伟晶岩中不同副矿物U-Pb同位素定年和示踪的问题与应用

定年和示踪一直是伟晶岩成岩成矿过程和稀有金属富集机制研究的关键问题。副矿物不仅是伟晶岩中稀有稀土元素的重要载体,还蕴含丰富的微量元素并常常具有较高的U-Th含量,是研究伟晶岩年代学、成岩成矿过程和物质源区的“理想探针”。伟晶岩中常用的适合于U-Pb同位素定年的副矿物有锆石、铌钽铁矿、独居石、锡石、榍石、褐帘石、磷钇矿和磷灰石等。由于封闭温度、矿物学特性和不同性质流体中元素行为的差异,伟晶岩中不同副矿物的U-Pb系统常表现出复杂的年龄谱系,可能记录了伟晶岩中潜在的后期地质过程,如:自交代、后期变质与流体改造等。因此,基于前期光学显微镜、扫描电镜、冷阴极发光、激光拉曼光谱分析等矿物微观结构研究,对不同期次或世代的副矿物进行原位微区U-Pb定年及主微量元素和同位素地球化学分析,对于全面认知多期地质事件和伟晶岩成岩成矿过程演化历史,进而更准确地构建其构造-岩浆-热液-成矿作用时空框架具有重要的科学意义。

金红石U-Pb同位素定年技术研究

本文系统阐述了金红石U-Pb同位素定年的同位素稀释热电离质谱法（ID-TIMS）和激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法（LA-MC-ICP-MS）两种方法,讨论了这两种方法的优点和局限性。利用LA-MCICP-MS验证了山西代县洪塘金红石矿区金红石的U-Pb同位素年龄的均一性;利用ID-TIMS对洪塘矿区金红石进行了U-Pb同位素精确定年,获得~207Pb/~206Pb表面年龄加权平均值：1806±2 Ma（MSWD=2.3,n=6）,不一致线的上交点年龄：1808±7Ma（MSWD=0.20,n=6）;并对金红石ID-TIMS U-Pb同位素测年和LA-MC-ICP-MS UPb同位素测年结果进行了对比研究。利用高精度的ID-TIMS U-Pb同位素测年和LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素测年方法均有望获得准确可靠的金红石形成年龄。

基性岩斜锆石U-Pb同位素定年3种方法之比较

根据新的研究成果,结合近年来文献报道的资料,对利用3种方法,即同位素稀释-热电离质谱(ID-TIMS)法、高灵敏度高分辨率离子探针质谱(SHRIMP)法、激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)法做基性岩斜锆石U-Pb同位素定年的优点和局限性进行比较,并讨论了针对具体样品选择定年方法的基本原则。新的研究成果表明,基性岩斜锆石U-Pb同位素年龄测定的3种方法各有不同的特点及局限性。在实际工作中,根据从具体样品中分选得到的斜锆石的数量、粒度大小、年龄范围、U-Pb含量、测年精度要求等因素,灵活地选择测年方法,对于获得比较理想的测年结果是非常重要的。

磷灰石微区原位LA-MC-ICP-MSU-Pb同位素定年

利用激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS),建立了磷灰石微区原位U-Pb同位素定年新方法,本文给出了这一新方法的分析流程,报道了利用这一新方法对5个磷灰石样品的分析结果,并应用同位素稀释-热电离质谱法(ID-TIMS)对一些样品定年结果进行了验证。磷灰石工作标样SDG的U-Pb同位素年龄:(1596±15)Ma(MSWD=1.5,n=7,LA-MC-ICP-MS),(1602±13)Ma(MSWD=0.578,n=5,ID-TIMS);某铁矿石中磷灰石的LA-MC-ICP-MSU-Pb同位素年龄:(125±14)Ma(MSWD=0.68,n=25),(124.2±3.5)Ma(MSWD=1.5,n=37);新疆阿尔金地区片麻岩中磷灰石的LA-MC-ICP-MSU-Pb同位素年龄:(250.8±3.9)Ma(MSWD=8.6,n=26),(245.4±2.9)Ma(MSWD=2.1,n=39)。

金红石U-Pb同位素定年标准物质

金红石微区原位U-Pb同位素定年研究是一个新的测年研究领域和趋势，无论是金红石SIMS还是LA-（MC）-ICPMSU-Pb同位素直接测年，方法简便快速，但对同类矿物标样的要求十分严格而苛刻。为解决标样缺乏的问题，亟需研制金红石微区原位U-Pb同位素定年的标准物质。

锡石激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法U-Pb同位素定年中普通铅扣除方法原理及适用性的比较

根据作者的研究成果，结合近年来文献报道的资料，对锡石微区原位激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICPMS）U-Pb同位素定年中初始普通铅扣除的主要方法，即谐和图法和等时线法的原理、效果、方法的优点和局限性、以及针对具体样品选择初始普通铅扣除方法的基本原则等问题进行讨论，并对类似的非锆石类含铀矿物微区原位LA-ICPMSU-Pb同位素年龄测定中的初始普通铅扣除方法的关键问题进行探讨。

LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年:对闽北地区稻香组形成时代的制约

闽北地区基岩的露头连续较差,但其独特的岩石组合及变质变形特征表明稻香组确实存在,在前人的研究工作中稻香组一直作为寒武纪浅变质岩系,曾测得其Sm-Nd模式年龄值为(500±35)Ma,但是由于测试方法的局限性,这一形成年龄的可靠性值得商榷。本次研究对稻香组气孔状玄武岩和硅质岩中的锆石进行激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LAICP-MS)U-Pb同位素年代学测试,为研究稻香组的层位归属提供了精确的地质年代学证据。结果表明,稻香组中气孔状玄武岩最新的一组年龄为(111.4±2.0)Ma,表明其形成于晚中生代早白垩世,这一年龄应代表稻香组形成年龄的下限,为稻香组形成的最早年龄提供了约束,这一结果也与硅质岩中最小一组年龄124 Ma相一致(硅质岩中最新的一组年龄代表了其形成年龄的下限)。气孔状玄武岩和硅质岩的年龄表明稻香组很可能包括了元古代-古生代-中生代的物质信息,需要进一步将其解体,至少应将形成于中生代的气孔状玄武岩和硅质岩单独划分出来。稻香组年龄的获得丰富了闽西北地区前寒武纪基底演化资料,为研究该区区域构造演化提供了新的年龄支持。

砂岩型铀矿微区原位U-Pb同位素定年技术方法研究

铀矿物定年一直是成矿年代学中的难点,随着微区原位U-Pb同位素定年技术的发展,可以直接针对矿石矿物(铀矿物)进行同位素定年;但是其中的砂岩型铀矿由于其存在状态复杂,在原位定年中剥蚀要求高,也缺乏合适的外部校正标准物质,所以定年准确度有待提高。本文研究了两种微区原位U-Pb同位素测年的方法,对砂岩型铀矿定年进行了尝试,试图解决铀矿测年中的无基体匹配问题并提高砂岩型铀矿定年水平。一是建立了一种激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱仪联合电子探针进行微区原位U-Pb同位素测年的技术(LA-MC-ICP-MS&EMPA)。通过优化实验方法,对秦岭陈家庄花岗岩型铀矿进行了测试,获得与同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)一致的年龄结果,证明了微区原位U-Pb同位素测年无基体匹配标准物质分析的可行性;并利用此法获得鄂尔多斯盆地红庆河和塔然高勒砂岩型铀矿的微区原位U-Pb同位素年龄信息。二是尝试了利用飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱法(fsLA-MC-ICP-MS)对红庆河和宁夏宁东砂岩型铀矿样品进行微区原位U-Pb同位素定年,并获得了微区原位U-Pb同位素年龄,表明飞秒激光剥蚀技术在砂岩型铀矿定年中有很好的应用前景。本文提出,比较单一且年龄偏老的单矿物样品可以选择LA-MC-ICP-MS&EMPA联合法进行分析,需要高空间分辨率的样品建议使用fsLA-MC-ICP-MS法。

激光原位U-Pb同位素定年技术及其在碳酸盐岩成岩-孔隙演化中的应用

为解决溶液法难以实现的古老海相碳酸盐岩取样和超低U、Pb含量样品测年的难题,通过激光剥蚀进样系统与多接收电感耦合等离子体质谱仪的连用和对年龄为209.8 Ma实验室工作标样的开发和标定,建立了适用于古老海相碳酸盐岩的激光原位U-Pb同位素定年技术,并应用于四川盆地震旦系灯影组成岩-孔隙演化研究。通过充填孔洞、孔隙和裂缝中不同期次白云石胶结物的测年,指出灯影组白云岩储集层的埋藏成岩过程主要是原生孔隙和表生溶蚀孔洞逐渐被充填的过程。孔洞的充填作用发生在早加里东、晚海西—印支、燕山—喜马拉雅期3个阶段,孔隙的充填作用主要发生于早加里东期,未被胶结物充填的残留孔洞、孔隙和裂缝构成了主要储集空间,明确了四川盆地灯影组白云岩储集层的成岩-孔隙演化史。这些认识与该地区的构造-埋藏史、盆地热史具有很高的吻合度,说明测年数据的可靠性和激光原位U-Pb同位素定年技术的有效性,为古老海相碳酸盐岩成岩-孔隙演化研究和油气运移前有效孔隙评价提供了新的方法。

U-Pb同位素定年分析在热液对白云岩储层改造研究中的应用——以塔里木盆地古城地区下奥陶统鹰三段为例

古城地区是塔东探区的重点勘探区块,下奥陶统鹰三段是塔东探区首要的勘探层系。探寻多期热液作用改造后的优质白云岩储层是扩大研究区勘探成果的关键。本文在储层岩石学特征判识的基础上,应用U-Pb同位素定年技术,结合碳氧锶镁同位素和稀土元素分析测试,分析了热液性质,明确了热液作用发生的确切时期及期次,探讨了热液作用对白云岩储层的影响。研究结果表明,古城地区鹰三段白云岩储层发育准同生-浅埋藏海水成因的粉晶-中晶白云岩及热液作用产物。热液作用可划分为二期:第一期为中-晚奥陶世贫镁热液,表现为鞍状白云石充填缝洞及重结晶次生加大的粗晶白云石,U-Pb测定年龄为464±12Ma到473.9±9.1Ma,氧同位素值比早奥陶世正常海相白云石明显偏负,锶同位素比值明显高于早奥陶世海水值,稀土元素Eu正异常,锶、铁、镁元素含量低;第二期为晚奥陶世-早志留世钙质热液,表现为方解石充填缝洞及对先存白云石的溶蚀,U-Pb测定年龄为448±15Ma到457.4±6.6Ma,氧锶同位素组成严重偏离同时期正常海相白云石范围,轻稀土元素明显富集,Eu正异常,锶、钙元素含量高,锰元素含量低。第二期热液作用是白云岩储层溶蚀的关键,同期NNE向断裂带作为其输导系统,是优质储层发育的有利部位,为有利区带预测提供依据。

阿尔金南缘青白口纪花岗质片麻岩岩石学特征及锆石U-Pb同位素定年

在阿尔金南缘依吞布拉克西侧出露的青白口纪花岗质片麻岩主要岩石类型有二长片麻岩、钾长片麻岩和钾长片岩。该侵入岩作为Columbia超大陆裂解阶段的物质记录,对其年代学的探讨,有助于探讨阿尔金造山带南缘前寒武纪构造演化过程。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学研究结果显示,青白口纪花岗质片麻岩年龄为936±3 Ma(MSWD=1.6),测点位于锆石震荡环带上,显示了典型的岩浆锆石的特征,代表该侵入岩的形成时代,属青白口纪。

锆石成因矿物学与U-Pb同位素定年应用

在自然界中锆石稳定性好,可以有效保存源区的原始信息,从而使得锆石成为国内外学者研究的重要矿物。通过对不同成因锆石(岩浆锆石、变质锆石、热液锆石)的晶型、内部结构、包裹体特征以及微量元素特征进行总结和评述,在不同的环境下锆石所形成的结构类型有很大的差异。简述了4种(ID-TIMS、SIMS、LA-ICP-MS以及LA-MC-ICP-MS) U-Pb同位素定年测定方法的基本原理、优点和不足。此外结合实例,运用不同成因锆石的定年结果,结合锆石矿物学和区域地质背景将得出的年龄合理的应用于地质过程中。

通化地区中生代大川花岗岩岩体成因与REE赋存状态——来自岩石地球化学、锆石U-Pb定年和Hf同位素制约

吉林南部地区位于华北克拉通北缘东段,是一个经历了太古宙、元古宙、古生代、中生代以及新生代漫长地质历史演化的地质构造区,广泛发育晚中生代富集稀土元素的碱长花岗岩。本文选取该区富集稀土元素的大川花岗岩体,开展岩相学、锆石U-Pb年代学与Hf同位素、岩石地球化学研究,结果表明:该岩体主要由细粒、中粒和粗粒黑云母碱长花岗岩所组成,其次是花岗伟晶岩;主量元素具有高硅(w(SiO_(2))=72.56%~84.09%)、低铝(w(Al_(2)O_(3))=8.15%~14.76%)、准铝—强过铝质(A/CNK=0.98~1.60)的特征,属于高钾钙碱性系列;样品稀土质量分数较高(w(ΣREE)=88.53×10^(-6)~839.95×10^(-6)),(La/Yb)_(N)=2.30~41.24,富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,稀土配分模式为右倾型,Eu负异常比较明显,δEu值为0.05~0.60,分异指数(ID=86.72~97.69)较高,固结指数(IS=0.16~1.13)较低,显示在岩浆演化过程中经历了斜长石、黑云母、磷灰石等矿物不同程度的分离结晶作用,结合岩相学特征,初步认为大川碱长花岗岩为高分异花岗岩;粗粒黑云母碱长花岗岩单颗粒锆石U-Pb同位素年龄为(120.8±1.6)Ma;锆石ε_(Hf)(t)值全部为负值(-10.7~-5.2),对应的Hf同位素二阶段模式年龄为2 587~2 090 Ma;基于同位素与岩石地球化学数据,初始岩浆起源于新太古代—古元古代陆壳物质的部分熔融,岩体为同源岩浆房经岩浆结晶分异作用后岩浆上侵就位的产物。岩矿鉴定及全岩微量显示,随着岩浆的演化,石英含量逐渐升高,黑云母含量逐渐降低,稀土总量也逐渐降低,稀土主要富集在粗粒黑云母碱长花岗岩相中。

柴达木盆地西缘古近系源-汇系统U-Pb定年和重矿物分析

受阿尔金山物源供给影响,柴达木盆地西缘的储层物性总体上差且非均质性强。为了实现有利储层分布预测,亟待开展源-汇系统精细划分。应用野外露头和钻井岩心样品,综合采用碎屑锆石U-Pb同位素定年、重矿物组合分析以及砂体展布分析等方法,开展了研究区古近系下干柴沟组上段的源-汇系统分析。结果表明:研究区可划分为七个泉、狮北、干柴沟、咸水泉和咸东共5个源-汇系统,不同源-汇系统表现出重矿物组合、标志重矿物含量的差异,以及不同的峰值年龄、峰值年龄组合和年龄谱图形样式;物源年龄主要在200~520 Ma之间,母岩以岩浆岩和变质岩为主。受这些物源供给,研究区相应地发育扇三角洲—湖底扇沉积体系,其规模差异较大。受多物源供给的影响,单一分析方法可能会导致源-汇系统划分的不确定性,因此采取多种分析方法相结合,并且互为验证,才能取得比较正确的认识。

湘东南东风岩体锆石U-Pb年代学、Hf同位素组成及稀土矿床特征

文章对湘东南地区的东风岩体进行了锆石LA-ICPMS U-Pb年龄、Hf同位素以及岩石地球化学分析,以研究岩石成因及形成构造背景,并对东风风化壳离子吸附型重稀土矿的成因进行了探讨。东风岩体2件二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为(433.5±2.6)Ma和(432.0±2.5)Ma,显示为加里东晚期。东风岩体锆石ε_(Hf)(t)值介于-5.12~-7.45,计算得到二阶段地幔亏损模式年龄(T_(DM2))介于1714~1882 Ma,显示其成岩物质为壳源的特征。东风岩体的地球化学特征显示其为高钾钙碱性、强过铝质的花岗岩,在成因类型判别图解中显示为S型花岗岩,构造背景判别图解显示为后碰撞构造环境。综合东风岩体花岗岩的地球化学特征和Hf同位素特征,笔者认为,东风岩体形成于扬子板块与华夏板块陆内汇聚的后碰撞伸展环境,为增厚地壳减压熔融和软流圈地幔上涌诱发古老地壳物质重熔形成的S型花岗岩。东风稀土矿床为一个由富轻稀土元素的母岩经风化后形成的大型重稀土矿床,富含稀土元素的高Y型花岗岩母岩为矿床的形成提供了重要物质基础,气候及地形地貌条件为稀土元素发生淋滤迁移和吸附富集提供了重要保证。

安徽池州马头铜钼矿床锆石年龄与辉钼矿Re-Os同位素测定的地质意义

安徽池州马头铜钼多金属矿床是江南过渡带池州段典型斑岩型铜钼矿床之一。对矿区钻孔中不同深度花岗闪长（斑）岩和钾长花岗岩采用高精度的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。结果表明：花岗闪长（斑）岩形成相对较早（144.5~145.8 Ma）,而钾长花岗岩侵位稍晚（141.5 Ma）,二者均为燕山晚期（晚侏罗-早白垩世）岩浆作用的产物。对矿区13件辉钼矿样品采用Re-Os同位素测年,获得Re-Os等时线年龄为（148±3）Ma。考虑到矿体的形成和分布与岩体蚀变关系较为密切,进一步确证安徽池州马头铜钼多金属矿床成岩与成矿作用为同一构造-岩浆热事件的产物。

SHRIMP锆石铀-铅同位素定年中普通铅(204)Pb对实验结果的影响

在SHRIMP锆石U-Pb同位素定年中,常用实测的204Pb校正普通铅,然后求得206Pb/238U、207Pb/206Pb等同位素比值及年龄。本文主要论述了普通铅204Pb校正的原理、来源、测定方法及其对实验结果的影响。通过实验得出普通铅204Pb测定结果不准确,会使数据在谐和图中的投影点偏离谐和线,使年龄结果偏离真实值。影响普通铅204Pb的因素有很多,主要有测试位置是否有包体或裂纹、锆石表面的清洁程度、普通铅204Pb的峰位置是否正确等;此外,一次离子束强度、密度均匀性、束斑形状、清洗时间也可能有影响。由于大多锆石样品中普通铅204Pb含量很低,在扫描普通铅204Pb峰中心时,最好在高铀锆石包体、裂隙处,或在长石等含普通铅204Pb较高的矿物上进行,同时为了避免受质量数204左侧峰拖尾叠加的影响,通常把204Pb峰位置设定在峰中心稍偏右处。

北阿尔金白尖山地区花岗闪长岩锆石U-Pb定年、Hf同位素组成及其地质意义

白尖山花岗闪长岩位于北阿尔金红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带东段,呈大套岩株状产出于拉配泉岩群之中。该花岗闪长岩具有较低的SiO_2含量(62.58%～65.05%),富CaO(4.02%～4.98%),铝饱和指数A/CNK<1.0(0.89～0.98),富集K、Rb、Ba,亏损Nb、Ta、Zr、Ti,属于准铝质钙碱性岩石系列,具I型花岗岩的特征;其稀土元素∑REE=90.2～137.8μg/g,具有轻重稀土元素分馏明显,轻稀土元素相对富集的特点,具弱的Eu负异常(δEu_N=0.84～0.92)。该岩石变化范围较大的锆石Hf同位素组成(ε_(Hf)(t)=-2.96～7.99)可能与源区物质不充分的岩浆混染有关,结合地球化学特征及其与实验岩石学资料的对比,其形成应为洋壳俯冲时板片脱水诱发下地壳基性岩石部分熔融产生的初始岩浆结晶作用的产物,同时在岩浆侵位过程中还受到上地壳物质(杂砂岩等)的混染。锆石U-Pb年龄为475.2±2.0Ma,结合锆石CL图像具有岩浆环带特征和Th/U值(0.30～0.75),推断该年龄为花岗闪长岩的形成年龄。综合区域地质背景,本次研究的白尖山花岗闪长岩应为红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带东部地区早古生代洋壳俯冲岛弧岩浆活动的组成部分,与西部红柳沟地区(恰什坎萨依及巴什考供盆地北缘)的花岗闪长岩和石英闪长岩共同构成北阿尔金早古生代洋壳俯冲产生的岛弧岩浆岩带。此外,由西到东红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带的南北两侧均发育早古生代与洋壳俯冲有关的花岗质岩石,表明整个北阿尔金洋俯冲时期可能具有双向性。

侵入下马岭组的基性岩床的锆石和斜锆石U-Pb精确定年——对华北中元古界地层划分方案的制约

华北克拉通马兰峪隆起北侧的下马岭组页岩中广泛发育辉绿岩床。分别利用高灵敏度、高精度的离子探针质谱法和同位素稀释热电离质谱法,测定了辉绿岩中锆石和斜锆石的U-Pb同位素年龄,获得了辉绿岩的侵位年龄1320Ma±6Ma。该年龄数据的获得制约了下马岭组的上限年龄不老于1320Ma。将下马岭组置于1400～1350Ma的区间内。综合已有的测年成果,对华北克拉通燕辽裂陷槽内中元古界的划分方案进行了厘定,提出了一个新的中元古界划分方案。建议方案中长城系包括常州沟组、串岭沟组、团山子组和大红峪组,时限为1800～1600Ma;蓟县系包括高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组和铁岭组,时限为1600～1400Ma;蓟县系之上1400-1000Ma期间的地层为待建系,亟需进一步研究。

赣南部分岩体的锆石铀-铅同位素年代学研究及其对成岩成矿机制的再认识

赣南岩浆岩分布广泛,有的岩体成岩时代明确,有的则存在争议。利用激光多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICPMS)技术测定了田新、路迳、水头、白鹅、高山角、韩坊、杨村、湖南洞、珠兰埠、淋洋、大富足、油山、吉埠黄沙、阳埠和万田等岩体的U-Pb年龄,表明这些岩体不全是燕山期形成的,即使是燕山期的田新、路迳、水头、白鹅、韩坊、杨村等岩体中也存在有更早期的锆石,大部分岩体经历了6～10 Ma的结晶成岩历史。通过与以往K-Ar、Rb-Sr等时线方法的初步对比,指出赣南地区花岗岩虽然在同位素年龄数据上以侏罗纪为多,但印支期的岩体面积不小,前寒武纪和加里东期的信息也不断增多,说明赣南花岗岩型地壳的演化经历了漫长的历史过程,相当一部分岩体不是单一成岩期形成的,而是多期次多阶段形成的。加里东期的岩体以往不被注意,认为与钨矿关系不密切,但可以成为离子吸附型稀土矿的成矿母岩。