关于硫化物Re-Os同位素定年的一些思考--贵阳地化所 黄小文

1、关于硫化物关于硫化物Re-Os同位素定年同位素定年的一些思考的一些思考黄小文黄小文中国科学院地球化学研究所中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室矿床地球化学国家重点实验室2015.12.14 长沙长沙第七届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会第七届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会报 告 提 纲1. 硫化物Re-Os同位素定年概述2. 硫化物Re-Os同位素特征分类3. 对Re-Os同位素定年基本条件的理解4. 硫化物Re-Os同位素定年需注意什么？1. 硫化物Re-Os同位素定年概述pRe、Os元素的元素的多重性质多重性质亲铁亲铁亲铜亲铜/亲硫（赋存在硫化物）亲硫（赋存在硫化物）亲有机

2、质亲有机质p已用于已用于Re-Os同位素定年的同位素定年的硫化物硫化物辉钼矿辉钼矿黄铁矿、毒砂、黄铜矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿磁黄铁矿、镍黄铁矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿pRe-Os同位素定年需满足定年的同位素定年需满足定年的三个基本条件三个基本条件：所测样品必须同时形成（同时性）所测样品必须同时形成（同时性）所测样品必须具有相同的来源（同源性）所测样品必须具有相同的来源（同源性）样品形成后体系必须保持封闭（封闭性）样品形成后体系必须保持封闭（封闭性）定年基本原理含初始含初始Os不含初始不含初始OsRe: Re: 185185Re, Re, 187187

3、Re(62.6%)Re(62.6%)Os: Os: 184184Os, Os, 186186Os, Os, 187187Os(1.6%), Os(1.6%), 188188Os, Os, 189189Os, Os, 190190Os , Os , 192192OsOs187187ReRe187187OsOs衰变半衰期为41.6 GaStein et al., 20002. 硫化物的Re-Os同位素特征分类多数热液硫化物辉钼矿岩浆硫化物沉积硫化物部分热液硫化物不同的等时线投图Stein et al., 2000123Ludwig, 1980误差相关系数Re-Os模式年龄计算u辉钼矿：初始辉钼矿：

4、初始OsOs含量为含量为0 0，直接计算，直接计算u其他硫化物：含有不可忽略的初始其他硫化物：含有不可忽略的初始OsOs，先扣除，先扣除187187OsOs中中的普通的普通187187OsOs，而普通，而普通187187OsOs通过等时线的初始比值获得通过等时线的初始比值获得187187Re/Re/188188Os5000Os5000，计算的模式年龄才有意义，计算的模式年龄才有意义李超等，2012含普通Os的辉钼矿模式年龄计算所测样品必须同时形成（同时性）所测样品必须同时形成（同时性）所测样品必须具有相同的来源（同源性）所测样品必须具有相同的来源（同源性）样品形成后体系必须保持封闭（封闭性）样

5、品形成后体系必须保持封闭（封闭性）3.对Re-Os同位素定年基本条件的理解所测样品必须具有同时性同一矿床同一成矿阶段/期次同一矿石同一颗粒l在何种级别上取样能代表同时性，取决于矿床的成矿地质特征l定年不只是为了得到一个矿床的年龄而是为了剖析精细的成矿过程空间尺度时间尺度同一矿体所测样品必须具有相同的来源p具有相同的初始同位素比值（无法直接得知）具有相同的初始同位素比值（无法直接得知）p间接方法间接方法样品时间及空间上的关联性样品时间及空间上的关联性其他地球化学手段（微量稀土元素配分模式，硫同位素组成）其他地球化学手段（微量稀土元素配分模式，硫同位素组成）样品形成后体系必须保持封闭n不同硫化物不

6、同硫化物Re-OsRe-Os同位素体系封闭温度同位素体系封闭温度n矿物形成后是否受后期流体改造矿物形成后是否受后期流体改造封闭温度l 对某一同位素体系来说，并不是在矿矿物、岩石形成物、岩石形成的那一瞬间就开始计时l 当温度降低到能使该计时体系达到封闭状态时，即子体由于热扩散导致的子体由于热扩散导致的丢失量可以忽略不计丢失量可以忽略不计时，子体才开始积累，这个开始计时的温度就是封闭温度。l 由于D/P大体上与年龄成正比，故关系曲线的直线部分延伸与t轴的交点tC可定义为矿物的年代，并且将此时的温度TC定义为封闭温度。子子母母体体核核素素比比不同硫化物Re-Os同位素体系封闭温度辉钼矿辉钼矿毒砂毒砂

7、黄铁黄铁矿矿磁黄磁黄铁矿铁矿毒砂毒砂黄铁矿黄铁矿黄铜矿黄铜矿斑铜矿斑铜矿黄铁矿黄铁矿黄铜矿黄铜矿闪锌矿闪锌矿方铅矿方铅矿封闭封闭温度温度()500710400500300-400300500？参考参考文献文献Suzuki et al. (1996)Bingen andStein (2003)Morelli et al. (2010)Brenan et al. (2000)Brenan et al. (2000)Coggon et al.(2012)Nozaki et al. (2010)（据吕串所内交流ppt修改）磁黄铁矿：磁黄铁矿：400表面和核部表面和核部Os同位素交换需要同位素交换需要

8、0.5Ma黄铁矿：黄铁矿：500表面和核部表面和核部Os同同位素交换需要位素交换需要10Ma（最大扩散速（最大扩散速度计算）度计算）磁黄铁矿磁黄铁矿Re-Os封闭温度低封闭温度低至至300，所得到的年龄可，所得到的年龄可能是记录了能是记录了岩浆期后事件岩浆期后事件Brenan et al. (2000)这一发现很好地解释了很多岩浆硫化物矿床得不到真实年龄的原因Yang et al., 2008这一发现也解释了很多岩浆热液矿床中磁黄铁矿Re-Os同位素体系的开放行为，而黄铁矿能保持体系封闭Huang et al., 2013 MD矿物形成后是否受后期地质作用或者流体改造尽管较高的封闭温度，辉钼矿

9、辉钼矿Re-Os同位素体系也会表现出开放行为开放行为(Luck and Allgre 1982; McCandless et al. 1993; Suzuki et al. 2000, 2001)这种开放行为并不是由于变质变形作用或者强氧化性流体交代引起，可能是由于取样的原因(Stein et al., 2003; Selby et al., 2004)，因为辉钼矿颗粒存在微微米级的米级的187Re-187Os失藕失藕辉钼矿除了辉钼矿，毒砂和黄铁矿毒砂和黄铁矿被认为是Re-Os同位素定年较可靠的矿物，不易受变质变形作用影响，但是部分黄铁矿受到局部成矿后热液作局部成矿后热液作用的影响用的影响而表

10、现出开放行为。l低温(400 )、 高氧逸度高氧逸度的流体作用(比如很多斑岩铜矿系统)，而与流体pH无关Xiong et al., 2006流体改造实例南非南非Witwatersrand盆地金矿床盆地金矿床Mathur et al., 2012Mathur et al., 20122200-2600 Ma按不同Reef分类盆地形成年龄盆地形成年龄2820-3270 MaT=2.7 GaT=2.05 GaSCLM在在2.05 Ga时含金硫化物时含金硫化物Re-Os同位素体系遭受了改造，同位素体系遭受了改造，为热液活化的沉积模式提供了直接的证据。为热液活化的沉积模式提供了直接的证据。方铅矿和闪锌矿

11、Re-Os同位素体系开放行为p较低封闭温度？p多期次？p流体混合？刘莹莹, 2014Spry et al., 2013地壳端元地壳端元地幔端元地幔端元p野外工作野外工作l详细记录样品的产状，划分出矿石类型及样品所处的成矿阶段l采集新鲜样品，避免蚀变及外部污染p室内工作室内工作l显微观察l矿物分选lRe含量初测5.硫化物Re-Os同位素定年需要注意什么？野外工作之样品产状野外工作之样品产状以东川铜矿为例以东川铜矿为例Huang et al., 2013 CG层状矿石层状矿石脉状矿石脉状矿石不同类型矿石红硫化物具有不同的不同类型矿石红硫化物具有不同的Re-OsRe-Os同位素特征，硫同位素组成，同

12、位素特征，硫同位素组成，指示两期不同的成矿作用指示两期不同的成矿作用A.A.无明显环带及重结晶结构无明显环带及重结晶结构 很多中-低温矿床中黄铁矿通常具有环带结构，它们通常代表着多期次流体交代的结果，有可能得出一个平均年龄或者混合年龄。Velsquez, et al., 2014室内工作之显微观察室内工作之显微观察室内工作之显微观察室内工作之显微观察B. B. 矿物共生组合较单一矿物共生组合较单一减少硫化物不纯的可能性；避免硫化物间的元素或者同位素扩散Barra et al., 2003黄铜矿黄铜矿105 Ma77 MaBrenan et al., 2000辉钼矿与黄铜矿之间的同位素交换辉辉钼

13、钼矿矿黄黄铜铜矿矿Stein et al., 2003187Os表面吸附为主，扩散作用为辅表面吸附为主，扩散作用为辅选择辉钼矿定年，而不能选择黄铜矿室内工作之矿物分选室内工作之矿物分选大多数人选择送样，很少自己分选，不太可取，缺点是：大多数人选择送样，很少自己分选，不太可取，缺点是：容易将不同产状的硫化物混合容易将不同产状的硫化物混合容易造成交叉污染容易造成交叉污染Huang et al., 2015 OGRDavies, 2010颚式破碎机钢片的颚式破碎机钢片的Re-OsRe-Os同位素组成同位素组成简化分选过程，尽量少使用铁制品，记住硫化物简化分选过程，尽量少使用铁制品，记住硫化物Re-O

14、sRe-Os同位同位素实验不需要粉末，颗粒即可。素实验不需要粉末，颗粒即可。重液、不锈钢捣钵的Re-Os同位素特征？Re 50 ppbOs 2 ppb辉钼矿矿物分选尤其重要！辉钼矿矿物分选尤其重要！研究表明，辉钼矿存在着微米微米级的级的187Re-187Os失藕失藕(Stein et al., 2003; Selby et al., 2004)失藕的程度随以下因素而增大p矿物颗粒越大p年龄越老pRe含量越低建议：分选完整颗粒，磨成粉末；年轻的辉钼矿建议：分选完整颗粒，磨成粉末；年轻的辉钼矿(1Ga), ,取样量达到取样量达到40 mg，还得根据含量调整，还得根据含量调整室内工作之室内工作之Re

15、Re含量初测含量初测为什么要对每件硫化物进行为什么要对每件硫化物进行ReRe含量初测？含量初测？排除排除ReRe含量太低样品含量太低样品准确加入准确加入ReRe、OsOs同位素稀释剂同位素稀释剂决定测试顺序，防止交叉污染决定测试顺序，防止交叉污染硫化物硫化物ReRe含量随不同矿床类型有没有变化规律？含量随不同矿床类型有没有变化规律？l不同硫化物Re含量差别很大l同一矿床硫化物Re含量变化很大杜安道等, 2009Liu et al., 2015不同硫化物不同硫化物ReRe含量含量l仅与白钨矿（或黑钨矿）和（或）方铅矿、闪锌矿、自然金和自白钨矿（或黑钨矿）和（或）方铅矿、闪锌矿、自然金和自然银然银

16、共生时辉钼矿Re含量最低（10-810-6）l仅与黄铜矿和（或）磁铁矿（或磁黄铁矿）黄铜矿和（或）磁铁矿（或磁黄铁矿）共生时辉钼矿Re含量最高（10-510-3）l同时与以上矿物共生的辉钼矿Re含量中等壳幔混合壳幔混合地壳（地壳（1010-6-6）地幔（地幔（1010-4-4）Mao et al., 1999辉钼矿辉钼矿ReRe含量变化规律含量变化规律n与流体来源密切相关n与矿物共生组合密切相关杨宗锋等, 2011赣南石英脉型钨锡矿床与黑钨矿共生的辉钼矿Re含量低至几个ppb，原因？Huang et al., 2013 RG与与Cu/Fe矿物共生的黄铁矿矿物共生的黄铁矿Re含量较高，而与含量较

17、高，而与W/Pb/Zn/Au/Ag矿矿物共生的黄铁矿物共生的黄铁矿Re含量较低含量较低，与辉钼矿中，与辉钼矿中Re的富集规律相似的富集规律相似黄铁矿黄铁矿ReRe含量变化规律含量变化规律Zhang et al., unpub.n与共生矿物辉钼矿的比例有关n含Au的流体不利于Re进入黄铁矿斑岩型矿床中黄铁矿斑岩型矿床中黄铁矿ReRe含量含量硫化物中Re的富集机制有待进一步研究。供参考的几篇文献lHuang, X.-W., Zhao, X.-F., Qi, L., Zhou, M.-F., 2013. Re-Os and S isotopic constraints on the origins

18、of two mineralization events at the Tangdan sedimentary rock-hosted stratiform Cu deposit, SW China. Chemical Geology 347, 9-19.lHuang, X.-W., Zhou, M.-F., Qi, L., Gao, J.-F., Wang, Y.-W., 2013. Re-Os isotopic ages of pyrite and chemical composition of magnetite from the Cihai magmatic-hydrothermal Fe deposit, NW China. Mineralium Deposita 48, 925-946.lHuang, X.-W., Qi, L., Gao, J.-F., Zhou, M.-F., 2013. First reliable Re-Os ages of pyrite and stable isotope compositions of Fe(-Cu) deposits in the Hami region, Eastern Tianshan Orogenic Belt, NW China. Resource Geology 63, 166