砂岩型铀矿中铀矿物U-Pb年代学研究现状及研究方向

该文基于中国地质调查局天津地质调查中心研究团队近年来的研究工作及对相关文献的综合研究,对砂岩型铀矿中一些重要铀矿物如沥青铀矿(晶质铀矿)、铀石、钛铀矿等的微区原位成因矿物学和U-Pb年代学研究现状进行了深入分析,提出新的研究方向,即通过采用二次离子质谱法、激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法与电子探针化学分析法和同位素稀释热电离质谱法相结合的方式,综合研究砂岩型铀矿中沥青铀矿(晶质铀矿)、铀石、钛铀矿等铀矿物和金红石、磷灰石等含铀矿物的微区原位成因矿物学和U-Pb年代学,探索砂岩型铀矿中矿石矿物的U-Pb同位素测年新方法,获取更精确的砂岩型铀矿成岩成矿的年代学信息。这对于全面准确地认识砂岩型铀矿床的生成和演化历史,建立砂岩型铀矿床的成矿新理论具有十分重要的科学意义。铀矿物测年新方法在砂岩型铀矿床的地质勘探中也有广阔的应用前景。     

氧化物型含铀矿物在LA-ICP-MS U-Pb同位素测年中的基体效应校正方法简述

<正>基体效应是矿物微区原位激光剥蚀等离子体质谱法(LA-ICP-MS)U-Pb测年中备受关注的问题,其对测年结果准确性的影响不容忽视。本文将简要介绍评述在斜锆石、金红石、锡石和铌铁矿等氧化物型含铀矿物LA-ICP-MS U-Pb同位素测年过程中     

沥青铀矿(GBW04420)的微区原位U-Pb定年分析

GBW04420是沥青铀矿铀铅同位素年龄国家标准物质,是TIMS法分析铀矿物铀铅含量和年龄的标准,最近在国内被大量应用于微区原位U-Pb定年分析。本文分别利用电子探针化学定年法(EPMA CHIME)、电子探针与质谱仪联用法(EMPASIMS/LA-MC-ICPMS)、二次离子质谱法(SIMS)、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(ns/fsLA-MC/HR/Q-ICP-MS)、同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS),对GBW04420进行了U-Pb定年分析;发现GBW04420的沥青铀矿颗粒之间年龄是不均一的。甚至,在加拿大曼尼托巴大学SIMS实验室两次分析得到的结果不同。由此,作者认为对于沥青铀矿标准物质GBW04420作为基体匹配标准物质来进行分馏校正,需谨慎对待。     

浅谈砂岩型铀矿基本特征及其定年现状研究

U-Pb同位素定年技术是目前同位素测年中应用最为广泛的一种方法,近几年来随着铀矿物的勘探开发,铀矿物成矿年代学也有了一定的发展研究。砂岩型铀矿目前主要的定年方法有两大类那就是全岩/单矿物U-Pb等时线法和微区原位测年法,其中微区原位测年法又分为电子探针化学测年、同位素微区原位精确测年以及近年来最新利用FLA-ICP-MS U-Pb定年法在铀矿物中进行定年应用。文章通过对铀矿年代学研究现状的总结对比,铀矿物FLA-ICP-MS U-Pb定年法可以测试出更新的年龄,说明此测试体系更加接近封闭体系,越来越符合等时线法测年的要求和一般地球化学原理,这样可以更为精确的得知矿体的年龄从而对应所受的构造演化历程,为沉积盆地勘探提供一个充分的依据。     

LA-ICPMS与EPMA结合测定铀矿物微区原位U-Pb年龄

晶质铀矿、沥青铀矿、铀石等铀矿物的微区原位U-Pb定年对研究铀矿床有着十分重要的意义。使用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)与电子探针(EPMA)相结合的方法更加准确地测定铀矿物微区原位U-Pb年龄,既解决了EPMA不能测定同位素比值,无法准确扣除普通铅等不足,又解决了目前LA-ICPMS测定的铀矿物标样极少,标样难寻的困扰,从而有利于铀矿物微区原位U-Pb定年技术的推广使用,为铀矿床研究提供更准确的定年数据。这一定年方法不但在铀矿床的年代学研究中有重要的应用,在各种地质体的铀矿物U-Pb同位素年代学研究中也有广阔的应用前景。     

氧化物型含铀矿物LA-ICP-MSU-Pb年龄测定中的基体效应及其校正方法

基体效应是矿物微区原位LA-ICP-MS U-Pb测年中备受关注的问题,因为其对测年结果准确性的影响不容忽视。通过介绍斜锆石、金红石、锡石、铌铁矿、晶质铀矿、沥青铀矿等氧化物型含铀矿物微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素测年过程中基体效应的影响和校正方法,简要评述其校正方法的优点、局限性,探索规律和相似性,解决寻找和研制稀有矿物标样的难题。对含铀矿物进行准确的微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄测定,对于全面认识众多地质事件和矿床的生成演化历史,进而更准确地构建其年代构造格架、建立更合理的成岩成矿模式具有重要的科学意义。     

砂岩型铀矿定年现状及测试方法研究

对砂岩型铀矿的大规模研究源于自上世纪九十年代开始的铀矿战略大转移,为保证后续分析成矿机制及物质来源等的准确性,对于砂岩型铀矿成矿时代的研究则是不可缺少的内容之一。目前,用以研究铀矿物年龄的最广泛的方法主要分为全岩-单矿物U-Pb等时线测试方法以及微区原位定年方法,而微区原位方法又分为电子探针化学测年和同位素原位微区精确定年。本文将通过对铀矿年代学的研究现状来总结对比,具体阐述和介绍目前定年的主要研究方法,从而为能够更为精确的分析构造演化历程提供具体依据。     

LA-MC-ICP-MS独居石微区原位U-Pb同位素年龄测定

独居石富含U、Th, 同时具有较低的初始普通Pb含量, 是U-Pb和Th-Pb同位素定年的理想对象。由于普遍存在于多种岩石中, 独居石的U-Th-Pb定年具有广阔的应用前景。本文报道利用193 nm ArF准分子激光剥蚀系统和NEPUNE多接收器电感耦合等离子体质谱仪, 对独居石进行微区原位U-Pb同位素年龄测定的新方法。运用这一新方法对独居石样品AL01、BL02和CL03进行微区原位U-Pb同位素年龄测定, 获得AL01和BL02号样品的206Pb/238U年龄加权平均值分别为(288.3±1.1) Ma (n=19)和(446.8±2.3) Ma (n=41); CL03号样品的U-Pb等时线年龄为(396.8±8.8) Ma (n=55), 取得了令人满意的结果。     

四川拉拉铁氧化物-铜-金-铀矿床的铀成矿时代与成矿环境

位于扬子地块西南缘康滇地轴的拉拉矿床是我国典型的铁氧化物-铜-金-铀(IOCG)矿床。该矿床主要产出铁铜矿石,并共(伴)生有一定规模的铀矿化。本文在野外地质调查的基础上,综合利用微区X射线荧光光谱法(μ-XRF)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)等测试技术,针对拉拉矿床中的铀矿化开展了详细的矿相学、地球化学和同位素年代学研究,并进一步探讨了铀成矿构造背景和成矿环境。研究表明,晶质铀矿、钛铀矿和铀石是拉拉矿床中主要的铀矿物,晶质铀矿同时产于铁铜矿石和铀矿化样品中,但钛铀矿和铀石仅产于铀矿化样品中。晶质铀矿主要呈立方体晶形产出,具有高U、Pb和Y,低Th、Ca、Si、Ti和P的地球化学组成,属于低钍晶质铀矿。U-Pb同位素定年表明拉拉矿床发育两期铀矿化,早期铀矿化产于铁铜矿石中,形成年龄为990±4 Ma,与早期铁铜矿化(～1.05 Ga)同步,晚期为后期叠加的热液铀矿化,以晶质铀矿-方解石-萤石脉的形式穿插于铁铜矿石中,形成年龄为～850 Ma,与晚期铁铜矿化(～850 Ma)同步,早晚两期矿化分别形成于大陆裂谷环环境和活动大...     

磷灰石微区原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素定年

利用激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS), 建立了磷灰石微区原位U-Pb同位素定年新方法, 本文给出了这一新方法的分析流程, 报道了利用这一新方法对5个磷灰石样品的分析结果, 并应用同位素稀释-热电离质谱法(ID-TIMS)对一些样品定年结果进行了验证。磷灰石工作标样SDG的U-Pb同位素年龄: (1596±15) Ma (MSWD=1.5, n=7, LA-MC-ICP-MS), (1602±13) Ma (MSWD=0.578, n=5, ID-TIMS); 某铁矿石中磷灰石的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素年龄: (125±14) Ma (MSWD=0.68, n=25), (124.2±3.5) Ma (MSWD=1.5, n=37); 新疆阿尔金地区片麻岩中磷灰石的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素年龄: (250.8±3.9) Ma (MSWD=8.6, n=26), (245.4±2.9) Ma (MSWD=2.1, n=39)。     

粤北石角围花岗岩型铀矿床沥青铀矿LA-ICP-MS原位U-Pb定年研究

石角围花岗岩型铀矿床位于粤北下庄铀矿田东部,沥青铀矿是矿床的主要矿石矿物,也是厘定成矿年龄的理想对象。前人采用同位素稀释法(ID-TIMS)和电子探针U-Th-totalPb化学定年法获得的成矿年龄为38～138Ma,但前人年龄变化范围大,可靠性有待考究,难以有效约束矿床的成矿时代。本文利用LA-ICP-MS原位微区分析技术,对石角围矿床矿石中沥青铀矿开展了原位U-Pb定年。研究表明:沥青铀矿的206Pb/238U年龄为52. 46～56. 89Ma,加权平均年龄为54. 68±0. 53Ma(MSWD=1. 19,n=18)。本次沥青铀矿原位U-Pb定年与前人相比更好地避免了矿物包裹体、后期次生变化、显微裂隙等因素的影响,获得的沥青铀矿原位U-Pb同位素年龄代表矿床的成矿年龄。本研究获得的石角围矿床成矿年龄(～55Ma)与华南花岗岩型铀矿床主成矿期(～50Ma)相一致,指示石角围矿床铀成矿作用与华南岩石圈局部伸展作用下的断裂构造活动密切相关。     

自动矿物分析技术在鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿矿物鉴定和赋存状态研究中的应用

鄂尔多斯盆地是我国重要的砂岩型铀矿成矿区之一。铀矿物赋存状态研究对砂岩型铀矿的成因认识、找矿勘查及选冶开采具有重要意义,但其矿物组成复杂,铀矿物粒度细小、种类繁多且赋存状态多样,致使研究初始的鉴定阶段就存在难点。目前普遍使用放射性照相法和电子探针(EMPA)两种方法开展铀矿物鉴定分析工作。放射性照相可一次性得到光片中所有铀矿物赋存位置、赋存状态和放射性形态,但无法鉴定矿物种类,耗时较长且需在暗室中进行;电子探针可得到铀矿物背散射图像和各元素含量,但在高倍数下薄片中寻找含量少、粒度小的铀矿物费时费力,并且在黑白背散射图像中无法快速判断伴生矿物种类。本文以鄂尔多斯盆地北缘-南缘-西缘砂岩型铀矿为研究对象,将自动矿物分析系统(AMICS)运用于砂岩型铀基础研究中,结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)鉴定出研究区铀矿物有铀石、晶质铀矿、沥青铀矿和硅钙铀矿,黄铁矿和钛氧化物与铀矿物关系密切,识别出其他伴生矿物还有石英、金红石、长石、云母、高岭石等。本文建立的AMICS-SEM-EDS分析方法,实现了铀矿物及其共生矿物组合的快速识别鉴定和赋存状态研究。     

氟碳铈矿U-Pb定年技术研究

本文以稀土矿床中的常见副矿物氟碳铈矿为研究对象,通过优化实验条件和仪器参数,分别采用激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS)和同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)对氟碳铈矿样品SAM进行U-Pb定年技术研究,并将此两种方法得到的结果进行对比。LA-MC-ICP-MS得到的U-Pb年龄为(409±18)Ma(N=27,MSWD=4.5),ID-TIMS得到的206Pb/238U U-Pb年龄为(407.8±3.3)Ma(N=3,MSWD=0.029),两种方法得到的U-Pb年龄结果在误差范围内一致。通过比较两种方法的实验流程和结果,总结了各自的优缺点,为氟碳铈矿U-Pb定年方法选择提供了参考依据。     

非破坏性开放式激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法原位测定大尺寸陶瓷样品主微量元素组成

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)通常采用体积固定的封闭剥蚀池,大尺寸样品要经过切割或破碎,能够放入剥蚀池后才可以再进行LA-ICP-MS分析,因此,这种常规密闭式LA-ICP-MS难以应用于无法破碎的珍稀大尺寸样品分析。为实现大尺寸样品的非破坏性微区原位主微量元素分析,本文基于自行设计的开放式样品采集口,结合气体交换装置,建立了开放式LA-ICP-MS分析方法,以大尺寸陶瓷圆盘样品为例,实现了其未经破碎即可直接在敞开的空气环境中进行微区原位主微量元素含量分析。最佳气流速下的氦气作为屏蔽气,在开放式样品采集口周围形成屏障,将激光剥蚀点与空气隔开,同时激光剥蚀产生的分析物气溶胶被屏蔽气聚拢并携带,在样品采集口负压的作用下进入传输管路,通过气体交换装置,高纯氩气置换掉气溶胶中混入的空气,最后进入等离子体质谱被检测。为验证该方法的准确性,将大尺寸陶瓷样品破碎后对开放式LA-ICP-MS分析点邻近区域进行常规密闭式LA-ICP-MS分析,两种方法所检测的51个元素中大部分元素相对误差小于10%,仅部分元素(如磷铍钪钇镧钐铕镝铪钨等)因含量极低相对误差高于20%,显示开放式LA-ICP-MS法具有较好的分析准确度,适用于对大尺寸样品的非破坏性微区原位主微量元素分析。     

A Rapid In Situ Method for Determining the Ages of Uranium Oxide Minerals: Evolution of the Cigar Lake Deposit,Athabasca Basin

We present a rapid and accurate technique for making in situ U-Pb isotopic measurements of uranium oxide minerals that utilizes both electron and ion microprobes. U and Pb concentrations are determined using an electron microprobe, whereas the isotopic composition of Pb for the same area is measured using a high-resolution ion microprobe. The advantages of this approach are: mineral separation and chemical digestion are unnecessary; homogenous uranium oxide standards, which are difficult to obtain, are not required; and precise and accurate U-Pb ages on ～10 μm spots can be obtained in a matter of hours. We have applied our method to study the distribution of U-Pb ages in complexly intergrown uranium oxides from the unconformity-type Cigar Lake uranium deposit, Saskatchewan, Canada. In situ U-Pb results from early formed uraninite define a well-correlated array on concordia with upper and lower intercepts of 1467 ± 63 Ma and 443 ± 96 Ma (±lσ), respectively. The 1467 Ma age is interpreted as the minimum age of mineralization and is consistent with the age of clay-mineral alteration (～1477 Ma) and magnetization of diagenetic hematite (1650 to 1450 Ma) that is associated with these unconformity-type uranium deposits and early diagenesis of the Athabasca Basin sediments. In situ U-Pb isotopic analyses of uraninite and coffinite can document the Pb?/U heterogeneities that can occur on a scale of 15 to 30 μm, thus providing relatively accurate information regarding the timing of fluid interactions associated with the evolution of these deposits.     

Testing Nano-Powder and Fused-Glass Mineral Reference Materials for In Situ Rb-Sr Dating of Glauconite,Phlogopite, Biotite and Feldspar via LA-ICP-MS/MS

Reference materials (RMs) with well-characterised composition are necessary for reliable quantification and quality control of isotopic analyses of geological samples. For in situ Rb-Sr analysis of silicate minerals via laser ablation inductively coupled plasma tandem mass spectrometry (LA-ICP-MS/MS) with a collision/reaction cell, there is a general lack of mineral-specific and matrix-matched RMs, which limits wider application of this new laser-based dating technique to certain minerals. In this work, pressed nano-powder pellets (NP) of four RMs, GL-O (glauconite), Mica-Mg (phlogopite), Mica-Fe (biotite) and FK-N (K-feldspar), were analysed and tested for in situ Rb-Sr dating, complemented by isotope dilution (ID) MC-ICP-MS Rb-Sr analyses of GL-O and Mica-Mg. In addition, we attempted to develop alternative flux-free and fused ‘mineral glasses’ from the above RMs for in situ Rb-Sr dating applications. Overall, the results of this study showed that among the above RMs only two NP (Mica-Mg-NP and GL-O-NP) were suitable and robust for in situ dating applications. These two nano-powder reference materials, Mica-Mg-NP and GL-O-NP, were thus used as primary RMs to normalise and determine Rb-Sr ages for three natural minerals: MDC phlogopite and GL-O glauconite grains, and also Mica-Fe-NP (biotite). Our in situ analyses of the above RMs yielded Rb-Sr ages that are in good agreement (within 8%) of published ages, which suggests that both Mica-Mg-NP and GL-O-NP are suitable RMs for in situ Rb-Sr dating of phlogopite, glauconite and biotite. However, using secondary RMs is recommended to monitor the quality of the obtained ages.     

铀矿床定年研究进展评述

往往由于铀矿物(沥青铀矿)颗粒细小、易蚀变成铀的次生矿物及多期铀矿化作用相互叠加等在组成和结构上的固有特点,通常难以用挑选铀矿物(沥青铀矿)样品溶样的传统定年方法精确确定其形成年龄。随着分析技术的不断更新和发展,对铀矿床成矿年代学的研究也不断深入。但受铀矿床中铀矿物U-Pb定年方法本身的制约,以及以往对铀矿物U-Pb定年体系中铀矿物样品要求认识的不足,常常导致获得的年龄无实际地质意义或无法获得理想的等时线年龄。本文针对铀矿化定年方法的发展历程进行了系统梳理和分析,评述了铀矿物定年的五种主要方法:(1)铀矿物U-Th-totalPb化学年龄;(2)铀矿物模式年龄;(3)铀矿物传统等时线年龄;(4)铀矿物矿伴生矿物年龄;(5)原位微区铀矿物U-Pb年龄。在此基础上,深入探讨了铀矿化作用定年研究中存在的问题和对应方案,期望促进未来铀矿床成矿年代学的发展。     

锆石微区原位同位素和微量元素测定的新进展

文章简述了二次离子探针质谱(SIMS)、激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)和激光剥蚀多接受等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)等3种锆石微区原位同位素和微量元素测定方法的原理和优缺点;针对U-Pb定年、铪同位素、锂同位素、多种元素的同时测定,以及仪器改进、测试方法创新、标样研发等方面的新进展进行了评述。