钛同位素高精度测定方法及其在地幔深部过程的应用研究

The main target of this project is to establish a complete procedure for Titanium isotopic analyzing of rock samples, especially mantle xenoliths and related minerals. Titanium can be quantitatively extracted by passing samples through ion exchange resin by different methods, and the optimum column chemistry can be obtained by comparative experiments. The matrix effect of Mg and Cr on Ti element will be evaluated and then different methods will be used to get rid of such effect. Titanium isotopes ratios will be analyzed using multiple collectors inductively coupled plasma-mass spectrometry (MC-ICPMS). Titanium isotopic composition of rock samples in this project will be compared with the data published previously. Based on this, Titanium isotopes compositions in basalts and mantle xenoliths from typical areas of China (Emeishan flood-basalt province, the eastern China) will be analyzed to further discover the compositional feature of the lithospheric mantle, and to evaluate the potential of Titanium system in tracing mantle enrichment, mantle molten and magmatic source.

本项目拟建立地质样品钛稳定同位素的分析方法，特别是针对橄榄岩及其矿物钛同位素的测定方法。通过实验，确定离子交换树脂类型和分离条件，高回收率和高效率的提纯样品中的钛元素，详细研究Mg和Cr等元素对于多接收等离子体质谱仪（MC-ICPMS）测定钛同位素时的影响以及消除的方法，从而建立完善适合玄武岩和橄榄岩的钛同位素分析流程。在此基础上，利用所建方法对中国典型地区（峨眉山地区，中国东部）玄武岩及其携带的地幔橄榄岩进行钛同位素地球化学研究，为我国大陆玄武岩中钛同位素分布提供必要的资料积累，评估钛同位素体系在指示地幔富集、熔融与岩浆源区方面的潜力。

本项目建立和完善了玄武岩及橄榄岩（低Ti高Fe、Mg）等地质样品的Ti同位素分析方法。（1）使用Bio-Rad AG® 1-X8 阴离子树脂和 DGA 树脂对样品中的Ti分离提纯，确定了玄武岩使用两柱法、橄榄岩使用三柱法进行化学纯化；（2）使用MC-ICPMS分析Ti同位素比值，利用双稀释剂法校正Ti同位素测定过程中的质量分馏，从而获得高精度的的Ti同位素组成；（3）对不同岩性的国际和国内地质标准样品进行了Ti同位素分析，进一步确定了方法的可靠性。.在上述实验方法工作的基础上，本项目研究了超过100个地质样品的Ti同位素组成，包括来自世界不同地区的洋中脊玄武岩（MORB）、美国夏威夷洋岛玄武岩（OIB）、中国大陆玄武岩和华北克拉通汉诺坝地区地幔橄榄岩。研究结果表明，大洋玄武岩和大陆玄武岩的Ti同位素组成均一；而高分异的样品（SiO2含量大于55 wt.%）Ti同位素组成偏重，可能和Fe-Ti氧化的结晶分异有关；地幔橄榄岩的Ti同位素组成不均一，Ti同位素组成与其SiO2、Al2O3和CaO存在一定的正相关性，可能与地幔部分熔融过程有关。.在国内实验室建立了高精度Ti同位素分析方法，为广大地质工作者自由进行Ti同位素地球化学研究创造了机会，也为岩石圈地幔演化的研究提供了必要的资料积累。