碳酸盐岩中碳酸盐矿物的稀土元素分析方法研究

Rare earth elements of authigenic carbonate minerals in carbonate rocks can be used as geochemical tracers for redox condition during.carbonate precipitation. But the current analytical methods are not accurate because of the interference of the terrestrial minerals. It is very important to establish the more accurate analytical method for rare earth elements of carbonate minerals in carbonate rocks..Based on solution-ICP-MS, accurate analytical method will be established with the " mineral separation + subtractive acid solution " to eliminate the interference of the terrigenous minerals.

碳酸盐岩中自生沉积形成的方解石和白云石等通常能保存形成时的沉积环境信息，其中的稀土元素常用于示踪沉积时的氧化还原条件，如珊瑚、热液和冷泉作用下形成的碳酸盐矿物的稀土元素被广泛应用于指示氧化还原条件的示踪研究。然而，由于自生沉积碳酸盐矿物稀土元素含量较低，同时陆源粘土等含有较高的稀土元素含量，从而少量的陆源粘土的混入，将严重影响碳酸盐矿物稀土元素的含量，进而影响对氧化还原信息的示踪。因此，如何从碳酸盐岩中去除混有的陆源粘土，获得海洋环境自生沉淀形成的碳酸盐矿物中的稀土元素的准确分析结果非常重要。本项目将以酸溶-ICP-MS方法为基础，系统、对比、优化研究碳酸盐岩中碳酸盐矿物稀土元素分析方法，用“矿物分选+差减酸溶”来解决陆源矿物（特别是陆源粘土）对碳酸盐矿物中稀土元素测定结果的干扰，最终建立一套更准确有效的碳酸盐岩沉积中自生碳酸盐矿物的稀土元素分析方法。

碳酸盐岩中自生沉积形成的碳酸盐矿物（方解石和白云石）通常能保存形成时的沉积环境信息，其中的稀土元素常用于研究形成时海水的氧化还原条件。然而，要找到自生沉积形成时的原始纯净的碳酸盐矿物几乎不可能，广泛出露于地球表层的碳酸盐岩通常由自生碳酸盐矿物（方解石和白云石）和陆源碎屑矿物（粘土、石英和长石）组成。因此，如果不消除陆源碎屑矿物的干扰，直接用碳酸盐岩的稀土元素示踪沉积环境氧化还原条件必然难以获得准确可靠的结果。.本项目提出用“矿物分选+差减酸溶”的技术方案来解决陆源碎屑矿物（特别是陆源粘土）对碳酸盐矿物中微量元素测定结果的干扰，开展了一系列理论思考与实验研究工作，取得了如下重要成果：.（1）建立了岩石矿物孔隙分布成像分析方法，用于判断碳酸盐岩差减酸溶过程中碳酸盐矿物被选择性溶解时孔隙分布的变化，进而评估粘土相是否坍塌成细小颗粒而穿过淋溶装置筛板进入溶解相影响后续测定；.（2）建立了从碳酸盐岩中分离粘土的超声辅助淘洗分离方法，发现沉降时间为60 min，碳酸盐岩样品粒径为106-125 μm时，达到最佳去除效果。对亮晶灰岩中粘土的去除率最高可达到87%左右，对泥灰岩中粘土的去除率在30%～55%之间，对白云岩的去除率大约在34%；.（3）考察了静态离心模式和动态淋溶模式两种差减酸溶选择性溶解碳酸盐岩中碳酸盐矿物的化学分离方法。比较两种模式的定量分离效果发现，无论是灰岩还是白云岩，动态淋溶模式都优于离心模式，从而最终选定了动态差减酸淋溶作为溶解分离碳酸盐岩中碳酸盐矿物的化学方法；.（4）基于我们建立的动态差减酸淋溶方法，建立了“酸溶-ICP-MS测定碳酸盐矿物稀土元素”的结果可靠性判断方法。结果表明，在最佳条件（样品粒径小于120目，最佳淋溶酸度为pH 3.0）下，稀土元素中仅Sc元素在较纯的碳酸盐岩中能被准确测定，其它稀土元素均不能被准确测定；.（5）发现了导致酸溶-ICP-MS无法准确测定碳酸盐矿物稀土元素的原因，弱酸选择性酸溶虽然能有效控制粘土骨架中稀土元素被溶出，但却无法阻止粘土表面吸附稀土元素被溶出，从而导致测定结果不准确；.（6）建立了梯度分段差减柱淋溶方法，三段溶解强度递增的“水-硫酸铵-弱酸”依次溶解洗脱水溶性盐类、离子交换洗脱粘土表面吸附的稀土元素、溶解洗脱碳酸盐矿物供测试，从而有效清除碳酸盐岩中水溶性盐内稀土及粘土表面吸附稀土元素的干扰。