油气成藏定年的Re-Os同位素方法应用研究

Re和Os易于被有机物捕获而富集,并长期稳定地保存在烃源岩、原油和沥青中而保持良好的封闭体系.可以对烃源岩、原油和沥青进行Re-Os同位素直接定年,获得与油气成藏相关的精确的绝对年龄信息.Re-Os同位素实验分析包括样品的溶解、Re和Os的化学分离与纯化、Re和Os同位素的质谱测定.原油中沥青质组分的Re,Os同位素组成能够近似代表全油的Re,Os同位素组成,对原油进行Re-Os同位素分析实质就是对原油中的沥青质组分中的Re-Os同位素体系进行分析,其年龄记录的是油气生成的年龄,原油和烃源岩的187Os/188 Os比值的对比可以进行油源示踪.沥青Re-Os同位素等时线年龄揭示的是油气大量生成运移的时间,年龄数据分散的主要原因是具有不同187 Os/188 Os初始比值的烃源岩对Re-Os体系的贡献.川西龙门山北段矿山梁下寒武统沥青Re-Os同位素组成和等时线年龄指示了油气生成和运移的时间发生在～164 Ma,并来源于两种烃源岩.Re-Os同位素体系的封闭性、等时线年龄的精度和油气地质意义、烃源岩多期熟化作用和混源作用的影响等方面还值得进一步深入研究.Re-Os同位素方法将在油气成藏年代学领域,特别是在碳酸盐岩地区的油气成藏定年方面具有广泛的应用前景.     

富碳质地质样品Re-Os同位素体系研究进展

Re-Os同位素定年技术在富有机质沉积岩、低变质沉积岩、湖相沉积物、煤、油气藏样品等富碳质地质样品的尝试和成功应用,使其成为直接厘定地层沉积时代、重大地质事件发生时限和机制、古环境重建、油气藏直接定年、油气演化过程推演等研究的关键技术手段。然而,受到富碳质地质样品中极低的Re和Os丰度、采样方式以及地质作用等因素的影响,很多样品的Re-Os等时线年龄和初始Os同位素比值精度超过10%,不能有效地评价海水Os的真实来源和地质作用程度,影响了对不同沉积体系及油气演化过程中Re和Os的化学行为和Re-Os等时线年龄地质意义的理解。由此,本文从富碳质地质样品的Re-Os化学行为和地质应用进展出发,对富碳质地质样品Re-Os同位素分析过程中的采样和取样方式、溶样方法、分离富集方式和标准物质选择四方面进行了总结和完善。指出以沉积速率为采样间距参考,通过预处理方式提高样品的均匀性,使用流程空白更低、对同位素分馏影响更小的溶样方法和分离富集方式进行Re-Os同位素分析,以基质匹配的地质标样进行数据监控可进一步提高样品Re-Os同位素分析质量,有助于不同类型富碳质地质样品Re和Os赋存机制研究、Re-O...     

石灰岩铼-锇同位素分析方法研究及应用初探

针对石灰岩样品Re-Os同位素分析,在选样和溶样方法上进行了改进,在Carius管封闭前加入HCl与石灰岩反应释放出大量CO2,然后加入氧化剂和稀释剂封闭Carius管溶解样品,大大增加了样品取样量。利用改进的方法对采自青海玉树地区二叠世九十道班组底部的灰黑色微细晶灰岩的Re-Os同位素体系进行了分析测定,得到了精确的沉积年龄(283.1±7.1)Ma(MSWD=0.61,Model1,n=7)。187Os/188Os同位素初始值为0.56±0.12,与二叠纪时海水的187Os/188Os值相一致,反映了石灰岩沉积时海水的187Os/188Os比值。所得石灰岩年龄与其中的生物化石年龄相吻合,并且与区域上岩浆岩锆石年龄相互印证,表明Re-Os同位素体系在该石灰岩中的封闭性较好。通过石灰岩中有机碳含量以及其中Re、Os含量关系研究,得出了Re、Os在灰岩中主要赋存于有机质中的结论。从原理上解释了Re-Os同位素体系在灰岩中的应用具有十分广泛的前景。     

油藏Re-Os定年研究进展与展望

在含油气系统关键成藏时刻的定年研究中,铼-锇(Re-Os)放射性同位素定年体系受到了广泛的重视。本文着重从原油Re-Os体系特征出发探讨Re-Os等时线年龄的构建及其优化发展方向。较低的Re和Os含量、局限的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os混合、漫长的地质过程、与高温相关的油藏改造等都不利于Re-Os等时线年龄的构建。原油中的Re和Os富集于沥青质组分中,且在易沉淀的沥青质中含量更高。有些原油各组分之间存在Re-Os同位素组成的差异,这一方面增加了多原油样品的Re-Os等时线定年的不确定性,另一方面也出现了利用单一原油组分进行Re-Os等时线定年的可能。未来研究仍需从地质实践和化学实验两方面来提升对Re-Os同位素体系在含油气系统中的地球化学行为的认识,进而更精准地确定油气运聚成藏与改造的时间,为油气勘探提供新依据。     

Re-Os同位素测年法在油气成藏年代学的研究进展

铼—锇(Re-Os)同位素应用于油气成藏年代学是近10年来的一个前沿领域,在国际上已取得了重要成果,目前国内对此方法的应用还较缺乏。利用Re-Os同位素测年法开展页岩或沥青等富有机质沉积岩的研究,可以精确厘定油气运移和充注时间,也可以有效示踪烃源岩。在阅读国内外大量文献的基础上,概述了Re-Os同位素定年原理,分析了海水—沉积物中Re和Os元素的富集过程,总结了Re-Os同位素测年的测试对象、样品准备和分析测试方法。指出初始187Os/188Os比值不仅可以限定油气生成和油气充注的年龄,还可以有效评价源—油关系;放射成因的187Os/188Os比值与烃源岩年龄呈正相关。认为烃类成熟度、生物降解作用和水洗作用不足以造成Re-Os等时线图中出现离散点,而初始187Os/188Os比值变化、沉积后Re和Os的流动性和硫酸盐热化学还原作用是引起Re-Os等时线图中出现离散点的3个主要原因。Re-Os年龄的重现性和准确性与样品颗粒的大小及取样量密切相关。相对于其他同位素测年法,Re-Os同位素测年法的最大优势在于对直接参与油气成藏的地质体进行研究,可以得到油气成藏期的直接证据。最后探讨了现阶段ReOs同位素体系研究中尚存在的问题,就未来研究热点和发展方向做出展望,以期能有效推动Re-Os同位素定年相关的理论和技术的深入发展。     

中国南方存在印支期的油气藏——Re-Os同位素体系的制约

利用Re-Os同位素方法开展富含有机质的沥青、原油等的研究,是确定油气成藏时间和破坏时间有效的但极富挑战性的新途径,在国内尚无研究实例报道。以我国南方最大的古油藏之一的麻江古油藏中的沥青为主要对象,采用Re-Os同位素方法试图限定油气的成藏时间和破坏时间。研究表明,麻江古油藏的固体沥青Re、Os同位素质量分数分别在41.5×10-6～642×10-6和0.21×10-6～12.15×10-6之间,N(187Re)/N(188Os)比值较高,且变化范围较大,在270.90～4074.99之间,Os同位素组成指示中等放射成因,其N(187Os)/N(188Os)比值在0.3400～3.6557之间变化。所有沥青样品的模式年龄在28～144Ma之间变化,集中在85Ma左右。通过沥青Re-Os同位素研究,结合详细地质资料,认为麻江古油藏的成藏时间为印支期—早燕山期(144Ma之前),而油藏破坏时间为燕山晚期即85Ma左右。     

Re-Os同位素在沉积地层精确定年及古环境反演中的应用进展

Re-Os同位素亲有机质的性质,使得富有机质沉积岩在沉积的过程中能够吸附富集海水中的Re、Os,沉积岩的沉积压实过程也是其中Re-Os同位素体系封闭计时的过程,沉积岩Re-Os同位素等时线年龄代表地层沉积时代,Os同位素初始比值187Os/188Os反映沉积时海水的Os同位素比值。Re-Os同位素体系在富有机质沉积岩中的成功应用,能够直接确定地层沉积时代,从而对地层界线进行直接厘定,并且能够对一些沉积矿床形成时代、冰川事件发生时代进行厘定和限制。通过沉积岩Re-Os同位素特征,可以对古环境进行反演,有助于了解全球大气海洋的演化,气候的变化,对研究生物灭绝等重大地质事件发生的时限和机制以及金属矿床的成矿物质来源具有重要意义。文章阐述了Re-Os同位素在富有机质沉积岩中应用的原理,并列举了Re-Os同位素在沉积地层精确定年及古环境反演中应用实例,说明了富有机质沉积岩Re-Os同位素分析精度及其影响因素,以使Re-Os同位素体系作为一种强有力的工具,解决更多的沉积地层时代问题以及更好地对古环境进行反演。     

四川盆地北缘亢家洞灯影组四段焦沥青Re-Os定年与烃源岩示踪

四川盆地及邻区的震旦系灯影组四段白云岩中普遍存在充填孔洞沥青。然而,烃源岩和沥青的高成熟度以及复杂的地质构造活动增加了恢复油气成藏史的难度。近年来,Re-Os放射性同位素体系被越来越多的应用于油气生成期定年和油源对比。陕西宁强亢家洞震旦系灯影组四段古油藏中的高成熟度沥青(R_b约为1.4%～2.5%)构建了约260Ma、60～70Ma和8～13Ma的Re-Os等时线年龄。其中,60～70Ma和8～13Ma的Re-Os年龄可能指示原油在受热裂解形成焦沥青过程末段地层抬升、地温降低、Re-Os体系封闭的时刻。而较老的约260Ma的Re-Os年龄与普遍的二叠纪是前寒武系、寒武系烃源岩主生烃期的观点一致,说明在原油热裂解之外,高成熟度沥青的Re-Os年龄也有可能指示生油期。同时,在263Ma时亢家洞大部分沥青与筇竹寺组烃源岩样品的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os范围较为一致,而灯影组三段和麦地坪组烃源岩同时期的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os较低,筇竹寺组可能是亢家洞古油藏沥青的主要烃源岩。上述认识对四川盆...     

湖南鲁塘石墨矿Re-Os同位素研究

石墨具有较高的Re、Os含量,可望成为理想的Re-Os同位素测年对象,但迄今国内外研究较少,尤其在煤层经变质作用形成石墨过程中,其中Re-Os同位素体系的变化还有待研究。湖南鲁塘石墨矿是我国典型的隐晶质石墨矿床之一,矿体产于二叠系龙潭组煤系地层中。本文采用Carius管逆王水溶解样品,直接蒸馏、微蒸馏分离纯化Os,丙酮萃取法分离富集Re,热表面电离质谱法对鲁塘矿区石墨样品以及外围原煤进行了Re-Os同位素分析。结果表明:鲁塘石墨的Re含量为0.901~9.794 ng/g,Os含量为7.3~189.5 pg/g,Re-Os同位素等时线年龄为155.6±3.6 Ma,该年龄与鲁塘石墨矿东侧骑田岭岩体第二阶段中粒黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄153~157 Ma一致,表明了龙潭组煤层受到骑田岭岩体"烘烤"作用,发生热接触变质作用,使得靠近骑田岭岩体原煤变质为石墨,形成石墨矿床。通过对比石墨、原煤和骑田岭岩体Re、Os含量及比值,发现石墨中的Re、Os主要来源于原煤,并根据石墨Re-Os等时线初始(187Os/188Os)i值(0.686±0.032),推测骑田岭岩体在侵入煤系地层过程中,有少量具有较低187Os/188Os值的Os被碳质吸附。     

云南白马寨铜镍硫化物矿床Re-Os同位素定年及其地质意义

采用 Carius 管溶矿、蒸馏法分离 Os、丙酮萃取 Re 和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联合测定法,对云南白马寨岩浆岩型铜镍硫化物矿硫化物矿石进行了 Re-Os 同位素精确定年,得出其等时线年龄为259±18Ma(MSWD=0.028),~(187)Os/~(188)Os 初始值为0 455±0 024,相当于γ(Os(t)为 263。硫化物矿石 Re/Os 比值为11.56～21.04。研究结果显示,白马寨铜镍硫化物矿床成矿时代与峨眉大火山岩省主喷发期基本同时,其物质来源属壳-幔混合来源,壳源 Os 的加入量约为30%左右。     

江西丰城天然微纳米硅碳矿床Re-Os同位素定年研究

江西省丰城石炉坑天然微纳米硅碳矿床为全球首例由植硅石成矿的沉积矿床，矿床的开发对信息技术、新能源、新材料、高端制造等战略性新兴产业具有关键作用，硅碳矿在分布范围、成因类型、资源类型等方面与石英、石墨不同，作为新矿种开展研究特别是年代学研究具有重要意义。在富有机质沉积岩定年研究中，Re-Os同位素定年作为一种强有力的测试手段，其应用多集中在海相沉积岩，而湖相沉积岩受物源、地质作用、陆源碎屑物质等多种因素影响则少见成功报道。为精确厘定石炉坑硅碳矿床的成矿时代，本文尝试利用Re-Os同位素测试对矿区石炉坑组下段7件植硅石岩进行定年研究，获得植硅石岩的Re-Os同位素年龄为43.1±3.7Ma(n=7,MSWD=6.2)，直接指示了石炉坑植硅石岩成岩成矿时代为古近纪始新世。研究表明，植硅石岩中Re/Os高分异(均值525.1)与其沉积环境、生物沉积作用有关。¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os较高的初始值(1.713±0.0036)则受沉积环境、区域岩石及构造运动共同影响。本研究成果体现了Re-Os同位素体系对湖相沉积岩测年研究的适用性。     

石墨Re-Os同位素分析及其在成矿年代学中的初步运用

本文探索性地对江西省铅山县长寿源铅锌共生的晶质石墨进行了Re-Os同位素分析。研究结果显示石墨的Re-Os同位素年龄为424±25Ma(n=7,MSWD=7.8),与该区二云二长花岗岩中锆石的年龄(433±9Ma)在误差范围内相一致,说明石墨的成因与区域上岩浆的侵入存在密切联系。Re的含量介于47×10-9～330×10-9之间,普通Os和187Os的含量分别为0.32×10-9～2.15×10-9和0.27×10-9～1.75×10-9,相对于Re、Os在地壳中的丰度显著富集,Os同位素初始比值187Os/188Os=1.69±0.29,表明石墨来源于富有机质沉积地层。通过测定石墨样品中的有机碳和固定碳,对Re、Os在石墨中的赋存状态进行了研究,表明Re、Os可能是以某种形式赋存在石墨的固定碳中,与其中有机质无关。从原理上解释了石墨的Re-Os同位素年龄反映的是使沉积地层中的炭质变质为石墨,并发生富集迁移的岩浆热变质事件的时期。研究表明石墨的Re-Os同位素分析技术不仅能够为变质作用时间的精确测定提供新的方法,而且对矿床成因的研究也具有重要意义。     

浙江长兴“金钉子”灰岩Re Os富集机制研究

通过对浙江长兴煤山D剖面二叠—三叠"金钉子"灰岩样品Re-Os同位素、主微量元素和有机碳测定,对不同层位灰岩的沉积环境进行了判别。通过分析灰岩主微量元素、有机碳与Re、Os含量的相关性,探索性地研究了灰岩中Re、Os富集机制。研究发现,灰岩中Re、Os的富集主要受氧化还原作用影响,Re只有在还原环境下,才会被灰岩中的有机物富集,此时灰岩中Re含量较高,适用于Re-Os同位素定年,而Re在氧化环境下很难被灰岩中有机质富集。Os在还原环境下同样被有机质富集,但氧化环境下,部分Os也可以被灰岩地层中含铁、铜等自生矿物吸附富集,含铁、铜等自生矿物Os同位素比值可以代表沉积时海水Os同位素特征。Re、Os在灰岩中的富集机制研究对于将Re-Os同位素应用于灰岩地层精确定年及古环境示踪具有重要意义。Re、Os在不同氧化还原条件下的富集差异导致了还原环境沉积的灰岩中187 Re/188 Os要大于氧化环境灰岩中187 Re/188 Os,灰岩中187 Re/188 Os变化对研究古海洋沉积氧化还原环境可能具有一定指示意义。     

贵州铜仁新元古界大塘坡组黄铁矿Re-Os同位素组成及意义

从贵州铜仁西溪堡矿区新元古界大塘坡组第一段“含锰岩系”中选取8件黄铁矿样品,对其进行了Re-Os同位素分析。结果表明其等时限年龄为(459±16)Ma,明显晚于间冰期大塘坡组的沉积时代（670～635 Ma）,表明该地区受加里东晚期的构造热事件影响。此次所分析的所有样品均具有高Re、低Os含量、高Re/Os比值及高187Os/188Os同位素比值,且187Os/188Os初始值为1.02±0.41,明显大于地幔特征值（0.12～0.13）,指示成矿物质来源于壳源。     

沥青样品铼-锇同位素分析溶解实验研究

沥青样品中Re、Os含量较低,且组成复杂,因含有大量有机质,在溶样过程中会释放大量CO2,需要大量氧化剂。控制样品称样量和氧化剂比例、用量对保证Os的回收率以及测量信号的稳定性非常重要。本文根据沥青样品组成特点改进了Re-Os同位素分析技术方法,称样量由原来的0.2 g增加到0.4 g,氧化剂由原来的3 mLHCl、6 mL HNO3改为3 mL HCl、4 mL HNO3、3 mL H2O2,改进的方法所得到Os的信号强度提高了大约2倍。考察了改变溶剂组成对不同称样量沥青的氧化效果,研究了氧化剂中加入H2O2对不同称样量沥青样品溶解效果,以及对Os的回收率和仪器测量信号强度的影响程度。采用2 mL HCl、5 mL HNO3、2 mL H2O2作为氧化剂,Carius管高温密闭溶样,直接蒸馏法或传统蒸馏法分离富集Os,丙酮萃取法分离纯化Re,用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对采自云南某铅锌矿床的沥青样品Re-Os同位素进行分析测定。沥青的Re-Os同位素等时线年龄为(60±2)Ma(MSWD=2.5,n=7),初始187Os/188Os值为4.36±0.14,表明该沥青样品中Re-Os同位素体系的封闭性较好,而且物质来源为典型的壳源性质。建立的方法能够用于沥青年龄厘定与来源示踪方面的研究。     

贵州正安县奥陶系—志留系界线碳质泥岩Re-Os同位素精确厘定及其古环境反演

我国上扬子地台地区在奥陶系—志留系之交广泛发育蕴含丰富页岩气资源的五峰组—龙马溪组富有机质沉积岩。采用Re-Os同位素体系对该套沉积地层进行研究,不仅能得到精确的地层沉积年龄,同时根据Re、Os元素的富集机制,对该时期沉积环境进行有效反演,可以为这一阶段发生的地球历史上第二大规模的生物绝灭事件的触发机制提供更合理的解释。本文在贵州正安县班竹1井岩心采集11件碳质泥岩样品,岩心样品连续且完整跨越奥陶系五峰组—志留系龙马溪组界线地层,通过对该样品开展高精度Re-Os同位素研究,获得了奥陶系—志留系地层界线Re-Os同位素年龄为443.68±6.24Ma[2σ,n=7,(~(187)Os/~(188)Os)_i=0.699±0.019,MSWD=0.55],其结果与国际地层委员会发布的年龄(443.7±1.5Ma)高度一致,为奥陶系—志留系界线年龄提供了直接、准确的年龄依据。Os同位素特征反映了大量陆源碎屑参与成岩过程、多期火山活动的发生及冰期向间冰期的转换。连续沉积地层Re-Os同位素特征的变化反映了研究区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组沉积环境经历富氧—缺氧—富氧的变化,指示赫南特期冰川事件和火山喷发共同造成了生物大绝灭并促进了有机质的富集,为五峰组—龙马溪组富有机质沉积岩提供了生烃潜力。     

东天山梅岭铜矿床黄铁矿Re-Os等时线年龄:Os同位素不均一的结果

金属硫化物Re-Os等时线年龄的合理解释是揭示金属矿床成矿时代的关键.通过对新疆东天山梅岭铜矿床开展Re-Os同位素定年研究,结果表明浸染状和脉状矿石中黄铁矿样品在Os浓度和Os同位素比值方面都有很大的变化,这两类样品定义了很好的Re-Os等时线年龄,分别为523±59 Ma和707±99 Ma.由于得到的等时线年龄明显老于它们的实际地质成矿年龄,且187Os/188Os与普通Os的倒数（以1/192Os为例）之间存在着很好的相关性（R2分别为0.997 3和0.994 5）,因此这些样品存在着初始Os同位素组成不均一的现象,这些Re-Os等时线是混合等时线,没有地质意义.理论和数学公式推导显示观测到的Re-Os等时相关性是在形成时期没有达到完全的同位素平衡的二元混合的结果,这种同位素扩散不平衡产生的原因主要是在矿床形成时期Os同位素在金属硫化物与硅酸盐矿物之间的同位素扩散存在限制性.回归得到的Os的初始值更偏向于地壳值,表明矿床形成时期的地壳混染可能造成金属硫化物体系中的这种初始Os同位素不均一.因此,将Re-Os同位素体系应用于金属硫化物样品定年时,187Os/188Os与1/192Os之间是否存在相关关系可以作为Re-Os等时线年龄是否具有地质意义的判断标准.      

金川铜镍硫化物矿床的Re-Os"年龄"及其意义

分析了金川铜镍硫化物矿床的一组浸染状矿石和一组块状矿石的Re、Os含量和Os同位素组成.浸染状矿石和块状矿石分别给出Re-Os表观等时线年龄为(1 126±96)Ma和(840±79)Ma,表观初始187Os/188Os比值为0.119±0.018和0.242±0.028.块状矿石的表观年龄与前人报道的同类矿石年龄在误差范围内一致,证明了其分析的可靠性.此结果也与前人报道的锆石和斜锆石的U-Pb年龄在误差范围内一致,说明了金川的新元古代成矿时代.而我们的和前人的工作表明,海绵陨铁状矿石和浸染状矿石给出的Re-Os表观年龄有相当大的变化范围,且都比块状矿石的年龄老.提出了两种模式解释这种现象:在约8亿年前金川矿床形成时地壳混染导致浸染状矿石和海绵陨铁状矿石的Os同位素组成不均一,从而给出偏老的表观年龄;相反,Os同位素在块状矿石中快速扩散而均一化,因此给出成岩成矿年龄.但是,还不能完全排除两期成岩成矿的可能性,即晚期岩浆活动引起了早期岩浆活动中封闭的Re-Os同位素体系的扰动.目前倾向于第一种解释,但后一种可能性还需要检验.     

广西铜坑锡多金属矿黄铁矿的Re-Os同位素组成及成矿物质来源示踪

利用Re-Os同位素技术,对大厂铜坑锡多金属矿床中的黄铁矿进行了Re、Os同位素组成的测定,获得黄铁矿等时线年龄为（122±44）Ma。黄铁矿的N（187Os）/N（188Os）初始比值为0.56±0.12;γOs值为197.46～394.16,平均值为293.49,介于地幔与地壳之间,结合矿物中普通Os的w（Os）u对w（Re）/w（Os）比值,提出了其成矿物质来源可能为壳幔混合来源的新认识。     

Re-Os同位素体系在金属矿床中的应用

Re-Os同位素体系已成为金属矿床定年和示踪的重要手段之一。文章在简述Re-Os同位素体系基本原理基础上,综述了国内外的最新研究成果,认为Re-Os同位素测试对象不再局限于辉钼矿和铜镍硫化物矿石,黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿、镍黄铁矿、闪锌矿等也常作为测试对象用于金矿床、铅锌矿床、沉积喷流型钴(金)等矿床的定年。地壳岩石与原始地幔相比,具有较高的187 Os/188 Os比值、γOs值以及Re/Os比值,因此,硫化物或矿石的Re-Os同位素组成和普通Os—Re/Os比值图解可以揭示斑岩矿床、金矿、铅锌矿以及铜镍硫化物矿的成矿物质来源。辉钼矿则可以通过Re含量来示踪成矿物质来源。Re-Os同位素也可与其他同位素结合(如187 Os/188 Os-87Sr/86Sr)共同判明不同端元组分对成矿的贡献。