[發明專利]一種碳酸鹽巖的碳氧同位素的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410854514.3
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104458979A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 范昌福;李延河;高建飛;侯可軍
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院礦產資源研究所
• 主分類號: G01N30/72
• 分類號: G01N30/72;G01N30/08
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 周媛

技術領域

本發明涉及巖石礦物的同位素分析領域，進一步地說，是涉及一種碳酸鹽巖的碳氧同位素的測量裝置及測量方法。

背景技術

碳、氧穩定同位素(δ¹³C和δ¹⁸O)分析是碳酸鹽巖地球化學研究的一個重要組成部分。碳酸鹽碳、氧同位素常規分析是McCree(1950)提出的磷酸法，具有數據穩定、操作簡單的優點。巖樣與磷酸作用生成CO₂(CaCO₃+H₃PO₄→Ca₃(PO₄)₂+H₂O+CO₂)，送氣體質譜儀分析測定其碳、氧同位素。該方法的不足之處主要是：受到手工和鉆具取樣的限制，不僅須進行繁瑣的巖礦分選，且所需樣品量較大(>10mg)、空間分辨率低，不能滿足現今高分辨率、原位分析的要求。而碳酸鹽巖膠結物、不同期次礦物顆粒、礦物晶體環帶以及微生長層一般只能在顯微鏡下才能有效地分辨，常規分析方法不能分別對碳酸鹽巖中這些結構組分進行微區原位碳、氧同位素分析，得到的往往是不同時期形成的礦物顆粒的混合結果(何道清，2003)，使其應用研究受到很大限制。

雖然顯微鉆具能夠將空間分辨率提高至幾百微米(Wurster?et?al.,1999；et?al.,2006；Hallmann?et?al.,2008；Sakai?and?Kodan,2011；Fan?et?al.,2011；Martín-Chivelet?et?al.,2011；Trevisiol?et?al.,2013等)、微量碳酸鹽反應裝置已將樣品用量降低至約幾十微克(Hallmann?et?al.,2008；Wejnerta?et?al.,2010；Martín-Chivelet?et?al.,2011；Fiebig?et?al.,2005)，然而顯微鉆具實際應用時其空間分辨率畢竟有限，操作復雜、費時、難以避免混入物，無法滿足碳酸鹽碳、氧同位素高分辨率微區原位分析的要求。

為了獲得碳酸鹽巖樣品各細微結構組分的真實同位素值，并與現代微束分析技術相適應，需要分辨率更高的微區原位碳、氧穩定同位素分析技術。

激光探針微區穩定同位素(LA-IRMS)分析方法是近年來新發展的一種重要的同位素分析手段。激光探針技術就是利用激光的集束性和高能性特點有選擇地精確剝蝕巖石礦物的微小區域。激光探針的激光光斑直徑可達幾十微米，可以實現微區、原位取樣工作。樣品放入樣品池后可以在顯微鏡下有選擇地分析各種樣品，可以研究經歷多期地質歷史事件作用的樣品；分析不同結構位置膠結物及填充物、礦物晶體環帶以及微生長層，研究礦物晶體的形成生長過程等(李一良等,1996；黃俊華等,2001)。

國外對激光探針微區穩定同位素分析的報導最早出現于1989年，該分析方法最早應用于碳酸鹽的碳、氧同位素研究(Smalley?et?al.,1989；Sharp?and?O’Neil,1989)。

目前現有的分析方法為紅外激光探針碳酸鹽微區原位碳、氧同位素分析方法，其基本原理是利用紅外激光器與改裝后的顯微光學裝置同軸安裝，高能量的紅外激光束經光學系統聚焦在樣品池內的薄片上，使碳酸鹽樣品直接加熱分解產生CO₂氣體(CaCO₃→CaO+CO₂)，經真空純化的CO₂導入質譜儀的微量進樣系統，測定CO₂氣體的碳、氧同位素值。該方法的空間分辨率可優于20μm，能有效地對碳酸鹽巖各細微結構分別取樣分析，以滿足同位素地質學研究的需要(Smalley?et?al.,1989,1992；Sharp,1992；Sharp?and?Cerling,1996；Powell?and?Kyser,1991；Dickson?et?al.,1990,1991；強子同等,1996；黃俊華等,2001；何道清,1997,2003；羅平等,2006；et?al.,2006)。該方法δ¹³C的分析精度(1σ)可達0.22‰–0.24‰，而δ¹⁸O的分析精度(1σ)為0.38‰–0.57‰(何道清,2003)。雖然碳同位素的分析精度已接近于常規的磷酸法分析精度，但氧同位素分析精度與常規的磷酸法分析精度相差較遠。