^(40)Ar/^(39)Ar同位素定年技术的发展及其在青藏高原生长演化研究中的应用

^(40)Ar/^(39)Ar同位素定年技术是一种在K/Ar同位素定年法基础上发展出来的另一种同位素定年方法,利用在核反应堆中对含钾样品进行快中子照射,达到使^(39)K衰变成^(39)Ar,测定^(40)Ar/^(39)Ar比值来计算样品的年龄。随着现代稀有气体同位素分析新技术研究的迅速发展,含钾样品的^(40)Ar/^(39)Ar同位素定年技术依靠其高准确性和高精度,已经发展成为当今最先进可靠和最具主要价值的岩石矿物同位素定年技术手段之一,从而被人们广泛地应用于各种重要的地质事件的精确定年,并为地质年代表提供“金钉子”般的年龄制约。首先总结了^(40)Ar/^(39)Ar同位素定年技术的发展历史、原理、样品处理分析等,然后重点阐述了应用^(40)Ar/^(39)Ar法这一同位素定年技术在青藏高原生长演化研究中如何解决关键性的科学问题,最后对同位素定年技术的发展作出了展望。

评介Smith等的热河群^(40)Ar-^(39)Ar同位素测年结果

对Ｓｍｉｔｈ等１９９５年热河群４０Ａｒ－３９Ａｒ同位素测年工作的背景以及各样品的采样地点、层位与测年目的等作了补充介绍．由于Ｓｍｉｔｈ等的论文中将３组后期火山岩的测年结果分别误解为义县组下部与上部地层的同位素年龄，因而整体上混淆了义县组不同层位的测年结果．Ｓｍｉｔｈ等１９９５年发表的６组样品的测年数据实际上至少代表了４个与热河群义县组相关层位的４０Ａｒ－３９Ａｒ同位素年龄：１２２．９±０．３Ｍａ（凌源大新房子沉积层下伏火山岩）、１２２．１±０．２～１２２．５±０．３Ｍａ（凌源二十里堡沉积层）、１２１．５±０．９～１２１．６±０．５Ｍａ（义县金刚山沉积层上覆火山角砾岩）、１２０．８±０．４～１２１．４±０．７Ｍａ（后期火山岩）。

^(40)Ar-^(39)Ar同位素测年方法及其应用

40Ar-39Ar测年法的出现,为同位素地质年代学开辟了一个新的领域;但过剩氩的存在、年龄谱的分析方法,又制约着地质事件的年龄解释。在介绍该方法的原理、校正、年龄谱的分析和应用及过剩氩问题等方面内容的基础上,结合阿尔金断裂研究实例,对该断裂中的新生矿物进行了40Ar-39Ar测年,进而确定了阿尔金断裂走滑活动的年龄。

甘肃花牛山东钾长花岗岩^(40)Ar/^(39)Ar同位素年龄及其地质意义

对甘肃花牛山东复式花岗岩体中钾长花岗岩的钾长石进行了详细的4 0 Ar 39Ar同位素年龄测定 ,1 1个加热阶段所获数据构成一条相关关系非常好的直线 ,其对应的等时线年龄为 1 94 2 5± 1 96Ma( 2σ)。4 0 Ar 36 Ar初始值为 2 88 87± 2 1 7( 2σ) ,接近于尼尔值 ( 2 95 5 )。鉴于该岩体形成之后未受到明显的构造—岩浆活动或其它热事件的影响 ,因此 ,1 94Ma代表了钾长花岗岩钾长石的形成时代。花牛山东钾长花岗岩是燕山早期构造—岩浆活动的产物。由此推断 ,花牛山地区构造—岩浆活动时间不是印支期 ,更不是海西期 。

鄂东南地区大型矽卡岩型铁矿床金云母^(40)Ar-^(39)Ar同位素年龄及其构造背景初探

鄂东南地区铜铁多金属矿床是长江中下游地区金属成矿带的重要组成部分,但其精确的成矿时代和构造背景的研究显得较少。本文选择与磁铁矿密切共生的金云母为研究对象,利用^(40)Ar-^(39)Ar 阶段加热同位素定年方法对该地区典型大型程潮和金山店矽卡岩铁矿床中金云母进行了成矿时代的研究,获得了金云母的^(40)Ar-^(39)Ar 同位素坪年龄分别为132.6±1.4Ma和131.6±1.2Ma,对应等时线年龄为136±4Ma 和132.0±2.8Ma。结合矿物共生组合特征和流体包裹体温度的分析,认为金云母的^(40)Ar～^(39)Ar 坪年龄分别代表程潮和金山店矽卡型铁矿床的成矿时代,结果与大冶矽卡岩型铁矿床和鄂东南地区斑岩—矽卡岩型铜多金属矿床的成矿时代可以对比。在整合已有的岩石学、地球化学和地球物理学资料基础上,笔者认为鄂东南大型矽卡岩型铁矿床形成于区域岩石圈伸展和减薄构造环境。

湘东锡田垄上锡多金属矿床^(40)Ar/^(39)Ar同位素定年研究

垄上锡多金属矿床是湘东锡田锡矿田中的一个大型矿床,矿体赋存在锡田复式花岗岩体与泥盆系中统棋梓桥组的接触带中。笔者以白云母为测试对象,利用40Ar/39Ar同位素定年方法,精确厘定了该矿床的形成时间。结果表明:垄上矿床2个白云母样品的40Ar/39Ar坪年龄分别为(155.6±1.3)Ma、(157.2±1.4)Ma,等时线年龄分别为(155.4±1.7)Ma(MSWD=0.74)、(156.5±1.7)Ma(MSWD=1.4),与该矿田中的荷树下锡多金属矿床的成矿年龄(150Ma)在误差范围内一致,也与锡田复式岩体早期花岗岩侵入时间(151～165Ma)吻合。因此得出以下认识:湘东锡田地区主要锡多金属矿床的成矿年龄为150～160Ma;成矿作用与区内的锡田复式花岗岩体关系密切,它们都是华南燕山早期大规模成岩成矿作用高峰期的产物。

甘肃拾金坡金矿床成因:来自^(40)Ar/^(39)Ar定年、成矿流体及H-O-S同位素证据

甘肃拾金坡金矿床是北山造山带南部的一处重要中型金矿床。矿体以石英脉和蚀变岩形式产出,受东西向断裂控制,赋矿围岩为早泥盆世拾金坡二长花岗岩。矿石中主要金属硫化物为黄铁矿及少量方铅矿、闪锌矿和磁黄铁矿。石英脉两侧花岗岩发生强烈的硅化、黄铁绢英岩化和绿泥石化。热液蚀变绢云母40 Ar/39 Ar坪年龄为(364.6±3)Ma,表明成矿作用发生在晚泥盆世。矿石石英中流体包裹体可分为早晚两期:早期流体包裹体群包含不同气液比水溶液包裹体和含CO2包裹体,指示成矿过程存在流体沸腾作用,其均一温度集中在280～325℃,盐度(w(NaCl))为7.86%～9.21%;晚期流体包裹体群只发育水溶液包裹体,均一温度集中于160～230℃,盐度为9.47%～11.10%。成矿流体属中温低盐度、富CO2流体。流体从早阶段演化到晚阶段,温度降低约100℃,压力由约113 MPa骤减到约11 MPa。流体包裹体的δ18 OH2O值为1.39‰～3.39‰,δD值为-71‰～-99‰。氢氧投图中,石英脉和蚀变岩样品构成良好的线性关系,暗示初始成矿流体主要来自变质热液,晚期有强烈大气降水加入。矿石金属硫化物δ34S值变化范围为4.44‰～11.33‰,峰值为8‰～9‰,呈塔式分布。与区域S同位素资料对比分析表明,石英脉型矿石S主要来自前寒武系基底,蚀变岩型矿石S更多地继承了花岗岩围岩S。综合分析认为,拾金坡金矿床属于造山型金矿,形成于造山晚期挤压—伸展转换环境。

北山地区南金山金矿床的^(40)Ar-^(39)Ar同位素年代学及其流体包裹体特征

本文对甘肃北山地区肃北县南金山金矿床的成矿年代学和成矿流体进行了系统研究。40Ar-39Ar同位素测年结果表明,南金山金矿石中绢云母的40Ar/39Ar坪年龄为242.8±0.8Ma,相当于印支早期,略晚于南金山金矿床附近闪长岩中黑云母的40Ar/39Ar坪年龄(244.2±0.3Ma),这表明印支早期闪长岩对南金山金矿床的形成起着重要的控制作用。流体包裹体研究表明,成矿流体的形成温度主要为160～240℃,属于中低温范围;成矿流体的盐度变化于0.88%～11.81%(NaCleq),并主要集中在6%～7%(NaCleq)之间,属于中低盐度范围;估算的成矿压力集中在100～160MPa。成矿过程中可能存在高盐度流体与低盐度流体的混合。结合前人研究成果,南金山金矿床应该属于与侵入岩有关的中低温热液型金矿床。

黑龙江省鸡西盆地基性岩^(40)Ar/^(39)Ar同位素定年及其地质意义

黑龙江省鸡西盆地张新地区辉绿玢岩呈岩床状侵入晚中生代城子河组地层中;辉绿玢岩较纯净,无捕虏体,呈斑状结构,斑晶由普通辉石、斜长石组成,斑晶体积分数为35%~40%;基质由微晶斜长石、辉石、磁铁矿及玻璃质组成。辉绿玢岩40Ar/39Ar同位素定年结果表明,其等时线年龄与坪年龄在误差范围内较为接近,该辉绿玢岩的形成时代介于96~101 Ma,即形成于早白垩世晚期—晚白垩世早期的Albian-Cenomanian阶。结合区域上该期岩浆事件的特点,暗示早白垩世晚期—晚白垩世时期鸡西盆地处于古太平洋板块(Izanagi-Kula板块)向东亚大陆边缘斜向俯冲背景之下的弧后伸展环境。

西天山卡特巴阿苏金矿床成矿年代学及其地质意义-来自绢云母^(40)Ar-^(39)Ar同位素年龄证据

新疆卡特巴阿苏金矿床是近年来在西天山地区新发现的一个大型金矿床。该矿床大地构造位置处于塔里木板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块结合部位的那拉提构造-岩浆岩带,其金矿体主要赋存于蚀变二长花岗岩内。为了确定金矿化的形成时代,对该矿床主成矿阶段与金矿化密切相关的蚀变绢云母开展了40Ar-39Ar同位素定年测试。绢云母40Ar-39Ar坪年龄为(268.56±1.8)Ma,正等时线年龄为(268.38±2.2)Ma,反等时线年龄为(268.52±2.2 Ma),三者在误差范围内一致,测试结果可信,可代表卡特巴阿苏金矿化的形成年龄,这也是首次对该矿床成矿年龄的精确限定。对比中亚造山带典型金矿床,卡特巴阿苏金矿床是西天山二叠纪后碰撞构造环境下岩浆流体活动的产物,矿床成因属与中温岩浆热液有关的构造蚀变岩型矿床。

藏南邛多江地区二长花岗岩^(40)Ar-^(39)Ar同位素年龄及其地质意义

本文以藏南邛多江变质核杂岩中花岗岩类侵入岩体为研究对象,分别对仲格耐和倾日二长花岗岩环(株)中的新鲜黑云母样品进行了^(40)Ar/^(39)Ar 同位素年龄测定。仲格耐二长花岗岩环黑云母样品的坪年龄和等时年龄分别为(13.30±0.32)Ma 和(12.90±2.90)Ma,而倾日二长花岗岩株黑云母样品的坪年龄和等时年龄则为(12.35±0.14)Ma 和(12.37±0.26)Ma。与倾日岩株相比,仲格耐岩环黑云母样品的坪年龄值相对较高些,暗示了其相对较早的形成时间。考虑到倾日二长花岗岩株形成之后基本未遭受到明显构造-岩浆活动影响,因此,12Ma 也许代表了黑云母的结晶时间,属中喜马拉雅时期构造-岩浆活动的产物。确切地讲,邛多江变质核杂岩及有关花岗岩类侵入岩的形成时间不是老第三纪的渐新世,而是新第三纪的中新世。本区花岗岩类侵入岩形成时代的确定,对于探讨本区中酸性岩浆岩的形成过程和揭示藏南拆离构造体系的动力学机制均具有重要意义。

东准噶尔扎河坝超高压变质成因石英菱镁岩的^(40)Ar/^(39)Ar同位素年代学信息及地质意义

在扎河坝-阿尔曼泰蛇绿岩岩块内分布着高压-超高压成因的二辉橄榄岩、石榴辉石岩、石英菱镁岩及榴闪岩。石英菱镁岩内多硅白云母的 Si(pfu)值均大于3.35,最高可达3.77,是典型高压-超高压成因的矿物。石英菱镁岩及其围岩蛇纹石化二辉橄榄岩的 K_2O 含量极低,且多硅白云母的 Na/(Na+K)比值小于0.04,这些地球化学特征显示,扎河坝多硅白云母不应含有过剩 Ar,是一个理想的^(40)Ar/^(39)Ar 定年对象。精确的^(40)Ar/^(39)Ar 年代学研究结果表明,扎河坝石英菱镁岩中多硅白云母的^(40)Ar/^(39)Ar 同位素年龄为281.6±2.5Ma。而矿物化学特征表明,扎河坝石英菱镁岩中的多硅白云母曾经历了退变质作用的改造,因此,它代表的应该是超高压变质石英菱镁岩的折返年龄。多硅白云母的^(40)Ar/^(39)Ar 年代学研究结果表明,扎河坝-阿尔曼泰蛇绿混杂岩内超高压石英菱镁岩的折返事件应发生在早二叠世。

中亚蒙古造山带东段造山事件的^(40)Ar-^(39)Ar同位素年代学证据

位于中亚蒙古造山带东段的吉林省中南部呼兰群变质岩中,发现含多硅白云母的蓝晶石片岩带。采用(40)~Ar-(39)~Ar连续阶段升温的方法,对呼兰群下部层位的黑云母片麻岩和上部蓝晶石片岩中的云母类变质矿物进行测定,分别获得(223.57±0.80)Ma、(224.41±4)Ma的坪谱年龄和(221.90±2.79)Ma、(223.27±4.53)Ma的等时线年龄。相同的方法得到侵位于呼兰群地层中、化学成分类似于岛弧拉斑玄武岩的角闪橄榄岩(302.00±6.30)Ma和(246.00±5.70)Ma不一致坪谱年龄,从而确定了该地区古亚洲—蒙古洋缝合及中生代碰撞造山的时限范围在302～225Ma,且造山作用可能经历了由碰撞造山到陆-陆叠覆造山的连续过程。

内蒙古柳坝沟金矿床^(40)Ar-^(39)Ar年代学及铅同位素

内蒙古柳坝沟金矿床是华北地台北缘成矿带上,以广泛发育钾长石化为特色的大型金矿床。金矿体中钾长石的40 Ar-39 Ar同位素和矿石的铅同位素特征表明:40 Ar-39 Ar年龄密度图中260～360Ma峰值区反映了岩浆活动的主要时限,与区内岩体侵位年龄(220～350Ma)相符。40 Ar-39 Ar坪年龄为(217.9±3.1)Ma,结合邻区已有的同位素年代学研究成果,柳坝沟金矿床的成矿时代为印支早期。矿石中异常铅直线与第二阶段铅同位素演化曲线的上交点年龄为224Ma,印证了40 Ar-39 Ar法的定年结果,反映了柳坝沟金矿床的形成与印支早期岩浆热液活动最为密切。结合区域构造演化来看,海西—印支期多次岩浆侵位有利于断裂附近碱交代作用的发生和金的活化富集,印支期最新的岩浆活动(约220Ma)直接导致岩浆热液成矿。矿石铅同位素所计算的源区年龄约2.5Ga,暗示成矿物质主要来自于上太古界乌拉山群变质岩。

个旧卡房层状铜矿床金云母和云英岩化白云母^(40)Ar-^(39)Ar同位素年龄及意义

在个旧锡铜多金属矿集区发育有矽卡岩型和热液脉型等锡铜矿化体,其形成时代是晚白垩世,属与花岗岩有关的岩浆热液成因矿床。赋存于三叠纪蚀变玄武岩层中,呈(似)层状的铜矿体的精确年龄尚未有报道,成因仍备受争议。文章选择赋存于卡房矿田蚀变玄武岩层中,呈(似)层状分布的铜矿体中的金云母,及新山岩体接触带云英岩中的白云母为研究对象,利用40Ar-39Ar阶段加热同位素定年方法对它们进行了年代学研究,获得了金云母和白云母的40Ar-39Ar同位素坪年龄分别为(79.55±0.47)Ma和(79.53±0.57)Ma,对应等时线年龄分别为(79.8±1.3)Ma和(79.7±1.0)Ma,反等时线年龄分别为(79.7±2.0)Ma和(79.61±0.75)Ma,两者年龄基本一致。结合矿物共生组合特征和流体包裹体测温资料,认为金云母的坪年龄(79.55±0.47)Ma,可以代表卡房蚀变玄武岩中(似)层状铜矿的形成时代,而白云母的坪年龄(79.53±0.57)Ma,则代表新山岩体形成后期岩浆热液活动的年龄。这2个年龄与个旧锡铜多金属矿床的成矿时代基本一致,应是同一构造-岩浆-流体活动形成的成矿系列产物。

云南个旧卡房蚀变玄武岩金云母^(40)Ar-^(39)Ar同位素年龄研究及意义

云南个旧锡铜多金属矿床是世界级超大型矿床,个旧矿集区内与蚀变玄武岩有关的(似)层状铜矿床是其重要的矿床类型。该类型矿床的围岩玄武岩均发生蚀变,且蚀变强度与矿化关系密切。本文对个旧卡房矿化玄武岩中的金云母进行40Ar-39Ar同位素定年分析,得到其坪年龄为(85.49±0.63)Ma,等时线年龄为(85.62±0.42)Ma,反等时线年龄为(85.59±0.81)Ma,三者基本一致,代表了变玄武岩的蚀变年龄及同期矿化年龄,属于晚白垩世,可与个旧锡铜多金属矿床的成矿时代进行对比。

湖北大冶与矽卡岩型铁矿床有关的铁山岩体中黑云母、角闪石^40Ar-^39Ar同位素年龄及其地质意义

长江中下游是中国东部中生代大规模成矿的重要地区之一,是中国东部一个重要的Cu-Fe-Au-Mo多金属成矿区带。鄂东南地区铜铁多金属矿床是长江中下游地区金属成矿带的重要组成部分,但关于岩体年龄及岩体热年代学的研究比较少,本文以湖北大冶与矽卡岩型铁矿床有关的铁山岩体中的黑云母与角闪石为研究对象,利用40Ar-39Ar阶段加热同位素定年方法对该岩体进行了成岩时代的研究,获得了黑云母、角闪石的40Ar-39Ar坪年龄分别为(133.0±1.0)Ma、(137.0±2.0)Ma,等时线年龄分别为(133.4±1.5)Ma、(137.3±1.6)Ma,结合前人的资料,认为黑云母、角闪石的40Ar-39Ar坪年龄代表了铁山岩体的成岩时代,结果与鄂东南地区和长江中下游地区成矿岩体年龄一致。与铜陵地区主要成矿岩体年龄对比,利用岩体冷速率与成矿关系以及小岩体成大矿的原理,铁山岩体冷速率偏高,成矿规模一般与冷速率呈反相关,但可能由于其有着特殊的生长结构,浅部小侵入体可以得到一定深度岩浆房的成矿流体和热能补充,以致会出现"小岩体成大矿"的现象。同时,在结合已有的岩石学、地球化学以及矿床同位素年龄资料基础上,可以推断出鄂东南地区早白垩世矽卡岩铁矿床形成于岩石圈伸展-减薄环境。

小秦岭东闯金矿成矿作用的^(40)Ar-^(39)Ar同位素年代学研究

小秦岭地区东闯金矿是我国的超大型金矿床之一,被认为是典型的造山带型金矿床,但其成矿时间存有争议。矿床地质特征研究表明,成矿作用可分为粗粒黄铁矿- 石英、细粒黄铁矿- 石英、多金属硫化物、碳酸盐- 石英4个阶段。笔者分别于两个实验室测定了第Ⅰ、Ⅲ和Ⅱ阶段的氩氩年龄,测定结果表明,Ⅰ阶段石英氩氩坪年龄为142.

北山地区花岗岩类的^(40)Ar/^(39)Ar同位素年代学研究

首次对北山地区的乌珠尔嘎顺、额勒根、雀儿山、黑鹰山、狼娃山、明水和石板井等花岗岩体开展了高精度^(40)Ar/^(39)Ar同位素年代测定,共分析了10件样品,其中有6件获得了比较可靠的^(40)Ar/^(39)Ar 同位素年龄数据,基本能够代表岩体的侵位年龄,分别为352.3±3.8Ma、271.76±0.88Ma、286.2±3.4Ma、272.0±4.7Ma、294.1±2.9Ma 和255.2±4.1Ma;其他4件样品尽管受后期热扰动较为强烈,但是也能够获得一些有价值的年龄信息。另外,受后期构造-热事件的影响,本文有6件样品发生了不同程度的 Ar 丢失,其中样品 NSS01-13钾长石 Ar 丢失最为严重,不能获得可靠的年龄,其他样品发生 Ar 丢失的时间主要集中在燕山期,少量在印支期。获得的这些^(40)Ar/^(39)Ar 测年数据与已经发表的其他^(40)Ar/^(39)Ar 测年数据记录下了北山地区多期次的构造-岩浆侵入活动事件。根据这些年龄数据,可以将北山地区自海西中期以来的岩浆活动归纳为5个阶段,分别是:①330～360Ma,海西中期花岗岩类侵入活动;②270～310Ma,与西伯利亚、哈萨克斯坦和塔里木三大板块碰撞的时间同期或稍晚的花岗岩类侵入活动;③250～270Ma,明显晚于主碰撞发生的时间,为海西晚期碰撞后花岗岩类侵入活动;④210～250Ma,印支期构造-岩浆活动;⑤169～195Ma,燕山早期岩浆活动。其中270～310Ma 同碰撞期花岗岩类最为发育,分布范围最广。尽管北山地区从前寒武纪到燕山期花岗岩类均有产出,但是规模最大、影响范围最广的岩浆侵入活动发生在海西晚期,反映了海西晚期西伯利亚、哈萨克斯坦和塔里木三大板块碰撞对接的构造事件。印支期和燕山期花岗岩类可能是在统一大陆形成之后由陆内强烈活化形成的。北山地区花岗岩类的高精度年代学测量可以构筑本区花岗岩类时空演化的精细格架,对于重塑本区大地构造演化历史、指导区域金属矿床的寻找具有重要的意义。

甘肃北山红尖兵山钨矿床的^(40)Ar-^(39)Ar同位素年代学研究

文章对红尖兵山钨矿云英岩中的白云母进行了40Ar-39Ar同位素年代学研究,获得的坪年龄为(216.6±1.6)Ma(2σ),等时线年龄为(215.2±2.8)Ma,MSWD=0.47,40Ar/36Ar初始比值为333±47。等时线年龄与坪年龄在误差范围内完全一致,可认为该结果近似代表了黑钨矿的形成时代,即红尖兵山的黑钨矿形成于印支期。