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Lu―Hf同位素示踪体系的理论、原理、方法及手段
[摘 要]元素周期表中，Lu作为最重的稀土元素（REE）位于?|系尾端，其化合价为+3，离子半径为0.93A；Hf是周期表中WB族元素，化学性质类似于Ti、Zr等其他高场强元素（HFSE），化合价为+4，离子半径为0.71A。从地幔部分熔融过程中Lu和Hf所表现出的相容性来看，Lu为弱-中等不相容元素，而Hf为中等不相容元素。在自然界中，Lu有两个同位素175Lu和176Lu；Hf有六个同位素：174Hf、176Hf、177Hf、178Hf、179Hf、180Hf。在上述Hf同位素中，部分176Hf可由176Lu衰变而来，这样用稳定的177Hf同位素标准化可获得样品的176Lu/177Hf与176Hf/177Hf比值，从而使Lu-Hf体系成为与通常Rb-Sr和Sm-Nd体系相似的同位素定年工具。同时，其176Hf/177Hf比值通过时间校正后，可对岩石的成因提供重要信息。
[关键词]Hf同位素；不相容元素；Lu-Hf同位素体系 中图分类号：S747 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0361-01 0 前言
20世纪80年代以来，随着质谱技术的发展，地质样品中Lu-Hf同位素的研究越来越多，特别是多接收电感耦合等
离子体质谱（MC-ICP-MS）出现后，Lu-Hf同位素研究发展更加迅速。Lu-Hf法是七十年代开始探索的同位素测年方法之一。它基于母体元素Lu的放射性同位素176Lu经单一的β衰变，生成子体元素Hf的稳定性同位素176Hf的原理，用于测定含Lu样品的同位素地质年龄。此外，Hf的初始比值也是岩石成因的“示踪剂”（林源贤，1992）。锆石具有抗风化、富集Hf（类质同像替代Zr，含量0.5%～2%）和极低的Lu-Hf比值的特点，具有近似于地质体形成时刻初始Hf同位素组成，结合U-Pb地质年代学，它是一种获取准确Hf同位素初始比值、进而更好地理解大陆地壳增长和演化的理想矿物。
目前主要采用两种方法获得Lu-Hf同位素数据。一种是采用激光烧蚀技术测点高Lu-Hf含量地质样品（如锆石、斜锆石）中Lu-Hf同位素，由于该方法具有较高的空间分辨率（约32～64μm），可以原位获取锆石内部Hf同位素组成空间变化信息，而且对样品的制备要求大大降低，测试速度大大加快，特别是配合微区的锆石U-Pb年龄测定和微量元素分析，可以对锆石的成因演化提供重要的制约参数（徐平等，2004）；另一种是采用传统的化学处理方法，样品溶解后通过分离手段，得到浓缩的纯净Lu和Hf组分，用质谱进行测试。该方法对高、低含量的地质样品则显得非常有效，但仍然无法得到Hf同位素空间变化的信息。激光熔蚀多接收器
电感耦合等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）能够对锆石进行高空间分辨率的Hf同位素比值原位微区测定。该分析采用激光熔蚀取样技术，具有制样简单、可分辨不同生长区、分析快捷、分析精度高等特点，目前已经得到广泛的重视和应用。
1 锆石Hf同位素示踪的优越性
在上述Hf同位素示踪研究中，锆石是一个非常重要的矿物。由于该矿物具有较高Hf含量，但Lu的含量又极低，从而导致其176Lu/177Hf具有非常低的比值。因此，锆石在形成后基本没有明显的放射性成因Hf的积累，所测定的176Hf/177Hf比值基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成。如果某岩石中存在不同成因的锆石（如通过同化混染作用、岩浆混合作用或者机械的混合等），我们可以通过不同锆石的Hf同位素组成测定来研究岩石的具体成因过程及不同组份的性质；同样，对于重结晶的锆石，如果体系在锆石结晶前后未发生成分上的明显变化，其锆石的同位素组成符合单体系线性演化规律。
运用锆石Hf同位素示踪地质演化具有一系列的优越性。首先，锆石是一个在大多数岩石中都存在，且极抗风化的矿物，即使是最古老的地壳，在经历后期多次事件后仍有保存，从而为全面准确地认识特定地区地质事件序列提供了可能；其二，锆石具有很高的Hf同位素体系封闭温度，甚至即使
在麻粒岩相等高级变质条件下，锆石仍可保持原始的Hf同位素组成；第三，锆石具有较高的Hf含量和极低的Lu/Hf比值，因而由年代不确定性引起的176Hf/177Hf比值的误差较为有限；第四，和Nd同位素不同，一个岩石若由多种组份构成，则我们可以通过获得多组锆石来认识它的演化，而对于该岩石，我们获得的Nd同位素数据只有一个。再有，我们目前可以对锆石进行多方位的工作，U-Pb年龄、O同位素、Hf同位素、微量元素以及Ti温度计等，这些在详细锆石内部结构观察基础上获得的资料可以为锆石，进而为岩石的成因提供重要信息。
2 变质作用过程中的Hf同位素行为
对变质作用过程中Hf同位素行为的认识近年来获得了长足进展。如果岩石在形成后一直保持封闭体系或其Lu-Hf同位素体系未受到破坏，其Hf同位素体系基本不发生变化。但对于有新生变质矿物形成的大多数变质岩石而言，其Hf同位素体系会发生明显的改变。然而，由于变质作用的复杂性，我们目前对不同变质矿物的Lu-Hf同位素行为知之甚少。相对而言，石榴石和锆石分别含有高含量的Lu和Hf，它们是决定变质岩石Hf同位素行为的重要矿物。
在变质作用过程中，锆石主要有三种成因方式，即残留锆石、重结晶锆石和新增生的变晶锆石。对于重结晶锆石，它主要来自于原有锆石的重新结晶，而由于锆石大多具有极