川东北元坝地区中生代构造与动态热演化史——磷灰石、锆石(U-Th)/He定年分析

通过对川东北元坝地区须家河组(T3x)—嘉定组(K1j)钻井岩屑样品镜质体反射率和锆石、磷灰石(U-Th)/He定年分析,建立了该区He年龄—深度/温度动态演化模式,推断出元坝地区磷灰石He封闭温度为95℃左右。元坝地区T3x-K1j中生代地层基本都经历了磷灰石He封闭温度(95℃);所有样品未经历锆石He封闭温度,T3x2-J1z地层部分样品可能经历了约170℃的最高古地温。元坝地区中生代地层在古近纪—新近纪(0.2～36.4 Ma)发生重大冷却抬升剥蚀,剥蚀速率约为109.9 m/Ma,K1j及以上地层最大抬升剥蚀厚度约为4 000 m。系统揭示了该区动态热演化历史,中生代地层最高古地温接近于170～190℃,随后地层发生抬升,古地温下降;在36～176 Ma之间时,古地温在95～170℃之间;在0～36 Ma时,现今地温小于95℃。

国际标样Durango磷灰石(U-Th)/He年龄测定

人们认识到可以用放射性成因4He对矿物进行定年已经有一百年的历史,但是利用富含U、Th的矿物进行（U-Th）/He定年是近三十年来快速发展的一种低温（热）年代学方法。由于U-Th-He同位素体系的封闭温度低（磷灰石4He的封闭温度为-75℃）,该方法极大的拓展了中低温热年代学研究（如40Ar/39Ar,裂变径迹等）的温度范围下限,已经被广泛应用于浅表地质过程的研究中。Durango磷灰石是国际上广泛使用的磷灰石（U-Th）/He定年的标准样品,准确测定其年龄可以对实验方法及流程的可靠性进行验证。中国科学院地质与地球物理研究所（U-Th）/He定年实验室建立于2013年,经过一年多的实验与摸索,我们建立了完整、可行的化学分析流程和仪器测试流程,并采用Durango国际标样进行了流程验证。重复测定了4批共40个Durango磷灰石颗粒,40个年龄结果分布在28.95-34.11Ma之间,全部年龄的概率分布峰值为31.61±2.7Ma,与国际标定值在误差范围内一致;Th/U比范围为16.43-23.72,与国际报道值一致,表明我们所建立的实验流程准确可行,实验室已经可以稳定运行。

磷灰石单颗粒(U-Th)/He测年实验流程的建立及验证

(U-Th)/He同位素定年是近几十年快速发展起来的1种能够对岩石低温冷却历史进行有效研究的新型放射性同位素定年方法。由于磷灰石的He封闭温度较低,所以它能反映低温阶段(40~80℃)的热历史信息,在低温热年代学领域具有很好的应用前景。但是,由于磷灰石(UTh)/He测年的影响因素多且测试流程复杂,目前国内对于(U-Th)/He同位素定年方法和流程的研究还处于起步阶段。依托中国地震局地质研究所新建立的(U-Th)/He同位素年代学实验室,利用配备的Alphachron He同位素质谱仪对4批共75个国际标样Durango磷灰石单颗粒进行激光熔融和4He的含量测量,随后应用自动进样安捷伦7900 ICP-MS和同位素稀释剂法测定母体同位素U、Th的含量,最后计算得到Durango磷灰石的Th/U同位素比值在17.23~23.60之间,全部年龄分布在28.61~34.51Ma,平均年龄为(31.71±1.55)Ma(1σ),与国际标定年龄在误差范围内一致。

综合定年标准样品研制——以青藏高原伦坡拉盆地丁青湖组凝灰岩为例

现今已有的(U-Th)/He、裂变径迹标准样品数量较少,仅有墨西哥的Durango磷灰石、美国的FCT锆石和缅甸的MK-1磷灰石,且多数是针对单定年方法的标样。为了研究青藏高原伦坡拉(LPL)盆地丁青湖组的凝灰岩能否成为多定年方法的标样,我们在凝灰岩中挑选合适的磷灰石和锆石颗粒进行多重年代学定年分析,获得了多个定年结果,并对其进行相互验证。其中,LPL磷灰石(U-Th)/He年龄为24.4±0.3Ma(1s),加权平均方差(MSWD)为4.25;LPL的锆石(U-Th)/He年龄为19.2±0.5Ma(1s),其MSWD为2.5;LPL磷灰石裂变径迹年龄为22.8±0.8Ma, LPL磷灰石U-Pb年龄为16.3±13.9Ma, MSWD为0.29。将LPL磷灰石与Durango磷灰石、MK-1磷灰石对比后认为LPL磷灰石有两种来源,所以不适合作为(U-Th)/He年龄标样。将LPL锆石与FCT锆石、蓬莱锆石做比较后,可以看出LPL锆石年龄结果较好,精确度和准确度较高且年龄分散性较弱,是一个潜在的(U-Th)/He年龄标样。

锆石(U-Th)/He定年技术研究

锆石(U-Th)/He定年是同位素热年代学体系中重要的定年手段,是记录地质体完整热历史重要的实验方法之一,在火山岩定年、造山带演化、地貌演化、沉积盆地热演化及限定矿床热液活动时代等应用方面发挥着重要的作用。中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室成功建立了锆石(U-Th)/He定年的实验方法,实验主要包括三个独立的过程:样品前处理、He含量分析和U、Th含量分析。氦同位素质谱仪对锆石样品的氦同位素比值分析精度约为0.1%左右;ICP-MS对锆石的U、Th同位素比值分析精度通常情况下优于1%。对国际上普遍使用的FCT锆石和斯里兰卡锆石标样进行(U-Th)/He年龄测定。测试结果显示27粒FCT锆石(U-Th)/He年龄分布在25.81~30.72Ma之间,加权平均年龄为28.18±0.51Ma(1σ)(参考值为28.3±2.6Ma);20粒斯里兰卡锆石碎片(U-Th)/He年龄分布在445.5~489.5Ma之间,排除异常值后加权平均值为479.0±8.0Ma(1σ)(参考值为470±11Ma)。所测两个标准物质的年龄均与参考值一致,表明本实验室的实验流程准确可靠。本实验方法的建立填补了我国锆石(U-Th)/He定年实验方法的空白,为我国热年代学的发展提供了新的技术支撑。

磷灰石裂变径迹及(U-Th)/He分析技术在石油勘探中的应用

磷灰石裂变径迹及(U-Th)/He定年体系是近年来用于基础地质研究的一项新技术.该定年体系能有效恢复沉积盆地热历史,计算地层剥蚀量,推测盆地内热液活动的时间、温度以及时间与温度间的关系等信息,为油气勘探工作提供重要的科学依据.

国际标样Fish Canyon Tuff锆石的(U-Th)/He年龄测定

锆石是(U-Th)/He测年体系中最常用的富含U、Th的副矿物之一。相对于磷灰石而言,锆石的He封闭温度较高(约190℃),在解决沉积盆地物源和热史恢复方面更具优势。但锆石晶体内的U、Th分带普遍发育,浓度差异明显,即使是国际普遍使用的(U-Th)/He测年标样FCT(Fish Canyon Tuff)的年龄值分散度也可约达10%。文中依托中国地震局地质研究所新建立的(U-Th)/He年代学实验室,利用配备的Alphachron He同位素质谱仪对一批FCT锆石单颗粒采用激光加热萃取后进行4He含量测定,并应用自动进样的安捷伦7900 ICP-MS和同位素稀释剂法测定母体同位素U、Th的含量,得到FCT锆石的年龄范围为26. 61~31. 91Ma,加权平均年龄为(28. 8±3. 1) Ma(2SD,n=10),该年龄值与国际上多个实验室所获得的平均年龄((28. 3±3. 1) Ma,2σ,n=127;(28. 29±2. 6)Ma,2σ外部误差,9. 3%,n=114)在误差范围内一致;Th/U比值范围是0. 52~0. 67,与国际报道值一致,说明本实验室所建立的锆石单颗粒(U-Th)/He测年实验流程可靠。

赣西浒坑钨矿床成矿岩体的磷灰石和锆石微量元素特征及其对成岩成矿的指示

赣西地区浒坑钨矿是我国华南钨、锡、铜多金属成矿区与中生代岩浆活动密切相关的典型矿床之一。对浒坑钨矿床中与成矿有关的白云母花岗岩开展了锆石U-Pb定年、磷灰石和锆石原位微量元素研究,结果表明:赋矿白云母花岗岩的成岩时代为(152.3±1.73)Ma;磷灰石具有特殊的“M”型REE球粒陨石标准化配分模式,富F和Mn,贫Cl和Mg;锆石具有高Th/U比值,REE球粒陨石标准化配分模式亏损LREE、富集HREE。锆石微量元素(Ce、U和Ti)温度计和氧逸度计结果表明,锆石形成于岩浆早期高温(800℃)和低氧逸度条件下。研究认为,浒坑赋矿花岗岩在演化初期经历了强烈的矿物结晶分异,矿床的形成可能与还原性高分异岩浆演化相关。

磷灰石裂变径迹分析新进展

综述了近十几年来磷灰石裂变径迹(AFT)分析在基础理论上的进展:AFT退火动力学的影响因素;AFT多元退火模型的建立;LA-CP-S裂变径迹定年及AFT分析自动化.总结了一些尚存分歧的研究问题:围压对AFT退火过程的影响;AFT年龄与磷灰石(U-h)/He年龄的异常;特殊地质环境下AFT退火资料对退火模型的制约.最后展望了AFT分析的发展方向.

胶东辽上金矿荆山群U-Pb年代学特征及其记录的多期地质事件

辽上金矿是近年来在胶东新发现的一类金矿,即黄铁矿碳酸盐脉型金矿。它明显区别于同地区焦家式破碎带蚀变岩型金矿和玲珑式石英脉型金矿,主要赋存于古元古代荆山群和晚侏罗世玲珑二长花岗岩接触带。矿区荆山群岩石的年代学研究,有助于理解辽上金矿成矿地质背景。在辽上金矿的钻孔岩心中采集5个荆山群样品,分别为黑云变粒岩、碎裂岩、透辉石变粒岩、浅粒岩和透辉石大理岩,这些岩石均遭遇了晚期成矿流体的交代作用,发生了不同程度的碳酸盐化和黄铁矿化。获取的锆石在阴极发光图像中多呈核-边结构,结合LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和原位微量元素特征显示,该地区荆山群变沉积岩系中碎屑锆石主要为岩浆锆石,年龄分布在2.6~2.0Ga之间,对应的年龄主峰为~2.11Ga,次峰为~2.46Ga,其中最年轻的碎屑锆石的207 Pb/206 Pb年龄为2024±33.6Ma,表明沉积物源主要来源于胶东地区出露的太古宙基底和古元古代中期岩浆岩,且沉积时间不早于2.02Ga。由于变质增生边较窄,获取的变质年龄相对较少,其中最古老的一组变质锆石年龄为~1.95Ga,结合碎屑锆石的年龄,推测该地区荆山群岩系的沉积时间介于2.02G~1.95Ga之间的某一时期。这些变质年龄主要分为两阶段,分别为~1.93Ga和~1.84Ga,与胶东地区古元古代经历的高压麻粒岩相峰期变质作用和峰期后近等压降温变质作用发生的时间一致。对碳酸盐透辉石变粒岩样品中磷灰石进行U-Pb定年,获取的变质年龄为252.5±2.4Ma,表明辽上地区荆山群岩系卷入到二叠纪末期华南板块和华北板块俯冲造山过程中。此外,在该样品的锆石中识别出一组热液锆石,年龄为132.4±3.2Ma,早于辽上金矿的主成矿年龄和胶东半岛其他金矿的成矿年龄,代表成矿前的热液活动,表明辽上金矿成矿作用至少持续了~20Myr。

赣南会昌辉石闪长岩中磷灰石和锆石的年代学、成因矿物学及铀成矿指示意义

华南中生代幔源岩浆的时空分布与铀成矿具有密切的联系.然而,解释幔源岩浆中锆石的成因和来源,厘清幔源岩浆的侵位年龄,一直是相关研究的重点和难点.以赣南会昌地区出露的一处幔源辉石闪长岩为研究对象,对其开展了锆石和磷灰石的矿相学、矿物地球化学和年代学系统研究.会昌辉石闪长岩的SiO_(2)在55.74%~57.71%之间,富集LREE和LILE,亏损HREE和HFSE.磷灰石属于氟磷灰石,显示了115.0±4.9 Ma的交点年龄和114.7±2.3 Ma的加权平均年龄,代表了会昌辉石闪长岩的侵位年龄;锆石的^(206)Pb/^(238)U年龄介于233~271 Ma,ε_(Hf)(t)在-3.0~-1.4之间,为来源于深部I型花岗岩的捕获锆石.结合前人在区域上的研究,华南板块在印支期主要处于挤压环境,形成了大量的S型和I型花岗岩;到了白垩纪,华南板块整体处于伸展环境,存在多期次的幔源岩浆活动.而在这种伸展环境中,天水和幔源流体带来了充足的O_(2)和CO_(2)等矿化剂,这为浸取矿源层中的U元素,进而形成铀矿提供了重要的条件.

稀有气体氦、氩同位素定年

稀有气体氦、氩同位素定年都基于放射性累积衰变定律,即母体同位素随时间进行衰变以及子体同位素随时间不断积累以获得表面年龄,获得的表面年龄根据不同的地质事实解释为相应的形成年龄、喷发年龄或者是冷却年龄。如子体同位素^4He由母体同位素U、Th经过一系列放射性衰变累积计时构成(U-Th)/He定年。又如子体同位素^40Ar则由母体^40K衰变而来构成K-Ar定年;稀有气体^40Ar/^39Ar定年则是利用自然界中^39K/^40K比值的不变性,在K-Ar定年的基础上衍变而来。

东昆仑黑石山含硫化物暗色包体及宿主正长岩成因及地质意义:年代学、矿物学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素证据

黑石山铜铅锌矿床位于东昆仑造山带中段的五龙沟地区,矿区内的石英二长岩-正长岩发育有暗色微粒包体,本研究在包体中发现了硫化物。锆石U-Pb定年显示,正长岩形成于239.4±1.0Ma,具有富Si和K,贫Mg、Cr、Ni,明显的Eu负异常,富集大离子亲石元素、亏损高场强元素,较为富集的Sr-Nd-Hf同位素特征。暗色微粒包体由斜长石和角闪石组成,可见角闪石堆晶,贫硅、富钙、铝、碱和铁,Mg#值为38.37,具有明显的Eu负异常,轻重稀土分馏弱。结合宿主正长岩和暗色包体的矿物成分相似性和岩相学特征,本文认为暗色微粒包体与正长岩来自同一个岩浆房,属于同源岩浆包体,是岩浆房早期分离结晶相,被中酸性岩脉携带上升至正长岩熔体中,一起侵位至浅部地壳。综合岩石地球化学、同位素和矿物成分,本文认为正长岩是下地壳含水镁铁质岩石在压力较低条件下部分熔融的产物。暗色微粒包体中发育硫化物,且包体岩浆的硫含量远高于正长岩岩浆,指示岩浆房的早期分离结晶相带走了硫,使残余熔体贫硫。

青海共和盆地东北缘中-新生代热演化史:来自沟后杂岩体及当家寺岩体的低温热年代学证据

青藏高原东北部中-新生代隆升初始的时间、位置多有争议。共和盆地处于秦岭、祁连、昆仑造山带的结合部,是研究盆-山耦合、构造热演化的理想位置。新近在盆地东北部发现了异常高温的干热岩体,其热源机制和经历的热历史过程是进一步地热藏开发的关键。本文对盆地东北缘青海南山和沟后杂岩体以及盆地内瓦里贡-过马营隆起的当家寺岩体进行了系统的低温热年代学分析,以追溯该区经历的热历史。磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He模拟结果显示,当家寺岩体和沟后杂岩体自三叠纪结晶以来,在侏罗纪-白垩纪,经历200~150Ma和135~100Ma两期快速冷却抬升,可能与羌塘地体和拉萨地体依次向北碰撞拼接在青藏高原东北部的远程效应有关。裂变径迹和(U-Th)/He模拟结果显示,沟后杂岩体记录到晚中新世(15~5Ma)的快速冷却事件,而盆地东部当家寺岩体的样品未记录到该期的快速冷却事件,可能是北倾的青海南山南缘逆冲断裂晚新生代再活动使得沟后杂岩体在新近纪晚期快速隆升造成,而当家寺岩体主要受右行走滑-逆冲的瓦里贡断裂的控制,并未发生该时期的快速冷却抬升事件。因此,青藏高原东北部差异隆升、热历史过程不仅受区域构造作用的控制,也明显受不同时期的活动断裂及古地貌的影响。共和盆地东北缘露头岩体热历史过程未见到明显的中新世以来的增热现象,与共和盆地内干热岩存在的增热特征不同。

胶东祥山铁矿的成因探讨:来自铁矿石和宿主岩的岩石学、矿物化学和年代学证据

祥山富磷灰石铁矿出露在烟台莱山地区,位于胶-辽-吉造山带中的胶东半岛,也是我国重要的胶东金矿成矿区。矿体赋存在胶北地体的前寒武系荆山群中,原岩为侵入到表壳岩中的层状镁铁-超镁铁质岩体。铁矿石呈块状和致密浸染状,以透镜体和脉体形式产出在岩体中,且与岩体走向一致。矿体和宿主岩均经历了角闪岩相变质作用。宿主岩地球化学研究显示其形成于与岛弧相关的陆内造山环境。宿主岩和铁矿石的锆石U-Pb年龄分别为1889Ma和1832~1841Ma的变质年龄,分别代表了胶-辽-吉造山带碰撞、折返的年龄,也代表了铁矿石最早形成年龄的上限。铁矿石中磷灰石有两期,早期磷灰石(Ap-Ⅰ)与宿主岩的磷灰石都具有轻稀土富集的岩浆成因特征,而晚期磷灰石(Ap-Ⅱ)呈现中稀土凸起的变质成因特征。宿主辉石角闪岩、铁矿石早期磷灰石和晚期磷灰石的U-Pb年龄分别为131±17Ma、368±36Ma和285±22Ma。对应于磷灰石,铁矿石中的磁铁矿也有两期,V、Ti、Cr、Fe、Ni等亲铁元素同样表现出早期磁铁矿(Mag-A)与宿主岩的磁铁矿都具有岩浆成因特征,而晚期磁铁矿(Mag-B)呈变质成因。但铁矿石中的早期磁铁矿(Mag-A)与宿主岩的磁铁矿均受到了晚期热液作用的影响而发生了再平衡过程,可能是在早期磷灰石形成时(~368Ma)的重结晶过程中发生了微量元素的再平衡作用。磷灰石的~285Ma年龄代表了铁矿石的最后一期成矿时间,而宿主岩中磷灰石记录的~131Ma的年龄与胶东金成矿期年龄一致,是与研究区铁成矿无关的一次热液交代事件。鉴于铁矿石中磷灰石与磁铁矿的结构关系,本文认为祥山磁铁矿的成矿作用形成于中元古代胶辽吉造山带的折返过程,后期叠加了晚泥盆和早二叠世的热液富集成矿。磁铁矿的主微量元素研究表明,祥山铁矿的成因是岩浆-热液混合成因,具有Kiruna型铁矿特征。