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。     

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。     

黄铁矿Re-Os同位素定年在金属矿床研究中的应用

黄铁矿是地壳分布最为广泛的金属矿物,其Re-Os同位素体系在金属矿床成矿年代和示踪成矿物质来源研究中具有重要地质意义。文章简述了Re-Os同位素体系成矿定年和示踪成矿物质来源的基本原理,综述了近些年黄铁矿Re-Os同位素体系在金属矿床研究应用中取得的成果;认为该方法具有测试样品易选择、测试方法多样性等特征,但该方法目前尚存在黄铁矿样品选择的多样性、测试标样不成熟和分析结果误差较大等不足之处,有待进一步研究。     

富有机质地质样品Re-Os同位素体系研究进展

Re-Os同位素的研究在过去几十年取得了重要进展。Re、Os能够在各种不同类型的富有机质地质样品中富集,Re-Os同位素体系在各种富有机质样品的研究已成为同位素地球化学研究领域一个新的热点。文章介绍了Re-Os同位素体系研究应用于富有机质地质样品研究的原理及其地质样品种类,从风化淋滤和熟化两方面对Re-Os同位素体系的封闭性进行了说明,并且结合实例论述了Re-Os同位素体系应用于富有机质地质样品的重大意义,还对不同类型富有机质样品的采样和溶样方法进行了归纳。此外,还提出了当前富有机质地质样品Re-Os同位素研究亟待解决的问题,指出富有机质地质样品Re-Os同位素分析将成为解决地质难题一种新的有力工具。     

金属硫化物Re-Os同位素定年技术进展

近30年来,Re-Os同位素分析方法在样品溶解、化学分离及质谱测定,以及微区分析等方面取得了重要进展,Re-Os同位素体系已成为同位素地质年代学研究的一个重要手段。本文对近年来金属硫化物Re-Os同位素分析技术的研究发展现状以及存在的问题进行系统评述,包括野外工作和室内金属硫化物矿物精确识别和挑选、样品的分解、分离富集技术到仪器测定、参考标样选择等,并对化学处理过程中如何提高试剂纯度,避免器皿、试剂和环境污染,如何降低实验流程空白等方面给出了建议,可为相关研究者优化Re、Os及其同位素的高精度测试提供参考。     

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。     

Re-Os同位素体系在矿床地球化学中的应用

简述了Re-Os同位素地球化学体系的原理与方法,在此基础上重点介绍了国内外目前在矿床地球化学研究中,应用Re-Os同位素体系进行成矿作用年代学及矿质来源等方面研究的一些最新成果.认为Re-Os同位素体系是对矿床进行定年和示踪研究的有力工具,为成矿作用机制等的深入研究提供了新的思路.尽管Re-Os同位素定年研究中存在矿物适应性等问题,但本世纪初期Re-Os同位素体系的研究将会深刻地推动矿床地球化学的进步和发展.     

Re-Os同位素定年方法进展及ICP-MS精确定年测试关键技术

本文介绍了Re-Os同位素定年的基本原理、技术发展及应用现状;综述了样品分解和Re-Os分离富集的主要方法,重点对ICP-MS法进行Re-Os同位素定年做了较详尽的介绍,包括质量分馏校正、干扰校正、含量初测、取样量的确定、稀释剂的稀释比及稀释剂加入量等,以确保高精度测试;评述了ICP-MS最常见的测定对象-辉钼矿中Re-Os的失耦现象及降低其对Re-Os同位素定年影响的对策,文中描述了由测定同位素比值计算含量时的误差传递公式并重申了最佳稀释比。最后,指出了Re-Os同位素定年方法研究中应该关注的工作方向。     

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。     

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...     

铼-锇同位素定年方法及分析测试技术的进展

铼-锇同位素定年已经成为矿床学乃至于地质学领域最重要的定年技术之一。文章简略地回顾了铼-锇同位素体系技术方法的发展过程;介绍了准确测定187Re衰变常数的发展历史,铼-锇同位素定年和同位素示踪的基本原理,铼与锇的基本化学性质、在自然界的分布、地球化学行为、赋存状态和样品采集应注意的问题。结合作者实验室10余年的铼-锇同位素体系分析经验,较系统地总结了常用的样品分解和化学分离方法;介绍了负离子热表面电离质谱和电感耦合等离子体质谱测定铼、锇同位素的方法原理、特点和应注意的技术细节,以及近年来用于准确测定锇稀释剂的锇标准参考物质的选择、化学组分测定和铼-锇标准参考物质的研究进展。     

Advances in Re-Os Isotopic Dating in Geochronology of Hydrocarbon Accumulation

Rhenium-Osmium (Re-Os) isotopic dating applied to the geochronology of hydrocarbon accumulation has been the forefront of international research in the last 10 years and has achieved significant achievements. However, our current researches are lacking in Re-Os isotopic chronology on the geochronology of hydrocarbon accumulation. The successful application of the Re-Os geochronology has enabled the determination of accurate and precise depositional ages for Organic-Rich Sedimentary rocks (ORS), the establishment of timing constraints of oil generation or migration, and the fingerprinting of the source of oil. On the basis of literatures study both at home and abroad, this article mainly dealt with the principle of Re-Os isotopic dating and analyzed the accumulation processes of Re and Os in a seawater-sediment system. Meanwhile, the test samples, sample preparation and analytical methodology of Re-Os isotopic dating were summarized. The results revealed that the initial ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratio could constrain the age of oil generation or migration, and effectively evaluated the relationship between source rock and oil. The radiogenic ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratio showed a positively correlated relationship with source rock age. This article proposed that hydrocarbon mature, biodegradation and water washing had minimal or no effect on data scatter about Re-Os isochron. However, the effects of postdepositional mobility of Re and Os, variations in the initial ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratio, and thermochemical sulfate reduction could result in data scatter. The reproducibility and accuracy of Re-Os age was also closely related to the sample particle size and sample amount. Compared with other isotopic dating, the biggest advantage of Re-Os isotopic dating is to study geological body related to accumulation process, and to obtain direct evidence of hydrocarbon accumulation period. From what was discussed above, the article discussed the existing problems and put forward the future hot research and development direction of Re-Os isotope system, so as to promote the deep development of relative theory and technology of Re-Os isotopic dating.     

Re-Os同位素组成测试方法及其应用进展

Re为中等不相容元素,Os则属强相容元素,与母子体均为不相容元素的Rb Sr、Sm Nd、U Th Pb等同位素体系相比,具亲铁、亲硫性的Re Os同位素体系在定年和示踪研究中显示出特殊性,受到了地学家高度重视,其应用正走向普及。总结和对比了近年来Re Os同位素分析中样品分解的不同方法（NiS火试金法、Carius管溶样法、高压灰化消解法、浸提法、水样处理法）、Os的分离（常规蒸馏、液溴和CCl4提取、快速低本底提取、小型蒸馏）与纯化流程（微蒸馏）、Os同位素比值质谱测定法（N TIMS、ICP MS、微区原位（in situ）分析）及随测定方法的改进Re Os同位素体系在地球科学研究中的应用进展。     

岩矿地球化学分析测试技术在古代玉器产地溯源中的应用及进展

古玉产地溯源研究对揭示文明早期玉石资源开发利用和跨区域物质、文化交流等都具有重要的意义。由于测试分析手段及研究样品本身的制约,古玉产地溯源至今仍然是制约古玉文化交流研究的难题及瓶颈。近年来,随着研究的深入及科学测试手段的进步,地质、考古及文博界开展了更为密切的跨学科合作,对古代玉器产地溯源技术进行了许多新的探索,并取得了一些较为重要的成果。本文在团队工作及前人研究的基础上,对质子激发X射线荧光(PIXE)、X射线荧光光谱(XRF)、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、电子探针(EPMA)等多种主微量元素地球化学分析测试技术及放射性同位素、稳定同位素地球化学技术在古代玉器产地溯源的应用情况进行了梳理,综合分析了不同测试方法在古玉溯源中的工作进展,并对当前古玉产地溯源研究中存在的问题进行了探讨。总体来说,岩矿地球化学分析测试技术的应用对古玉溯源研究起到了重要的推动作用,而对已知玉矿资源系统的地质学研究及玉料的主微量元素、同位素地球化学数据库的建设和新的无损、样品尺寸不受限的原位岩矿地球化学分析技术的开发及其在古玉样品测试中的大规模应用,应是未来古玉溯源研究工作的重点方向。     

碳酸盐岩Mg同位素分析方法及研究进展

Mg是中等挥发和流体活动性元素，也是生物所必需的元素，几乎参与了地球上所有的地球化学过程，包括物理、化学和生物循环。近20年来，随着多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）高精度测定Mg同位素技术的快速发展，Mg同位素在碳酸盐岩研究中显示出非常广阔的应用前景，其中低Mg碳酸盐岩的研究对了解大陆地壳的化学演化具有非常重要的作用。然而，由于现有高Ca低Mg碳酸盐岩的分析方法并不能很好地将Ca完全去除，因此利用低Mg碳酸盐岩的Mg同位素特征进行地质研究仍然存在很大的局限性。通过对已有碳酸盐岩的Mg同位素分析方法进行归纳总结，认为可采取下列措施提高低Mg碳酸盐岩样品的Mg同位素分析精度，即上柱前完全溶解样品；化学分离过程中确保Mg与其他基质元素完全分离；淋洗基质过程中采用HF与HNO3混合酸进行淋洗，同时提高Mg的进样量；采用新鲜的测试样品和标准溶液进行测试等。上述措施可为该分析方法的改进及其在碳酸盐岩类Mg同位素研究中的应用提供参考。     

Re-Os同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展

晚新元古代至早寒武世是地球演化历史上极其重要的时期,该时期地层年龄框架的厘定以及古海水、古大气、古气候等方面的研究一直是国际地学界的关注热点。Re-Os同位素测年法是近十几年来兴起的地层测年法,其对于晚新元古代至早寒武世重要时间节点上沉积的富有机质黑色页岩具有测年及示踪古环境的双重优势。本文以晚新元古代至早寒武世地层为例,阐述了Re-Os同位素测年法在年代地层学研究中的应用,通过与大量的、精确的锆石U-Pb年龄对比,论证了Re-Os同位素测定沉积地层年龄的可靠性。对于震旦系陡山沱组地层建阶及留茶坡组地层的年代学研究,黑色页岩Re-Os同位素测年法可发挥重要的作用。结合前人所做的Sr同位素变化曲线以及收集的晚新元古代—早寒武世Os同位素初始值的测试数据,阐述了Os同位素在该时段古环境演绎及Ni-Mo-V多金属层来源追溯上发挥的作用。黑色页岩难以进行~(87)Sr/~(86)Sr的分析,而Os同位素初始值能较好地弥补这一缺陷,二者的相互结合将为晚新元古代至早寒武世古环境演化的研究作出贡献。本文指出,随着Re-Os同位素分析技术的发展以及更多实验流程的建立,该项技术在未来年代地层学,尤其对一些古老地层的年代厘定具有广阔的应用前景。     

黑色页岩与大洋缺氧事件的Re-Os同位素示踪与定年研究

地质历史中发育多次大规模的大洋缺氧事件并伴随有巨量的黑色页岩沉积, 对这些大洋缺氧事件发生时限及成因机制的研究已成为当前国际古海洋学研究的一个前沿领域。开展对大洋缺氧事件的研究,有助于了解古海洋演化、地球系统变化和地球其他圈层对生物圈的影响,以及金属成矿、油气形成及生烃环境。因此近年来人们从古海洋、古气候、古地理、古生物、大地构造和地质地球化学等学科,积极开展对大洋缺氧事件的研究。对大洋缺氧事件进行准确定年则是研究工作开展的首要任务之一;而如果用于定年的同位素体系能同时提供相关的环境变迁信息,则更加有利于我们对缺氧事件成因机制的认识。Re Os同位素作为近年来发展起来的一种新的同位素技术方法,恰好适用于对富有机质沉积岩和黑色页岩的定年,可以获得精确的地层沉积年龄,同时利用这些海洋沉积物的Os同位素比值还可获得古海水的Os同位素组成及随时间的演化规律。在中国华南地区新元古代—早古生代发育有多幕次的大洋缺氧事件和黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布,利用Re Os同位素研究,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。     

石灰岩铼-锇同位素分析方法研究及应用初探

针对石灰岩样品Re-Os同位素分析,在选样和溶样方法上进行了改进,在Carius管封闭前加入HCl与石灰岩反应释放出大量CO2,然后加入氧化剂和稀释剂封闭Carius管溶解样品,大大增加了样品取样量。利用改进的方法对采自青海玉树地区二叠世九十道班组底部的灰黑色微细晶灰岩的Re-Os同位素体系进行了分析测定,得到了精确的沉积年龄(283.1±7.1)Ma(MSWD=0.61,Model1,n=7)。187Os/188Os同位素初始值为0.56±0.12,与二叠纪时海水的187Os/188Os值相一致,反映了石灰岩沉积时海水的187Os/188Os比值。所得石灰岩年龄与其中的生物化石年龄相吻合,并且与区域上岩浆岩锆石年龄相互印证,表明Re-Os同位素体系在该石灰岩中的封闭性较好。通过石灰岩中有机碳含量以及其中Re、Os含量关系研究,得出了Re、Os在灰岩中主要赋存于有机质中的结论。从原理上解释了Re-Os同位素体系在灰岩中的应用具有十分广泛的前景。