榍石LA-ICP-MS U-Pb定年中元素分馏的影响及校正研究

同位素地质年代学是探索地质体时空演化及地球动力学等问题的基础学科,应用最为广泛的当属含铀副矿物的U-Pb定年技术。榍石具有相对较低的U-Pb体系封闭温度,并广泛发育于岩浆岩、各类变质岩、热液成因岩石以及少量沉积岩中,是一种理想的中高温地质事件定年矿物。利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定榍石U-Pb年龄时,不可避免地要解决高普通铅以及元素分馏效应对测试的影响。本文对榍石LA-ICP-MS实验过程中的元素分馏行为进行研究,采用相同基体的标准样品与未知样品对比,发现了榍石不同颗粒之间元素分馏行为不一致的现象;同时采用不同的元素分馏校正方法,分别应用于锆石、独居石和榍石进行对比研究,认为分馏行为一致的副矿物定年可以采用"指数法"和"均值法"对数据进行校正,但是对于榍石这种分馏行为不一致的副矿物,定年时只有采用"截距法"对数据进行校正才可以获得正确的年龄。进而将此结论应用于秦岭造山带老牛山地区岩浆成因榍石样品,得到的结果与锆石年龄一致,表明"截距法"可以避免分馏行为不一致导致的校正不准确的问题。本研究成果为榍石LA-ICP-MS U-Pb定年方法的完善提供了一种思路。     

利用LA-ICP-MS在16 μm和10 μm激光束斑条件下测定独居石U-Th-Pb年龄

我国锂钾主要矿产资源大多分布在西部偏远地区,其勘查找矿或综合利用迫切需要现场快速分析技术的支持。本文介绍了自行开发的便携式Li-K分析仪的主要性能及其在锂辉石中锂的分析应用。Li-K分析仪是一种基于大气压的液体阴极辉光放电光谱仪,以待测液体为放电阴极,实现样品中Li、K等元素的原子化和激发。该仪器以光纤传导CCD光谱仪作为检测器,其波长范围为345～1015 nm,分辨率3 nm;以Li 670.78 nm和K 769.90 nm分析谱线,在最佳仪器工作条件下测定Li、K的精密度（RSD,n=14）均低于2%,检出限为0.03 μg/mL,检测范围0.1～10 μg/mL。研究表明,不同酸度和酸的类型对谱线强度影响较大,且存在显著的样品基体效应,标准曲线法分析锂辉石中Li的结果偏差高达267%;而标准加入法可克服基体效应的影响,获得与ICP-OES一致性较好的分析结果,为现场开展固体样品中Li的测定奠定了基础。     

吉东南新太古代晚期片麻岩类的时代、成因及其对早期地壳形成演化的制约

吉林省东南部通化地区广泛出露早前寒武纪花岗质片麻岩类,其岩石组成、形成时代和成因对深化认识华北克拉通东北缘早期地壳形成演化历史具有重要意义。本文系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、元素和Lu-Hf同位素地球化学等研究结果表明,这些花岗质片麻岩类按照SiO₂质量分数总体可划分为高硅和低硅两组：前者主要由二长花岗质片麻岩、奥长花岗质片麻岩及英云闪长质片麻岩组成,其原岩形成于2 549~2 557 Ma;而后者由石英二长闪长质片麻岩及花岗闪长岩质片麻岩组成,其原岩形成于2 534~2 552 Ma;并且两组岩石都含有约2 600 Ma的捕获锆石,共同遭受了约2 500 Ma变质作用的影响。地球化学分析结果显示,低硅岩组具有较高的MgO、CaO、Na₂O质量分数,属于高钾—中钾钙碱性系列,并且富集LREE、亏损HREE和HFSE;与之相比,高硅岩组则具有较低的MgO和CaO质量分数,显示更强烈的轻、重稀土元素分馏以及Nb、Ta、P、Ti等亏损的特征;但两者均具有较弱的正或负Eu异常。结合区域最新研究成果,认为研究区低硅和高硅两组岩石应具有相同的源区,其形成可能与大洋板片俯冲、岩浆底侵引起的地壳部分熔融作用有关。此外,两组岩石具有相似的ε_Hf（t）值（2.72~7.95）和模式年龄（2.86~2.55 Ga）,暗示区域主要存在新太古代晚期地壳生长事件;结合区域内变质火山岩的研究进展,认为吉林省东南部通化地区花岗质片麻岩类可能形成于活动大陆边缘的构造背景。     

四川攀枝花铁矿碳酸岩的发现和确认——地质特征、斜锆石U-Pb年龄、C—O同位素组成证据

碳酸岩是一类稀少但具有重要地质意义的一种岩石类型，且碳酸岩也往往构成大火成岩省岩石序列中的重要组成部分。我国西南地区晚二叠世峨眉山大火成岩省举世闻名，但此前尚未有同期的火成碳酸岩报道。本项目组在四川攀枝花地区开展的地质填图过程中，识别出大规模的碳酸岩，其沿北东—南西向延伸约20千米，可能是我国最大的岩浆型碳酸岩。大量的暗色纯橄榄岩、二辉橄榄岩及煌斑岩地幔捕虏体是认定岩浆型碳酸岩最直接、最重要的野外证据。碳酸岩主体为侵入岩，其次为少量的喷出岩、火山角砾岩及潜火山岩，空间上与侵入碳酸岩紧邻。碳酸岩侵入岩主要由方解石、白云石、橄榄石、斜方辉石及其蚀变而成的蛇纹石组成，并可根据矿物粒度、含量、结构、构造及颜色，划分出不同的碳酸岩类型。碳酸岩喷出岩由方解石、白云石、暗色矿物及气孔构成; 潜火山岩由火山角砾、火山岩玻璃及方解石胶结物构成，方解石胶结物的形成可能与岩浆晚期的少量气液活动有关。拉纳箐矿区粗粒白云石碳酸岩中斜锆石以及与碳酸岩共生的石英二长岩中锆石的加权平均年龄分别为263. 5±3. 2 Ma (MSWD=0. 41, n=20)和260. 2±1. 7 Ma (WSWD=0. 30,n=20)。大规模碳酸岩的识别完善了峨眉山大火成岩省岩浆岩序列。碳酸岩的δ13CPDB(-9. 6‰~+1. 3‰)及δ18OSMOW (+12. 9‰~+21. 3‰)值与其它典型碳酸岩的同位素值接近。攀枝花铁矿区碳酸岩与冕宁—德昌新生代稀土矿化碳酸岩的岩性组合、矿物组合及蚀变类型差异显著，反映了二者具有不同的成因。前者与喜马拉雅造山运动有关，后者形成于与峨眉地幔柱有关陆内裂谷环境，可能为深部地幔低部分熔融的产物，是真正意义上“干的”岩浆成因的碳酸岩。     

斜锆石LA ICP MS U Pb定年方法及应用

对基性、超基性岩形成年龄进行精确测定一直以来都是同位素地质年代学领域比较棘手的科学难题。由于采用岩石中锆石的年龄来指示基性、超基性岩的形成年龄往往存在诸多争议,越来越多的研究人员将目光投向了斜锆石,所采用的测试手段以往多为热电离质谱(TIMS)或具有原位、微区优势的二次离子质谱(SIMS)U-Pb测年方法,进入21世纪以来,有研究人员开始尝试采用发展迅速且潜力巨大的激光剥蚀等离子体质谱(LAICP-MS)技术进行斜锆石U-Pb年龄测定。然而,斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法仍处于探索阶段,相关方法论方面的研究也是鲜有报道。本文对前人的斜锆石U-Pb定年研究进行了综合评述,并报道探索开发出的一套新的LA-ICP-MS斜锆石U-Pb定年方法。本文着眼于斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法,探索适用于斜锆石的激光条件和质谱参数,以斜锆石标准样品Phalaborwa为研究对象,建立了适用于斜锆石的LA-ICP-MS U-Pb定年测试方法,并将其应用于金川岩体中的斜锆石U-Pb年龄测定中,得到了较为准确的年龄结果。本文依据"截距法"的理念编制了"BUSTER"数据处理程序,并基于斜锆石Phalaborwa和金川岩体斜锆石两次测试结果将其与目前常用的基于"ROM法"或者"MOR法"的数据处理软件"Glitter"和"ICPMSDataCal"中的"无内标单外标"模块进行了系统比较。结果表明,就这两次测试的准确度而言,"BUSTER"要优于"Glitter"和"ICPMSDataCal",但测试精度则不及后者,这与相关数值拟合优度及采用的误差传递策略不同有关。另外,本文利用SHRIMP方法对金川岩体中的斜锆石样品进行了测定,测试结果与采用本次研究所开发的斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法得到的测试结果在误差范围内一致。     

天水地区李子园高压麻粒岩的发现:西秦岭晚泥盆纪造山的证据

西秦岭造山带北缘的天水李子园地区发现一套高压石榴石单辉麻粒岩,在变质的早古生代岛弧火山-沉积岩系中呈透镜状岩块产出。其峰期矿物组合为石榴石+单斜辉石+角闪石+斜长石+钛铁矿/榍石。利用地质温压计得到的温压条件为T=757~792℃、P=1.3~1.5GPa,达到中压相系的高压麻粒岩相变质条件。LA-ICPMS锆石U-Pb定年显示,锆石变质增生边的谐和年龄为384±1.6Ma,表明高压麻粒岩相变质作用的时代为中-晚泥盆世。结合区域地质资料,这一期变质作用要晚于北秦岭造山带中普遍记录的中低压麻粒岩-角闪岩相变质作用,可能与商丹洋闭合之后碰撞造山阶段的地壳加厚过程有关。岩浆锆石核部的谐和年龄为796±2.2Ma,代表石榴石单辉麻粒岩的原岩形成年代。其锆石核部的Hf同位素组成变化较大,对应的εHf(t)值为-7.3~+13.2,显示出不同源区岩浆混合的特征或者陆壳混染。高压麻粒岩全岩地球化学特征同样显示其经历壳幔岩浆混合作用。结合原岩的形成时代、区域上与裂解相关的岩浆作用和构造背景,我们认为原岩可能是造山带垮塌伸展阶段的壳-幔岩浆混合作用的产物,可能与新元古代Rodinia超大陆裂解事件有关。     

利用LA-ICP-MS在16μm和10μm激光束斑条件下测定独居石U-Th-Pb年龄

独居石是一种常用的地质年代计,但其内部结构复杂,常具有不同成分分区,只有足够小的激光束斑才能获得地质意义明确的U-Th-Pb年龄。本文在优化ICP-MS参数、匹配两路载气流量(Ar和He)的基础上,设计了两组激光剥蚀条件实验,获得适用于小束斑独居石U-Th-Pb定年的激光剥蚀参数(16μm,3 J/cm~2,5 Hz)和(10μm,3 J/cm2,4 Hz)。在此条件下分别测定标准样品44069和未知样品15SLS-01,获得标准样品44069的~(208)Pb/~(232)Th和~(206)Pb/~(238)U值的单点测试精度小于3%,其U-Th-Pb年龄结果与前人测得SHRIMP U-Pb年龄和TIMS U-Pb年龄一致;未知样品15SLS-01的208Pb/232Th值的单点测试精度小于3%,~(206)Pb/~(238)U值的单点测试精度介于3%~8%,多点测试~(206)Pb-~(238)U和~(208)Pb-~(232)Th的加权平均年龄在误差范围内一致,其中208Pb-232Th年龄更具代表性。本研究表明在16μm和10μm激光束斑下,利用LA-ICP-MS能够实现独居石U-Th-Pb年龄的测定,极大地提高了独居石此种微区定年方法的空间分辨率。     

辽东半岛东南部南辽河群变质火山岩的时代、成因及其对区域构造演化的制约

辽东半岛东南部地区出露大面积南辽河群变质表壳岩系,其下部尤以广泛发育变质火山岩为特征。本文通过对黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩以及黑云母变粒岩等岩石系统的岩石学、全岩地球化学研究,并结合锆石U-Pb年代学以及Lu-Hf的研究结果来制约其物质组成、原岩形成和变质时代、岩石成因及形成环境,进而探讨胶—辽—吉活动带的大地构造属性。锆石显微结构、微区成分及LA-ICP-MS U-Pb年代学分析结果表明,研究区南辽河群变质火山岩原岩可能形成于2.19Ga左右,并记录了1.90Ga左右的变质事件。元素和同位素地球化学分析结果表明,其原岩以玄武安山岩-安山岩和英安岩及少量的流纹岩为主,主体属于亚碱性系列,具有钙碱性演化趋势。其中,基性端元以相对较低的SiO_2质量分数,富集MgO、TFe_2O_3和轻稀土元素(LREE)及Cr、Co和Ni为特征,强烈亏损重稀土元素(HREE)和高场强元素(HFSE,如Nb、Ta和Ti),岩浆应起源于受俯冲流体或熔体交代的亏损岩石圈地幔楔;而中—酸性端元则具有高的SiO_2质量分数和较低的MgO、TFe_2O_3质量分数,富碱,富集Ba、Th、U和K,以及亏损Nb、Ta、P和Ti等特征,应来自于新生地壳物质的部分熔融。结合区域地质资料表明,南辽河群变质火山岩应形成于一个典型的活动大陆边缘的构造环境,暗示胶—辽—吉活动带北段古元古代中期以前的形成演化机制应与弧-陆碰撞作用有关。     

西秦岭阳山金矿带花岗斑岩中独居石的矿物学特征及成因指示

为进一步厘清西秦岭阳山金矿带的成矿时代,本文对矿带内广泛出露、本身有矿化的花岗斑岩岩脉中大量存在的独居石进行了显微观察和电子探针分析。结果表明,花岗斑岩中独居石既有岩浆成因,也有热液成因。在背散射图像上,显示清晰成分分区的独居石颗粒具有封闭的U-Th-Pb同位素体系,具有模糊或不规则成分分区的独居石则具有开放的U-Th-Pb同位素体系。本文研究成果可作为选择合适独居石颗粒进行有效U-Th-Pb同位素定年的矿物学基础。     

北祁连造山带嘉峪关北大草滩地区早志留世碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义

以北祁连造山带嘉峪关北大草滩地区原划为中—下奥陶统的阴沟群碎屑岩为研究对象,进行碎屑锆石LA-ICP-MS UPb测年,探讨其形成时代、物源组成和构造背景。结果表明,碎屑岩沉积时代早于432.5Ma,为早志留世,该套沉积地层并不属于早—中奥陶世阴沟群。碎屑锆石U-Pb同位素年龄可明显分为4组:早古生代年龄组,434～521Ma,峰值为447Ma;新元古代年龄组,791～992Ma,峰值年龄966Ma;中古元古代年龄组,1017～1755Ma,并出现1120Ma、1278Ma、1427Ma和1648Ma多个峰值;古元古代早期—新太古代晚期年龄组,1879～2663Ma,并出现2089Ma、2428Ma和2543Ma多个峰值。综合分析显示,碎屑岩沉积物质来源于祁连造山带和阿拉善地块,祁连造山带早古生代岛弧型岩浆岩和新元古代岩浆岩,以及造山带结晶基底岩系为该套碎屑岩沉积提供了更重要的物源。