稀有气体同位素地球化学在矿床学研究中的应用进展

稀有气体因其化学惰性以及在不同来源地质体中的同位素组成差异很大,在研究成矿流体来源、演化和壳-幔相互作用过程中具有非常重要的意义。另外,由于⁴He、⁴⁰Ar是放射成因子体同位素,具有年代积累效应,因此,它们常被用于同位素测年。本文简要回顾了流体包裹体中稀有气体同位素的后生影响和样品、分析方法选择注意事项,以及近年来稀有气体同位素在成矿流体示踪,⁴⁰K-⁴⁰Ar、⁴⁰Ar-³⁹Ar定年及（U-Th）/He定年方面的研究进展。已有研究证实流体包裹体中的稀有气体可能受后期扩散丢失、后生叠加和同位素分馏的影响,要根据目的选择不同的分析方法;稀有气体同位素可以示踪不同类型矿床的流体来源、演化及壳-幔相互作用、稀有气体同位素与卤素联合运用可以用来指示流体和盐度来源、演化过程以及矿物沉淀机制等,³He/热的研究可以追溯流体的热源及其运移方式;流体包裹体⁴⁰Ar-³⁹Ar可以用于矿床直接定年,表生含钾矿物的⁴⁰K-⁴⁰Ar、⁴⁰Ar-³⁹Ar定年以及锆石、磷灰石和铁氧化物（U-Th）/He定年可为矿床及氧化带的形成时间、矿床形成后的抬升、剥露历史、古气候演化等重大地质问题讨论提供大量有意义的信息。

     

山东莒南地区下地壳的复杂组成和多期次生长与改造: 麻粒岩捕虏体的再研究

山东莒南玄武质角砾岩中含有大量地幔橄榄岩、下地壳麻粒岩和辉石岩等深源捕虏体,对这些捕虏体开展研究有助于深化对华北克拉通东部岩石圈组成和演化历史的认识。我们对玄武岩中的金云母和新获得的2件麻粒岩捕虏体分别开展了⁴⁰Ar-³⁹Ar年代学以及锆石U-Pb年龄和Hf同位素测试。玄武岩中金云母巨晶的⁴⁰Ar-³⁹Ar年代学结果表明莒南玄武岩的形成年龄为59.04±0.17Ma,该年龄比玄武岩基质K-Ar法获得的年龄年轻约8Myr。锆石离子探针U-Pb年龄结果显示,莒南地区下地壳麻粒岩的原岩记录了多期次岩浆活动,包括3.33Ga、2.52Ga、1.98Ga和0.76Ga。锆石激光原位Hf同位素揭示出莒南地区下地壳经历了多阶段陆壳的增生和改造,其中3.7~3.8Ga是最重要的陆壳增生期,新元古代也存在因地幔物质的加入导致的下地壳生长。麻粒岩捕虏体所反映的下地壳主要是始太古代新生陆壳经多期壳内物质重循环而成。

     

盆地断层活动定年技术进展及发展趋势

断层的活动期次对盆地的形成与演化及油气运移成藏起着重要的控制作用,精确厘定断层活动期次及其年龄是盆地构造及油气成藏研究中的一项必不可少的工作,也一直是研究中的一个难点.针对这一问题,论文基于断层带内部结构的分析及前人研究成果,简要评述了常用的自生伊利石K-Ar/Ar-Ar定年法和石英电子自旋共振ESR(electron spin resonance)定年技术,重点综述了方解石激光原位U-Pb定年、石英流体包裹体⁴⁰Ar/³⁹Ar定年和低温热年代学技术应用于断层活动时间研究的基本原理、实验方法和典型实例,并探讨了存在的问题,分析了发展的趋势,指明了下一步研究的方向.认为这些技术对断层活动期次和油气勘探研究具有重要指导意义,未来将在盆地断裂研究中发挥重要作用,有着广阔的应用前景.     

K-Ar、40Ar/39定年中尼尔值和初始氩比值

K-Ar、⁴⁰Ar/³⁹Ar定年中, 用以计算囚禁⁴⁰Ar绝对量的⁴⁰Ar/³⁶Ar, 称为初始氩比值.现代大气中的初始氩比值叫尼尔值, 为295.5.K-Ar、⁴⁰Ar/³⁹Ar定年的表观年龄都是在假设初始氩比值与现代大气中的尼尔值一致的基础上得到的.事实证明, 地球样品的初始氩比值不总是尼尔值, 因此这种假定不可靠, 尤其在对年轻样品进行K-Ar、⁴⁰Ar/³⁹Ar定年时, 会带来错误的表观年龄结果.对于K-Ar、⁴⁰Ar/³⁹Ar精细年代学, 特别对于年轻样品和低钾含量样品, 只有初始氩比值才对定年研究有意义, 而初始氩比值只能通过⁴⁰Ar/³⁹Ar等时线法求得.所以严格地讲, 只有等时线年龄才是可靠的.结合实验流程, 本文分析了⁴⁰Ar/³⁹Ar定年中为什么大多数等时线获取的初始氩比值接近尼尔值, 一是因为常规⁴⁰Ar/³⁹Ar坪年龄的计算方法, 二是因为吸附氩的干扰.初始氩比值的一致性, 被用来证明样品同位素同源和封闭特性, 对年龄数据的精度及可靠性有非常大的影响, 尤其是年轻样品.因此, 在⁴⁰Ar/³⁹Ar定年中要选取氩同位素初始比值一致的同源样品, 并在实验流程中尽量克服样品吸附气体.本文对传统⁴⁰Ar/³⁹Ar方法中坪年龄、年龄坪的意义提出了质疑, 对提高⁴⁰Ar/³⁹Ar定年的精度具有重要意义, 并使之能够应用到极年轻的火山岩定年中.     

金伯利岩定年方法综述

本文根据近四十年具有代表性的金伯利岩定年研究和所发表的年龄数据,在前人工作基础上总结出5种应用广泛的金伯利岩定年方法,并从定年效果、矿物结构和结晶习性等角度对比梳理了不同方法的误差来源和局限性。结果显示,锆石U-Pb年龄结果具有较好的精度和较高的稳定性,但需要确保锆石样品为地幔来源;云母Rb-Sr法和K-Ar或⁴⁰Ar/³⁹Ar法相对其他方法难以把控准确性和稳定性,而钙钛矿由于具有明确的来源,其U-Pb年龄非常精准可靠。因此对金伯利岩定年,以钙钛矿的U-Pb法为好。     

40Ar(40Ar＊＋40ArE)、39Ar释气特征与过剩氩的甄别及年代学意义

对具有不同地质历史背景的3类⁴⁰Ar/³⁹Ar法样品中的⁴⁰Ar和³⁹Ar释出特征进行对比,研究结果表明,⁴⁰Ar/³⁹Ar法样品中的⁴⁰Ar、³⁹Ar释气曲线主要表现为以下3种形式:完全重合型、过剩氩型和不规则型。当⁴⁰Ar与³⁹Ar释气曲线呈完全重合型时,⁴⁰Ar/³⁹Ar法全熔年龄代表了岩体的形成年龄;当⁴⁰Ar、³⁹Ar释气曲线是过剩氩型时,⁴⁰Ar/³⁹Ar法全熔年龄则大于岩体的形成年龄;当⁴⁰Ar与³⁹Ar释气曲线呈不规则型时,表明样品中的放射成固氩(⁴⁰Ar^*)发生了丢失,其全熔年龄一般较岩体的形成年龄小。对于⁴⁰Ar、³⁹Ar释气曲线呈过剩氩型的样品,⁴⁰Ar/³⁹Ar法年龄谱通常呈马鞍形,且马鞍形年龄谱的底部年龄一般都具有地质意义,代表了岩体的形成年龄。对于⁴⁰Ar、³⁹Ar释气曲线呈不规则型的样品,对其年龄谱的解释应持谨慎态度。     

延边海沟金矿床石英流体包裹体激光探针40Ar/39Ar测年与成矿背景

海沟金矿为一大型贫硫化物石英脉型金矿床,长期以来其形成时代一直存在争议,致使矿床成因研究受到较大影响,成矿预测等方面研究进展缓慢。采用石英流体包裹体的⁴⁰Ar/³⁹Ar激光探针定年法对该金矿床进行了精细的年代学测定,获得主成矿阶段石英流体包裹体的⁴⁰Ar/³⁹Ar正、反等时线年龄分别为（170±20） Ma和（172±16） Ma,MSWD分别为0.31和0.35,⁴⁰Ar/³⁶Ar比值分别为298±4和299±4;进一步剔除接近大气的成分点和过剩氩高的成分点,计算获得等时线年龄为（170±38） Ma（⁴⁰Ar/³⁶Ar Int.=299±10）和（165±52） Ma（⁴⁰Ar/³⁶Ar Int.=303±23）。结合已有同位素年代学研究成果,进一步明确了海沟金矿床主成矿期发生在早侏罗世晚期,成矿作用与中生代库拉板块向亚洲板块俯冲、特别是由此引发的华北板块东缘与兴蒙造山带东段的强烈拼贴并诱发的岩石圈加厚、减薄作用密切相关。     

东天山康古尔塔格金矿带年代学研究

康古尔塔格金矿带分布于东天山石炭系中、下统火山岩区,近年来发现了浅成低温热液型、韧性剪切带型和石英脉型3种成因类型的金矿。经Rb-Sr等时线法、U-Ph法、⁴⁰Ar/³⁹Ar法等地质年代学研究,认为容矿岩石火山岩的年龄为300-280Ma;矿化发生在海西晚期到印支早期(270-220Ma),经历了多期次的成矿作用;各矿区的花岗质侵入岩与成矿有一定的时空关系。     

油气成藏^40Ar-^39Ar定年难题与可行性分析

油气成藏作用伴生的矿物种类少,主要为碳酸盐矿物,以及少量石英和黄铁矿等,这些矿物均不适合用传统同位素年代学方法进行年龄测定,因此,油气成藏年龄是同位素年代学尚未解决的一大科学难题。^40Ar-^39Ar（K-Ar）法是可能应用于油气成藏年龄测定的首选同位素定年方法。从^40Ar-^39Ar法的优点和实验技术的角度,讨论了油气田样品^40Ar-^39Ar定年面临的主要技术难题、测定对象、测定方法和可行性。有机杂质气体纯化装置的研制成功,为开展油气成藏^40Ar-^39Ar年代学研究,并获得可靠的同位素年龄数据奠定了实验技术基础。     

中生代火山岩锆石Pb/U法与激光40Ar/39Ar法定年结果对比

通过对龙江组和光华组锆石Pb/U和激光⁴⁰Ar/³⁹Ar两种方法同位素定年结果的对比研究,发现二者对于中生代火山岩的定年结果极为相近.后者相对快捷、方便、经济.认为激光⁴⁰Ar/³⁹Ar定年,适用于1：5万和1：25万区域地质调查及相关的综合研究项目工作.     

伊利石40Ar-39Ar年龄的统计分析与成藏期

为了确定鄂尔多斯盆地苏里格气田的成藏年代,通过提取砂岩储层中的黏土质填隙物,分离分级成 < 0.5、0.5~1.0、1.0~2.0μm的分样品,进行伊利石激光阶段加热40Ar-39Ar定年.等时线年龄是自生伊利石与碎屑伊利石的混合年龄.通过趋势分析和回归分析分别获得极小的趋势年龄和极小的回归年龄,该年龄比较接近自生伊利石年龄.测试结果表明,伊利石的等时线年龄介于160.9~232.0 Ma之间,为自生伊利石与碎屑伊利石的混合年龄.采用数理统计方法获得极小趋势年龄和极小回归年龄分别为151.7 Ma和152.4 Ma,该年龄比较接近自生伊利石年龄,代表了热流体活动和油气成藏时间.      

铅锌矿床定年方法评述

矿床成矿时代的界定对于矿床成因的认识、成矿事件时间维的标定及找矿方向的确定具有十分重要的理论意义和实际意义。MVT铅锌矿床的精确定年更是建立可靠的成矿模式所必须解决的问题。本文评述了几种常用的MVT铅锌矿床的定年方法，如古地磁法、^40Ar-^39Ar法、U—Pb法、Rb—Sr法、Sm—Nd法和裂变径迹法；阐明了精确定年在研究MVT矿床成因中的作用。随着实验技术和测试手段的不断发展和提高，^40Ar-^39Ar法、Rb—Sr法和Sm—Nd法将在MVT矿床精确定年中得到广泛应用。     

40Ar-39Ar同位素测年方法及其应用

^40Ar—^39Ar测年法的出现，为同位素地质年代学开辟了一个新的领域；但过剩氩的存在、年龄谱的分析方法，又制约着地质事件的年龄解释。在介绍该方法的原理、校正、年龄谱的分析和应用及过剩氩问题等方面内容的基础上，结合阿尔金断裂研究实例，对该断裂中的新生矿物进行了^40Ar-^39Ar测年，进而确定了阿尔金断裂走滑活动的年龄。     

油气成藏年代学研究进展及发展趋势

成藏年代学是当代石油地质学的一个前沿领域。80年代以来，随着油藏地球化学、流体包裹体方法、同位素测年法、油气水界面追溯法等多种新方法或新技术的引入，成藏年代学研究取得了重要进展，实现了由传统的间接向直接研究、宏观向微观研究，以及定性向定量（或定期向定年）研究的重要转变。间接研究与直接研究相结合、宏观与微观研究相结合、定性与定量（或定期与定年）研究相结合，已成为现代成藏年代学研究发展的重要趋势，这对于叠合盆地的成藏年代与成藏史研究尤为必要。就各种成藏年代学研究方法的应用及其存在的问题进行了简要分析和讨论。     

矿床同位素定年方法的应用现状评析

高质量的年代学数据是矿床研究和对比的基础.针对近二十几年来在具体矿床同位素定年研究中,不同学者对同一矿床采用不同的定年方法常常得出相差十分悬殊的结论,甚至出现与地质事实截然相悖年龄数据的现象,文章对最常用的锆石U-Pb法、自生伊利石K-Ar法、金属硫化物Re-0s和Sm-Nd法、石英流体包裹体40Ar/39Ar法和Rb-Sr等时线法以及释光测年进行了评析.强调一套合理的矿床同位素年龄数据的获得,必须加强对地质背景的研究;明确测年矿物与矿化的成因联系,选择合适的定年方法.综合地质背景及可靠准确的年代学数据,对地质事件与成矿事件的联系做出合理的解释.     

石英~(40)Ar-~(39)Ar阶段加热法定年的实验技术改进及意义

40 Ar 3 9Ar阶段加热法测定石英年龄始于 1986年。近年来通过样品清洗、提高真空度、提高质谱计灵敏度、减小样品用量、增加熔样阶段等实验技术改进 ,数据质量比过去有所提高。但关键问题是选择有代表性的石英样品 ,并预先对样品做镜下鉴定和电子探针分析 ,挑选钾含量较高的石英用于定年 ,以便减少失败 ,提高年龄数据测试的成功率。当钾含量高于 0 0 5 %时 ,一般都可在中温 (70 0～ 10 0 0℃左右 )阶段获得 3个以上视年龄构成的坪年龄和等时年龄 ,比过去马鞍型年龄谱中由一个最小视年龄作为成矿年龄要准确。     

宁芜盆地凹山和东山铁矿床中阳起石的激光39Ar-40Ar年代学研究

文章通过对凹山和东山铁矿床中特征的组合矿物之一伟晶状阳起石进行激光39Ar-40Ar法定年,精确测定了玢岩铁矿的成矿时代。其中东山铁矿中新鲜阳起石(黑绿色)的39Ar-40Ar等时线年龄在126～129Ma之间,与赋矿围岩大王山组火山岩中角闪石的等时线年龄(127Ma)一致,证明成矿与成岩密切相关,成矿与成岩是同时期的产物。而凹山铁矿中蚀变阳起石(灰绿色)的39Ar-40Ar等时线年龄为(114±16)Ma。2种阳起石分别形成于成矿作用的不同阶段,黑绿色新鲜阳起石与磷灰石、磁铁矿同期形成,形成于岩浆向热液演化的高温阶段,在成岩和成矿之后的冷却过程中,矿体和潜火山岩体具有相同的闪石封闭温度(500℃±);而灰绿色蚀变阳起石形成于中期阳起石(透辉石)-钠长石-磷灰石-磁铁矿化矿体围岩蚀变阶段。     

砂岩储层自生伊利石40Ar-39Ar定年技术及油气成藏年龄探讨

油气成藏年龄是石油地质学和同位素年代学共同面临的科学难题之一。本文探讨砂岩储层自生伊利石40Ar-39Ar阶段加热技术获得油气成藏年龄的可能性。样品采自南海珠江口盆地第三纪珠海组砂岩储层,采用冷冻加热循环技术缓慢碎裂样品,以减少碎屑长石混入量。释出气体首先经过专门研制的纯化装置,有效地除弃有机杂质气体,然后经过2个NP10Zr/Al泵进一步纯化。06ZJ26I伊利石40Ar-39Ar激光阶段加热分析获得了阶梯状上升的年龄谱。开始3个最低激光能量阶段加权平均年龄(12.1±2.2)Ma(2σ)解释为自生伊利石的最小年龄,可能代表了油气成藏的最大年龄;而较高激光能量阶段坪年龄(98.0±0.9)Ma则代表了砂岩中陆源碎屑长石的年龄。与传统K-Ar法相比,40Ar-39Ar法可以揭示伊利石样品更多的年代学信息。     

内蒙古大青山逆冲推覆体系中生代逆冲构造活动的40Ar-39Ar定年

内蒙古大青山呼和浩特段北侧发育3条走向北东东、指向北西的逆冲断层,并与被其分割的3个逆冲席体及一个原地系构成大青山逆冲推覆体系。逆冲断层上盘底部发育较深层次的糜棱岩,下盘顶部多发育低温的千糜岩。本研究在构造地质调查基础上,结合宏-微观岩石矿物学分析,采用40Ar-39Ar定年对该逆冲体系的活动时间进行约束。逆冲断层带内3个千糜岩绢云母40Ar-39Ar年龄范围为120~119Ma,另一样品给出了120Ma的概率统计峰值年龄。千糜岩为低温同变形变质产物,细粒绢云母为同变形新生矿物,其40Ar-39Ar年龄可代表变形年龄。侵位在断层内弱变形的花岗闪长岩为同构造晚期侵位,角闪石40Ar-39Ar年龄限定其冷却时间下限为121Ma,概率统计峰值年龄为119Ma。逆冲断层上盘底部发育较高温的糜棱岩,而低温千糜岩的形成时间应属于变形后期。因此,120Ma至119Ma期间,大青山逆冲推覆体系的逆冲作用应已是处于变形晚期。     

Evaluation of 40Ar/39Ar Geochronology of Authigenic Illites in Determining Hydrocarbon Charge Timing: A Case Study from the Silurian Bituminous Sandstone Reservoirs,Tarim Basin,China

The Silurian bituminous sandstones(SBS) in the Tarim Basin, China are important basinwide reservoirs with an estimated area of approximately 249000 km2. We investigated the ages of authigenic illites in the SBS reservoirs and constrained their formation timing by using the ~(40)Ar/~(39)Ar step wise heating method. The age spectra, ~(39)Ar recoil loss and their controlling factors were investigated systematically. The ~(40)Ar/~(39)Ar ages were compared with the conventional K/Ar ages of identical clay fractions. The clay in the SBS reservoirs is dominated by orderly mixed-layer illite/smectite(I/S) with 5%–30% smectite layers. The I/S minerals morphology comprises primarily honeycomb, short filamentous and curved-lath particles, characteristic of authigenic illites. The unencapsulated ~(40)Ar/~(39)Ar total gas ages(UTGA) of the authigenic illites range from 188.56 ± 6.20 Ma to 491.86 ± 27.68 Ma, which are 7% to 103% older than the corresponding K/Ar ages of 124.87 ± 1.11 Ma to 383.45 ± 2.80 Ma, respectively. The K-Ar ages indicate multistage accumulations with distinct distribution patterns in the Tarim Basin: older(late Caledonian-early Hercynian) around the basin margin, younger(late Hercynian) in the basin centre, and the youngest(middle to late Yanshanian) in the Ha-6 well-block, central area of the North Uplift. The age difference is believed to have been caused by the ~(39)Ar recoil loss during the irradiation process. Compared with the K/Ar ages, the estimated ~(39)Ar recoil losses in this study are in the range from 7% to 51%. The ~(39)Ar recoil loss appears to increase not only with the decreasing particle sizes of the I/S, but also with increasing percentage of smectite layers(IR) of the I/S, and smectite layer content(SLC) of the samples. We conclude that due to significant ~(39)Ar recoil losses, UTGA may not offer any meaningful geological ages of the authigenic illite formation in the SBS and thus can not be used to represent the hydrocarbon charge timing. ~(39)Ar recoil losses during ~(40)Ar/~(39)Ar dating can not be neglected when dating fine authigenic illite, especially when the ordered mixed-layer I/S containing small amount of smectite layers(IR30%) in the reservoir formations. Compared with the unencapsulated Ar-Ar method, the conventional K-Ar method is less complicated, more accurate and reliable in dating authigenic illites in petroleum reservoirs.