原位U-Th/He同位素定年技术研究进展及其低温矿床学应用前景

应用传统单颗粒方法对目标矿物进行定年具有较高要求(如U、Th等母体同位素均匀分布),需要耗时的酸溶过程,同时还需进行α粒子射出效应校正。原位U-Th/He同位素定年技术是近年发展起来的一种定年技术,其主要原理是采用激光加热目标矿物,并通过与激光系统连接的稀有气体质谱(Alphachron)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分别完成 ~4He和U、Th等母体同位素分析,将 ~4He和U、Th分析结果代入年龄公式计算即可获得目标矿物的U-Th/He年龄。本文阐述了原位U-Th/He同位素定年技术的主要原理、实验测试流程、适用矿物等,重点对原位U-Th/He同位素定年的技术难点和低温矿床学应用前景进行了分析。相对于传统单颗粒方法,原位测试方法解决了两个关键问题:1无需进行α粒子射出效应的校正,提高了定年结果的可靠性和准确度;2能完成母体同位素分布不均匀样品的测试,扩展了U-Th/He同位素定年的应用范围。尽管原位U-Th/He同位素定年技术在侧向加热效应、剥蚀坑体积测定以及标准矿物等方面尚存在一些亟待解决的问题,但已在硅酸盐、磷酸盐、钛铁氧化物等矿物的年代学研究方面展示了良好的应用前景。随着原位U-Th/He同位素定年技术的发展和进步,尤其是硫化物的U-Th/He同位素定年的发展,将为解决低温矿床的年代学问题提供一种新的思路。     

湘中龙山大型金锑矿床成矿时代研究——黄铁矿Re-Os和锆石U-Th/He定年

龙山金锑矿床是湘中锑-金矿集区最重要的矿床之一,因缺少适合传统放射性同位素定年的矿物,其成矿时代以往未得到很好的限定,制约了对矿床成因的认识。由于分析测试技术的进步,Re-Os同位素定年技术得到了发展,可对热液矿床中形成的低Re、Os含量的硫化物进行较准确可靠的年龄测定,从而可为低温热液矿床的形成时代提供有效制约。锆石U-Th/He同位素定年,也是近年发展和成熟起来的定年技术,对低温热事件极其敏感,同样是约束低温成矿年龄的重要手段之一。本文采用矿床中黄铁矿Re-Os同位素和蚀变围岩中受成矿热事件影响的锆石U-Th/He同位素定年技术,对龙山金锑矿床的成矿时代进行了研究。定年结果显示:热液成因黄铁矿的Re-Os等时线年龄为195±36Ma,对应于印支晚期;锆石U-Th/He年龄为51.2~133.3Ma,经Ft校正后,U-Th/He年龄分布于93.78~258.29Ma之间,平均值为160.7±7.3Ma,对应于燕山早期。该矿床可能发生了200Ma和160Ma的两次成矿作用;或者矿床形成于200Ma左右,但是受到了160Ma左右岩浆热事件的改造,黄铁矿Re-Os年龄代表成矿年龄,而锆石U-Th/He年龄则代表第二期热事件发生的时间。无论是200Ma左右一次成矿,还是另有160Ma左右的成矿作用叠加,这两个年龄分别与区内两期岩浆活动的时间相当,这表明岩浆事件对驱动矿床的形成发挥了重要的作用。     

磷灰石(U-Th)/He定年技术影响因素研究

磷灰石(U-Th)/He定年作为一种有效的低温热年代学定年技术,现已被广泛应用于地质研究的各个领域,而该技术测定的样品年龄会受到多方面因素的影响,其中磷灰石性状的影响尤为突出。通过归纳总结目前国内外磷灰石(U-Th)/He定年研究中,样品性状和成分、磷灰石颗粒尺寸及形貌、包裹体、147Sm含量、辐射损伤、U和Th不均匀分布等性状因素影响的研究进展,研究这些因素对测定年龄的影响及降低影响的方法。     

磷灰石(U-Th)/He定年方法综述

磷灰石He封闭温度是目前已知定年体系中最低的,能够反映低温价段(40～90℃)的热历史信息,该方法现已成为低温热年代学领域研究的重要手段.本文概述了磷灰石(U-Th)/He定年方法的原理、校正、实验流程、应用以及存在的问题.其中,重点介绍了近几年国内外(U-Th)/He定年中辐射损伤研究的进展,主要包括以下几个方面:①辐射损伤的原理:捕获模型的提出及应用;②辐射损伤对磷灰石(U-Th)/He定年的影响;③新模型的提出:辐射损伤累积-退火模型;④辐射损伤的实际应用.     

国际标样Durango磷灰石(U-Th)/He年龄测定

人们认识到可以用放射性成因4He对矿物进行定年已经有一百年的历史,但是利用富含U、Th的矿物进行(U-Th)/He定年是近三十年来快速发展的一种低温(热)年代学方法。由于U-Th-He同位素体系的封闭温度低(磷灰石4He的封闭温度为~75℃),该方法极大的拓展了中低温热年代学研究(如40Ar/39Ar,裂变径迹等)的温度范围下限,已经被广泛应用于浅表地质过程的研究中。Durango磷灰石是国际上广泛使用的磷灰石(U-Th)/He定年的标准样品,准确测定其年龄可以对实验方法及流程的可靠性进行验证。中国科学院地质与地球物理研究所(U-Th)/He定年实验室建立于2013年,经过一年多的实验与摸索,我们建立了完整、可行的化学分析流程和仪器测试流程,并采用Durango国际标样进行了流程验证。重复测定了4批共40个Durango磷灰石颗粒,40个年龄结果分布在28.95~34.11Ma之间,全部年龄的概率分布峰值为31.61±2.7Ma,与国际标定值在误差范围内一致;Th/U比范围为16.43~23.72,与国际报道值一致,表明我们所建立的实验流程准确可行,实验室已经可以稳定运行。     

（U-Th）/He定年——低温热年代学研究的一种新技术

近年来（U-Th）/He定年方法在技术和低温热年代学应用上的优势吸引人们以此开展构造、地形地貌演化等的研究；与裂变径迹、K Ar、Ar Ar等定年方法的比较，该方法是有效的；人们研究了温度及矿物粒径对He扩散的影响，确定了校正方法。（U-Th）/He的封闭温度低于其它体系（磷灰石的仅为75℃±）；有质谱仪只需数十毫克样品就能获得 U、Th、He含量；有较裂变径迹法快速、省样、省力的优点；该技术虽还有待完善，但仍不失为开展低温热年代学和低温热演化研究的潜在有效方法。     

(U-Th)/He年代学及其地质应用

U Th He年代学是近十余年来发展起来的一种新的高精度低温热年代学定年技术。本文在简单介绍这一技术的基本原理、实验室测试方法的基础上 ,介绍了这一方法在古地形演变、造山带抬升剥露时代和速率及年轻样品高精度年龄等方面的几个研究实例。     

(U-Th)/He年龄不一致及可能影响原因

(U-Th)/He定年技术自上世纪90年代后期已开始实际应用.作者注意到一些单颗粒矿物或颗粒组间(U-Th)/He年龄的不一致性,目前人们对这种现象尚未给予足够认识,多将不同颗粒年龄值平均后作为样品年龄值.了解(U-Th)/He年龄的不一致现象及形成原因,确定其应用适用条件,应为人们所重视.     

松潘甘孜长沙贡玛盆地古近纪地层碎屑锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成及碎屑磷灰石(U-Th)/He年龄的地质意义

青藏高原隆升和剥蚀是从大陆岩石圈变形到全球变冷等新生代众多地质事件诱发的关键因素.目前针对这一问题的研究主要集中在高原中部的拉萨和羌塘地区,高原东部的松潘甘孜地体关注甚少.本文报道了在松潘甘孜地体中西部的长沙贡玛盆地获得的碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成以及磷灰石(U-Th)/He年龄的结果.长沙贡玛盆地古近纪沉积物以分选极差的砾岩、岩屑砂岩和块状泥岩为主,表明其为近源快速堆积环境下形成的.砂岩碎屑锆石年龄谱图出现四组峰值,分别为200 ～ 500Ma,760 ～ 1040Ma,1800 ～ 2000Ma,2300 ～ 2600Ma,与松潘甘孜三叠系地层的U-Pb年龄峰值极为相似,表明长沙贡玛盆地古近纪沉积物主要来自其周围的三叠纪地层.考虑到盆地沉积与源区地表隆升与剥蚀存在一定的时滞,由这些古近纪的沉积物可以推断其源区的松潘甘孜地体在晚白垩世-古近纪发生一次强烈的隆升.该期隆升与高原中部发生的早期隆升在时间上相吻合,暗示了原西藏高原可能包括了部分松潘甘孜地体.磷灰石(U-Th)/He年龄表明长沙贡玛盆地可能在渐新世晚期-中新世早期发生了新一期的隆升和剥蚀.松潘甘孜大部分地区可能同样经历了该期隆升,从而奠定了其现今地貌格局.碎屑锆石Hf模式年龄主要分布在0.77 ～2.5Ga范围内,推断其初始源区最强烈的地壳增生发生在元古代.     

U-Th/He热年代学原理、测试及应用

U-Th/He年代学方法已经被广泛地应用于地质学研究。特别是由于磷灰石中氦的低封闭温度,该方法对于晚新生代构造、河流和冰川等地表过程非常敏感,具有其他同位素年代学方法无法比拟的优越性。本文回顾了U-Th/He法的发展历史,介绍了U-Th/He法的基本原理、测试方法、α-校正以及U-Th/He法面临的问题,总结了U-Th/He法在新生代构造变形、河流地貌演化、气候变迁和源区示踪4个方面的应用,最后探讨了U-Th/He法未来的研究方向。     

磷灰石（U-Th）／He定年技术及应用简介

本文阐述了磷灰石 (U_Th) /He定年技术的基本原理和方法、影响因素以及该技术在地质研究中的应用。磷灰石 (U_Th) /He定年是近年来发展起来的一种新型低温热年代学技术 ,能够给出地质体在 4 0～ 85℃低温范围内的独特信息。同裂变径迹定年技术一样 ,磷灰石 (U_Th) /He技术可用于年轻地质体的定年 ,也可确定时代较老的地质体最后一次热事件发生的时间。由于磷灰石 (U_Th) /He年龄数据与样品的海拔或埋藏深度密切相关 ,所以能够很好地约束古地形。结合其他同位素技术如裂变径迹定年技术等还可进行系统的热演化分析 ,如盆地的热史演化。与其他同位素定年技术相比 ,磷灰石 (U_Th) /He定年技术具有测量方便、精度高、所需样品数量少等优点。虽然这种技术目前尚处于不断完善之中 ,但仍不失为研究地质体低温热年代信息的一种有效方法     

新疆东天山红云滩地区构造-热演化探讨:来自Ar-Ar和(U-Th)/He热年代学的约束

红云滩岩体位于东天山觉罗塔格西部,对其进行热演化历史研究对于揭示觉罗塔格地区乃至整个东天山地区的构造-热演化历史具有重要意义。本文对红云滩岩体进行黑云母Ar-Ar、锆石(U-Th)/He和磷灰石(U-Th)/He测年,并结合前人的锆石U-Pb测年结果,精细刻画出该岩体自形成以后经历的热演化过程,并据此识别出东天山红云滩地区发生过多期快速抬升冷却事件。黑云母阶段升温Ar-Ar法同位素定年得到的坪年龄为316.9±1.8Ma,单颗粒锆石和磷灰石(U-Th)/He同位素定年得到的平均年龄分别为213.7±9.6Ma和65.5±1.3Ma。热年代学数据及模拟结果表明东天山红云滩地区自晚古生代以来经历了3个快速冷却阶段,分别为:晚石炭世至早二叠世(ca.330~296Ma)、晚三叠世(222~220Ma)、晚白垩世(91~77Ma)。其中,晚石炭世至早二叠世的快速冷却作用是岩体侵位后与围岩热传导冷却及伴随天山造山隆升冷却综合作用的结果,晚三叠世和晚白垩世的两期快速冷却事件分别与羌塘-欧亚板块、Kohistan-Dras岛弧-拉萨地块碰撞的远程效应造成的东天山地区隆升作用有关。新生代以来,红云滩岩体所在的阿奇山-雅满苏地区构造活动相对较弱,未发生较为明显的隆升作用,与天山西段新生代的构造活动有着明显的差异。     

氦素定年技术、氦热年代学及其在地质中的应用

本文介绍了氦同位素定年技术和氦热年代学,说明了该方法的理论基础和技术要求,以及其在较小幅度剥露作用研究、古地貌研究和年轻地质体定年等方面的应用情况和前景.     

川东北地区构造-热演化探讨——来自（U-Th）／He年龄和Ro的约束

利用镜质组反射率和磷灰石与锆石的(U-Th)/He年龄一起模拟了川东北地区三叠纪以来的构造-热演化特征。结果表明早三叠世的热流值在51～66mW/m2,自晚三叠世至白垩纪随盆地性质由前陆盆地演化为陆内坳陷盆地,热流缓慢降低直至现今的44.5mW/m2。但在晚白垩世—古新世时期受燕山晚期构造运动的影响,热流有一个微弱增高的现象。同时,磷灰石和锆石的He年龄揭示了川东北地区大致在晚白垩世期间开始隆升且抬升剥蚀量较大。因此,磷灰石和锆石的(U-Th)/He年龄可以揭示后期详细的冷却历史。     

华北克拉通北缘中—新元古界构造-热演化:来自锆石(U-Th)/He年龄的约束

由于复杂的构造沉积史和缺乏有效古温标,华北克拉通北缘燕辽裂陷带中—新元古界热史研究很薄弱,造成古老烃源岩成熟演化过程一直存在争议.研究利用锆石(U-Th)/He热定年技术探讨了燕辽裂陷带自中元古代以来的构造-热演化史,并分析了中元古界两套烃源岩成熟演化期次.燕辽裂陷带中—新元古界单颗粒锆石(U-Th)/He年龄均小于地...     

念扎金矿床热历史:锆石U-Pb、(U-Th)/He及磷灰石裂变径迹年代学的制约

念扎金矿床是近年来最新发现的位于雅鲁藏布江缝合带南侧仁布构造混杂岩带与蚀变闪长岩接触带的大型造山型金矿床.为约束念扎矿床的冷却及剥露历史,利用锆石的U-Pb、(U-Th)/He及磷灰石裂变径迹定年对新鲜及矿化闪长岩年龄进行测定.结果表明,新鲜闪长岩锆石U-Pb年龄为(46.32±0.53)Ma,(U-Th)/He年龄介于(7.14±0.24)Ma到(9.80±0.27)Ma,矿化闪长岩锆石(U-Th)/He年龄介于(8.38±0.24)Ma到(11.19±0.31)Ma之间,两件矿化闪长岩磷灰石裂变径迹年龄分别为(5.9±0.5)Ma和(5.3±1.0)Ma.念扎金矿床自闪长岩固结以来经历了两次快速冷却过程:第一次是从46.3 Ma开始持续到43.6 Ma,温度从750℃降至350℃,冷却速率高达约148℃/Ma;第二次为8.5~2.0 Ma,温度从约200℃降至30℃,冷却速率为26℃/Ma.念扎矿床成矿深度为9.7 km;在8.5 Ma时,矿床被抬升至4.6 km处;从8.5~5.6 Ma,矿床抬升至2.8 km;从5.6~2.0 Ma,念扎矿床被剥露至地表.