和分子 H2O,我们在进行 TC/EA-MS 联线分析之前,对样品进行了分步加热,在不同温度下,样品可以释放出不同形式的水。讨论发现,超高压变质岩中粒径为 50μm 的石榴石单矿物颗粒,采纳 350°C加热 4 小时的预处理流程,分析得到的水含量和氢同位素组成分别为 281±13 ppm (wt.)和?86±6‰。对同一个样品,利用 FTIR 分析的水含量结果为 271±58 ppm (wt.),与 TC/EA-MS 分析的结果是一致的。因此,经过 350°C,4 小时加热预处理的石榴石样品中的分子 H2O 几乎完全除去,而结构 OH 几乎没有发生丢失,因此所测定的全水氢同位素组成代表了石榴石样品中结构 OH 的氢同位素组成。石榴石中分子水相对于结构羟基亏损 D,...