鉻鐵礦是尖晶石族 ((Mg, Fe)(Al, Cr, Fe)2O4) 礦物中的富鉻端元，作為鉻的主要賦存礦物，廣泛存在于鎂鐵-超鎂鐵巖、月球及其他天體隕石樣品中。其氧（O）同位素可為地幔部分熔融、巖漿演化過(guò)程以及鉻鐵礦成巖成礦過(guò)程提供重要信息。因此，實(shí)現鉻鐵礦原位微區O同位素分析一直是地球科學(xué)界的目標。然而，由于標樣缺乏以及基質(zhì)效應不確定等因素的限制，該領(lǐng)域長(cháng)期未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的博士研究生潘旗旗與導師肖燕副研究員及其合作者，選取了4個(gè)美國懷俄明州Stillwater層狀巖體的鉻鐵巖（Cr#=57.9 ~ 65.6）、4個(gè)中國西藏羅布莎蛇綠巖中的鉻鐵巖和方輝橄欖巖（Cr#=76.3 ~ 79.0）以及1個(gè)津巴布韋Great Dyke中的鉻鐵巖（Cr#=77.3）作為研究對象。研究人員采用了不同的測試方式（激光氟化法、SHRIMP SI、CAMECA IMS-1280）進(jìn)行了O同位素分析，評估了其同位素均一性（圖1-圖2）。最終確定這9件樣品均可作為鉻鐵礦原位O同位素分析標樣，為SHRIMP SI和CAMECA IMS-1280等測試技術(shù)的應用提供了可靠基礎。
圖1 使用SHRIMP SI進(jìn)行鉻鐵礦O同位素的均一性檢測
圖2 使用CAMECA IMS-1280進(jìn)行鉻鐵礦O同位素的均一性檢測
分析過(guò)程中，所有樣品在未進(jìn)行電荷中和的情況下，其點(diǎn)對點(diǎn)重復性（2SD=±0.5‰ ~ ±1.3‰）明顯差于電子槍開(kāi)啟狀態(tài)（2SD=±0.3‰ ~ ±0.7‰）。此外，鉻鐵礦的電導率隨其主量元素組成的不同而變化，體現在二次離子計數率隨著(zhù)XFe3+（Fe3+/（Fe3++Al+Cr））含量降低而降低（圖3）。因此，在利用SIMS測量鉻鐵礦的O同位素時(shí)，進(jìn)行電荷中和是必不可少的。
此外，SHRIMP SI表現出顯著(zhù)的基質(zhì)效應，與使用 CAMECA IMS-1280 時(shí)在相同樣品上觀(guān)察到的相當溫和的基質(zhì)效應形成對比。其中控制SHRIMP SI測試過(guò)程中基質(zhì)效應的主要因素是礦物中磁鐵礦（FeOFe2O3，XMag）端元和尖晶石端元（MgAl2O4，XSpl）的比例（圖4）。該研究建立的成分依賴(lài)的基質(zhì)效應校正方程，為鉻鐵礦O同位素原位分析提供了可靠的方法。
圖3 SIMS鉻鐵礦O同位素分析計數率與XFe3+相關(guān)性圖解
圖4 SIMS鉻鐵礦O同位素分析基質(zhì)效應的校正
研究成果發(fā)表于GGR（潘旗旗，王靜，肖燕，傅斌，白洋，Ian S. Williams，蘇本勛. Chromite reference materials and matrix effects in SIMS oxygen isotope measurements[J]. Geostandards and Geoanalytical Research, 2024, 48: 363-379. DOI: 10.1111/ggr.12548.）。研究受中國科學(xué)院百人計劃（E3CJ042）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2022YFC2903501，2023YFF0804301）和中國科學(xué)院青促會(huì )項目資助。
