超痕量铂族元素分析方法及其应用

【摘要】：镁铁-超镁铁质岩石的铂族元素(PGE)含量可以为幔源岩浆及其演化过程提供重要的识别标志,尤其对于岩浆铜镍硫化物矿床的成因研究非常重要。新疆北部东天山地区是我国重要的铜镍硫化物矿集区,在该地区东部,发现了很多二叠纪镁铁-超镁铁质岩体,其中赋存规模不等的铜镍硫化物矿床。而在其西部,近年来也发现了一些镁铁-超镁铁质岩体,赋含微弱矿化,但其形成时代和含矿潜力尚不清楚。对这些镁铁-超镁铁质岩体的PGE特征进行研究,是揭示岩体成因及判断其成矿潜力的关键。但是,现有的PGE锍试金预富集法不能完全满足该地区样品中低含量PGE的准确分析,在加上PGE在岩石中分布不均匀造成的块金效应,使得准确测定这些岩石的PGE含量非常困难。因此,需要对现有的预富集方法进行改进。本次论文工作对PGE分析方法进行了改进,采用同位素稀释等离子体质谱法(ID-ICP-MS)与锍试金PGE预富集法相结合,解决了低含量PGE样品测定的三个关键问题,即:(1)采用同位素稀释法,解决了样品化学制备过程中的损失问题;(2)上机测试前,利用阳离子树脂和Ln树脂的组合套柱对待测溶液进行纯化,有效分离了干扰元素,解决了干扰元素对低含量样品结果影响较大这一难题;(3)采用膜去溶进样装置,提高了PGE的ICP-MS分析信号强度。该实验方法的具体流程为:样品锍试金预富集前,加入99Ru、110Pd、190Os、193Ir和198Pt稀释剂,1000°C下熔融1.5小时;熔融过程中形成的锍试金扣,经HCl溶解、过滤,获得PGE不溶残渣;残渣首先用HNO3溶解分解,同时进行Os的蒸馏分离,用水吸收蒸出的Os O4,并直接进行ICP-MS测定;残留液经HCl和H2O2进一步消解,制备成0.24 M HCl溶液;该溶液经阳离子-Ln树脂分离纯化,收集流出液;采用膜去溶进样,利用ICP-MS分析测定Ru、Rh、Pd、Ir和Pt;单同位素Rh采用193Ir作内标的外部标准法进行分析。该流程不仅可以有效分离Cu、Fe、Ni、Mo等干扰元素,且PGE回收率高达99%。采用该方法分析了一系列不同岩性的地质标样,获得的分析数据与推荐值和文献值相符合。分析精度优于10%,流程空白低,表明该方法可以满足样品中超痕量PGE的分析要求。我们利用该方法对东天山西侧大草滩铜镍成矿远景区4个岩体中的岩石的PGE含量进行分析,结合锆石U-Pb年龄、矿物成分、全岩主微量和Sr-Nd同位素组成的研究,查明了岩体的形成时代、源区性质和母岩浆成分,探讨了岩体成因,并对其含矿潜力进行了评价。大草滩铜镍成矿远景区出露3个基性岩体(一、二和三号岩体)和1个中性岩体(四号岩体)。一号和二号岩体位于东天山觉罗塔格构造带中段,康古尔塔格-黄山深大断裂北侧。一号岩体主要由橄榄辉长岩组成;二号岩体主要为辉长岩,中心出露橄榄岩;三号和四号岩体位于二号岩体东侧约40 km处,康古尔塔格断裂南侧,分别由辉长岩和闪长岩组成。四个岩体岩石中PGE含量均很低,PGE总量介于0.15-8.48 ng g-1,在原始地幔标准化的PGE配分图解上均显示PGE相对于Ni、Cu强烈亏损。所有样品均具有明显高于原始地幔的Cu/Pd比值(1×104-5×106),表明母岩浆经历了硫化物饱和。岩体Pd/Ir和Ni/Cu比值分别在10-90和1.6-63之间,指示原始岩浆的成分类似高镁玄武岩质组分。MELTS模拟计算的结果显示,一号和二号岩体的原始岩浆是由亏损地幔低程度(5-8%)部分熔融形成的,其高的Cu/Pd比值是由于硫化物残留在地幔源区,从而造成岩浆中强烈亏损PGE。对橄榄石成分的模拟计算显示,母岩浆在上升和侵位过程中发生了少量硫化物熔离(0.5%),进一步造成Ni和PGE在岩浆中的亏损。因此,一号和二号岩体基本不具备形成成矿潜力。类似的,三号和四号岩体的PGE组成,与原始岩浆是由亏损地幔5-10%的部分熔融形成的,在岩浆上升过程中经历了较低程度(5-10%)的同生A型花岗岩的混染,但在浅部岩浆房,岩浆没有达到硫化物饱和,因此三、四号岩体可能也不具有成矿潜力。对比大草滩成矿远景区中4个岩体与东天山地区其它成矿岩体的PGE特征,本文总结出4个用于该地区评价岩体含矿性的指标:1,含矿岩体的IPGE与PPGE之间表现出良好的相关性;2,含矿岩体应同时具有极高的Cu/Pd比值和较高的PGE含量;3,岩石具有较低的Pd/Ir比值;4,岩石具有相对变化较小的(Th/Nb)N,但PGE含量显著升高,这是外来地壳硫加入的标志,是形成大型铜镍硫化物矿床的关键因素。