稀有金属矿物微区同位素定年与示踪

作为战略性关键金属矿产资源, 钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属, 在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪, 是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段, 具有整体分析无可比拟的优点。近年来, 钨锡铌钽锆铪稀土等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪发展迅速, 而锂铍铷铯等稀有金属矿物微区Rb-Sr/Lu-Hf定年正蓬勃发展。本文综述了黑钨矿、白钨矿、锡石、铌钽矿(铌钽氧化物类矿物的简称)、独居石、磷钇矿、氟碳铈矿等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪技术主要进展, 展望了锂云母、铁锂云母、铯沸石、钾长石(天河石)等微区Rb-Sr定年与磷钇矿、磷灰石、褐帘石、独居石、黑钨矿、白钨矿等微区Sm-Nd和Lu-Hf定年的广阔前景, 获得如下认识: (1)低铀矿物U-Pb定年, 除了采用高灵敏度磁式等离子质谱外, 元素成像技术能很好地揭示微量元素之间相关性, 进而快速锁定高U/Pb区域, 提高低铀矿物U-Pb定年成功率; (2)铌钽矿-锡石激光微区Hf同位素能够直接示踪花岗岩-伟晶岩稀有金属成岩成矿物质源区, 但这方面工作仍需进一步加强; (3)碰撞/反应池等离子质谱的出现, 使高Rb/Sr、Sm/Nd或高Lu/Hf比矿物的同位素定年成为现实, 是未来稀有金属激光微区同位素年代学发展的新方向; (4)实验方法研发与标准物质研制相辅相成、相互促进, 仍是当前迫切需要解决的关键技术难题。随着战略性关键金属日渐成为国内外成矿作用研究的热点, 钨锡铌钽锂铍铷铯锆铪稀土等稀有金属矿物微区同位素定年与示踪方法研究, 必将为我国新一轮稀有金属矿床学研究做出应有的学术贡献。

     

地球早期地幔化学不均一性及其成因机制

早期地球是地球科学前沿研究方向之一,涉及地-月形成、核幔分异、原始大气圈和水圈的形成等关键科学问题。地幔是硅酸盐地球的主要组成部分,也是地球上最大的化学储库,其早期演化为揭示早期地球增生、核-幔分异、壳-幔分异等重大地质事件提供重要制约。近年来,地球早期地幔不均一性逐渐被认知,本文在总结早期地幔不均一性的稀有气体同位素、钕同位素和钨同位素等证据基础上,探讨了早期地幔不均一性形成动力学机制,并指出发展高精度同位素分析技术,结合地球物理和实验岩石学,揭示核幔边界结构、核幔物质交换过程是深入研究早期地幔不均一的重要发展方向。

     

花岗岩成因研究的若干问题

花岗岩是大陆地壳的重要组成,是地质学研究的重要课题。本文对当前花岗岩研究中的几个重要问题进行了讨论,内容包括:(1)花岗岩的成因分类,(2)花岗岩浆起源的温度与压力条件,(3)结晶分异作用与花岗岩成分变化,(4)花岗岩成因与壳幔演化,(5)花岗岩形成的构造环境等。通过分析认为,高分异花岗岩成因类型的确定是比较困难的,在有些情况甚至不可能准确分类。花岗岩的锆饱和温度和锆石钛温度计可对花岗岩浆形成的温度提供重要信息,但花岗岩浆起源的压力条件确定相对困难。花岗岩主要形成于俯冲带或碰撞造山带后造山的拉张构造背景中,在这两种情况下,挥发份和热的加入可使地壳发生部分熔融而形成花岗岩。本文还对我国近年来花岗岩研究的进展情况做了概要性叙述,并就我国东部中生代花岗岩研究的近期突破问题进行了分析。     

板内玄武岩来源于再循环碳酸盐化榴辉岩的地球化学证据: 以四子王旗新生代玄武岩为例

本文对中国东部中新世四子王旗玄武岩开展了详细的全岩和橄榄石主、微量元素及全岩Sr-Nd-Pb-Hf-Mg同位素研究, 据此探讨它们的成因及源区性质。研究发现, 四子王旗玄武岩具有类似于高μ(HIMU)型地幔起源熔体的微量元素分布特征, Zr、Hf、Ti的负异常, 高的Zr/Hf比值(Zr/Hf=49.3~54.8), 以及低于正常地幔范围的δ²⁶Mg值(-0.51‰~-0.49‰), 表明其来源于碳酸盐化地幔源区。它们还具有低的Sc含量(10.1×10^-6~10.5×10^-6)和高的Gd/Yb比值(8.7~9.4), 结合它们橄榄石斑晶低的Fo值, 高的NiO含量和Fe/Mn比值, 揭示其母岩浆为碳酸盐化榴辉岩部分熔融产生。四子王旗玄武岩具有亏损的Sr-Nd-Hf同位素(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.70370~0.70449;ε_Nd=+6.3~+6.4;ε_Hf=+9.7~+10.3), 以及较低的Pb同位素组成(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=17.94, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.44, ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=37.89), 指示它们源区为年轻的再循环洋壳物质, 很有可能来自于滞留的西太平洋板片。四子王旗玄武岩位于南北重力梯度带以西并远离海沟, 意味着滞留的西太平洋板片在物质上对上覆地幔的影响范围较之前认识的要更广。

     

矿物微区Lu-Hf同位素分析技术研究进展

矿物微区Lu-Hf同位素分析技术为了解岩浆活动和变质反应的微观过程以及示踪沉积物源信息提供了重要手段,极大地促进了岩石地球化学等领域学科发展。本文评价了176Yb和176Lu同质异位素、稀土元素氧化物以及富Ta基体等对微区Hf同位素测量精度和准确度的影响方式、校正策略和应对方案,总结了针对锆石、斜锆石、钙钛锆石、钛锆钍矿、异性石、金红石、锡石和铌铁矿等富铪矿物的微区Lu-Hf同位素分析方法、适用对象以及相关标样特征。富镥矿物的微钻/微锯Lu-Hf同位素等时线定年具有高精度的特点,可精确限定多期造山作用和矿物生长持续时间等。利用激光剥蚀电感耦合等离子体三重四极杆串级质谱(LA-ICP-Q-MS/MS)可以实现对石榴石等富镥矿物微米尺度高空间分辨率的微区Lu-Hf单点/等时线定年。该方法依赖Hf与NH3的碰撞反应实现Lu和Hf的在线分离,达到同步测量176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值的目的。新一代带碰撞/反应池的多接收串级磁式质谱具有高稳定性和高灵敏度特性,可在消除多离子(团)干扰的同时实现高精度Hf同位素分析,是未来微区Lu-Hf同位素分析发展的重要方向。     

辽西东南部中生代花岗岩时代

辽西东南部是华北地台中生代花岗质岩浆作用较为发育的地区,并产有著名的杨家杖子钼矿床。但关于该区花岗岩的形成时代,一直缺乏深入的研究。本文通过细致的野外考察和系统采样,对该区不同类型的花岗质岩石进行了锆石u—Pb同位素测年。结果显示,该区的碱厂-杨家杖子岩体主体形成于180—190Ma,部分岩石形成于150—160Ma左右。东部海棠山-医巫闾山岩体主要形成于150—170Ma左右。因此,该区的中生代花岗质岩浆作用主要发生在侏罗纪,而白垩纪花岗质岩浆作用相对较弱。同时。这些年代学资料还反映,区内的杨家杖子钼矿形成于中侏罗世,其东部的瓦子峪变质核杂岩形成于早白垩世。对比整个燕辽地区中生代岩浆作用的年代资料发现,该区中生代花岗岩且有自东向西逐渐年轻的趋势,且与火山作用的年代学格架有所不同。岩石中含有的捕获的古老锆石还表明,区内的早前寒武纪岩浆作用主要发生在25和18．5亿年左右。     

黑龙江省东部饶河杂岩的就位时代与东北东部中生代构造演化

黑龙江省东部饶河杂岩由含放射虫深海沉积岩以及镁铁质的熔岩和侵入岩组成,并被视为大洋壳的残片。该杂岩被晚期蛤蚂河和太平村花岗岩侵入。锆石U-Pb年龄结果表明,上述两花岗岩岩体均形成于早白垩世,其中蛤蚂河岩体形成于131、124和～115Ma三个阶段,太平村岩体形成于111～114Ma左右。饶河杂岩中辉长岩的锆石U-Pb年龄为166±1Ma,深海沉积岩中最晚出现的放射虫的时代为160～150Ma,显示饶河杂岩的就位应发生在150～131Ma的晚侏罗世—早白垩世,古地磁资料显示本区自晚三叠世—侏罗纪有明显的从低纬度向高纬度的北移现象：从而表明在晚侏罗世—早白垩世及以前该区存在太平洋板块的俯冲-走滑作用。岩石学研究显示,两花岗岩岩体中均存在岩浆结晶成因的堇青石,并具有过铝质花岗岩的特点,为典型的来源于沉积岩部分熔融形成的S型花岗岩。Hf同位素测定发现,这些花岗岩中的锆石具有较高的~(176) Hf/~(177)Hf同位素比值和较正的ε_(Hf)(t)值,以长英质地壳为源岩的Hf同位素模式年龄为500～780Ma,说明其源岩应为新元古代—显生宙新增生的地壳物质,从而反映在晚侏罗世—早白垩世以前本区曾发生过显著的地壳抬升与风化剥蚀。     

原位微区同位素分析在花岗岩成因研究中的应用

花岗岩及其伴生的镁铁质岩石是构成大陆地壳的重要组成部分,是大陆形成演化的标志物。花岗岩的成因研究,包括花岗岩的岩浆源区及成岩过程,蕴含着大陆地壳生长、岩石圈演化等重要信息。随着二次离子质谱仪(SIMS)和激光多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)的问世,原位微区(in-situ)元素和同位素分析方法开发以及应用使花岗岩成因研究,尤其是花岗岩的岩浆源区和成岩过程等方面得到长足的进展。在仔细阅读相关文献的基础上,结合笔者近年来相关研究工作,综述花岗岩成因研究中原位微区同位素源区示踪和成岩过程的最新进展,以期推动我国花岗岩及原位微区同位素分析方法等相关研究。     

胶东文登长山南花岗闪长岩体的岩浆混合成因：闪长质包体及寄主岩石的地球化学、Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素证据

胶东昆嵛山杂岩文登长山南花岗闪长岩体中广泛分布具有火成结构的闪长质包体,这些包体主要为椭圆形或纺锤形,定向排列,大小不等（几cm至几m）,颜色较寄主岩深,粒度较细,包体具有与寄主岩石相似的矿物组合,但铁镁质矿物及斜长石含量明显比寄主岩石高,而石英和钾长石含量低于寄主岩石;镜下包体具有明显的不平衡反应结构,广泛发育针状磷灰石。在地球化学特征上,包体和寄主岩石部富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素,并具有相近的Sr、Nd同位素组成,ISr为0．70784～0．70818,εNd为-15．0～-15．5然而,包体和寄主岩石的主量元素在相关图上呈明显的线性关系,并且岩石学和锆石Hf同位素特征也明显表明文登长山南岩体在成岩过程中发生了镁铁质岩浆和长英质岩浆的混合作用。在岩浆混合作用过程中,全岩Sr、Yd同位素和晚期生成的矿物组成比较快速地达到了均一化,而主量元素和高温矿物锆石Hf同位素组成则残留了原始岩浆的部分特征研究表明,锆石Hf同位素在岩浆混合作用过程中不容易达到同位素平衡,其同位素组成比全岩Sr、Nd同位素更能有效地示踪混合岩浆的源区特征和岩浆混合过程。     

胶东地区破碎带蚀变岩型金矿时代的测定及其地质意义

通过对胶东半岛西北部超大型破碎带蚀变岩型金矿 -新城金矿的强烈热液交代成因黄铁绢英岩 Rb- Sr等时线法测年 ,获得 116 .6± 5 .3Ma成矿年龄。结合本区焦家、仓上等大型 -超大型金矿蚀变矿物、石英流体包裹体的 Rb- Sr等时线年龄、K- Ar年龄 (10 5± 7Ma;10 6± 2 Ma;113.5± 0 .6 Ma)等前人成果 ,确定胶东半岛西北部破碎带蚀变岩型金矿成矿时代主要集中在 10 0～ 117Ma。与围岩花岗岩、花岗闪长岩的成岩年龄 (16 0～ 15 0 Ma;130～ 12 6 Ma)存在着近 10 Ma的时差 ,并根据(87Sr/ 86 Sr) i比值以及已有的 C、H、O稳定同位素资料表明 ,即使成矿物质部分来源于围岩花岗岩类 ,但成矿作用与岩浆活动无明显的成因关系 ,而是深部循环的大气降水或幔源 C- H - O流体参与成矿作用的结果