富碳质地质样品Re-Os同位素体系研究进展

Re-Os同位素定年技术在富有机质沉积岩、低变质沉积岩、湖相沉积物、煤、油气藏样品等富碳质地质样品的尝试和成功应用,使其成为直接厘定地层沉积时代、重大地质事件发生时限和机制、古环境重建、油气藏直接定年、油气演化过程推演等研究的关键技术手段。然而,受到富碳质地质样品中极低的Re和Os丰度、采样方式以及地质作用等因素的影响,很多样品的Re-Os等时线年龄和初始Os同位素比值精度超过10%,不能有效地评价海水Os的真实来源和地质作用程度,影响了对不同沉积体系及油气演化过程中Re和Os的化学行为和Re-Os等时线年龄地质意义的理解。由此,本文从富碳质地质样品的Re-Os化学行为和地质应用进展出发,对富碳质地质样品Re-Os同位素分析过程中的采样和取样方式、溶样方法、分离富集方式和标准物质选择四方面进行了总结和完善。指出以沉积速率为采样间距参考,通过预处理方式提高样品的均匀性,使用流程空白更低、对同位素分馏影响更小的溶样方法和分离富集方式进行Re-Os同位素分析,以基质匹配的地质标样进行数据监控可进一步提高样品Re-Os同位素分析质量,有助于不同类型富碳质地质样品Re和Os赋存机制研究、Re-O...     

石油系统Re-Os同位素体系封闭性研究进展

Re-Os同位素定年在石油生成及富有机质沉积岩的绝对定年方面取得了良好的应用效果,并且石油的Os同位素初始值还可以作为油源示踪的指标。分析了Re-Os同位素定年方法在富有机质体系中应用的原理,探讨了影响同位素体系封闭性的各种因素,指出熟化作用、生物降解及水洗作用、脱沥青作用不会影响Re-Os同位素体系的封闭性,而硫酸盐热化学还原作用、成矿流体作用及幔源岩浆混染会扰动Re-Os同位素体系。目前石油系统中Re-Os同位素研究存在的主要问题可归结为2个方面:1石油系统有机质中Re-Os同位素的地球化学行为;2Re-Os同位素年龄的精度及其指示意义。对于这2个方面,开展有机相及现代海藻与Re-Os同位素相关性的研究将有助于了解Re和Os在有机质中的具体富集形式;对控制Re-Os同位素分馏的因素(如沉积环境及有机质类型)的研究将会有助于鉴别哪些地层以及什么样的样品能用来进行Re-Os定年。     

Re-Os同位素示踪与定年研究进展及发展趋势

Re-Os同位素是近年来发展起来的一门新兴的同位素地球化学方法,已广泛应用于金属矿床、壳—幔作用和有机质样品等的示踪和定年。本文综述了近年来对Re-Os同位素的研究成果,总结了Re-Os同位素分析测试技术、地质上的应用、测试样品种类等科学问题上的研究进展。在介绍各种分析方法和应用的优越性及其不足的基础上,提出了今后的发展方向,认为提高Re-Os同位素分析测试水平、拓展测试样品种类、与其它常规的同位素体系结合起来应用是Re-Os同位素体系今后的发展趋势。     

地质样品的Re-Os同位素分析技术及存在的问题

过去20年间,Re-Os同位素体系分析测试技术的发展使其成为同位素地质年代学中最重要的定年技术之一。与其他亲石性同位素体系相比,亲铁、亲硫和亲有机性的Re-Os同位素体系可以直接用于金属硫化物、超基性岩和富含有机质样品的定年。虽然Re-Os同位素在定年和示踪中具有非常重要的应用前景,但是其分析测试技术还面临困难和问题。本文从地质样品Re-Os同位素分析的流程空白、样品溶解技术和基性岩石参考标样这几方面评述了该分析技术方法的进展和存在的问题。     

Re-Os同位素在沉积地层精确定年及古环境反演中的应用进展

Re-Os同位素亲有机质的性质,使得富有机质沉积岩在沉积的过程中能够吸附富集海水中的Re、Os,沉积岩的沉积压实过程也是其中Re-Os同位素体系封闭计时的过程,沉积岩Re-Os同位素等时线年龄代表地层沉积时代,Os同位素初始比值187Os/188Os反映沉积时海水的Os同位素比值。Re-Os同位素体系在富有机质沉积岩中的成功应用,能够直接确定地层沉积时代,从而对地层界线进行直接厘定,并且能够对一些沉积矿床形成时代、冰川事件发生时代进行厘定和限制。通过沉积岩Re-Os同位素特征,可以对古环境进行反演,有助于了解全球大气海洋的演化,气候的变化,对研究生物灭绝等重大地质事件发生的时限和机制以及金属矿床的成矿物质来源具有重要意义。文章阐述了Re-Os同位素在富有机质沉积岩中应用的原理,并列举了Re-Os同位素在沉积地层精确定年及古环境反演中应用实例,说明了富有机质沉积岩Re-Os同位素分析精度及其影响因素,以使Re-Os同位素体系作为一种强有力的工具,解决更多的沉积地层时代问题以及更好地对古环境进行反演。     

沥青Re-Os同位素年龄地质意义解读

Re、Os亲有机质的特性使得Re-Os同位素在富有机质地质样品中得到了广泛应用;沥青由大量重组分有机质组成,对Re、Os具有较强的富集能力,并且沥青样品中Re-Os同位素封闭性较好,因此沥青Re-Os同位素已经成为当今国际上研究的一个热点。然而,沥青Re-Os同位素年龄究竟是代表烃源岩的沉积时代、油气成藏时代、还是油气藏破坏后油气运移时代,至今还没有明确的定论。本文对新疆乌尔禾沥青矿、四川矿山梁沥青矿样品进行了Re-Os同位素分析,结果显示,乌尔禾沥青矿Re-Os同位素年龄为269±9Ma,老于周围白垩系砂岩地层沉积时代,Os同位素初始比值¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os(Os_i)为0.367±0.028,小于二叠纪海水的Os_i同位素比值,表明得到的乌尔禾沥青Re-Os同位素年龄反映的是乌尔禾油气藏的成藏时代。矿山梁沥青矿Re-Os同位素年龄为537.3±5.2Ma,老于围岩(寒武系、奥陶系、志留系地层)沉积时代,Os同位素初始比值为0.716±0.028,与早寒武世海水的Os_i同位素比...     

铼-锇同位素体系定年研究综述

铼-锇(Re-Os)同位素体系以其特殊的地球化学性质为确定岩石的形成时间、演化过程及其地球动力学背景提供了重要参数。随着测试技术和超净化实验室的发展,Re-Os同位素的应用领域不断扩大,测试对象种类也随之扩展。然而,不同测试对象的Re-Os同位素赋存形式、活动特征及其体系封闭性有所差异。文章总结了以辉钼矿、普通硫化物、地幔橄榄岩包体、富有机质沉积岩以及灰岩作为Re-Os同位素体系定年对象的基本原理和研究进展,并对存在问题进行简要地评述,最后对其未来的发展方向作了展望,以期推动Re-Os同位素体系在地质科学中的研究和应用。     

Re-Os同位素体系在沥青及灰岩中的应用研究——以青海玉树地区东莫扎抓铅锌矿为例

Re-Os同位素体系作为富有机质地质样品定年和示踪的一种强有力工具,得到了国内外地质学家的广泛认可(Ravizza and Turekian,1989;Cohenet al.,1999;Jiang et al.,2007;Selby et al.,2005;Yang et al.,2004;Hannah et al.,2006)。黑色页岩等样品由于有机质含量较高,与有机质存在紧密联     

Re-Os同位素测年法在油气成藏年代学的研究进展

铼—锇(Re-Os)同位素应用于油气成藏年代学是近10年来的一个前沿领域,在国际上已取得了重要成果,目前国内对此方法的应用还较缺乏。利用Re-Os同位素测年法开展页岩或沥青等富有机质沉积岩的研究,可以精确厘定油气运移和充注时间,也可以有效示踪烃源岩。在阅读国内外大量文献的基础上,概述了Re-Os同位素定年原理,分析了海水—沉积物中Re和Os元素的富集过程,总结了Re-Os同位素测年的测试对象、样品准备和分析测试方法。指出初始187Os/188Os比值不仅可以限定油气生成和油气充注的年龄,还可以有效评价源—油关系;放射成因的187Os/188Os比值与烃源岩年龄呈正相关。认为烃类成熟度、生物降解作用和水洗作用不足以造成Re-Os等时线图中出现离散点,而初始187Os/188Os比值变化、沉积后Re和Os的流动性和硫酸盐热化学还原作用是引起Re-Os等时线图中出现离散点的3个主要原因。Re-Os年龄的重现性和准确性与样品颗粒的大小及取样量密切相关。相对于其他同位素测年法,Re-Os同位素测年法的最大优势在于对直接参与油气成藏的地质体进行研究,可以得到油气成藏期的直接证据。最后探讨了现阶段ReOs同位素体系研究中尚存在的问题,就未来研究热点和发展方向做出展望,以期能有效推动Re-Os同位素定年相关的理论和技术的深入发展。     

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。     

石墨Re-Os同位素分析及其在成矿年代学中的初步运用

本文探索性地对江西省铅山县长寿源铅锌共生的晶质石墨进行了Re-Os同位素分析。研究结果显示石墨的Re-Os同位素年龄为424±25Ma(n=7,MSWD=7.8),与该区二云二长花岗岩中锆石的年龄(433±9Ma)在误差范围内相一致,说明石墨的成因与区域上岩浆的侵入存在密切联系。Re的含量介于47×10-9～330×10-9之间,普通Os和187Os的含量分别为0.32×10-9～2.15×10-9和0.27×10-9～1.75×10-9,相对于Re、Os在地壳中的丰度显著富集,Os同位素初始比值187Os/188Os=1.69±0.29,表明石墨来源于富有机质沉积地层。通过测定石墨样品中的有机碳和固定碳,对Re、Os在石墨中的赋存状态进行了研究,表明Re、Os可能是以某种形式赋存在石墨的固定碳中,与其中有机质无关。从原理上解释了石墨的Re-Os同位素年龄反映的是使沉积地层中的炭质变质为石墨,并发生富集迁移的岩浆热变质事件的时期。研究表明石墨的Re-Os同位素分析技术不仅能够为变质作用时间的精确测定提供新的方法,而且对矿床成因的研究也具有重要意义。     

贵州正安县奥陶系—志留系界线碳质泥岩Re-Os同位素精确厘定及其古环境反演

我国上扬子地台地区在奥陶系—志留系之交广泛发育蕴含丰富页岩气资源的五峰组—龙马溪组富有机质沉积岩。采用Re-Os同位素体系对该套沉积地层进行研究,不仅能得到精确的地层沉积年龄,同时根据Re、Os元素的富集机制,对该时期沉积环境进行有效反演,可以为这一阶段发生的地球历史上第二大规模的生物绝灭事件的触发机制提供更合理的解释。本文在贵州正安县班竹1井岩心采集11件碳质泥岩样品,岩心样品连续且完整跨越奥陶系五峰组—志留系龙马溪组界线地层,通过对该样品开展高精度Re-Os同位素研究,获得了奥陶系—志留系地层界线Re-Os同位素年龄为443.68±6.24Ma[2σ,n=7,(~(187)Os/~(188)Os)_i=0.699±0.019,MSWD=0.55],其结果与国际地层委员会发布的年龄(443.7±1.5Ma)高度一致,为奥陶系—志留系界线年龄提供了直接、准确的年龄依据。Os同位素特征反映了大量陆源碎屑参与成岩过程、多期火山活动的发生及冰期向间冰期的转换。连续沉积地层Re-Os同位素特征的变化反映了研究区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组沉积环境经历富氧—缺氧—富氧的变化,指示赫南特期冰川事件和火山喷发共同造成了生物大绝灭并促进了有机质的富集,为五峰组—龙马溪组富有机质沉积岩提供了生烃潜力。     

Re-Os systematics of komatiites and komatiitic basalts at Dundonald Beach, Ontario, Canada: Evidence for a complex alteration history and implications of a late-Archean chondritic mantle source

Osmium isotopic compositions, and Re and Os concentrations have been examined in one komatiite unit and two komatiitic basalt units at Dundonald Beach, part of the 2.7 Ga Kidd-Munro volcanic assemblage in the Abitibi greenstone belt, Ontario, Canada. The komatiitic rocks in this locality record at least three episodes of alteration of Re-Os elemental and isotope systematics. First, an average of 40% and as much as 75% Re may have been lost due to shallow degassing during eruption and/or hydrothermal leaching during or immediately after emplacement. Second, the Re-Os isotope systematics of whole rock samples with ¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os ratios >1 were reset at ∼2.5 Ga, possibly due to a regional metamorphic event. Third, there is evidence for relatively recent gain and loss of Re in some rocks.Despite the open-system behavior, some aspects of the Re-Os systematics of these rocks can be deciphered. The bulk distribution coefficient for Os (D_Os^solid/liquid) for the Dundonald rocks is ∼3 ± 1 and is well within the estimated D values obtained for komatiites from the nearby Alexo area and stratigraphically-equivalent komatiites from Munro Township. This suggests that Os was moderately compatible during crystal-liquid fractionation of the magmas parental to the Kidd-Munro komatiitic rocks. Whole-rock samples and chromite separates with low ¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os ratios (<1) yield a precise chondritic average initial ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratio of 0.1083 ± 0.0006 (γ_Os = 0.0 ± 0.6) for their well-constrained ∼2715 Ma crystallization age. The chondritic initial Os isotopic composition of the mantle source for the Dundonald rocks is consistent with that determined for komatiites in the Alexo area and in Munro Township, suggesting that the mantle source region for the Kidd-Munro volcanic assemblage had evolved with a long-term chondritic Re/Os before eruption. The chondritic initial Os isotopic composition of the Kidd-Munro komatiites is indistinguishable from that of the projected contemporaneous convective upper mantle. The uniform chondritic Os isotopic composition of the Kidd-Munro komatiites contrasts with the typical large-scale Os isotopic heterogeneity in the mantle sources for ca. 89 Ma komatiites from the Gorgona Island, arc-related rocks and present-day ocean island basalts. This suggests that the Kidd-Munro komatiites sampled a late-Archean mantle source region that was significantly more homogeneous with respect to Re/Os relative to most modern mantle-derived rocks.     

利用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)测定镁铁-超镁铁质岩石中的铼-锇同位素组成

报道了用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)测定Re-Os同位素组成的质谱方法和化学分离方法,并应用该方法测定了天然镁铁-超镁铁质岩石样品中的Os同位素组成及Re、Os含量.Re同位素组成的MC-ICPMS测定利用膜除溶雾化器(Aridus)和静态法拉第杯接收的方式完成,采用Ir标准溶液在线校正仪器的质量分馏.Os同位素组成的MC-ICPMS测定采用常规雾化器和离子计数器静态接收的方式完成,并用10%的HCl-EtOH和10%的HCl溶液交替清洗进样系统来消除Os的"记忆效应".岩石样品的Re和Os化学分离采用Carius管溶样法,结合CCl4萃取以及微蒸馏的方法分离纯化Os,利用阴离子交换树脂的方法分离纯化Re.运用上述方法,对6个镁铁-超镁铁质岩石样品中的Re、Os含量和187Os/188Os同位素比值进行了测定,获得了理想的分析结果.     

湖南鲁塘石墨矿Re-Os同位素研究

石墨具有较高的Re、Os含量,可望成为理想的Re-Os同位素测年对象,但迄今国内外研究较少,尤其在煤层经变质作用形成石墨过程中,其中Re-Os同位素体系的变化还有待研究。湖南鲁塘石墨矿是我国典型的隐晶质石墨矿床之一,矿体产于二叠系龙潭组煤系地层中。本文采用Carius管逆王水溶解样品,直接蒸馏、微蒸馏分离纯化Os,丙酮萃取法分离富集Re,热表面电离质谱法对鲁塘矿区石墨样品以及外围原煤进行了Re-Os同位素分析。结果表明:鲁塘石墨的Re含量为0.901~9.794 ng/g,Os含量为7.3~189.5 pg/g,Re-Os同位素等时线年龄为155.6±3.6 Ma,该年龄与鲁塘石墨矿东侧骑田岭岩体第二阶段中粒黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄153~157 Ma一致,表明了龙潭组煤层受到骑田岭岩体"烘烤"作用,发生热接触变质作用,使得靠近骑田岭岩体原煤变质为石墨,形成石墨矿床。通过对比石墨、原煤和骑田岭岩体Re、Os含量及比值,发现石墨中的Re、Os主要来源于原煤,并根据石墨Re-Os等时线初始(187Os/188Os)i值(0.686±0.032),推测骑田岭岩体在侵入煤系地层过程中,有少量具有较低187Os/188Os值的Os被碳质吸附。     

镁铁-超镁铁岩铼-锇同位素体系分析方法

通过试验建立了镁铁-超镁铁岩Re-Os同位素体系分析方法，包括Re-Os的化学分离纯化流程，Re同位素比值的电感耦合等离子体质谱测量方法和Os同位素比值的负离子热电离质谱测量方法。化学流程包括Carius管溶样，小型蒸馏分离Os，微蒸馏纯化Os，阴离子交换法分离、纯化Re。用该流程测定了汉诺坝幔源橄榄岩、辉石岩捕虏体和大别山饶拔寨超镁铁岩样品的Re、Os含量和Os同位素比值。     

Re-Os同位素体系在蛇绿岩应用研究中的进展

Re-Os不同于由亲石元素构成的同位素体系，在原始上地幔（PUN）部分熔融过程中，母体Re是中等不相容元素，优先进入熔体相，子体Os是强相容元素，富集在残留相中，是研究蛇绿岩的极好示踪剂。在蛇绿岩应用研究中已经取得了4个方面的进展：（1）明确了熔体相的Re／Os和^187Os／^188Os比值高，而残留相的低；（2）铬铁矿中铂族元素矿物（PGM）的Re亏损年龄（TRD）证实了蛇绿岩中复杂的超镁铁岩体是多阶段部分熔融的产物；（3）现代大洋橄榄岩和玄武岩的Re-Os同位素研究表明熔体相和残留相的^187Os／^188Os比值在高于亏损地幔值（DMM）的部分是一致的，而低于DMM的存在不一致性，为研究蛇绿岩中熔体相与残留相是否存在“耦合”关系提供了新的制约因素；（4）揭示了蛇绿岩地幔橄榄岩中含有古大陆岩石圈地幔，这是前所未知的。虽然取得了不少进展，但是由于Re-Os同位素体系用于蛇绿岩研究的时间较短，尚存在一些问题，如显生宙蛇绿岩地幔橄榄岩的定年问题，有待进一步深化研究。