文章来源：AS期刊
1992年，邓小平南巡时提到：“中东有石油，中国有稀土。”他只是简单指出，中国的稀土矿产是堪比中东石油的战略资源。什么是稀土？为什么重要？简单来说，稀土是元素周期表中IIIB族的一类特殊金属元素。它的英文名是稀土元素(REEs)，直译为“稀土元素”，简称稀土元素。稀土元素已广泛应用于农业、工业、军事等行业，如荧光、磁学、激光、光纤通讯、超导等材料领域。它们被称为“工业维生素”，是新材料制造的重要支撑，是关系国防尖端技术发展的关键资源。这些元素具有储量稀缺、不可再生、分离提纯加工困难等特点，自然可以被称为堪比石油的战略资源。
中国内蒙古包头白云鄂博矿区是世界上最大的稀土富集区，储量和产量占世界相当大的比重。1927年7月，地质学家丁道恒随科学考察团在西北考察途中，首次在白云鄂博发现主峰铁矿体。1933年，原中国科学院地质研究所研究员何对白云鄂博矿进行研究，发现了两种稀土元素矿物，分别命名为白云矿和鄂博矿，后被证实为氟碳铈矿和独居石。经过勘探，白云鄂博矿区稀土品位高达8%，全区稀土氧化物储量超过4000万吨，是举世闻名的稀土矿床资源(图1)。
图1正在开采的白云鄂博主矿和东矿(由铁矿开采)
原本稀有的元素怎么会一起富集到这么大的矿里？这个问题可以在稀土元素的含矿矿物中找到。白云鄂博总量中60%以上的稀土富集于氟碳铈矿，其结构式为(Ce，La) F，在地球化学研究中，一般从元素含量、同位素组成、年龄三个方面提取信息，而氟碳铈矿可从稀土元素配分关系、C-O-Sr-Nd同位素组成、U-Th-Pb定年等方面研究，是一种罕见的多元素地球化学信息载体矿物。大型矿床通常经历了多阶段的富集和矿化，因此时间对于追溯演化历史至关重要。2010年，俄罗斯科学家首次报道氟碳铈矿可以通过U-Pb系统测年。然而，对全球10多个重要稀土矿床中氟碳铈矿的统计表明，大多数氟碳铈矿贫U而富th，尤其是白云鄂博，几乎没有U，Th/U可达数万。对于这种矿物，Th-Pb系统远比U-Pb系统更实用。2，3。
U-Pb和Th-Pb系统看起来很相似。早在1973年就有了比较成熟的矿物U-Pb定年分析过程。但对Th-Pb体系的分析发现，Th比U更难电离，同一矿物测得的Th-Pb年龄往往与U-Pb体系不一致。通过溶解矿物提纯元素进行测试的大多数实验室放弃了Th-Pb系统测年测试4。随着以离子探针和激光烧蚀为代表的微区技术的发展，钍-铅系统的测试有了新的发展。但微量分析涉及到不同元素的电离效率不同，即测得的Pb/Th离子比与样品的实际Pb/Th比相差很大，这种现象称为元素间的仪器分馏。为了得到样品的真实比值，需要一个已知Pb/th，即已知年龄的样品作为标准，在仪器测试过程中标定Pb和Th之间的元素分馏系数，并将该系数应用于未知样品。这种标准样品需要有良好的微区均匀性和准确的年龄测定，在学术界长期使用需要一定的量。迄今为止，国际上还没有能满足要求的氟碳铈矿U-Pb和Th-Pb年龄标准样品，限制了氟碳铈矿年代学研究的应用。
对俄罗斯学者在中国科学院地质与地球物理研究所李秋立研究员、李献华研究员、杨岳衡正高级工程师和凌潇潇工程师依托所承担的国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项“岩石矿物微区实验测试关键技术联合研究”项目和中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目“中国主要稀土矿床成因与资源潜力研究”，联合了俄罗斯科学院Nikiforov A.V.教授、美国加州大学Davis分校尹庆柱教授和Huyskens M.H.博士，提供的产于图瓦共和国一种火成岩碳酸盐岩中的氟碳铈矿K-9进行了深入研究。根据以前的数据，已知样品具有相对高的U和Th。他们在中国科学院地质与地球物理研究所随机选取了100多个颗粒，用电子探针检测了主要元素。它含有20.970.66重量%的La2O3、334.670.38重量%的Ce2O3、2.840.14重量%的Pr2O3、10.590.40重量%的Nd2O3和7.230.06重量%的F7，这些主要元素的均匀性优于5%(相对标准偏差)。离子探针的长期均匀性测试表明，在20微米尺度上，U-Pb体系和Th-Pb的均匀性优于2% (1 RSD)。在此基础上，美国加州大学戴维斯分校采用了205Pb-229Th-233U-236U混合稀释剂、TIMS测试Pb同位素、MC-ICP-MS测试U和Th同位素等一系列流程。完成了6次U-Pb和Th-Pb年龄测定，结果在误差范围内完全一致，206Pb/238U平均年龄为116.80。
Ma和208Pb/232Th年龄116.59 ± 0.11 Ma作为该标准样品的年龄推荐值，两个体系在误差范围内一致，证明该样品自形成以来一直保持了U-Th-Pb体系的封闭（图2）。上述的研究成果近期以封面文章形式（图3）发表在国际老牌光谱期刊《Atomic Spectroscopy》上（https://doi.org/10.46770/AS.2020.06.001）。
图2 K-9氟碳铈矿U-Pb和Th-Pb体系谐和图
该研究报道了首个经过长期均一性检验且精确定值的氟碳铈矿U-Pb和Th-Pb年龄标准样品，为氟碳铈矿的微区年代学分析奠定了分析基础，进而将推动以白云鄂博为代表的稀土矿床年代学和成矿演化规律研究。
图3 国际首个氟碳铈矿U-Th-Pb年龄标准物质
<主要参考文献>
1. Sal’nikova, E.B.,Yakovleva,S.Z., Nikiforov, A.V., Kotov,A.B., Yarmolyuk, V.V.,Anisimova,I.V.,Sugorakova, A.M., Plotkina, Yu.V., Bastnaesite: a promising U-Pbgeochronological tool, Doklady Akademii Nauk, 2010, 430( 3): 386–388.
2. Yang Yue-Heng*,Wu Fu-Yuan, Li Qiu-Li, Rojas-Agramonte Y., Yang Jin-Hui, Li Yang, Ma Qian, XieLie-Wen, Huang Chao, Fan Hong-Rui, Zhao Zi-Fu, Xu Cheng, In Situ U-Th-Pb datingand Sr-Nd isotope analysis of bastnaesite by LA-(MC)-ICP-MS. Geostandards andGeoanalytical Research, 2019, 43(4), 534-565.
3. Ling Xiao-Xiao, LiQiu-Li*, Liu Yan, Yang Yue-Heng, Liu Yu, Tang Guo-Qiang, LiXian-Hua. 2016. In Situ SIMS Th-Pb dating of bastnaesite: constraint on themineralization time of the Himalayan Mianning-Dechang rare earth elementdeposits. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2016, 31, 1680.
4. 李秋立, U-Pb定年体系特点和分析方法解析. 矿物岩石地球化学通报, 2015, 34(3), 491-500.
<原文>
Li Qiu-Li*, Huyskens M.H., Yang Yue-Heng, Ling Xiao-Xiao, Yin Qing-Zhu, Nikifornov A.V., Li Xian-Hua. Bastnaesite K-9：A Homogenous Natural Reference Material for In-situ U-Pb and Th-Pb dating. Atomic Spectroscopy, 2020, 41(6), 218-222.
