金属矿床定年方法与岩石中碳同位素测量课件

1、金属矿床形成年龄的测定方法 岩石中碳同位素比值的EA-MS测定及其地球化学应用 舒生远 SA15007094 金属矿床形成年龄的测定方法 一、引言 金属矿床是指有经济价值的，特殊的岩石或地质体，它是地球物质演化过程中特定阶段的产物。 金属矿床至今尚无得到大家承认的成熟的测年方法，原因主要是： a、缺乏适合于传统同位素定方法的对象； b、由于成矿过程中热液流体与围岩间的强烈相互作用，流体与流经物源区发生物质交换，流体活动产生多种物源区的影响，经常达不到同位素平衡和同位素均一化； c、成矿后可能受岩浆-构造热事件的扰动，使放射成因同位素部分或全部丢失； d、某些元素在矿石或脉石矿物中含量非常低，现

2、有的仪器难以测量； e、热液矿物中同位素的存在形式不清楚，所测年龄的地质意义存在一定的多解性。 目前金属矿产的定年采用的都是直接定年方式，即直接测定矿石矿物，或测定与矿石矿物共生的蚀变矿物（脉石矿物）的年龄。 方法主要有：Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb、K-Ar、Ar-Ar和Re-Os等 二、金属矿床同位素定年方法 （一）Rb-Sr法 由于Rb-Sr法测试流程成熟、数据可靠，其中所获得的（87Sr/86Sr）i值还可以推测成矿物质来源，而且高精度、高灵敏度同位素测试仪器的使用，且目前的实验技术可以检测矿物中极微量的Rb和Sr及其同位素组成，所以被大量使用。测试对象主要为蚀变和热液矿物、矿石矿

3、物以及矿石和脉石矿物中流体包裹体等。 样品要求同源、同时、具有相同的同位素初始比值、形成后处于封闭体系和Rb/Sr值具有差异性。 基本公式： 87Sr/86Sr =(87Sr/86Sr)0+(87Rb/86Sr) (et-1） 1、蚀变和热液矿物Rb-Sr同位素定年 热液交代成因矿床 常见蚀变矿物有绢云母、钠长石、钾长石、绿泥石、白云母、水白云母和伊利石等 由于成矿体系为相对开放体系，成矿过程中存在复杂的水岩相互作用，成矿期后的流体、构造和岩浆活动等还可能改变其原来的矿物组合，从金属矿床中采集的样品很难满足等时线的基本条件。 因此除了在野外和室内详细研究成矿作用的多期性和阶段性，确定矿物共生组

4、合，挑选同一成矿期次的蚀变矿物外，还需要对等时线的样品进行科学的筛选。 云母类矿物中常具有较高的Rb/Sr值，从而成为首选对象 测试受实验全流程本底条件及仪器性能的限制 以往所需的样品一般多于50mg，会造成不同期次矿物组合的混合 目前国内相关实验室已经使全流程本底达到Rb6pg和Sr-8)，但其碳含量可能高达约0.8 ，与未去气的地幔碳含量(约1.0)相当，但显著高于正常地幔的碳含量(0.1)。 皖东玄武岩氧同位素分析得到的180值为6.38.5(表1),平均7.6士1.2,这个值不仅高于洋中脊玄武岩（MORB）的平均160值5.7士0.2,而且高于邻区江苏六合-仪征一带新生代玄武岩的180

5、值(5.67.0，平均6.00.4)，但低于意大利钾质玄武岩的平均值8.5士1.3。 已知CO2相对于碳酸盐和硅酸盐富集180，但由于去气CO2中氧仅占岩浆氧的很小一部分，因此CO2 去气作用只能导致残留熔体稍微亏损180。这在实际分析的皖东玄武岩180值上是难以反映出来的，因此不能排除CO2去气引起图2所示的变化趋势。 在这些玄武岩的氧同位素比值与碳含量和碳同位素组成之间不存在相关性，排除了这些玄武岩在岩浆通过地壳向上迁移过程中受到地壳混染而使其180值升高的可能性。 小的180值范围(6.38.5)与大的13C值范围(-28.0-11.5)相比指示，在岩浆源区内部壳幔物质混合过程中，氧同位

6、素均一化的速率比碳同位素快得多。 已知大别-苏鲁地区榴辉岩及其共生的正、副片麻岩和邻近的麻粒岩具有异常低的、变化的180值(-10+9)。如果由这些亏损180的陆壳物质再循环进入上地幔并发生熔融形成玄武岩浆的话，对应玄武岩的180值应该是降低而不是升高。然而，这些皖东玄武岩的氧同位素比值高于正常地幔值，要求其岩浆源区含有富集180的地壳物质。因此，皖东玄武岩浆不可能是由亏损180的俯冲陆壳加入所产生的。 对于皖东玄武岩来说其低13C值或者指示岩浆喷发过程中经历了强烈的CO2去气作用，或者指示岩浆源区含有地表有机碳组分。后一种可能性与其高180值要求岩浆中含有富180的陆壳物质是一致的。另一方面

7、，其高13C值地幔端元具有高的碳含量(约0.8)，指示这些样品或者这种地幔岩浆尚未经历过CO2去气作用，它与中国东部岩石圈地幔成因之间的关系尚有待于进一步深入研究。 2.2 巢湖砂页岩 样品采自安徽省巢湖市北郊狮子口一凤凰山一带，该区古生代地层发育较好，尤其是志留系以上的古生界露头完整成为安徽省扬子型古生界的标准剖面之一。 表2 巢湖狮子口-凤凰山剖面样品岩性、层位和碳同位素分 析 下二叠统栖霞组中无机碳酸岩中13C值为+2.79%, 指示该样品中不仅含有大量的有机碳，而且其存在引起水体中CO2的13C值发生正向漂移，结果导致碳酸盐出现正的13C值。 由于本文分析的是样品全碳含量，说明巢湘地区

8、古生代地层砂页岩的碳含量相对较低(泥岩除外)，并且以富有机碳(亏损13C)为特征。 这是首次报道的显生宙沉积岩全碳同位素组成，结果指示其中不含有显著数量的碳酸盐。进一步的大面积采样和深入的全碳同位素分析不仅对于研究地壳的沉积碳循环，而且对于地球不同层圈之间的碳同位素交换都具有重要的意义。 2.3 东海榴辉岩 样品采自江苏省东海县境内的青龙山、孟中和杜常沟，大地构造上位于苏鲁地体的西部。 本文对这些榴辉岩样品的碳和氧同位素分析结果列于表3。 碳含量(0.0400.120） 13C值(-28.5-22.3） 180值(-9.6+4.5） 表3 苏北东海榴辉岩样品碳和氧同位素分析结果 傅斌等已经发现

9、，这些榴辉岩矿物之间保持了氧同位素平衡。这不仅证明这些超高压岩石在榴辉岩相变质以前原岩曾与亏损180的大气水相互作用得到低的180值，而且排除了在退变质作用期间外部流体淋滤引起榴辉岩低180的可能性。 因此榴辉岩的180亏损反映了超高压变质以前榴辉岩母岩的特征。在超高压榴辉岩中异常低的180值的保存暗示，在包含榴辉岩母岩的大陆板块俯冲到地幔深度过程中，只发生过非常有限的壳幔相互作用。 地幔的13C值为-7+2 排除了在深部正常地幔的交代作用，反映了榴辉岩母岩在超高压变质以前的碳同位素特征。 原岩类型判别： 根据大别-苏鲁超高压榴辉岩的岩石化学特征，其变质前原岩为玄武质岩浆岩， 而在大别山东部存在与大理岩互层的榴辉岩，指示其原岩可能是泥灰岩。 无论如何，其母岩必须在超高压变质之前就强烈亏损13C 众所周知 沉积有机碳的氧化和吸附在硅酸盐表面的大气碳与地表反应都能产生13C值低达-30-20的CO2。 而且吸附在玄武质玻璃表面的大气碳具有低达-26的13C值，因此古大气降水的13C值可以低达 -20-30。 无论如何这些都要求原岩曾经在地表经受过含有机碳流体的蚀变。 这一结论与极端低亏损180的特征所指示的地表地质过程一致，即榴辉岩原岩在板块俯冲前受到过大气降水热液蚀变。 另外，要想使榴辉岩原岩较大程度亏损13C，