从开辟玄武岩定年新途径出发研究细粒榍石的分选方法

The precise dating of basalts is very important for the study of basic magmatism, geological processes of mantle source and so on. So far, the method of dating basalts is 40Ar-39Ar, but it is difficult to apply to old or metamorphous samples. Crystalline titanite in the basalts is ubiquitous by thin slice observation. Titanite is one of the common minerals for dating age, and it is a try that using U-Pb age of titanite to dating basalts. But we find that the particle of titanite is fine(<30µm) and the common Pb is of high content generally, so we can’t get high-precision data by using in-situ analysis. Only in the method of ID-TIMS can we possibly get high-precision data. It is a widely accepted difficult problem of the separation of the lighter and fine mineral. In this project, the method of separating fine titanite will be improved by combining grinding by HV pulsed power, heavy medium adding centrifugal force and microbubble flotation by electrosis of water instead of common grinding, heavy meadium and flotation with detailed conditional experiments, and build the method of fine titanite. We will realize the fine titanite (10~30µm) separation of high purity, high recovery and high efficiency from other minerals. Our work will be a key technical support for the U-Pb dating of fine titanite.

玄武岩的精确定年对研究幔源基性岩浆作用及其地质过程等至关重要。目前玄武岩定年主要采用40Ar-39Ar法，该方法对于时代老、蚀变或变质的样品存在困难。薄片下鉴定确认，玄武岩里存在岩浆结晶形成的榍石，而榍石是U-Pb定年常用矿物之一，对其进行测试是对玄武岩精确定年的新尝试。然而我们发现，玄武岩中的结晶榍石粒度普遍偏小(<30µm)，且普通Pb含量较高，使用微区方法难以获得高精度的年龄数据，只有分选出后用ID-TIMS方法才可能获得好的结果。但目前行业内对这种密度偏低的小颗粒矿物进行分选提纯是公认的难题。本研究将传统破碎变为高压脉冲破碎、普通重液法变为重液离心法、普通浮选法变为电解微泡浮选法，并进行详尽的条件实验研究，建立细粒榍石(10~30µm)的分选方法，实现细粒榍石的高纯度、高回收、高效率分选，为细粒榍石U-Pb定年的应用提供关键技术支撑。

由于缺乏合适的定年矿物，如锆石(ZrSiO4)，因此很难确定镁铁质火成岩(硅不饱和)的地质年代。斜锆石（ZrO2）具有高的U含量和超低的普通Pb含量，成因明确，所以容易得到比较精确且地质意义明确的U-Pb同位素年龄，是硅不饱和岩石最重要的定年矿物。但由于斜锆石颗粒小，含量低，呈板状，因此分选较为困难。传统分选方法一般需要几千克样品，因此对于一些量非常少的样品通常成功率不高。本研究提供了一种分选斜锆石的新方法——酸溶法，即通过HF、HCl和HNO3将脉石矿物溶解掉，从而实现斜锆石的回收。用均一的辉长岩样品作对比，传统方法可从~19g样品中分选出10–12颗斜锆石，新方法则可从同样的样品量中分选出150–160颗长度为15–100μm、宽度为4–40μm的斜锆石。对比传统方法，酸溶法将斜锆石的产率提高了10倍以上。通过SIMS U-Pb同位素分析，两种方法分选出来的斜锆石在误差范围内U-Pb年龄一致，说明在SIMS精度内斜锆石经过酸溶处理不存在Pb丢失的现象。. 我们将酸溶法应用于锆石（ZrSiO4）分选，也取得了非常好的效果，锆石产率提高了6倍以上。最重要的是酸溶法可以分选出传统方法无法分选出来的细粒锆石。相比于粗粒锆石，细粒锆石与基性岩浆作用的关系更密切。SIMS结果显示，在测试精度内不存在明显的Pb丢失现象。因此，酸溶法能够高效地从克级样品中回收斜锆石和锆石，这将极大地促进镁铁质岩石的年代学研究。