[發明專利]一種石膏樣品U-Th定年的化學前處理方法

有效

• 申請號: 202011574723.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112781952B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 王學鋒;王立勝;馬志邦
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N21/73
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 姚東華

本發明涉及一種石膏樣品U?Th定年的化學前處理方法，屬于地質年代學同位素定年，解決了現有技術中石膏樣品消解困難；石膏容易重結晶析出，造成U、Th同位素純化分離困難；化學前處理周期長；容易存在外來元素污染的問題。本發明的石膏樣品U?Th定年的化學前處理方法，包括：將石膏樣品超聲清洗，挑選，干燥；將干燥后的石膏碎片研磨成粉末，充分混合均勻，得到石膏粉末樣品；稱量石膏粉末樣品，置于第一容器中；向第一容器中加入²²⁹Th?²³³U?²³⁶U稀釋劑進行內校，蒸干；對石膏粉末樣品進行消解；使用離子交換樹脂對U?Th進行純化分離，分別收集含Th離子和U離子溶液，蒸干，分別得到含Th固體和含U固體。本技術方法實現了對石膏樣品的快速、準確的U?Th定年。

技術領域

本發明涉及地質年代學同位素定年技術領域，尤其涉及一種石膏樣品U-Th定年的化學前處理方法。

背景技術

石膏是一種典型的沉積礦物，其主要成分是硫酸鈣(CaSO₄)，賦存于石灰巖、頁巖、泥灰巖及粘土巖系中，常與硬石膏、石鹽等共生。湖泊沉積具有廣泛的地理分布，并可經歷較長的地質演化歷史。連續的湖泊沉積序列保存有區域氣候環境變化和突變事件的豐富信息，是研究氣候環境變化的重要載體。年代學是湖泊古氣候環境研究的一項重要內容。由于石膏在湖相沉積中較為普遍，礦物結晶良好，純凈度高，基本滿足化學沉積封閉體系的條件，更適合進行年代學研究。

U-Th定年是常用的地質年代測年方法之一，目前U-Th定年技術主要通過化學方法處理地質樣品，利用質譜儀進行U、Th同位素測試。對于石筍、珊瑚等純凈碳酸鹽樣品，已有成熟的化學前處理流程(Cheng et al,2013；Edward et al,1986)：第一步，消解樣品；第二步，Fe(OH)₃共沉淀富集U、Th；第三步，離子交換樹脂法純化分離U、Th同位素。對于石膏等硫酸鹽樣品，由于樣品中U含量較低，SO4^2-難以處理，目前沒有統一規范的化學前處理流程。近年來不同學者對石膏U-Th定年化學前處理流程進行了探索，常見方法有水溶法、鎂鹽消解法、酸溶消解法等。

2001年，彭子成等對羅布泊CK鉆孔4個石膏樣品進行年代學研究，取0.5-1g樣品用200mL超純水消解，通過Fe(OH)₃共沉淀和陰離子交換樹脂法來富集、純化分離U、Th同位素，利用熱電離質譜儀(TIMS)進行同位素測試，得到了羅布泊湖相石膏的絕對年代值，精度為1.6％～4.7％。該實驗方法中存在著石膏消解困難(石膏在純水中溶解度為2.08g/L，完全消解1g石膏樣品需要480mL高純水)、化學處理周期較長(約4～5天)等問題。

2010年，Sanna等對墨西哥Naica洞穴的石膏沉積物進行了石膏U-Th定年方法學研究。針對石膏樣品的化學前處理，提出了鎂鹽消解法：采用MgCl₂和MgNO₃溶液來消解石膏樣品，通過Fe(OH)₃共沉淀和陰離子交換樹脂法來富集、純化分離U、Th，利用TIMS進行測試，得到了石膏的絕對年代。該實驗方法中利用鎂鹽效應使得石膏的溶解度增大，同時Sanna指出大量加入鎂鹽(約16g)可能會帶入外來U、Th的污染，必須慎重考慮。由于Ca²⁺和SO₄^2-依舊存在于消解液里，在U、Th純化分離過程中石膏容易發生重結晶析出，會造成Th的低回收率(20％～45％)。

2017年，陳安東等利用酸溶消解法(20～30mL王水)對柴達木盆地東陵湖15DZK01鉆孔和一里坪15YZK01鉆孔的石膏樣品進行化學消解，通過Fe(OH)₃共沉淀和陰離子交換樹脂法來富集、純化分離U、Th，利用MC-ICPMS進行上機測試，得到了石膏的絕對年代。在該化學前處理過程中，由于Ca²⁺和SO₄^2-依舊存在于消解液里，石膏容易發生重結晶析出，進而造成U、Th純化分離困難(如溶液淋濾時樹脂柱發生堵塞，U、Th回收率降低等)，同時該化學前處理周期較長(約3～4天)。