张利国， 段桂玲， 杨红梅， 杨 梅， 谭娟娟， 段瑞春， 邱啸飞， 刘重芃

(中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室， 湖北 武汉 430205)

玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法流程

张利国， 段桂玲， 杨红梅， 杨 梅， 谭娟娟， 段瑞春， 邱啸飞， 刘重芃

(中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室， 湖北 武汉 430205)

长期以来，对玄武岩精确测年一直是困扰地质学家的重大科学问题。玄武岩结构和组成特殊，岩石中矿物组成单一、锆石十分稀少，颗粒很细，采用物理方法挑选单矿物和锆石十分困难，很难应用内部等时线法和锆石U-Pb法研究其成岩时代。而全岩样品间因岩浆分异产生的147Sm/144Nd比值差别很小，等时线年龄相对误差较大；Rb含量很低，Rb/Sr比值很小，全岩Sm-Nd法、Rb-Sr法常常不能给出正确可信的年龄。根据内部等时线法原理，本文通过化学方法，采用王水和氢氟酸-硝酸对玄武岩样品进行分步溶解，分别对同一件样品的王水溶解相、王水不溶相和全岩开展Sm-Nd同位素组成分析。结果表明：通过不同酸介质分步溶解，可提取玄武岩中石英、透辉石、长石等矿物组合，该组合与其全岩具有相同的εNd(t)和一致的Nd同位素模式年龄；矿物与全岩构筑的内部等时线中，147Sm/144Nd比值的变化由全岩之间的0.005扩大到0.11，143Nd/144Nd值的变化由全岩的0.512500～0.512547扩大到0.512500～0.513145。通过该方法获得了与已有锆石U-Pb年龄在误差范围内一致的Sm-Nd等时线年龄：t=(991±21) Ma(MSWD=2.1)。通过对比研究，本文认为：玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法，适用于前寒武纪及更古老的玄武岩样品的年龄测定。该方法的建立不仅有效提高玄武岩Sm-Nd等时线定年成功率，也为其他隐晶质且不易挑出单矿物样品的年龄测定提供了新的思路。

玄武岩； 分步溶样； 分相； Sm-Nd同位素； 年代学； 矿物内部等时线

玄武岩是地质学研究的重要对象，其岩石地球化学及同位素特征与岩浆源区性质、古大地构造环境和深部地球动力学过程有着密切的联系[1-4]。根据玄武岩的地球化学特征可以判别其形成的构造环境[5-7]，利用微量元素和稀土元素比值以及Sr-Nd-Pb同位素特征可成功识别出各种地幔端员，可用于反演岩浆作用的动力学过程[3,8-10]。然而，玄武岩一般结构致密、组成均一，通常没有岩浆结晶锆石或含量甚微，不适于锆石U-Pb定年；而其40Ar/39Ar法年龄测定[11]，由于可能存在K和Ar的自然扩散作用或后期变质、变形等多因素的扰动作用，很难测出早期地质事件的年龄[12]，因此，对玄武岩样品年龄的精确测定一直是困扰地质学家的科学难题[13]。

相对于U-Pb、Rb-Sr及K-Ar体系，Sm、Nd同属轻稀土元素，其化学性质很相近，母体(147Sm)衰变形成的子体(143Nd)易在矿物晶格中保存下来，矿物或岩石中的Sm-Nd同位素体系易保持封闭，具有较强的抗蚀变和变质作用的能力。因此，相对于其他同位素体系，Sm-Nd同位素等时线法测定基性岩、超基性岩的形成时代具有其显著优势[12,14]。而由于Sm-Nd等时线法不仅可以获得岩石形成的时间，而且可以获得源区Nd同位素的初始值[12]，长期以来，Sm-Nd同位素体系成功应用于陨石、月球岩石、古老的基性、超基性岩和前寒武纪老地层等领域方面的研究[12,14]，是地球科学和宇宙科学研究中重要的工具之一。

对于Sm-Nd同位素体系，用于制约等时线的147Sm/144Nd范围越宽，该同位素体系能辨别的年龄越年轻[15]。如果岩石中的最大△147Sm/144Nd为0.05，在此情况下Sm-Nd同位素体系确定年龄绝对误差约为40 Ma；如果岩石中最大△147Sm/144Nd达到0.1，则其确定的年龄绝对误差可降至20 Ma左右[16]。但由于Sm和Nd均为轻稀土元素，离子半径相似，化学性质很相近，故自然界中Sm/Nd分馏通常不明显[16-17]；而且147Sm半衰期很长(1.06×1011a)，衰变产生的143Nd积累有限，从而使不同来源样品中Nd同位素组成的变异甚微(<2‰)[18]。这使得Sm-Nd同位素定年的应用在很大程度上受到限制。

而Sm-Nd内部等时线法弥补了全岩等时线的上述缺陷，如Lugmair等[19]从Angra Dos Reis(ADOR)辉石无球粒陨石里分选了3个磷酸盐矿物和4个辉石类矿物，构成了一条十分理想和精确的Sm-Nd内部等时线。由于不同单矿物在结晶时其稀土元素存在分馏差异，因此同一样品中单矿物的147Sm/144Nd变化范围较全岩样品大很多[12]，从而获得高成功率及准确性的Sm-Nd同位素等时线年龄。

Sm-Nd内部等时线法，大多是对采用物理方法分选出的岩石样品中的单矿物进行分析。但是，对于玄武岩等隐晶结构、组成均一的样品，物理方法很难分选出其中的单矿物，使Sm-Nd法对玄武岩的测年受到限制。因此，本文尝试通过化学方法，从玄武岩中分离出部分矿物与全岩构筑内部等时线。该方法先用王水溶解样品，不溶部分再经氢氟酸-硝酸溶解；然后，对王水溶解相、王水不溶相及全岩，分别进行Sm、Nd同位素分析，组成Sm-Nd矿物内部等时线，以准确测定玄武岩年龄。

1 实验过程

1.1 仪器及主要试剂

固体热表面电离质谱仪(TRITON TI，美国Thermo公司)。

实验器皿：聚四氟乙烯坩埚、密封溶样罐及高压溶样弹，石英玻璃交换柱。器皿在使用前，均先用去污粉或洗涤剂将其洗至内、外表面不挂水珠或仅有少量细小水珠，再用一次去离子水(经Milli-Q水纯化系统纯化)冲洗，装入干净的大烧杯中，依次用王水、硝酸、二次去离子水(一次去离子水再次经过水纯化系统纯化)在电炉上煮至沸腾后保持其微沸4～6 h，于超净化实验室风干待用。

试剂：盐酸、硝酸、高氯酸、氢氟酸，均为市售优级纯(经亚沸蒸馏)。

1.2 样品溶解

称取约300 mg粉末样品(200目)，加入适量6 mol/L王水，用低压密封溶样罐于110℃加热48 h，待溶液冷却至室温，离心分离。取出上清液蒸干，用2.5 mol/L盐酸提取，称为王水溶解相①。残余粉末置于高压溶样弹，加适量氢氟酸和硝酸(体积比10∶1原酸)，密封于200℃溶样48h，蒸干，再加入少许高氯酸加热直至白烟冒尽，用2.5mol/L盐酸提取，称为王水不溶相②。

1.3 稀土及Nd的分离纯化

稀土分离：采用AG50-8阳离子交换树脂，交换柱下部树脂床内径6mm、高80mm，上部盛液管内径为20mm，高100mm，总容积40mL。树脂用6mol/L盐酸和亚沸蒸馏水交替再生3次。将王水溶解相①、王水不溶相②两相溶液各分取约1/4(体积比)，分别加入一定量145Nd-149Sm混合稀释剂，混匀上柱，待溶液流干，加入6mL2.5mol/L盐酸冲洗交换柱盛液管内壁，待盐酸滴干，再加入40mL2.5mol/L盐酸淋洗Ca、Mg、Fe等基体元素，用15mL6mol/L盐酸解吸稀土，蒸干解吸液，待质谱测定，计算147Sm/144Nd值。

Nd的纯化：王水溶解相①、王水不溶相②两相未加稀释剂的溶液，经稀土分离后，用P507树脂(2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯)分离纯化Nd。交换柱规格与一次分离所用相同，树脂床高60mm，用6mol/L盐酸再生，亚沸蒸馏水淋洗至中性。待一次分离解吸液蒸干后，用0.1mol/L盐酸提取、上柱。加入0.1mol/L盐酸15mL淋洗La和Ce，用0.2mol/L盐酸6mL解吸Nd。蒸干，待质谱测定143Nd/144Nd值。

1.4 质谱测定

质谱测定采用双灯丝热表面电离。将铼灯丝用无水酒精清洗干净，用点焊机将其点焊在灯丝支架上，将已点焊好灯丝的支架插装在离子源转盘上，并装入烧带装置中，待真空抽至n×10-5Pa后按预定程序给灯丝供电，在3～5 A电流下烧15 min，以除去灯丝表面杂质[20]。将样品用10 μL去离子水转移到灯丝中央，在1 A电流下蒸干，再缓慢增加电流至灯丝微红，装入离子源启动真空系统。待质谱仪的离子源真空达到要求(n×10-7Pa)后，打开通往分析管道的隔离阀，给电离带灯丝加上电流，缓慢升温，当灯丝温度达到1800℃后，再缓慢加热蒸发带灯丝，注意寻找145Nd的离子流，并小心调节加到蒸发带上的电流，使离子流达到足够的强度(0.3～1 V)并保持稳定，启动自动测量程序，分别采集Sm、Nd同位素数据。本实验采用静态多接收采集数据，其杯结构如表1所示。

表 1 静态多接收质谱仪(TRITON)杯结构

Table 1 Cup structure of the static multi-collectors mass spectrometer (TRITON)

杯位置质量数同位素杯位置质量数同位素L3142142Ce+142NdH1146146NdL2143143NdH2147147SmL1144144Nd+144SmH3149149SmC145145Nd

2 结果与讨论

2.1 Sm-Nd同位素分析结果

2.1.1 标准及样品

BCR-2：玄武岩标准样品(美国地质调查局USGS)，由美国地质调查局采自美国俄勒冈州波特兰以东地区的Bridal Veil Flow采石场；为现代喷发火山岩，无斑隐晶质结构，形成时代为15 Ma[11]。

EQB：峨眉山玄武岩样品(La-Ce标准样品[21])，采自中国四川峨眉山清音电站剖面，是大陆裂谷环境下的喷溢产物，其结构为微晶玄武岩，形成于晚二叠世早期(259～262 Ma[22-23])。

SNJ：玄武岩样品，采自神农架地区东北部姜家桥桥头附近郑家垭组地层中，具有间粒间隐结构，在该实验开展之前，没有年代学数据报道；而互层接触的安山-英安质熔结凝灰岩年龄为1100～900 Ma[24]。

2.1.2 分相矿物组成

对玄武岩样品进行分步溶解时，王水不溶相与全岩的矿物成分在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用X射线粉晶衍射方法完成。分析结果见表2和图1，结果表明：王水不溶相主要为石英、透辉石、长石的矿物组合；由全岩和王水不溶相估算，王水溶解相主要为绿泥石和少量高岭石(表2)。

2.1.3 分相Nd同位素组成

本实验在中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室完成。所选样品分别为：BCR-2、EQB和SNJ25、SNJ27、SNJ29、SNJ35，均具隐晶结构，矿物组成均一。

质谱测定过程中，每个试样采集14组数据，每组数据取10次扫描，单次扫描积分时间4.194 s，由联机计算机取14组数据平均值。样品147Sm/144Nd值的计算：分别采集149Sm/147Sm和145Nd/146Nd由稀释法原理离线计算得出。143Nd/144Nd值测定：采用146Nd/144Nd=0.7219归一化。所有样品Nd同位素组成分析结果见表3。

表 2 玄武岩王水不溶相及全岩X射线粉晶衍射半定量分析结果

Table 2 Semi-quantitive results of X-ray powder diffraction analysis of the insoluble phase in aqua regia and whole-rock basalt

样品对应图1的序号矿物含量(%)石英透辉石长石绿泥石高岭石EQB(王水不溶相)A132491900SNJ27(王水不溶相)B116731100SNJ29(王水不溶相)C144371900SNJ35(王水不溶相)D134442200EQB(全岩)A220561905SNJ27(全岩)B212458350SNJ29(全岩)C2273315250SNJ35(全岩)D2223221205

图 1 玄武岩王水不溶相和全岩粉晶衍射分析图谱Fig.1 The X-ray powder diffraction diagrams of undissolved basaltic phase in aqua regia and whole-rock basaltA1、B1、C1、D1分别为EQB，SNJ27、SNJ29、SNJ35王水不溶相图谱；A2、B2、C2、D2为其对应全岩图谱。

表 3 玄武岩样品及BCR-2标样的Sm-Nd同位素分析结果
Table 3 The Sm-Nd isotopic composition of basalt powder and BCR-2 standard samples dissolved with different acid media

样号类型147Sm/144Nd143Nd/144Nd(±2σ)tDM(Ga)t2DM(Ga)εNd(t)SNJ25-1f王水不溶相0．24520．513132±13-0．091．432．81SNJ25-2f王水不溶相0．24720．513145±20-0．021．432．79SNJ35-1f王水不溶相0．26660．513254±150．301．472．18SNJ35-2f王水不溶相0．26920．513264±210．311．492．01SNJ25全岩0．15160．512520±91．541．344．08SNJ25s全岩0．15210．512522±91．551．353．99SNJ35全岩0．15450．512547±71．551．344．18SNJ27全岩0．15680．512534±81．651．383．60SNJ29全岩0．15160．512504±121．581．373．75SNJ07-26-1全岩∗0．15480．512525±21．611．373．7SNJ07-26-2全岩∗0．15380．512500±11．651．393．4SNJ25-1c王水可溶相0．14660．512486±131．511．293．33SNJ25-2c王水可溶相0．14710．512483±131．521．303．21SNJ35-1c王水可溶相0．15090．512511±91．551．303．26SNJ35-2c王水可溶相0．15000．512519±121．511．313．13EQB全岩0．12100．512509±61．050．910EQB-c王水可溶相0．11610．512501±101．010．910．003EQB-c王水可溶相0．11600．512501±91．010．920．007EQB-f王水不溶相0．14400．512548±81．310．750．013EQB-f王水不溶相0．14220．512544±101．290．72-0．04BCR-2标准推荐值0．13820．512636±2∗∗1．040．761．08BCR-2本文测定值0．13760．512633±41．040．731．15BCR-2-1c王水可溶相0．13060．512620±70．970．760．91BCR-2-2c王水可溶相0．13110．512641±20．940．761．31BCR-2-1f王水不溶相0．15340．512637±121．301．110．81BCR-2-2f王水不溶相0．15500．512644±141．311．120．92

注：*snj07-26-1值引自文献[24]；**BCR-2值引自GeoRem (http://georem.mpch-mainz.gwdg.de)，其147Sm/144Nd值根据Sm、Nd浓度为计算得出。tDM年龄采用文献[25]线性模式计算，t2DM年龄采用李献华等[26]两阶段模式计算。

2.1.4 全岩及分相Sm-Nd内部等时线年龄及误差分析

(1) 全岩及分相Sm-Nd内部等时线

根据“真假Sm-Nd等时线判别经验”：参与等时线年龄计算的各样品间，有相同εNd(t)值或Nd同位素模式年龄，即可视为满足Sm-Nd等时线同源、同时和封闭环境的条件，能参与等时线年龄计算[27]。由表3可以看出：分步溶解后，王水可溶相、不溶相及全岩具有一致的Nd同位素特征εNd(t)，且王水可溶相、全岩和矿物组合的等时线(图2c)与矿物内部等时线(图2b)结果完全一致。且前人大量研究表明：在岩石中，稀土元素能保持相对稳定[12,14]。由此我们认为，玄武岩样品通过分步溶解，不同相(王水可溶相、不溶相)与全岩之间构筑的Sm-Nd矿物内部等时线，符合Sm-Nd法测年的理论要求，能真实反映岩石的形成时代。

图 2 玄武岩分相Sm-Nd等时线Fig.2 Sm-Nd isochrones of fractional dissolved samplesa—SNJ全岩等时线;b—全岩+王水不溶相;c—全岩+王水不溶相+王水溶解相。

等时线结果采用Ludwig(2001)[28]的Isoplot程序处理。根据经验，实验室147Sm/144Nd和143Nd/144Nd的系统误差分别为0.5%和0.003%。

(2)Sm-Nd等时线年龄误差分析

由于Sm和Nd同属稀土元素，在地质作用过程中，Sm和Nd具有相似的地球化学特征和行为，从而导致Sm/Nd比值在岩石中的变化范围很小[12,16]。用△147Sm/144Nd表示等时线各样品点147Sm/144Nd值间的最大差值。Zhou等(2011)[22]报道的SNJ07-26-1、SNJ07-26-2和本文实测的SNJ25、SNJ27、SNJ29、SNJ35共6个全岩样品之间△147Sm/144Nd值仅0.005，143Nd/144Nd在误差范围内基本一致。

但不同矿物在其形成阶段，稀土元素内部可发生强烈的分馏作用[29-33]。本文通过化学方法，对玄武岩样品进行分步溶解后，得到石英、透辉石、长石等矿物组合的147Sm/144Nd值变化范围较全岩样品大，其△147Sm/144Nd值扩大到0.11。

根据Sm-Nd年龄计算方程：

143Nd/144Nd=143Nd/144Ndi+147Sm/144Nd(eλt- 1)

(1)

由最小二乘法原理可以得出如下等时线年龄误差估算公式：

△t=±σ143Nd/144Nd/λ△147Sm/144Nd

(2)

式中：λ为147Sm衰变常数=6.54×10-12a-1，σ为143Nd/144Nd比值测定精度(目前质谱仪器对143Nd/144Nd比值测定外部精度可以达到±0.000015)[27]。由公式(2)可以估算：当全岩样品间Δ147Sm/144Nd只有0.005时，Δt将达到±400 Ma，无法准确得到Sm-Nd等时线年龄(图2a)；而通过分步溶解，全岩和王水不溶相(石英、透辉石、长石的矿物组合)的147Sm/144Nd比值变化在0.1516～0.2692范围内，Δ147Sm/144Nd绝对差值提高到0.11，由此估算的年龄误差约为±20 Ma，实际得到的内部等时线年龄误差分别为±21 Ma和±19 Ma(图2b，c)。

由此可以看出：玄武岩样品采用分步溶解，通过化学方法提取物理手段无法挑选的石英、透辉石、长石的矿物组合，与全岩之间构成的Sm-Nd矿物内部等时线，能有效地扩大Δ147Sm/144Nd值，减小年龄误差，从而提高玄武岩Sm-Nd同位素年龄测定成功率。

2.2 实验标准与流程本底

本文选取USGS玄武岩标样BCR-2全岩，作为全流程准确性检验。其143Nd/144Nd=0.512633±4，与推荐值(见表3)完全一致；147Sm/144Nd =0.1376与推荐值0.1382误差为4.3‰，小于1%，符合系统误差限制。BCR-2全岩测定结果与推荐值一致，表明本实验流程准确可靠。SNJ25、SNJ 35及BCR-2等平行双份分析结果在误差范围内基本一致(见表3)，表明分步溶解实验过程具有可重现性。

质谱仪器采用实验室标准溶液JMC(溶液)监控。经过2年109次标样监测，其平均值143Nd/144Nd =0.511559±10(2σ，见图3)，标准偏差1×10-5；对标准物质JNdi-1(金属氧化物溶液)分析结果为143Nd/144Nd =0.512117±9，与Tanaka等(2000)[34]报道值0.512115±7完全一致。

本实验全流程空白：CNd≤1×10-10g/g，CSm≤0.7×10-10g/g。

图 3 JMC标准溶液测定结果Fig.3 The determination results of JMC standard solution

2.3 Nd同位素测定的同质异位素干扰

在进行同位素测定时，通常会有同质异位素的干扰。在Nd同位素分析过程中存在的同质异位素有：142Ce与142Nd，144Sm与144Nd。

本文分别采集149Sm/147Sm和145Nd/146Nd两对同位素比值，通过稀释法，离线计算样品中147Sm、144Nd浓度，进而得出147Sm/144Nd值。在此过程中，质量数142不参与计算，避免了142Ce与142Nd叠加的干扰。而143Nd/144Nd值，通过仪器直接测定143Nd、144Nd信号，采用146Nd/144Nd≡0.7219归一化分馏校正，直接得到结果，质量数为142的离子信号对143Nd/144Nd值的测定结果不产生任何影响。同时，杨岳衡等[35]研究工作表明大量Ce的存在并不影响Nd同位素测定。因此，142Ce对142Nd的干扰，在本文所用的147Sm/144Nd与143Nd/144Nd同位素体系中，不影响实验结果。

而144Sm会对143Nd/144Nd值测定产生直接的干扰。在质谱测定过程中，通过监测147Sm特征峰的信号，观察144Sm对144Nd的影响。本实验中，采用二次化学处理，分离Nd与Sm，以消除144Sm对144Nd的干扰。实验结果表明：在进行143Nd/144Nd值测定过程中，147Sm/144Nd≤2×10-5(如表4所示)，甚至为负值，而自然界中147Sm/144Sm=4.8827[36]，可得144Sm/144Nd≤0.4×10-5，基本消除了144Sm对144Nd的干扰。

表 4143Nd/144Nd值测定时144Sm干扰监控值

Table 4143Nd/144Nd values determined with144Sm disturbance monitoring

扫描次数145Nd/144Nd143Nd/144Nd142Nd/144Nd147Sm/144Nd10．3484940．5124941．186942．06673×10-520．3484480．524641．17460-2．38687×10-630．3484570．5125231．170361．22418×10-540．3484410．5125511．166716．49628×10-550．3484570．5125361．163781．23097×10-560．3484460．5124681．161271．45124×10-570．3484400．5125641．159368．56490×10-680．3484520．5125191．157711．43829×10-590．3484240．5124961．156291．44144×10-6100．3484510．5125201．154912．77971×10-6110．3484320．5125671．154011．37760×10-6120．3484360．5125641．153049．42705×10-6130．3484300．5125091．152221．96576×10-5140．3484120．5125101．151372．12260×10-5平均值0．3484400．5125201．159661．01927×10-5

3 实验方法的适用性

3.1 Sm-Nd同位素体系特点

根据Sm-Nd等时线原理，酸性、基性到超基性的火成岩、变质岩和沉积岩类均可用于Sm-Nd法年龄的测定和研究。由于全岩的Sm-Nd比值通常变化窄小[12,16-17]，不易于获得理想的Sm-Nd全岩等时线年龄结果，仅可以用于模式年龄测定。因此，斜方辉石、单斜辉石、斜长石和磷酸盐矿物等是Sm-Nd内部等时线年龄测定的常用对象[12]。

根据Sm-Nd同位素放射性原理，由公式(2)可以估算：一组具有相同初始143Nd/144Nd比值的样品，当△147Sm/144Nd值为0.1与0.01时，分别需要母体同位素147Sm经过20 Ma和200 Ma的放射积累，△143Nd/144Nd值才能勉强超出仪器测量误差(±0.000015)。因此，Sm-Nd法更适用于古老岩石的测年与成因研究[12]。

3.2 分相Sm-Nd同位素方法适用范围

为比较不同形成时代样品对分相实验的影响，在本文分别选取USGS玄武岩标样BCR-2(15 Ma)[11]、EQB(峨眉山玄武岩262～259 Ma)[22-23]和SNJ25、SNJ27、SNJ29、SNJ35(1100～900 Ma)[24]三组玄武岩。

由实验结果可以看出：BCR-2与EQB分相后△147Sm/144Nd值仅为0.024、0.026，其估算年龄误差达到100 Ma。而BCR-2形成时代只有15 Ma，其测定年龄误差远大于其自身形成时代，因此，不适合Sm-Nd同位素年龄测定。EQB样品(260 Ma)分步溶解后，根据等时线计算原理，其年龄误差也达到82 Ma(图4)，相对误差达到32%；所以，形成时代为260 Ma的EQB样品，同样不适用于该方法的测定。而SNJ25、SNJ27、SNJ29、SNJ35样品，其形成时代较老，且分相后△147Sm/144Nd值可达到0.11，通过误差理论估算，其等时线年龄误差可降低至±20 Ma，可以得到比较准确的等时线年龄(图2b)。

图 4 EQB分相等时线图Fig.4 Sm-Nd isochrons of fractional dissolved samples

通过分析和对比，本文分步溶解实验方法对260 Ma及更年轻玄武岩样品，无法得到准确可靠的等时线年龄；而对980 Ma的SNJ玄武岩，得到了良好的Sm-Nd内部等时线年龄。其原因大致有：①样品自身形成年龄小，以致放射成因143Nd累积有限，分相前后样品的143Nd/144Nd值变化不明显；②实验方法，通过本实验化学流程，无法实现单一矿物的分离，无法完整体现单矿物之间Sm/Nd分馏差别，使样品分相前后其147Sm/144Nd及143Nd/144Nd变化较小。

综上所述，我们认为：分步溶解分相Sm-Nd内部等时线测定方法，适用于前寒武纪和更古老的玄武岩样品的年龄测定。

4 结语

传统Sm-Nd内部等时线法，采用物理方法分选出岩石样品中的单矿物，分别对矿物和全岩开展Sm-Nd同位素分析。然而，对于玄武岩等隐晶结构、组成均一的样品，物理方法很难分选出其中的单矿物，使Sm-Nd内部等时线法对玄武岩的测年受到限制。本文通过化学方法，对玄武岩样品采用王水和氢氟酸-硝酸分步溶解，分离出玄武岩样品中物理方法难以挑选的矿物，实验结果令人满意。

(1)与全岩Sm-Nd同位素分析结果相比，该方法有效扩大了等时线中147Sm/144Nd比值差别，分步溶解得到的矿物组合与全岩组成的内部等时线中，147Sm/144Nd比值差别由全岩的0.005扩大到0.11，143Nd/144Nd值由全岩的0.512500～0.512547扩大到0.512500～0.513145，成功测定了SNJ玄武岩样品的同位素年龄：t=(991±21) Ma(MSWD=2.1)。

(2)通过对形成时代不同的三组样品的对比研究，我们认为：本实验为前寒武纪及更古老的玄武岩样品同位素年龄测定提供了新的方法，也为其他隐晶质且不易挑出单矿物的样品年龄测定提供了新的思路。

(3)本实验在方法上，通过本实验化学流程，无法实现单一矿物的分离，无法完整体现单矿物之间Sm/Nd分馏差别。因此，如何通过化学方法分选出岩石中更多的单一矿物，有待进一步的深入研究。

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Procedure for Sm-Nd Internal Isochron Dating Method on Basalt by Phase Separation

ZHANGLi-guo,DUANGui-ling,YANGHong-mei,YANGMei,TANJuan-juan,DUANRui-chun,

QIUXiao-fei,LIUChong-peng

( Isotopic Geochemistry Laboratory, Wuhan Center of Geological Survey, China Geological Survey, Wuhan 430205, China)

Accurately dating the age of basalt has been an important scientific issue for geologists. Due to its unique texture and composition, the basaltic minerals are limited to certain types, with scarce zircons in tiny grain sizes. It is difficult to pick pure minerals such as zircon from basalt in physical ways, therefore, studying the formation age of basalt by internal isochron or zircon U-Pb methods is challenging. Since whole rock basalt samples, on the other hand, have a limited range of147Sm/144Nd ratios, low Rb content and low Rb/Sr ratio, the whole rock Sm-Nd method or Rb-Sr method usually cannot yield an accurate age. In this study, the principle of internal isochron and chemical methods, using aqua regia and Hf-HNO3to dissolve the same basalt samples by steps is utilized, and performed by Sm-Nd isotopic analysis on the 3 phases from the same sample: 1) dissolved phase in aqua regia, 2) undissolved phase in aqua regia and 3) whole rock phase. The results shows that, through dissolving the samples in different acid media by steps, quartz-diopside-feldspar mineral assemblage can be extracted from basalt, and this assemblage has the sameεNd(t) and Nd modal age as the whole rock. In the internal isochron constructed by minerals and whole rock, the variation range of147Sm/144Nd ratio increases from 0.005 within the whole rock to 0.11, the143Nd/144Nd ratio range varies from 0.512500-0.512547 within the whole rock to 0.512500-0.513145. The Sm-Nd age yielded with this method is identical to previous zircon U-Pb age within uncertainty:t=(991±21) Ma, MSWD=2.1. By comparing the results from conditional experiments, we propose that Sm-Nd internal isochron dating by phase separation is more suitable for rock samples of Precambrian or older. The establishment of this method can effectively increase the success of Sm-Nd isochron dating for basalt, as well as offer a new estimate for other aphanitic rock samples that cannot provide pure minerals for easy dating.

basalt; dissolve by steps; phase separation; Sm-Nd isotope; geochronology; internal isochron

2013-12-04；

2014-07-15； 接受日期： 2014-07-20

中国地质大调查项目(1212011120272，1212011121102)

张利国，工程师，分析化学专业，主要从事Sm-Nd同位素研究。E-mail： whzliguo@163.com。

0254-5357(2014)05-0640-09

P588.145; P597.3

A