Sm—Nd模式年龄和等时线年龄的适用性与局限性

陈江峰(1994)与杨晓松(1994)关于“二元混合体系的端元Sm-Nd同位素模式年龄计算方法”的讨论,提出了有关Sm-Nd同位素体系的基本原理和应用的一些问题。他们的讨论很有意义。近十年来,我国Sm-Nd同位素地球化学和地质年代学的研究和应用得到了迅速发展,并在岩石成因、壳幔演化、前寒武纪地质等研究中取得了大量的成果。同时,由于基础理论知识学习、实验技术推广、研究经费等方面诸多因素的限制,我国的Sm- Nd同位素研究和应用也出现了一些问题,这些问题在近年来发表的一些论文中不同程度地有所反映。本文在陈江峰和杨晓松讨论的基础上,着重对Sm-Nd模式年龄和等时线年龄的适用性和局限性及其有关问题进行讨论。     

苏北榴辉岩Sm-Nd等时线同位素年龄及地质意义

采用Sm-Nd同位素定年方法，测得江苏北部新沂地区踢球山榴辉岩岩体时代为221.6±8.4 Ma,Sm-Nd年龄被看作为踢球山超高压变质之后板块折返过程中的高压榴辉岩相重结晶阶段年龄。中朝板块与扬子板块碰撞时代主要发生在晚三叠世。     

矿物之间的元素和同位素平衡:地质测温和等时线定年的热力学和动力学控制

在特定的地质事件过程中,矿物等时线放射体系是否达到并且保持了平衡是变质岩Sm-Nd和Rb-Sr同位素年代学中的一个重要问题。在这个问题上矿物对O同位素测温与矿物等时线定年相似,因此两者之间可以相互制约。在岩浆岩和变质岩中,矿物中Sm-Nd、Sr和O之间的扩散速率在无水的条件下一般具有可比性,因此矿物之间O同位素的平衡状态可以用来对Sm-Nd和Rb-Sr定年的有效性进行检验。对大别-苏鲁造山带超高压变质岩的Sm-Nd和Rb-Sr等时线矿物进行O同位素测温,得到Sm-Nd等时线有时给出三叠纪年龄,有时给出非三叠纪年龄;对应的矿物O同位素分馏分别处于平衡和不平衡状态。对于引起非三叠纪等时线年龄的原因,一方面可以是由于榴辉岩相变质过程中同位素体系没有达到平衡,另一方面则可能角闪岩相退变质作用打破了平衡。等时线矿物中初始同位素比值的均一化速率主要受慢扩散矿物的影响,而矿物等时线时钟的启动主要受高母/子比值矿物控制。因此在变质作用过程中,只有当高母/子比值矿物同时具有快的放射成因同位素扩散速率,才可能得到有效的矿物等时线来用于变质年龄的测定。根据不同矿物中不同元素在扩散速率上的差异,能够定量估计大陆碰撞过程中榴辉岩相变质的持续时间。应用增量方法和离子孔隙度经验模型,不仅分别能够从理论上准确计算所有固体矿物的氧同位素分馏系数和获得不同矿物中元素的扩散参数,而且分别能够定量预测热力学平衡条件下共生矿物之间的¹⁸O富集顺序和相同条件下矿物中元素扩散速率的相对快慢。     

激光原位LA-MC-ICP-MS测定地质样品Sm-Nd同位素方法新进展

本文综述了近10年来激光原位LA-MC-ICP-MS测定地质样品Sm-Nd同位素测试技术的最新进展,着重介绍了同质异位素干扰校正的关键技术难点及校正方案。LA-MC-ICP-MS技术对轻稀土富集矿物可以获得可靠的~(147)Sm /~(144)Nd and~(143)Nd /~(144)Nd值,是当前进行地质样品激光原位Sm-Nd同位素测定的主要技术,配合矿物微区U-Th-Pb年龄测定和微量元素分析,可以对矿物的成因演化提供重要的制约参数。多元同位素体系(Sr-Nd-Hf同位素、U-Th-Pb年龄和微量元素)的原位微区联合测定,低含量地质样品(小于500μg/g)和高Sm/Nd值矿物(如磷钇矿Sm/Nd远远大于1,有时甚至达到10)的Sm-Nd同位素组成的准确测定是未来LA-MC-ICP-MS激光原位Sm-Nd同位素测定的主要发展方向之一,具有广阔的应用前景。     

白云鄂博矿床白云石型矿石中独居石单颗粒U-Th-Pb-Sm-Nd定年

使用交换树脂TRU Spec同时分离REE、U、Th、Pb及其他的元素,然后用阴离子交换树脂纯化Pb并用萃淋树脂分离纯化Sm和Nd,Sm、Nd、U和Pb的定量测定借助同位素稀释法,Th的定量测定则用ICP-MS分析,Nd和Pb同位素组成分析用质谱法(TIMS),从而实现独居石U-Th-Pb-Sm-Nd联合定年。用这种方法可以在同一样品上,同时得到U-Th-Pb和Sm-Nd同位素年龄记录。白云鄂博矿床白云石型稀土矿石中12个单颗粒独居石的U-Th-Pb-Sm-Nd同位素联合定年给出Sm-Nd等时线年龄为1008±320 Ma,其中8个独居石的Th-Pb等时线年龄为1231±200 Ma,此二年龄在误差范围内相似。在同一组独居石样品上得到一致的Th-Pb与Sm-Nd的中元古年龄,表明白云鄂博在中元古代的稀土成矿作用是可能的。本文独居石的Th-Pb 和Sm-Nd年龄与以前报道的独居石加里东期Th-Pb年龄差别很大,此问题尚需进一步研究。     

目前国内外Sm-Nd同位素研究情况简介

在过去十年中,Sm-Nd同位素研究方法从诞生、发展,至今已成为同位素地球化学中一门重要的分支学科。Sm-Nd法的迅速发展与G·W·Lugmair,G·J·Wasserburg,D·J·Depaolo,P·Riehard,P·J·Hamil ton和P·K·Ovions等许多学者的杰出贡献是分不开的。他们不仅提高了Sm、Nd同位素的分析测试技术,而且用此法测定了大量     

Sm-Nd同位素体系在月球早期演化中的研究进展北大核心CSCD

月球的形成时间和演化历史对太阳系类地行星的演化有重要意义。Sm-Nd同位素体系因其独特的元素和同位素地球化学性质,为月球早期岩浆洋的结晶分异过程提供了强有力的制约。本文综述了^(147)Sm-^(143)Nd和^(146)Sm-^(142)Nd同位素体系的应用原理,以及目前对月球亚铁斜长岩、镁质岩套、碱质岩套、克里普岩和月海玄武岩Sm-Nd同位素体系的相关研究。最新的研究结果表明,全月球(或近乎全月球)范围在约4.35 Ga经历了Sm-Nd同位素体系的平衡,但对这一平衡事件的解释仍存在争议,主要有3种观点:①原始月球岩浆洋在4.35 Ga形成并快速结晶分异;②月球经历了较长时间的冷凝结晶,4.35 Ga为这一过程的结束时间;③月球在4.35 Ga发生某种全球性事件,造成Sm-Nd同位素体系平衡重置。另外,通过月球样品测得的固体硅酸盐月球(BSM)的ε^(142)Nd值变化范围较大(−0.19~−0.01),因此,月球的初始组成为球粒陨石组成(ε^(142)Nd=−0.19)的传统观点也有待进一步证实。目前为止,月球的形成和演化过程仍不明晰,而Sm-Nd同位素体系是月球形成和演化过程研究最重要的工具之一。     

微量萤石样品消解技术及其Sm-Nd同位素高精度热离子质谱法测试

Sm-Nd同位素被广泛地应用于萤石样品的定年和示踪。萤石样品Sm-Nd同位素测试的化学分离中,一般采用酸溶解样品,但氢氟酸和硝酸与萤石反应不完全,由于萤石(CaF_2)特殊化学结构导致氟离子会和稀土元素离子形成难溶稀土氟化物,易导致Sm-Nd亏损,因而对于Sm、Nd含量较低的萤石样品,Sm-Nd同位素测试需要较大样品用量(100~200 mg)。本研究建立了一种利用HNO_3+HClO_4+H_3BO_3溶解萤石样品的消解方法,在萤石溶解过程中加入H_3BO_3可有效提高Sm-Nd回收率。实验表明,利用5 mL浓硝酸和0.015 mL高氯酸溶解萤石样品过程中加入1 mL 0.49 mol/L H3BO3效果最佳,结合高灵敏度热电离质谱仪(Triton)可实现微量萤石样品高精度Sm-Nd同位素测试。较先前已有的溶解方法,本方法大大降低萤石样品用量。     

东川矿区“小溜口组”地层特征及与因民组的接触关系

东川矿区落因背斜轴部中元古界昆阳群因民组之下发现一套浅变质的海相钠质火山-沉积岩系(暂名“小溜口组”),用Sm-Nd法测得火山岩的同位素年龄为2324Ma。从火山岩的岩石化学、稀土元素、微量元素等特征看,它和中元古界昆阳群差异明显。“小溜口组”与上覆因民组之间多数为不整合接触,仅在落雪人民凹2800坑道见断层接触。     

胶南榴辉岩矿物氧同位素平衡及其Sm-Nd年代学制约

对苏鲁地体中的胶南榴辉岩进行了矿物氧同位素分析，并与同一手标本矿物的Sm-Nd内部等时线定年和Nd-Sr同位素分布进行了对比。研究表明，石榴子石与绿辉石之间的氧同位素平衡与否能够对矿物Sm-Nd同位素体系的平衡状况和内部等时线定年结果的有效性给予直接制约。合理的石榴子石＋绿辉石Sm-Nd内部等时线年龄产于两矿物之间达到并在峰变质条件下保持氧同位素平衡的样品中，而两矿物之间处于氧同位素不平衡的样品不能给出正确的Sm-Nd内部等时线年龄。同一矿物在手标本尺度出现显著的O-Nd-Sr同位素不均一性，据此对这些元素在石榴子石和绿辉石中的扩散速率顺序进行了估计，不仅得到了与实验扩散系数相吻合的结果，而且由此估计出在峰变质条件下达到矿物内部同位素均一化所需要的时间应大于10Ma。     

变质岩同位素年代学:Rb-Sr和Sm-Nd体系

对变质岩经历的进变质和退变质作用定年并构建其p-T-t轨迹是观测地壳运动过程的重要途径。全岩等时线和矿物等时线是变质岩Rb-Sr和Sm-Nd定年的两个基本方法。在变质过程中同位素均一化尺度是影响全岩等时线定年的主要因素。在一般情况下,变质过程中Rb-Sr同位素体系的均一化尺度远大于Sm-Nd体系,从而Rb-Sr全岩等时线可以给出有意义的变质年龄,而Sm-Nd数据不能。然而,对于低级变质作用,因其较高级变质作用有更丰富的流体,其Nd同位素均一化尺度可能变,从而使得一些全岩Sm-Nd等时线给出和Rb-Sr年龄一致的有意义变质年龄。对于矿物等时线定年,在变质作用时矿物之间能否达到同位素平衡则是关键。已经证明,超高压变质(UHPM)岩的退变质作用是开放体系,然而UHPM矿物的Sr-Nd同位素体系仍保持封闭。已观测到UHPM矿物和退变质矿物之间的Sr-Nd同位素不平衡,因此,高压矿物(如石榴石、多硅白云母)和退变质矿物或全岩的连线将会给出没有意义的偏老的Sm-Nd年龄和偏年轻的Rb-Sr年龄。由3个以上很好分开的矿物确定的等时线的良好线性、不同定年方法获得的年龄的一致性以及确定等时线矿物之间的氧同位素平衡可用于判定矿物间Nd同位素达到平衡。由于石榴石具有高Sm/Nd和Lu/Hf比,因此石榴石是榴辉岩或石榴辉石岩Sm-Nd或Lu-Hf定年最重要的矿物。然而由于石榴石非常宽的p-T稳定范围,石榴石可以在高级变质岩的前进变质和退变质作用中生长,从而具有复杂的环带结构。因此,如何从具有复杂结构的石榴石不同部位取样和分析并判断其成因就成为榴辉岩或石榴辉石岩Sm-Nd或LuHf矿物等时线定年的一个挑战。这需要今后做更进一步的研究。     

白云鄂博矿床白云岩的Sm—Nd、Rb—Sr同位素体系

白云鄂博矿床的年龄和成因长期争论.本文报道了白云鄂博矿床白云岩及其组成矿物的Sm-Nd、Rb-Sr同位素分析结果.采自该矿床主、东矿等地的15个白云岩样品的Sm-Nd同位素分析结果呈现一条等时线,等时年龄1273±100(2σ)Ma,INd=0.510919士36(2d),MSWD1.01.全岩Rb-Sr同位素分析结果分散,不构成等时线.87Rb/86Sr0～2.092×100-2,87Sr/86Sr0.70341～0.70541.白云岩矿物的Sm-Nd同位素分析结果给予了与全岩类似的Sm-Nd等时年龄,t=1250士210(2σ)Ma,1Nd=0.510914±77(2σ),MSWD 0.56.白云鄂博矿床可能是中元古代末期大离子亲石微量元素略为富集地幔源区部分熔融岩浆活动产物.     

大别山双河超高压变质矿物O同位素平衡及其对Sm-Nd和Rb-Sr等时线年龄有效性的制约

对于变质岩 Sm-Nd 和 Rh-Sr 同位素年代学来说,其中一个重要问题是等时线矿物之间在一特定的变质事件过程中是否达到并在随后保持同位素平衡。矿物 O 同位素地质测温也是如此。由于许多情况下 Nd、Sr 和 O 在变质矿物中的扩散速率具有可比性,变质矿物之间 O 同位素平衡状况能够为矿物 Sm-Nd 和 Rb-Sr 内部等时线定年结果的有效性提供制约。为了验证其适用性,本文对大别造山带双河超高压榴辉岩和片麻岩 Sm-Nd 和 Rh-Sr 等时线矿物进行了 O 同位素地质测温。尽管Sm-Nd 等时线给出一致的三叠纪年龄(213～238Ma),同一样品 Rb-Sr 等时线却给出侏罗纪年龄(171～174Ma)。片麻岩、榴辉岩和榴闪岩矿物对 O 同位素测温得到600～720℃和420～550℃两组温度,分别对应于约225±5Ma 榴辉岩相变质和约 175±5Ma 角闪岩相退变质条件下停止同位素扩散交换的温度。同一样品三叠纪 Sm-Nd 等时线年龄的保存、侏罗纪 Rh-Sr 等时线年龄的出现以及有规律的 O 同位素温度,表明在角闪岩相退变质过程中,Sr 和 O 在含水矿物(如黑云母和角闪石)中的扩散速率在手标本尺度上比石榴石 Nd 和多硅白云母 Sr 的扩散速率快。在退变质作用过程中,等时线矿物之间的初始同位素比值均一化速率主要受扩散速率慢的矿物控制,而矿物等时线时钟的启动主要受具有高母/子体比值的矿物控制。只有当高母/子体比值矿物具有快的放射成因同位素扩散速率时,才能够应用合理的矿物等时线确定变质再造的时间。     

大别山金河桥榴辉岩矿物O—Nd—Pb同位素体系及其对扩散速率的制约

对大别山太湖金河桥超高压榴辉岩作了矿物Sm-Nd内部等时线定年研究和激光氧同位素分析。石榴石+绿辉石Sm-Nd等时线给出了较低年龄210±3Ma,石榴石+金红石Sm-Nd等时线给出了较高年龄237±4Ma。岩相学观察发现,绿辉石具有角闪石退变质边。氧同位素分析表明,石榴石与绿辉石之间的氧同位素体系处于不平衡状态。据此,石榴石+绿辉石Sm-Nd同位素体系因退变质作用导致Nd同位素不平衡而给出不合理偏低年龄。较老的石榴石+金红石Sm-Nd年龄有可能指示了榴辉岩相前期阶段的时代,且在温度变质峰期没有使它们之间的Nd同位素再次均一化,它指示Nd在金红石中的扩散速率较慢,可能与石榴石相当。矿物对氧同位素测温得到,石英—石榴石对温度为695±35℃,石英—金红石对为460±15℃,与根据金红石U—Pb内部等时线估计的Pb扩散封闭温度470±50℃一致。对比表明,O在石榴石中的扩散速率与Nd相当或略低,而O和Pb在金红石中的扩散速率相近,且均比Nd快。     

二元混合体系的端元Sm-Nd模式年龄计算方法

报道二元混合体系的端元Sm-Nd模式年龄的计算方法,即利用二元混合体系的Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析结果,可以计算2个端元的Sm-Nd同位素组成,两端元在混源样品中的质量百分比,以及地壳残留时间。同时计算了广西花山复式花岗岩的端元模式年龄,结果显示该岩体的物质来源于2500Ma华南古陆壳和622Ma从亏损地幔分异出来的大洋地壳的混合物。     

注意利用Sm-Nd同位素地质信息

该文就Sm-Nd同位素地质上的应用进行了讨论,并重点讨论了模式年龄的地质意义,一些重要参数值的计算方法,∑_ND~(T)值的解释以及利用fsm/Nd估计非交代地幔Nd同位素组成等。而且提出,地质人员在进行地质研究工作时,应重视对同位素地质信息的研究。     

对《冀北兰城子-蔡家营子-带红旗营子群的Sm-Nd同位素年龄及其地质意义》^[1]的商榷

指出了《冀北兰城子-蔡家营子-带红旗营子群的Sm-Nd同位素年龄及其地质意义》一文中有违地质学原理和同位素测年方法及解释方面的不当之处。在列举变质作用中流体导致岩石同位素体系再次均一化实例；讨论测年数据的地质意义与地质关系的相互检验和不同测年方法的合理使用问题；深入分析研究红旗营子群内Sm-Nd测年样品的特征之后，认为宜将红旗红旗营子群的生成年代定为新太古代。     

内蒙白云鄂博铌、稀土、铁矿床的成矿时代和矿床成因

藉助于Sm-Nd同位素研究,得出白云鄂博矿床主矿体Sm-Nd全岩(全矿)等时线年龄为1.58Ga,Sm-Nd模式年龄为1.61Ga,εNd(t)=+6.1。结合矿床地质地球化学特征,氧、锶硫等同位素研究,作者认为,白云鄂博铌稀土铁矿床主要成矿于元古代,成矿物质来自地幔,是通过火山喷气沉积而形成。在加里东时期,随着碳酸岩(cahonatite)及碱性辉长岩的侵入,有一些成矿物质从深部带来,并引起广泛的交代作用。在海西时期,随着矿区南部花岗岩的侵入,矿床受到改造,交代作用进一步发育。此时没有多少成矿物质从深部或外部带入矿体。白云鄂博矿床成因上应属于碱性-碳酸岩杂岩型铌稀土铁矿床。     

研究花岗岩类成因类型和幔壳成分比的同位素方法探讨

Sm-Nd法及其参数εNd（O）、εNd（T）、TCHUR^Nd、εDM^Nd及x,是测定花岗岩形成年龄及研究花岗岩成因类型、模式年龄及地幔物质百分比的重要手段,但因其测试费用高等原因,难以广泛使用。作者提出了Rb-Sm法的相应参数εSr（O）、εSr（T）、TUR^Sr、εDM^Sr及μ做为补充,在没有Sm-Nd同位素资料的情况下,Rb-Sr同位素参数基本上可以代替Sm-Nd同位素参数。经对比,求花岗岩中幔源物质百分比时,Rb-Sr法计算值与Sm-Nd法计算值相比,误差一般不超过10％。此外,作者还提出了计算花岗岩山幔源物质百分比的简化式,使该计算更为简便易行。     

赣中存在中元古代变质基底的岩石地球化学证据及其地质意义

对江西乐安相山地区产出在石榴黑云母片岩内、原岩为拉班玄武质火山岩的斜长角闪岩进行了Sm-Nd同位素组成测定,获得Sm-Nd全岩等时线年龄为1113±49 Ma,结合弋阳梅树湾斜长角闪岩及余江马荃斜长角闪岩的同位素定年结果(1159±69 Ma,Sm-Nd; 1190±19Ma, U-Pb) 确认赣中变质岩带原岩属中元古代地层。采用微量元素地球化学比值模糊聚类分析方法对浙西陈蔡群、震旦系及赣中变质岩和震旦系地层进行对比,结合斜长角闪岩Pb-Nd同位素地球化学特征研究,确认赣中变质岩系与陈蔡群相当,从而为赣中变质岩归属于华夏地块变质基底提供了重要佐证。根据崇仁-临川-东乡晚白垩纪断陷红盆两侧深部地球物理重力场、磁场及地层和岩浆岩分布特征的对比,推断遂川深断裂为华夏地块在江西省境内的西北段边界。