CN109060859A - 一种沉积岩Os初始值的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沉积岩Os初始值的分析方法，属于同位素地球化学分析技术领域，解决了现有技术中获取沉积岩Os初始值耗时久、成功率低、分析测试成本高的问题。该分析方法，包括以下步骤：沉积岩样品采集；制作岩石薄片；在岩石薄片上建立直角坐标系，在扫描电子显微镜的背散射图像下确定分析目标所处象限和直角坐标，对岩石薄片分析目标定位；根据直角坐标系、分析目标所处象限和分析目标的直角坐标在LA‑MC‑ICP‑MS光学镜头下再次确定分析目标的位置，进行LA‑MC‑ICP‑MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素测试，测得M/Z185、M/Z187、M/Z188信号数据；对所述信号数据进行处理，得到沉积岩Os初始值。利用该方法能够直接、快速地获得沉积岩中的Os初始值。

Description

一种沉积岩Os初始值的分析方法
技术领域
本发明涉及同位素地球化学分析技术领域，尤其涉及一种沉积岩Os初始值的分析方法。
背景技术
Re、Os分别是中等不相容和强相容元素，在地球壳幔分异中，Os易富集于地幔，Re易富集于地壳。因此，Re-Os同位素体系作为一种针对沉积岩样品示踪的强有力工具，得到了国内外地质学家的广泛运用。黑色页岩、灰岩、泥岩等沉积岩中的Re-Os主要来自海水，其Os初始值(187Os/188Os)为沉积时海水Os同位素特征。海水中Os主要有三种供给途径：大陆地壳中高放射性成因Os(187Os/188Os一般大于1)、海底热液物质和地外陨石中非放射性成因Os(187Os/188Os通常为0.127)。沉积岩Os初始值的获取对研究全球古环境演化、陨石撞击、生物灭绝等全球重大地质事件具有重要的科学意义。
目前沉积岩Os初始值主要由多个沉积岩样品拉Re-Os同位素等时线确定，通过y轴截距获取Os初始值，进而获得古海水的Os同位素特征。主要分析步骤包括：取同一层位沉积岩样品7～10个，全岩样品初细碎至200目、样品称取与溶解、蒸馏分离Re-Os、微蒸馏纯化Os、丙酮两次萃取分离纯化Re、铂带前处理与点带、Re-Os同位素热电离质谱测量等。上述实验分析过程不仅复杂繁琐，而且消耗大量化学试剂以及实验器材，化学试剂对实验人员有一定伤害，并且实验测试成本非常高。同时，对于氧化环境沉积的沉积岩，目前获取沉积岩Os初始值成功率较低，即便通过上述实验步骤可以获取到沉积岩Os初始值，整个分析测试过程亦需要20天左右，耗时久、成功率低，并且分析测试成本高。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明提供一种沉积岩Os初始值的分析方法，用以解决现有获取沉积岩Os初始值耗时久、成功率低、分析测试成本高的问题。
近年来，发明人及部分国外学者发现沉积岩中自生含Fe矿物(如自生黄铁矿)会富集部分Os，对于Re的富集可以忽略不计(如[赵鸿，李超，江小均，等.浙江长兴“金钉子”灰岩Re-Os富集机制研究.2015.地质学报，89(10)：1783～1791]、[Yoshiro Y.YoshioT.Hiromitsu H.Shuichi E.Hiroshi S.2007.Comparison of reductive accumulationof Re and Os in seawater-sediment systems.Ueochimica et C'osmochimica Acta,71:3458～3475.])，这就说明自生黄铁矿中几乎没有187Re放射性积累的187Os，其Os同位素可以有效代表沉积时沉积岩Os初始同位素特征。对自生黄铁矿Os同位素的测定对应用沉积岩Os初始值古环境反演具有重要意义，利用单件沉积岩样品中自生黄铁矿而非多个样品拉等时线，快速、简单、准确地获得沉积岩Os初始值的方案是切实可行的。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种沉积岩Os初始值的分析方法，包括以下步骤：
步骤一，沉积岩样品采集；
步骤二，制作岩石薄片；
步骤三，在岩石薄片上建立直角坐标系，在扫描电子显微镜的背散射图像下确定分析目标所处象限和直角坐标，对岩石薄片分析目标定位；
步骤四，根据直角坐标系、分析目标所处象限和分析目标的直角坐标在LA-MC-ICP-MS光学镜头下再次确定分析目标的位置，进行LA-MC-ICP-MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素测试，测得M/Z185、M/Z187、M/Z188信号数据；
步骤五，对信号数据进行处理，得到沉积岩Os初始值。
在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：
进一步地，步骤一中，沉积岩样品采集的最大纵向间距为H，H＝α×K，其中，α-沉积岩样品沉积年代误差，Ma；K-沉积岩沉积速率，m/Ma。
进一步地，步骤二中，岩石薄片的厚度为100～300um，数量为5～10个。
进一步地，步骤三中，利用岩石薄片分析目标定位装置在岩石薄片上建立直角坐标系；
岩石薄片分析目标定位装置包括固定脚、定位脚以及设置在固定脚和定位脚顶端的把头，把头下端连接有四个定位脚，固定有一个固定脚；固定脚位于四个定位脚中间；定位脚两两相对设置，相对设置的两个定位脚与固定脚位于同一个平面，两组相对设置的定位脚形成的两个平面互相垂直，固定脚所在直线为两个垂直平面的交线；固定脚和定位脚的底端分别设置有标记工具，标记工具内充填液态环氧树脂；定位脚标记工具与薄片的四个接触点连接构成直角坐标系，固定脚标记工具与薄片的接触点为直角坐标系原点。
进一步地，分析目标为有效直径为20～70um的自生黄铁矿。
进一步地，步骤四中，使用的激光剥蚀系统为飞秒激光，激光剥蚀过程采用氦气作载气，氩气作补偿气，氦气流出剥蚀池后，经T形接头与氩气混合，并在T形接头的一端加入少量氮气；混合气体进入电感耦合等离子体质谱仪前通过一个信号匀化装置，用以匀化激光剥蚀产生的样品信号；分析时激光剥蚀斑束和频率分别设定为40～60um和6～10Hz。
进一步地，步骤四中，激光剥蚀时，选取的激光剥蚀斑束的直径与自生黄铁矿的有效直径相匹配，使激光剥蚀斑束全部落在自生黄铁矿表面。
进一步地，步骤四中，Os同位素数据测试包括依次进行的空白数据测试和样品信号采集数据测试，Os同位素数据测试的测试时间为100s，空白数据测试的测试时间为60s，样品信号采集数据测试的测试时间为40s；
空白数据测试测得的空白数据为Os同位素数据测试的测试时间为第40s至55s的信号数据的平均值；样品信号采集数据测试测得的样品数据为Os同位素数据测试第65s至85s期间的信号数据的平均值。
进一步地，步骤四中，将分析目标分为多组进行测试，每组测试4～6个分析目标；在每组测试中的第一个分析目标测试之前和最后一个分析目标测试之后，分别进行一次标样测试。
进一步地，步骤五中，根据步骤四中得到的Os同位素数据，进行异常值剔除和同位素分馏校正处理，计算已剔除异常值和同位素分馏校正后的自生黄铁矿Os初始值数据均值，得到沉积岩Os初始值
沉积岩Os初始值的最终结果表达式为：
其中，Osi-最终沉积岩Os初始值，-剔除异常值并经过同位素分馏校正后Os初始值数据的平均值，x-不确定度；
不确定度x的计算公式为：
其中，σi-剔除异常值并经过同位素分馏校正后Os初始值数据的标准偏差，N′-剔除异常值后剩余数据个数。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
a)本发明提供的沉积岩Os初始值的分析方法，利用该岩石薄片分析目标定位装置建立直角坐标系，能够直接、准确、快速地在激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)显示的图像中找到之前在扫描电子显微镜(SEM)中选取的分析目标，定位精度高、缩短实验时间并且提高Os初始值的测试精度。
b)本发明提供的沉积岩Os初始值的分析方法，分析实验流程简单，大大缩短了实验时间，实验过程仅使用极少量化学试剂，降低分析测试成本，减少化学试剂对实验人员身体伤害，绿色环保，符合绿色分析化学的发展理念。
c)本发明提供的沉积岩Os初始值的分析方法，采集的沉积岩石样品在同一目标层位且在一定厚度范围内，保证采集的样品属于同一地层年代，保证所采沉积岩样品具有相同的Os初始值，样品采集更科学，大大降低了采样带来的误差，提高了成功率，从根源上提高了测试准确度和精度。
d)本发明提供的沉积岩Os初始值的分析方法，LA-MC-ICP-MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素测试，激光剥蚀系统为飞秒激光，激光剥蚀过程采用氦气作载气，氩气作补偿气，氦气流出剥蚀池后，经T形接头与氩气混合，在T形接头一端加入少量氮气，以提高仪器灵敏度，并在混合气体在进入电感耦合等离子体质谱仪前通过一个信号匀化装置，用以匀化激光剥蚀产生的样品信号，从而提高了测试精度。经过对自生黄铁矿Os初始值(187Os/188Os)数据进行同位素分馏校正、异常值排除处理，大大降低了实验流程操作及分析仪器波动对分析结果精度及准确度的影响。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中岩石薄片分析目标定位装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中岩石薄片上建立的直角坐标系及分析目标定位示意图；
图3为本发明实施例中扫描电子显微镜(SEM)镜下沉积岩薄片中目标自生黄铁矿背散射图像；
图4为本发明实施例中沉积岩Os初始值的分析方法的流程图。
附图标记：
1、固定脚；2、定位脚；21、上段；22、下段；3、把头；4、标记工具；5、限位螺栓；6、薄片；7、标记点。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种沉积岩Os初始值的分析方法，该方法主要包括沉积岩石样品采集、制作岩石薄片、岩石薄片分析目标定位、LA-MC-ICP-MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素测试、数据处理五个步骤，如图4所示。具体分析步骤如下：
步骤一：沉积岩石样品采集
首先确定目标地层层位，在同一目标层位且在一定厚度范围内采集沉积岩石样品，确保采集的沉积岩石样品在同一目标层位，且沉积岩石样品纵向分布跨度不能过大，纵向上分布在一定范围内。不同岩性的沉积岩沉积速率不同，如黑色页岩、灰岩、泥岩等沉积速率差异较大，因此采集岩石样品时应保证采集的岩石样品属于同一地层年代，保证所采沉积岩样品具有相同的Os初始值，样品采集更科学，大大降低了采样带来的误差，提高了成功率，从根源上提高了测试精度。为了提高测试精度，采样时将沉积岩石样品所处地层沉积年代误差控制在一定误差以内，如误差在α以内，沉积岩样品采集的最大纵向间距为H，H＝α×K，其中，α-沉积岩样品沉积年代误差，Ma；K-沉积岩沉积速率，m/Ma，K值取样品采集所在区域地质沉积速率值。优选地，将沉积岩石样品所处地层沉积年代误差控制在0.1Ma以内，由此确定沉积岩样品采集的最大纵向间距为H，H＝0.1×K，采集沉积岩样品时，控制沉积岩样品点的最大纵向间距小于0.1×K。
为了进一步提高样品采集科学性和测试成功率，降低样品采集带来的测试误差，采集的沉积岩石样品优选在肉眼或放大镜下可以观察到自生矿物，如黄铁矿。
步骤二：制作岩石薄片
选取多个岩石样品，优选肉眼或放大镜下可以观察到黄铁矿的样品，经过切割、磨平、上胶、切片、研磨、拋光等操作制成多个厚度为100um到300um的岩石薄片6，对岩石薄片表面喷金处理以增强导电性，以提升对沉积岩光片进行扫描电镜(SEM)成像分析效果。优选的，岩石薄片6的厚度为200um，既能保证观察，也能保证测试时不被激光打穿；制作薄片6的数量优选5～10个，利用普通光学显微镜初步观察制作好的岩石薄片，寻找和鉴别自生黄铁矿，选择至少2个自生黄铁矿发育较多的岩石薄片6备用。
步骤三：在岩石薄片上建立直角坐标系，在扫描电子显微镜的背散射图像下确定分析目标所处象限和直角坐标，对岩石薄片分析目标定位。
由于实验采用的扫描电子显微镜(SEM)与激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)两种仪器成像原理不同，即是相同的分析点位在两种仪器呈现的形貌亦显著不同，因此要在激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)显示的图像中找到之前在扫描电子显微镜(SEM)中选取的分析目标，然而再次找到分析目标耗时久，而且准确率低。基于上述分析，本发明专门设计了一种岩石薄片分析目标定位装置，利用该岩石薄片分析目标定位装置在岩石薄片上建立直角坐标系，利用构建的直角坐标系确定薄片6中的分析目标，即确定自生黄铁矿所在位置，同时记录分析目标的直角坐标和所在象限，完成对分析目标的定位。使用该岩石薄片分析目标定位装置能够直接、准确、快速地在激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)显示的图像中找到之前在扫描电子显微镜(SEM)中选取的分析目标，定位精度高、缩短实验时间并且提高Os初始值的测试准确度和精度。
本实施例中的岩石薄片分析目标定位装置，如图1所示，包括固定脚1、定位脚2以及设置在固定脚1和定位脚2顶端的把头3，把头3下端连接有四个定位脚2，固定有一个固定脚1；固定脚1位于四个定位脚2中间；定位脚2两两相对设置，相对设置的两个定位脚2与固定脚1位于同一个平面，两组相对设置的定位脚2形成的两个平面互相垂直，固定脚1所在直线为两个垂直平面的交线；固定脚1和定位脚2的底端分别设置有标记工具4，标记工具4可以是按压式标记工具4，优选按压式记号笔芯；设置在定位脚2上的标记工具4(简称“定位脚标记工具4”)与薄片6的四个接触点连接构成直角坐标系，设置在固定脚1上的标记工具4(简称“固定脚标记工具4”)与薄片6的接触点为直角坐标系原点。
根据岩石薄片分析目标定位装置的标记工具4与薄片6的五个接触点构建直角坐标系，建立此直角坐标系的目的在于，先在扫描电子显微镜(SEM)下确定分析目标及其直角坐标，再在激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)光学镜头下利用该直角坐标系及分析目标直角坐标，从而直接快速地找到同一个分析目标，从而实现了岩石薄片6中分析目标的快速、精确定位。示例性的，本实施例中利用岩石薄片分析目标定位装置对分析目标E进行定位的过程如下：先安装岩石薄片分析目标定位装置，安装完成后初步调整四个定位脚2，使定位脚标记工具4头与固定脚标记工具4头基本处于同一平面，在岩石样品薄片6上建立直角坐标系，如图2所示。固定脚标记工具4与薄片6确定的标记点7为直角坐标系原点O，定位脚标记工具4与薄片6确定的四个标记点7按逆时针顺序依次为A、B、C、D，利用扫描电子显微镜(SEM)图像划线功能，在所成图像上连接OA、OB、OC、OD并延长，构建直角坐标系，AOD、AOB、BOC、COD所围成的区域分别规定为第I、II、III、IV象限。
为了直观方便地识别分析目标及其所在象限，定位脚标记工具4与薄片6接触点位置可调，即定位脚标记工具4与薄片6确定的四个标记点7距直角坐标系中原点的距离远近可调。其中的一种方案，可以将定位脚2设置为长度可调的结构，定位脚2分为上段21和下段22两部分，上段21设置空腔且空腔直径大于下段22的直径，下段22的一端插接在上段21空腔内并能够在空腔内伸缩，定位脚2的下段22与上段21通过限位螺栓5锁定连接，定位脚2上段21下端设有与螺栓的螺杆相匹配的螺孔，当调整好定位脚2的长度后，拧紧螺栓使螺杆抵住定位脚2的下段22伸入上段21空腔内部分，即实现定位脚2的上段21和下段22的固定；优选的，螺栓的头部设有防滑螺纹，增加与手的摩擦力，便于拧紧或拧松螺栓。另一种方案，还可以将定位脚2与固定脚1的夹角设置为可调整的结构，具体的，固定脚1固定设置在把头3的下端，定位脚2与设置在把头3下端的连接件连接，连接件上设置四个独立的阻尼转轴，四个定位脚2通过阻尼转轴可独立转动并固定在指定位置，四个定位脚2能够通过阻尼转轴在两个互相垂直的平面内转动。本实施例中，采用定位脚标记工具4与薄片6的四个接触点位置可调的结构设计，能够适应不同尺寸的岩石薄片6，应用范围更广，而且在实验完毕后将四个定位脚2收缩或者向固定脚1收拢，能够减少岩石薄片分析目标定位装置占用的空间体积。
由于采用扫描电子显微镜(SEM)背散射探头对样品薄片6主要成分分布进行背散射电子成像时，背散射图像主要反映样品表面的成分特征，原子量越大，形成的图像就越亮，自生黄铁矿其原子量较大，背散射图像为亮白色。而环氧树脂是主要化学元素为C的有机物，其在背散射图像表现为黑色，因此，在标记工具4内，如按压式记号笔芯内填充液态环氧树脂，由液态环氧树脂标记的标记点7在镜下与自生黄铁矿区分明显，标记点7及其所在象限更容易区分和识别，并且环氧树脂能够用酒精棉球擦洗干净，在保证标记点7具有高辨识度的同时，降低了标记点7对观察薄片的影响。为了进一步增加标记点7的辨识度，液态环氧树脂中可以添加染色剂，添加染色剂之后的环氧树脂与薄片6的颜色肉眼可区分，并且环氧树脂颜色可以相同也可以不同，比如，液态环氧树脂中均添加红色染色剂，或者，液态环氧树脂添加不同颜色的染色剂，带有不同颜色的标记点7具有更高的可辨识度，视觉直观上更醒目。考虑到标记点7的稳定性，在液态环氧树脂中还添加固化剂，标记点7在短时间内由液态变成固态，避免因标记点7的形状和位置变化导致分析目标定位误差，进一步保证了构建直角坐标系及分析目标的定位精度。
本实施例中对岩石薄片分析目标的定位全过程仅使用对人体无害的环氧树脂一种化学试剂，而传统沉积岩Os初始值获取方法在样品溶解、Re-Os元素蒸馏分离、微蒸馏纯化Os、萃取分离纯化Re及铂带点带等过程中需采用大量的盐酸、硝酸、过氧化氢、乙醇、氢氧化钠溶液、氢氧化钡溶液、氢溴酸、硫酸三氧化铬溶液、丙酮等化学试剂。相比于此，本发明的沉积岩Os初始值的分析方法大大减少了化学试剂的使用，降低了实验成本，绿色环保，符合绿色分析化学的发展理念。
在扫描电子显微镜(SEM)下确定分析目标及其位置的具体步骤如下：
首先，在岩石薄片上建立直角坐标系。利用岩石薄片分析目标定位装置的标记工具4与薄片6的五个接触点构建直角坐标系，固定脚标记工具4与薄片6确定的标记点7为直角坐标系原点O，定位脚标记工具4与薄片6确定的四个标记点7按逆时针顺序依次为A、B、C、D，利用扫描电子显微镜(SEM)图像划线功能，在所成图像上连接OA、OB、OC、OD并延长，构建直角坐标系，AOD、AOB、BOC、COD所围成的区域分别规定为第I、II、III、IV象限。
其次，在扫描电子显微镜下确定分析目标及其位置。将已建立直角坐标系的薄片6放在扫描电子显微镜(SEM)下观察，用背散射探头对薄片6样品主要成分分布进行背散射成像，确定分析目标E，分析目标为自生黄铁矿，调节背散射探头，得到清晰的沉积岩薄片6背散射图像，如图3所示，显示为亮白色的自生黄铁矿，选择直径为20um到70um的自生黄铁矿作为分析目标。记录分析目标所在象限以及限定该象限的O点和A、B、C、D四点中的两点，例如分析目标E在第III象限，由O、B、C三点限定，利用已建好的直角坐标系确定该分析目标的直角坐标为E(x0，y0)，x0和y0值由扫描电子显微镜(SEM)自带软件量取。记录分析目标所在象限及分析目标直角坐标E(x0，y0)，即完成分析目标自生黄铁矿的定位。
考虑到不同飞秒激光剥蚀斑束的能量密度不同，直接影响测试信号强度，若飞秒激光剥蚀斑束直径为5-20um，激光剥蚀斑束大小由光栅调节，激光剥蚀能量骤减，测试信号强度弱，导致结果精度差；若飞秒激光剥蚀斑束直径大于60um，激光能量密度就会变小，同时降低了测试信号强度，导致结果精度下降。因此，优选直径为40～60um的目标自生黄铁矿作为分析目标，对应地优选激光剥蚀斑束直径为40～60um。
完成上述操作后，将选取的目标自生黄铁矿进行编号，记录目标自生黄铁矿的面积大小、形状，并截图保存图片，以便在LA-MC-ICP-MS光学镜头下结合目标自生黄铁矿点位坐标和选择合适直径的激光剥蚀斑束。重复上述操作步骤，获取其它分析目标所在象限和直角坐标，并做好详细记录。优选的，分析目标数量不低于15个。
需要说明的是，本实施例中在岩石薄片上建立直角坐标系，可以用多种方法实现，如利用常规作图工具，利用笔和直尺直接在岩石薄片上画两条互相垂直的直线，两条直线的交点即为直角坐标系的原点，从而完成直角坐标系的构建，但此类划线方法一方面存在坐标轴垂直误差，另一方面划线会对岩石薄片的观察造成一定的影响，因此，优选利用本实施例中岩石薄片分析目标定位装置建立直角坐标系。
步骤四：根据步骤三中确定的直角坐标系、分析目标所处象限和分析目标的直角坐标在LA-MC-ICP-MS光学镜头下再次确定分析目标的位置，进行LA-MC-ICP-MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素测试，测得M/Z185、M/Z187、M/Z188信号数据。
将步骤三中的岩石样品薄片6放到激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)光学镜头上观察，根据扫描电子显微镜(SEM)中确定的分析目标E所处第III象限，以及限定第III象限的O、B、C三点，将激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)分析视角区调到涵盖第III象限的视野，利用激光多接收剥蚀等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)自带图像划线功能，先画出分析目标E所处第III象限，连接OB、OC并延长，在线段OB延长线上距O点的距离x0处、线段OC延长线上距O点的距离y0处做两条垂线，两条垂线的交点，此交点即是扫描电子显微镜(SEM)背散射图像中的分析目标E。
在激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)光学镜头上再次确认分析目标后，利用LA-MC-ICP-MS仪器对目标自生黄铁矿进行原位微区Os同位素测定M/Z185、M/Z187、M/Z188的信号。
所使用的激光剥蚀系统为飞秒激光，调节最佳LA-MC-ICP-MS仪器参数，在激光剥蚀过程采用氦气作载气，氩气作补偿气，氦气流出剥蚀池后，经T形接头与氩气混合，并经T形接头另一端加入少量氮气，提高多接收电感耦合等离子体质谱灵敏度。混合气体在进入电感耦合等离子体质谱仪(ICP)前通过一个信号匀化装置，用以匀化低频率剥蚀时的信号。在分析测试之前，以实验室内部Os标样(187Os/188Os＝0.148)作为标样，选择频率为8HZ、直径为30um的激光剥蚀斑束，在移动速率0.01mm/S下进行划线打点扫描，调节He、Ar气量及质谱参数使U/Th的比值约等于1，在此条件下，238U信号强度达到最大，仪器灵敏度和同位素分馏状态最佳。
选择与步骤三中选取的分析目标自生黄铁矿直径相适应的飞秒激光剥蚀斑束，激光剥蚀斑束的调节遵循以下原则：使激光剥蚀斑束完全落在自生黄铁矿表面，激光剥蚀斑束打在自生黄铁矿表面为圆形斑点，为了避免激光剥蚀斑束打点时圆形斑点覆盖了自生黄铁矿以外的含Re矿物，圆形斑点范围内必须全部为自生黄铁矿，且不覆盖自生黄铁矿以外的矿物及基质，此圆形斑点为分析目标有效面积也即自生黄铁矿有效面积，对应直径为分析目标有效直径即自生黄铁矿有效直径，自生黄铁矿表面存在一个最大圆形斑点，该最大圆形斑点面积为分析目标的最大有效面积，对应直径为分析目标最大有效直径即自生黄铁矿最大有效直径。如不特别指出，本发明中分析目标E的直径，是指分析目标最大有效直径或者自生黄铁矿最大有效直径。激光剥蚀斑束打点时，将激光剥蚀斑束调整到分析目标E的位置，先根据分析目标E最大有效直径调节激光剥蚀斑束的直径，微调激光剥蚀斑束的直径接近但不超过自生黄铁矿最大有效直径。如果分析目标E的直径为20um～30um，选取直径接近但不超过20um的激光剥蚀斑束，如果分析目标E的直径为40um～50um，选取直径接近但不超过40um的激光剥蚀斑束。
为了保证测试精度，激光剥蚀斑束的频率设定为6～10HZ，优选8HZ。因为低频率的激光打点，如1～6HZ，测试信号强度弱，结果精度差，若采用高频率的激光打点，如大于10HZ，信号强度大，但信号不平稳，同位素分馏效应明显，同样影响结果精度。
调整激光剥蚀斑束之后，由多接收-电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)在静态模式下同时接收信号，使用离子计数器接收cps信号(M/Z185、M/Z187、M/Z188)。为了监测测试过程中是否有Re的干扰，需要检测185值，根据185值的大小确定是否有Re的干扰。如果185值大于500，该点数据应舍掉，表明激光剥蚀斑束圆形面积覆盖了自生黄铁矿以外的含Re矿物，上述异常值的出现，可能由于激光剥蚀斑束面积大于自生黄铁矿有效面积，也可能由于激光剥蚀斑束打点出现偏差，还可能由于分析目标标记错误造成的。
考虑到Os元素具有强记忆效应，上一个分析点的信号会干扰下一个分析点的分析信号，在测试时应清除上一样品Os信号，为此，在数据采集整个过程设置空白数据和样品信号采集数据两个测试阶段，共测试100s。测试前60s为Os同位素空白数据测试阶段，随后的40s为样品Os同位素数据测试阶段。
按上述步骤依次完成其他分析目标的测试。优选的，采集信号分析目标数大于15个。
考虑到多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)在测量Os同位素过程中存在同位素分馏效应，因此需要进行数据校正。在本步骤中，在第一个分析目标分析之前和最后一个分析目标分析之后要对实验室内部Os标样(187Os/188Os＝0.148)分别测试1次，即前后两个标样测试点，目的是为了监控仪器测试过程中可能出现的波动，为后续实验数据处理中的同位素分馏校正做准备。本实施例中，测试多组标样测试点，优选每组标样测试点之间分析4～6个分析目标。如果每组标样测试点之间测试的分析目标过少，则标样测试点的分析次数增加，相应的分析时间加长，如果每组标样测试点之间的分析目标过多，导致校正时间过长，从而影响校正结果的准确性，降低最终测试结果的准确度。
步骤五：对步骤四中获得的M/Z185、M/Z187、M/Z188信号数据进行处理，得到沉积岩Os初始值。
1、对分析数据进行离线处理。
为了避免Os的强记忆效应影响下一样品Os信号，步骤四中LA-MC-ICP-MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素数据测试包括依次进行的空白数据测试和样品信号采集数据测试，Os同位素数据测试的测试时间为100s，空白数据测试的测试时间为60s，即第1-60s进行空白数据测试，样品信号采集数据测试的测试时间为40s，即第61～100s进行样品信号采集数据测试。其中，空白数据测试的前30s为了清除上一样品Os同位素信号残留，使Os同位素空白信号降至最低，空白数据测试测得的空白数据为Os同位素数据测试的测试时间为第40s至55s的信号数据的平均值，记为B；样品信号采集数据测试测得的样品数据为Os同位素数据测试第65s至85s期间的信号数据的平均值，记为A，从而得到测试样品点的净信号值为A-B。样品信号采集数据测试测得的样品数据舍弃第61-65s数据，是为了使采集的信号达到峰值，信号强度更大，测试精度更高。
2、初步计算自生黄铁矿Os初始值，剔除异常值。
先分别求出M/Z185、M/Z187、M/Z188的净信号值，空白信号平均值为B，采集信号平均值为A，净信号值为A-B，净信号值反映M/Z为185、187、188的样品，即自生黄铁矿的信号强度，信号强度大，对应的元素含量高。
如果185的净信号值≤200，自生黄铁矿Os初始值＝187(净信号值)/188的净信号值；如果200＜185的净信号值＜500，应扣除185Re放射性衰变产生的187Os对M/Z为187的干扰，具体为187Os的真值＝(187净信号值-1.66×185净信号值)，则自生黄铁矿Os初始值＝187Os的真值/188净信号值。
如果185的净信号值≥500，可能由于标记点7标记错误，或者激光剥蚀斑束打点出现偏差，或者激光剥蚀斑束面积大于自生黄铁矿有效面积等原因造成的185净信号值数据异常，则该分析目标的测试结果舍去。
为了进一步提高数据的准确性，利用统计学方法对排除异常值后自生黄铁矿Os初始值进行处理，具体利用2倍的标准偏差来排除异常值，首先计算未经分馏校正的Os初始值的标准偏差，计算公式为：
其中，σ-标准差；N-数据总量；xi-第i个数据，i＝1，2，3，…，N；μ-Os初始值的均值。当μ-2σ≤Os初始值≤μ+2σ时，符合实验数据精度要求，当Os初始值≥μ+2σ时，或者，当Os初始值≤μ-2σ时，数据值舍去。
3、Os同位素分馏校正
由于MC-ICP-MS仪器在测试过程中会有波动，存在同位素分馏效应，需要对自生黄铁矿Os初始值数据进行分馏校正，经过同位素分馏校正的Os初始值更加准确。进行同位素分馏校正采用实验室内部Os标样(187Os/188Os＝0.148)，记录Os标样实际测试点的值，分别为b1，b2，b3，……bm，共m个标样测试点，多个目标自生黄铁矿测试点分为多组测试，每组有n个测试点。以第一组分析样品为例，前后两个标样测试点的值分别为b1和b2，MC-ICP-MS仪器测试过程中n个测试点的同位素分馏效应反映在测试结果为△b＝(b2-b1)/0.148，第i个样品测试点值的校正系数为γ，因此，可以得到每一个测试点值a，计算公式为：
进而得到第一组n个样品的均值计算公式为：
其中，n-每组测试点数量，ai-第i个测试点值，i＝1，2，3……，n。
统计经剔除异常值和同位素分馏校正处理的各组数据，并计算上述数据的均值，即得到沉积岩Os初始值，记为
4、最终结果
该分析方法获得的沉积岩Os初始值的最终结果表达式为：
其中，Osi-最终沉积岩Os初始值，-剔除异常值并经过同位素分馏校正后自生黄铁矿Os初始值数据的平均值，x-不确定度。
不确定度x的计算公式为：
其中，σi-剔除异常值并经过同位素分馏校正后自生黄铁矿Os初始值数据的标准偏差，N′-剔除异常值后剩余数据个数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，沉积岩样品采集；
步骤二，制作岩石薄片；
步骤三，在所述岩石薄片上建立直角坐标系，在扫描电子显微镜的背散射图像下确定分析目标所处象限和直角坐标，对岩石薄片分析目标定位；
步骤四，根据所述直角坐标系、分析目标所处象限和分析目标的直角坐标在LA-MC-ICP-MS光学镜头下再次确定分析目标的位置，进行LA-MC-ICP-MS激光原位剥蚀自生黄铁矿Os同位素测试，测得M/Z185、M/Z187、M/Z188信号数据；
步骤五，对所述信号数据进行处理，得到沉积岩Os初始值。
2.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤一中，沉积岩样品采集的最大纵向间距为H，H＝α×K，其中，α-沉积岩样品沉积年代误差，Ma；K-沉积岩沉积速率，m/Ma。
3.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤二中，所述岩石薄片的厚度为100～300um，数量为5～10个。
4.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤三中，利用岩石薄片分析目标定位装置在岩石薄片上建立直角坐标系；
所述岩石薄片分析目标定位装置包括固定脚、定位脚以及设置在固定脚和定位脚顶端的把头，所述把头下端连接有四个所述定位脚，固定有一个所述固定脚；所述固定脚位于四个所述定位脚中间；所述定位脚两两相对设置，相对设置的两个定位脚与固定脚位于同一个平面，两组相对设置的定位脚形成的两个平面互相垂直，固定脚所在直线为两个垂直平面的交线；所述固定脚和定位脚的底端分别设置有标记工具，所述标记工具内充填液态环氧树脂；所述定位脚标记工具与薄片的四个接触点连接构成直角坐标系，所述固定脚标记工具与薄片的接触点为直角坐标系原点。
5.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述分析目标为有效直径为20～70um的自生黄铁矿。
6.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤四中，使用的激光剥蚀系统为飞秒激光，激光剥蚀过程采用氦气作载气，氩气作补偿气，氦气流出剥蚀池后，经T形接头与氩气混合，并在T形接头的一端加入少量氮气；所述混合气体进入电感耦合等离子体质谱仪前通过一个信号匀化装置，用以匀化激光剥蚀产生的样品信号；分析时激光剥蚀斑束的直径和频率分别设定为40～60um和6～10Hz。
7.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤四中，激光剥蚀时，选取的激光剥蚀斑束的直径与自生黄铁矿的有效直径相匹配，使激光剥蚀斑束全部落在自生黄铁矿表面。
8.根据权利要求3所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤四中，Os同位素数据测试包括依次进行的空白数据测试和样品信号采集数据测试，Os同位素数据测试的测试时间为100s，空白数据测试的测试时间为60s，样品信号采集数据测试的测试时间为40s；
空白数据测试测得的空白数据为Os同位素数据测试的测试时间为第40s至55s的信号数据的平均值；样品信号采集数据测试测得的样品数据为Os同位素数据测试第65s至85s期间的信号数据的平均值。
9.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤四中，将分析目标分为多组进行测试，每组测试4～6个分析目标；在每组测试中的第一个分析目标测试之前和最后一个分析目标测试之后，分别进行一次标样测试。
10.根据权利要求1所述的沉积岩Os初始值的分析方法，其特征在于，所述步骤五中，对所述信号数据进行异常值剔除和同位素分馏校正处理，计算已剔除异常值和同位素分馏校正后的自生黄铁矿Os初始值数据均值，得到沉积岩Os初始值
沉积岩Os初始值的最终结果表达式为：
其中，Osi-最终沉积岩Os初始值，-剔除异常值并经过同位素分馏校正后Os初始值数据的平均值，x-不确定度。
所述不确定度x的计算公式为：
其中，σi-剔除异常值并经过同位素分馏校正后Os初始值数据的标准偏差，N′-剔除异常值后剩余数据个数。
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