矿物中不同形式水含量和氢同位素分析的高温分步加热-元素-同位素质谱连续流方法研制

The fluid activity in subduction-zone metamorphism plays a very important role，not only for studying UHP metamorphism, collision magmatism and earthquake, but also for understanding the evolution of the earth, including the global circulation of water, fate of deep subduction plate, sources of igneous rock in collision orogenic belt, as well as the recycling of oceanic and continental crust. Accurate determination of content of different forms water in minerals and its isotope compositions is fundamental to study fluid activity and its geochemical effects during continental subduction and exhumation. There are severals problems in conventional analysis methods, including low efficiency, poor accuracy and asynchronous determination of water content and its isotope composition. Therefore, developing a new technique has been one of forefront subject and a diffculty in earth science. This project, based on TC/EA-MS technique in USTC, is to establish High Temperature Step Heating-Elemental Analysis-Mass Spectrometry Continuous-flow analysis device which can be synchronous determination of different forms water concentration and H isotope compositions of norminally anhydrous minerals by controllable step-by-step heating in vacuum condition. This new technique can provide a new insight into fluid regime with reference to the chemical geodynamics of continental subduction and exhumation.

俯冲带变质过程中的流体活动对理解超高压变质作用、同碰撞岩浆作用和地震具有非常重要的作用，也是了解地球演化，包括水的全球循环、深俯冲板片的命运、碰撞造山带中火成岩石的来源，以及洋壳和陆壳再循环的关键。准确测定矿物中不同形式的水含量和同位素组成是厘定板块俯冲和折返过程中流体活动及其地球化学效应的基础，也是地球化学研究的前沿和难点。目前国际上通用的测试方法存在效率低下、分析精度低以及水含量和同位素组成不能同步测定等问题。本项目申请在中国科学技术大学建立基于TC/EA-MS分析方法的高温分步加热-元素-同位素质谱连续流的分析装置，利用在真空条件下可控温的加热方法，可以将矿物中不同形式的水分步提取，并通过元素分析仪-同位素质谱联线的分析方法，准确分析矿物中不同形式水的含量和同位素组成，这对于研究板块在俯冲和折返过程中流体的演化及其所产生的化学地球动力学效应提供了直接有效的手段和方法。

现有的对于矿物中水的分析方法，尤其是对于名义上无水矿物(NAMs)中不同形式的水（分子水和结构羟基）由于存在无法克服的技术瓶颈，不能有效的区分NAMs中的不同形式的水含量及其同位素组成。我们在已建成的TC/EA-MS方法（热分解/元素分析-质谱在线分析）的基础上，建成了两套全新的水分析方法：1. New TC/EA-MS方法。这套方法可以有效解决样品上吸附的大气水对分析结果的影响。将这套方法与FTIR（红外光谱）相结合可以分析NAMs中不同形式的水的含量；2. HVSH-TC/EA-MS方法（高真空分步加热-热分解/元素分析-质谱在线分析方法）。这套方法可以将NAMs中不同形式水分步释放，有效分析不同形式水的含量及其同位素组成。利用这两套新方法可以为研究大陆俯冲带流体的来源、性质提供直接的支持，进而对于研究地球内部水的分布和效应这一大科学问题提供了有力的手段和有效的制约。