Fish Canyon Tuff榍石He扩散及(U- Th)/He年代学研究

榍石富含U和Th,是(U-Th)/He定年的理想矿物之一。本文以Fish Canyon Tuff榍石为例,开展了榍石He扩散行为和榍石(U-Th)/He定年实验方法研究。榍石分步加热扩散实验结果表明He扩散系数ln(D/a²)与温度倒数呈负相关,与期望的热活化扩散过程一致。测试Fish Canyon Tuff榍石(U-Th)/He年龄分布在28.3～24.6 Ma之间,平均值为26.7±1.2 Ma (1σ),Th/U分布在4.6～5.5之间,平均值为5.2±0.2,在误差范围内与国际上已出版数据一致,表明建立的榍石(U-Th)/He定年实验方法可靠。本次测试15粒榍石碎片外表层(～20μm)存在不同程度的磨蚀(即不完整晶体),且榍石表层磨蚀厚度随着等效半径的增加而增大。榍石碎片(U-Th)/He年龄介于完整晶体(U-Th)/He年龄和真实(U-Th)/He年龄之间,且随着榍石等效半径及表层磨蚀厚度(<20μm)的增大,(U-Th)/He年龄更接近真实年龄,这表明榍石(U-Th)/He年龄不确定度与等效半径大小和表层磨蚀厚度有关。     

锆石(U-Th)/He定年技术研究

锆石(U-Th)/He定年是同位素热年代学体系中重要的定年手段,是记录地质体完整热历史重要的实验方法之一,在火山岩定年、造山带演化、地貌演化、沉积盆地热演化及限定矿床热液活动时代等应用方面发挥着重要的作用。中国地质科学院地质研究所同位素热年代学实验室成功建立了锆石(U-Th)/He定年的实验方法,实验主要包括三个独立的过程:样品前处理、He含量分析和U、Th含量分析。氦同位素质谱仪对锆石样品的氦同位素比值分析精度约为0.1%左右;ICP-MS对锆石的U、Th同位素比值分析精度通常情况下优于1%。对国际上普遍使用的FCT锆石和斯里兰卡锆石标样进行(U-Th)/He年龄测定。测试结果显示27粒FCT锆石(U-Th)/He年龄分布在25.81~30.72Ma之间,加权平均年龄为28.18±0.51Ma(1σ)(参考值为28.3±2.6Ma);20粒斯里兰卡锆石碎片(U-Th)/He年龄分布在445.5~489.5Ma之间,排除异常值后加权平均值为479.0±8.0Ma(1σ)(参考值为470±11Ma)。所测两个标准物质的年龄均与参考值一致,表明本实验室的实验流程准确可靠。本实验方法的建立填补了我国锆石(U-Th)/He定年实验方法的空白,为我国热年代学的发展提供了新的技术支撑。     

(U-Th)/He测年技术:α离子射出效应及其校正

(u-Th)/He测年技术是近年来低温热年代学研究领域快速发展的一个重要分支,被应用于磷灰石、锆石、榍石、石榴子石等多种矿物,并且磷灰石(U-Th)/He在目前已知的所用低温热年代学指标中具有最低的封闭温度和较强的热敏感性,此外矿物的(U-Th)/He分析还可用来反演样品所经历的热历史,因此该技术在地质学中得到了广泛的应用.随着对(U-Th)/He方法研究程度的提高,影响测年结果的各种因素也被相继发现和认识.从(U-Th)/He测年的基本原理出发,详细介绍了矿物内 α离子的射出效应及其对氦年龄计算的影响与校正,进一步说明了矿物成分环带、晶体形状、比表面积等因素对于氦年龄校正的作用,并详细阐述了已有的针对这些因素的不同校正模型的原理、特点、发展历程以及前缘研究方向.     

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...     

川东北地区构造-热演化探讨——来自(U-Th)/He年龄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51～66 mW/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44.5 mW/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.     

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。     

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.     

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。     

矿物中4He同位素提取和含量测定研究

(U-Th)/He定年是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,而矿物中4He同位素的有效提取和含量准确测定是该技术的关键。磷灰石和锆石是(U-Th)/He定年最常用的矿物,其4He提取条件及铀钍含量测定方法都较为成熟;而其他矿物(如磁铁矿、橄榄石、针铁矿、石榴子石等)的研究则相对较少。文章介绍了当前国内外(U-Th)/He研究中采用的4He同位素提取方法———真空炉加热法和激光加热法,激光加热法因具有低4He背景值和耗时短的优点而成为主要的提取方法。以磷灰石样品测试为例,介绍了成都地质矿产研究所建立的采用激光加热法和四极杆质谱提取4He同位素及其含量测量过程、含量计算和校正方法。指出未来(U-Th)/He测试技术除继续改进现有分析方法外,应加强对更多不同矿物的测试研究。     

胶西北玲珑、焦家金矿田锆石(U-Th)/He年龄及其对成矿后剥露程度的指示

玲珑和焦家矿田是胶西北地区最负盛名的两个金矿田.目前有关这两个矿田成矿研究的成果已十分丰富,但是,成矿后隆升剥蚀程度的研究尚属空白.为此,利用最近兴起的低温热年代学技术,对两个矿田成矿后剥露程度进行了尝试研究.结果表明,玲珑矿田锆石(U-Th)/He年龄主要为80~100 Ma,焦家矿田锆石(U-Th)/He年龄主要为90~105 Ma.这些年龄与前人运用其他方法获得的成岩成矿年龄不同,其不是本区岩浆－热液成矿事件的年龄,而是成矿后花岗岩隆升剥蚀的热年龄.基于锆石(U-Th)/He年龄制约,估算本区成矿后隆升剥蚀速率大致与全球造山型金矿剥露速率相当(大约60 m/Ma).玲珑矿田总体比焦家矿田成矿后多剥露了600~900 m,焦家矿田深部找矿潜力应比玲珑矿田大.      

非稀释剂法电感耦合等离子体质谱测定磷灰石中铀钍钐同位素的含量

准确测定238U、232Th、147Sm同位素含量是磷灰石(U-Th)/He同位素定年方法的关键。本文建立了非稀释剂法电感耦合等离子体质谱测定磷灰石中238U、232Th和147Sm同位素含量的测定流程。该方法假定样品中的238 U、232 Th和147 Sm同位素丰度与其自然丰度是一致的,根据238 U、232 Th和147 Sm同位素的自然丰度和测得的样品中总的U、Th和Sm的含量得到样品中238U、232Th和147Sm同位素的含量。对国内玄武岩标准物质和(U-Th)/He定年法的年龄标准物质Durango磷灰石进行了总U、Th、Sm含量的测试,验证流程的可行性,结果表明玄武岩标准物质的测定值与标准值在误差范围内一致,经计算得到该磷灰石的(U-Th)/He年龄为30.0 Ma,与文献获得的该磷灰石(U-Th)/He年龄(31.02±1.01)Ma(1σ)在误差范围内一致,表明本文建立的238U、232Th和147Sm同位素含量的测定流程是可行的。对于没有稀释剂的实验室,该方法简单适用,值得推广应用。     

4He同位素含量测试技术研究

4He同位素含量的准确测定是(U-Th)/He同位素定年方法的关键,因为4He同位素是气体,所以其含量测定难度是比较大的,国内其他实验室还没有建立4He同位素含量的测定方法.本文详细介绍了国外(U-Th)/He同位素定年实验室4He同位素含量的测试技术和本实验室基于现有仪器条件建立的4He同位索含量的测试方法.笔者等利...     

低温热年代学在沉积盆地研究中的应用:以四川盆地北部为例

低温热年代计,如磷灰石与锆石裂变径迹、(U-Th)/He等矿物年代计,具有较低的封闭温度(约60~250℃),是研究沉积盆地埋藏-剥蚀历史的重要工具之一。四川盆地地层向西逐渐变年轻,这一现象指示盆地可能经历了显著的后期剥蚀,但是剥蚀过程及时限不确定。四川盆地北部钻井样品碎屑锆石(U-Th)/He(ZHe)数据显示上三叠统至中侏罗统下部ZHe年龄已经发生了部分乃至完全重置。最小的两个年龄分布峰值(约80~100 Ma)已经完全重置,制约了川北最大埋深时代下限。这一解释与该区残余的最晚沉积记录以及已经发表的AFT数据一致。河坝1井AFT和(U-Th)/He数据联合反演模拟的结果显示川北地区的剥蚀速度可能在约32 Ma左右加快。这一加速剥蚀很可能是区域现象,但也可能反映了局部的新生代构造活动。     

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。     

苏鲁造山带东段新生代两阶段剥露事件的磷灰石(U-Th)/He热年代学证据

苏鲁造山带位于华北和华南板块之间,是中国东部最显著的陆内造山带之一,约束其新生代剥露过程对于理解中国东部盆山格局分布及其动力学机制具有重要意义.低温热年代学方法由于封闭温度较低,能更准确地约束上地壳地质体的剥露过程.利用磷灰石(U-Th)/He方法,对苏鲁造山带东部的多福山和锯齿山开展研究.磷灰石(U-Th)/He年龄...     

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.     

磷灰石低温热年代学技术及在塔里木盆地演化研究中的应用

随着磷灰石低温热年代学技术理论研究的不断完善和发展,它已被广泛用于地质体定年、构造-热演化、地形地貌演化等研究领域。该文首先对磷灰石裂变径迹和(U-Th)/He热定年技术近几年的研究进展进行了综述,在此基础上阐述了低温热年代学方法在塔里木盆地构造-热历史和物源分析领域的应用效果。多组分动力学退火模型的建立、激光剥蚀ICP-MS方法的提出及裂变径迹自动测试仪的开发极大地推动了磷灰石裂变径迹技术的发展。对于磷灰石(U-Th)/He热定年技术,FT-等效圆校正模型极大地降低了He年龄校正过程中产生的误差;辐射损伤捕获扩散模型首次揭示了晶格缺陷对4 He扩散的影响模式;辐射损伤积累和退火模型有效地解释了克拉通盆地部分磷灰石样品裂变径迹年龄小于He年龄的现象。塔里木盆地巴楚隆起的低温热年代学数据和热史模拟结果揭示出巴楚隆起自中生代以来曾经历过185~140Ma、140~100Ma、75~50 Ma等三期快速隆升事件,主要是由羌塘地体、拉萨地体、印度板块与欧亚板块南缘碰撞引起的。塔北隆起钻孔内浅部样品的磷灰石裂变径迹年龄和(U-Th)/He年龄都大于相应的地层年龄,记录的是物源区南天山的热信息;其热史模拟结果揭示出南天山曾经历过晚中新世—早上新世(15~5 Ma)一期快速隆升事件,并以此构建了塔里木盆地北部与南天山晚中新世—上新世构造-沉积耦合演化模式。     

Apatite fission track and (U-Th)/He thermochronology from the Archean Tanzania Craton: Contributions to cooling histories of Tanzanian basement rocks

Borehole and surface samples from the Archean Tanzania Craton were analysed for apatite fission track(AFT) and(U-Th)/He data with the aim of deciphering cooling histories of the basement rocks. Fission track dates from borehole and outcrop samples are Carboniferous-Permian(345± 33.3 Ma to271±31.7 Ma) whereas(U-Th)/He dates are Carboniferous-Triassic(336±45.8 Ma to 213±29 Ma) for outcrop grains and are consistently younger than corresponding AFT dates. Single grain(U-Th)/He dates from the borehole are likely to be flawed by excessive helium implantation due to their very low effective uranium contents, radiation damage and grain sizes. All AFT and(U-Th)/He dates are significantly younger than the stratigraphic ages of their host rocks, implying that the samples have experienced Phanerozoic elevated paleo-temperatures. Considerations of the data indicate removal of up to 9 km overburden since the Palaeozoic.Thermal modelling reveals a protracted rapid cooling event commencing during the early Carboniferous(ca. 350 Ma) at rates of 46 m/Ma ending in the Triassic(ca. 220 Ma). The model also suggests minor cooling during the Cretaceous of the samples to surface temperatures. The suggested later cooling event remains to be tested. The major cooling phase during the Carboniferous is interpreted to be associated with compressional tectonics during the Variscan Orogeny sensu far field induced stresses. Coeval sedimentation in the Karoo basins in the region suggests that most of the cooling of cratonic rocks during the Carboniferous was associated with denudation.     

Evidence of Thermal Evolution History of Northeast Sichuan Basin--（U-Th）/He Low Temperature Thermochronometry of Apatite and Zircon

(U-Th)/He dating is a newly developed low temperature thermochronometry,and it elaborately reflects cooling history of geologic body under low temperature.It can be applied to analyze thermal evolution of the sedimentary basin,combining with vitrinite reflectance and fission track.(U-Th)/He dating of apatite and zircon from drilling cores in Puguang (普光)-Maoba (毛坝) area and outcrops in Tongjiang (通江) area indicates that the Northeast Sichuan (四川) basin underwent great uplift and denudation during the Tertiary and the Quaternary.During the period,denudation rates changed from 74.8 to 172.5 m/Ma and denudation thickness was between 2 800 and 3 000 m,geotemperature gradually declined into the current temperature,passing through helium closure temperature of apatite.The uplift and denudation relate to new tectonic movement response in the Sichuan basin aroused by the Qinghai (青海)-Tibet plateau.Drilling samples above 4 000 m did not undergo closure temperature of zircon,but the samples nearly 4 000 m might approach closure temperature of zircon and all the samples underwent closure temperature of apatite.According to (U-Th)/He ages of zircon,it is concluded that the Northeast Sichuan basin began to uplift in the Late Jurassic.From the Late Jurassic to the Paleogene,Northeast Sichuan basin was in slow uplift and denudation,but the denudation of Puguang-Maoba area was earlier than that of Tongjiang area.(U-Th)/He ages of zircon indicate the denudation time of provenance areas.On the basis of paleodrainage characteristics,provenance transport and other related data,provenance areas of the clastic rocks are decided,which is worthy to be investigated further.