同位素地质年代学及在地质学中的应用(英文)

一些元素（Ｋ,Ｒｂ,Ｒｅ,Ｓｍ,Ｌｕ,Ｕ和Ｔｈ）的自然长寿命放射性同位素,衰变为另种元素稳定同位素的作用,广泛应用于岩石和矿物的年龄测定。这种测年提供了关于地球地质历史的信息,并已用于标定地质年代表。同位素测年的物理原理并不难理解,但所需要的测定技术,则要求同位素地球化学家利用地质人员采集的样品进行熟练精细的操作。对测年结果的解释也应由双方合作进行,并且在很大程度上依靠区域和地区的地质信息。笔者只介绍最广泛应用于测定岩浆岩和变质岩年龄的同位素方法,其余的一些方法只一提而过,详见同位素地质年代学专著     

磷灰石（U-Th）／He定年技术及应用简介

本文阐述了磷灰石 (U_Th) /He定年技术的基本原理和方法、影响因素以及该技术在地质研究中的应用。磷灰石 (U_Th) /He定年是近年来发展起来的一种新型低温热年代学技术 ,能够给出地质体在 4 0～ 85℃低温范围内的独特信息。同裂变径迹定年技术一样 ,磷灰石 (U_Th) /He技术可用于年轻地质体的定年 ,也可确定时代较老的地质体最后一次热事件发生的时间。由于磷灰石 (U_Th) /He年龄数据与样品的海拔或埋藏深度密切相关 ,所以能够很好地约束古地形。结合其他同位素技术如裂变径迹定年技术等还可进行系统的热演化分析 ,如盆地的热史演化。与其他同位素定年技术相比 ,磷灰石 (U_Th) /He定年技术具有测量方便、精度高、所需样品数量少等优点。虽然这种技术目前尚处于不断完善之中 ,但仍不失为研究地质体低温热年代信息的一种有效方法     

松潘甘孜长沙贡玛盆地古近纪地层碎屑锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成及碎屑磷灰石(U-Th)/He年龄的地质意义

青藏高原隆升和剥蚀是从大陆岩石圈变形到全球变冷等新生代众多地质事件诱发的关键因素.目前针对这一问题的研究主要集中在高原中部的拉萨和羌塘地区,高原东部的松潘甘孜地体关注甚少.本文报道了在松潘甘孜地体中西部的长沙贡玛盆地获得的碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成以及磷灰石(U-Th)/He年龄的结果.长沙贡玛盆地古近纪沉积物以分选极差的砾岩、岩屑砂岩和块状泥岩为主,表明其为近源快速堆积环境下形成的.砂岩碎屑锆石年龄谱图出现四组峰值,分别为200 ～ 500Ma,760 ～ 1040Ma,1800 ～ 2000Ma,2300 ～ 2600Ma,与松潘甘孜三叠系地层的U-Pb年龄峰值极为相似,表明长沙贡玛盆地古近纪沉积物主要来自其周围的三叠纪地层.考虑到盆地沉积与源区地表隆升与剥蚀存在一定的时滞,由这些古近纪的沉积物可以推断其源区的松潘甘孜地体在晚白垩世-古近纪发生一次强烈的隆升.该期隆升与高原中部发生的早期隆升在时间上相吻合,暗示了原西藏高原可能包括了部分松潘甘孜地体.磷灰石(U-Th)/He年龄表明长沙贡玛盆地可能在渐新世晚期-中新世早期发生了新一期的隆升和剥蚀.松潘甘孜大部分地区可能同样经历了该期隆升,从而奠定了其现今地貌格局.碎屑锆石Hf模式年龄主要分布在0.77 ～2.5Ga范围内,推断其初始源区最强烈的地壳增生发生在元古代.     

磷灰石低温热年代学技术及在塔里木盆地演化研究中的应用

随着磷灰石低温热年代学技术理论研究的不断完善和发展,它已被广泛用于地质体定年、构造-热演化、地形地貌演化等研究领域。该文首先对磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He热定年技术近几年的研究进展进行了综述,在此基础上阐述了低温热年代学方法在塔里木盆地构造-热历史和物源分析领域的应用效果。多组分动力学退火模型的建立、激光剥蚀ICP-MS方法的提出及裂变径迹自动测试仪的开发极大地推动了磷灰石裂变径迹技术的发展。对于磷灰石(U-Th)/He热定年技术,FT-等效圆校正模型极大地降低了He年龄校正过程中产生的误差;辐射损伤捕获扩散模型首次揭示了晶格缺陷对4 He扩散的影响模式;辐射损伤积累和退火模型有效地解释了克拉通盆地部分磷灰石样品裂变径迹年龄小于He年龄的现象。塔里木盆地巴楚隆起的低温热年代学数据和热史模拟结果揭示出巴楚隆起自中生代以来曾经历过185~140Ma、140~100Ma、75~50 Ma等三期快速隆升事件,主要是由羌塘地体、拉萨地体、印度板块与欧亚板块南缘碰撞引起的。塔北隆起钻孔内浅部样品的磷灰石裂变径迹年龄和(U-Th)/He年龄都大于相应的地层年龄,记录的是物源区南天山的热信息;其热史模拟结果揭示出南天山曾经历过晚中新世—早上新世(15~5 Ma)一期快速隆升事件,并以此构建了塔里木盆地北部与南天山晚中新世—上新世构造-沉积耦合演化模式。     

盆地断层活动定年技术进展及发展趋势

断层的活动期次对盆地的形成与演化及油气运移成藏起着重要的控制作用,精确厘定断层活动期次及其年龄是盆地构造及油气成藏研究中的一项必不可少的工作,也一直是研究中的一个难点.针对这一问题,论文基于断层带内部结构的分析及前人研究成果,简要评述了常用的自生伊利石K-Ar/Ar-Ar定年法和石英电子自旋共振ESR(electron spin resonance)定年技术,重点综述了方解石激光原位U-Pb定年、石英流体包裹体⁴⁰Ar/³⁹Ar定年和低温热年代学技术应用于断层活动时间研究的基本原理、实验方法和典型实例,并探讨了存在的问题,分析了发展的趋势,指明了下一步研究的方向.认为这些技术对断层活动期次和油气勘探研究具有重要指导意义,未来将在盆地断裂研究中发挥重要作用,有着广阔的应用前景.     

牡丹江－鸡西花岗岩类同位素地质年代学研究

牡丹江－鸡西一带有许多花岗岩类出露，其中具代表性的为柴河、石场、光复屯、岗子沟岩体等。过去人们一直将其认作元古代花岗岩体。作者采用单颗粒锆石逐层蒸发－沉积测年法，对区内包括上述岩体在内的花岗岩、花岗斑岩、混合岩及花岗质脉体，分别选其中锆石，进行年龄测定。结果表明：区内花岗岩类的侵位及混合岩化作用主要发生于２９０－２５０Ｍａ的华力西造山阶段，部分花岗岩可能形成于４８８－４０９Ｍａ的加里东期，而不形成于元古代；同时根据花岗岩和混合岩中获得的２８７１±８Ｍａ和１１３４±１４Ｍａ继承锆石的年龄数据，认为八面通杂岩两侧均存在前寒武纪变质基底。     

古高程计：氢氧同位素的新应用

定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。以上两种方法的计算精度均有待于提高。研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中,究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。     

羌塘中部各拉丹冬二长花岗岩体同位素地质年代学和地球化学研究

羌塘中部各拉丹冬岩体主要由二长花岗岩组成,其单颗粒锆石U-Pb年龄为40±3 Ma,Rb-Sr等时线年龄为47±0.4Ma,斜长石、角闪石、黑云母K-Ar年龄分别为37.1 Ma、48 Ma和45.8 Ma,形成于始新世.岩石富碱高,高钾(K2O＞Na2O),属高钾钙碱性系列.微量元素以富集LREE、LILE(Th、U等),相对亏损HFSE为特征,(87Sr/86Sr)i为0.70701～0.70724,εNd(t)为-6.0～-4.1,δ18O值为8.18‰～9.01‰,构造背景为火山弧花岗岩.55 Ma以来,印度板块与欧亚板块碰撞,大范围抬升,青藏高原在经历近南北向挤压缩短的过程中,可能在羌塘地体上产生了平行于主压应力方向的张性构造,导致了各拉丹冬花岗岩体侵位.应为青藏高原隆升在北羌塘陆块所表现的构造热事件之一.     

~(186)锇和~(188)锇双同位素稀释法在辉钼矿铼-锇测年中的应用

以经过负离子热表面电离质谱仪准确标定的1 86Os和1 88Os双同位素作为稀释剂 ,利用1 86Os和1 88Os计算1 87Os的含量 ,能有效地减少用等离子体质谱仪测定1 87Os时由于仪器本身的不稳定性及质量歧视效应所产生的误差 ,使测量准确度比用单同位素作为稀释剂有明显提高。方法应用于辉钼矿Re -Os年龄标准参考物及样品的测定 ,结果与参考值一致 ,5份试样测定的RSD <3%。     

缺氧沉积物及其衍生物的Re-Os同位素定年与示踪

Os属铂族元素,其不同于亲石元素的地球化学性质使得Re-Os同位素体系在金属矿床和超基性-基性岩浆岩的定年与地球化学示踪研究中得到了广泛应用。Re、Os元素具有亲铁和一定程度的亲铜性质,能在还原环境中与硫化物和/或有机物结合而发生相对富集,因此可应用Re-Os同位素体系对缺氧环境中形成的富有机质沉积物及其衍生物进行定年与示踪研究。本文综述了近年来Re-Os地球化学在这一领域的研究新进展,包括黑色页岩中Re-Os富集机制的探讨,沉积岩的等时线法定年,风化作用、烃类成熟度和变质作用等对黑色页岩等富有机质沉积岩Re-Os同位素体系的影响,沉积环境的Os同位素示踪以及黑色页岩Os模式年龄的意义等,并对这些研究成果在石油、沥青等有机矿产的成因研究及其勘查工作中的应用前景进行了评述。     

吉林长安堡钼(铜)矿床成矿时代及物质来源:来自辉钼矿Re-Os同位素证据

吉林省中东部地区地处中国东北部陆缘、兴蒙造山带的东段,目前已探明大中型钼矿床十余座,矿床类型有斑岩型、矽卡岩型和石英脉型。长安堡斑岩型钼(铜)矿床是吉林中部地区新发现的一座大型斑岩型矿床,成矿年代学研究工作至今尚未开展。本文在矿床地质特征研究的基础上,对矿区辉钼矿进行了Re-Os同位素体系的定年研究,获得辉钼矿模式年龄值为167.3±2.4~168.7±2.4 Ma,加权平均值为168.0±1.0 Ma(MSWD=0.16),等时线年龄为168.0±6.2 Ma(MSWD=0.42),表明长安堡钼(铜)矿床形成于中侏罗世,属中国北方燕山期大规模钼成矿期成矿,结合已发表的钼矿床高精度年代学数据,认为吉林中东部地区的钼成矿作用发生在早-中侏罗世(167~196 Ma)。矿区辉钼矿的Re含量介于25.17~34.80μg/g,平均值为29.54μg/g,指示了成矿物质具有壳幔混源、且更偏壳源特征,为准确认识该矿床的成矿物质来源提供了进一步的制约。这些成果对于研究吉林地区钼矿资源的成矿规律提供了科学依据。     

对白云鄂博矿床U-Pb同位素年代学工作的几点思考

本文主要根据笔者的研究成果,结合近年来文献报道的资料,对白云鄂博矿床U-Pb同位素年代学工作中存在的一些问题,主要是U-Pb同位素定年矿物和定年方法的选择等问题进行讨论,并对U-Pb同位素定年技术在白云鄂博矿床地质研究中的应用潜力进行探讨。笔者的研究成果表明,白云鄂博矿床中适用于U-Pb同位素年龄测定的不同矿物和不同的U-Pb同位素定年技术方法各有不同的特点及局限性。在实际工作中,根据具体的年代学工作要求及从具体样品中分选得到的U-Pb同位素定年矿物的种类及其数量多少、粒度大小、年龄范围、U-Pb含量、测年精度要求等因素,灵活地选择测年矿物及测年方法,加强对定年矿物的成因矿物学研究,结合具体的地质背景对U-Pb同位素定年结果进行合理的地质解释,对于获得比较理想的成果是非常重要的。     

青海赛什塘铜矿床辉钼矿Re-Os年代学及硫同位素地球化学研究

赛什塘铜矿位于东昆仑多金属成矿带最东端的鄂拉山地区,是青海省重要的矽卡岩型铜矿床之一。本文首次对矽卡岩中的辉钼矿进行了Re-Os定年研究,结合最新获得的不同类型矿石中硫化物硫同位素数据,讨论了成矿时代、矿床成因及成矿动力学背景。结果表明,5件辉钼矿Re-Os等时线年龄为224.5±1.8Ma(MSWD=0.15),加权平均年龄为223.4±1.5Ma(MSWD=0.65),指示成矿作用发生于晚三叠世;14件硫化物硫同位素δ34SV-CDT值介于-4.6‰~1‰,平均-1.73‰,显示硫主要来源于深源岩浆。赛什塘铜矿床的成矿作用与晚三叠世岩浆活动密切相关,结合矿床地质特征认为其属于典型的矽卡岩型矿床。综合东昆仑带内铜多金属矿床已有年代学资料及区域构造的演化特征,认为鄂拉山地区与东昆仑西段祁漫塔格地区的铜多金属矿床形成于相似的地球动力学背景下,赛什塘铜矿床的形成与古特提斯构造的演化过程中兴海小洋盆闭合后产生的后碰撞背景有关。     

柴北缘西端盐场北山二长花岗岩年代学、地球化学及其Hf同位素特征

盐场北山二长花岗岩位于柴北缘西端青海冷湖地区.岩体高硅(74.98%~76.92%), 富钾(4.44%~5.93%), 贫镁(0.04%~0.07%)和钙(0.43%~0.69%).里特曼指数介于2.43~2.79属于高钾钙碱性岩石系列, 铝饱和指数平均为1.01, 属弱过铝质花岗岩.岩体富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Pb), 亏损高场强元素(Nb、Ta), 具岛弧花岗岩地球化学特征.LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明: 岩体形成于252±3 Ma; 锆石Hf同位素初始比值176Hf/177Hf分布于0.282 958~0.283 032之间, 并具有极高的正ε_Hf(t)值(8.75~14.50), 其平均两阶段模式年龄T_DM2(Hf)为385 Ma, 反映岩体源区可能为玄武质下地壳.另外, ε_Hf(t)基本位于亏损地幔演化线附近, 指示该玄武质下地壳来源于亏损地幔.结合区域地质背景和岩石地球化学特征, 认为盐场北山二长花岗岩与泥盆纪镁铁-超镁铁岩有关, 由于宗务隆裂谷小洋盆的向南俯冲, 引发其上覆玄武质新生地壳发生熔融形成, 进而揭示晚二叠世末柴北缘处于火山弧或活动陆缘的构造环境.      

青海冷湖盐场北山花岗闪长岩年代学、地球化学及其Hf同位素特征

盐场北山花岗闪长岩位于柴北缘西端青海冷湖地区。岩体高Si(71.19%~71.81%),富Na(4.52%~4.85%)。铝饱和指数平均为1.02,属弱过铝质花岗岩。岩体富集大离子亲石元素(K、Rb、Sr、Th),亏损高场强元素(Nb、Ta),具弧型花岗岩特征。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明岩体形成于(265±2)Ma。锆石Hf同位素初始比值176 Hf/177 Hf分布于0.282 962 0~0.283 048 7,并具有的正εHf(t)值(12.54~15.19),其平均两阶段模式年龄TDM2(Hf)为367 Ma,反映岩体源区可能为新生的镁铁质下地壳,另外,εHf(t)基本位于亏损地幔演化线附近,指示该玄武质下地壳来源于亏损地幔。结合区域地质背景和岩石地球化学特征,认为盐场北山花岗闪长岩与泥盆纪镁铁-超镁铁岩有关,由于宗务隆裂谷小洋盆的向南俯冲,引发其上覆玄武质新生地壳发生熔融形成,进而揭示晚二叠世末柴北缘处于火山弧或活动陆缘的构造环境。