原子探针层析技术及其在矿床研究中的应用

原子探针层析技术（APT）是一种能够以亚纳米分辨率提供定量的三维元素和同位素分析的测试分析技术,具有极高的空间分辨率和低的检出限。虽然原子探针主要用于材料科学和半导体领域,但随着近年来在矿床研究中应用的不断增加,正逐渐成为矿床研究的有用手段。与传统的地质分析技术相比,原子探针具有独特的技术优势,可以测量体积＜0.0007μm3的矿物的元素组成,能够在纳米尺度上揭示矿物成分的复杂性,为理解地质演化过程提供全新的认识。本文在简述原子探针层析技术的基本原理、样品的选择和处理以及针尖样品制备的基础上,重点从成矿元素赋存状态、纳米尺度包裹体和稳定同位素组成三个方面阐述了原子探针在矿床研究中的代表性应用成果。迄今为止,原子探针在矿床学中的应用主要集中在成矿元素赋存状态的分析上,尤其是与金矿相关的黄铁矿或其他化学组成相对简单的矿物。而在纳米尺度包裹体和稳定同位素组成方面,原子探针应用成果虽不如前者丰富,但也取得了一些重要的全新认识,表现出良好的应用前景。原子探针在矿床学领域迅速发展的同时,也存在一些亟需解决的问题,如复杂质谱峰的标定、三维重建失真等。尽管如此,相信随着技术的不断进步,原子探针将逐渐成为矿床研究的重要工具。     

内蒙古大青山地区古元古代早期榴云片麻岩(大青山表壳岩)深熔作用:地质、锆石年代学和地球化学研究

大青山位于华北克拉通西部孔兹岩带中段,古元古代晚期孔兹岩系(上乌拉山岩群)十分发育。近年来,在上乌拉山岩群中分辨出一套古元古代早期变质碎屑沉积岩(大青山表壳岩,榴云片麻岩),它们遭受强烈变质变形和深熔作用改造,形成古元古代早期石榴石花岗岩。包头哈德门沟是古元古代早期榴云片麻岩典型出露区,并有古元古代早期石榴石花岗岩(哈德门沟石榴石花岗岩)形成。由榴云片麻岩经深熔榴云片麻岩再到石榴石花岗岩,浅色体增多,石榴石增多且颗粒增大,黑云母减少,石榴石包裹黑云母、石英、斜长石等矿物。石榴石岩的锆石呈浑圆状,普遍具核-幔-边或核-边结构,碎屑锆石年龄为~2.5Ga,变质锆石年龄为~2.45Ga和~1.90Ga。锆石形态、内部结构和年龄与榴云片麻岩、深熔榴云片麻岩和石榴石花岗岩中的锆石类似,但记录了古元古代晚期变质事件年龄。石榴石花岗岩与榴云片麻岩和深熔榴云片麻岩的地球化学组成特征总体上类似,高Al2O3含量和FeO T/MgO比值,CaO含量和K2O/Na2O比值存在较大变化,富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P和Ti。研究表明:1)浅色体和石榴石花岗岩中的石榴石是黑云母转熔的产物,并非岩浆结晶形成的;2)石榴石岩是在石榴石花岗岩岩浆形成之后进一步演化过程中石榴石不断地发生运移、分异和聚集的结果;3)尽管哈德门沟石榴石花岗岩具有一定或较大的规模,但具有深熔岩浆的性质;4)石榴石花岗岩地球化学组成变化与熔融母岩组成变化和深熔及岩浆演化过程中残余矿物相石榴石、锆石局部变化有关。     

华北克拉通太古宙TTG岩石的形成和演化

<正>华北克拉通具有3.8 Ga以上的演化历史,TTG是其地质记录的最重要载体。华北克拉通太古宙(特别是中太古代以前)地质演化在很大程度上与TTG岩石形成演化有关。在华北克拉通,始太古代(3.6~4.1 Ga)TTG岩石仅在鞍本地区被发现,虽     

鲁西~2.6 Ga构造热事件：来自锆石SHRIMP U-Pb定年和O同位素的证据

<正>鲁西地区发育大量的TTG岩石和表壳岩系。从东北到西南依次划分为新太古代晚期壳源花岗岩(A带)、新太古代早-中期古老岩石带(B带)和新太古代晚期新生岩石带(C带)。2.6 Ga左右的变质锆石已经在B带的孟家屯地区获得(杜利林等,2003;陆松年等,2008)。我     

华北克拉通大青山-集宁地区古元古代变质沉积岩的锆石氧同位素组成:SHRIMP微区原位分析

在已获得锆石U-Pb年龄基础上,我们首次对孔兹岩带典型出露区大青山和集宁土贵乌拉地区古元古代变质沉积岩进行了锆石SHRIMP氧同位素研究。锆石具有复杂的内部结构和年龄分布。大青山地区古元古代早期变质沉积岩4个样品碎屑锆石的δ18O为5.52‰~7.11‰,部分重结晶锆石的δ18O为7.22‰~7.90‰,变质新生锆石的δ18O为6.37‰~8.31‰。大青山地区古元古代晚期变质沉积岩2个样品的锆石O同位素组成特征与古元古代早期的类似,另外2个样品的锆石O同位素组成与之不同,碎屑锆石、部分重结晶锆石和变质新生锆石的δ18O分别为6.26‰~10.80‰、9.00‰~11.20‰和9.66‰~11.90‰。集宁土贵乌拉地区古元古代晚期超高温变质沉积岩4个样品不存在碎屑锆石,变质锆石的δ18O变化范围为11.41‰~13.57‰。主要认识如下:1)大青山地区碎屑沉积物主要来自新太古代晚期-古元古代早期成熟度不高的TTG花岗质岩石物源区,与之相比,集宁土贵乌拉地区古元古代晚期超高温岩石的变质原岩成熟度更高;2)不同类型变质沉积岩变质新生锆石的δ18O和变质新生锆石与碎屑锆石的Δ18O存在明显区别,主要反映了岩石体系和变质流体的O同位素组成不同;3)大青山地区高角闪岩相-麻粒岩相变质沉积岩,重结晶锆石的O同位素完全重置,但U-Th-Pb体系未完全重置,集宁土贵乌拉地区超高温变质沉积岩的重结晶锆石O和U-Th-Pb同位素体系都完全重置。变质作用强度不同是主要原因。     

华北克拉通古老大陆地壳组成及演化

对鞍本、冀东、鲁西、阴山等早前寒武纪典型地区和深部物质进行了深入研究,总结了华北克拉通早期地壳形成演化历史。揭示出鄂尔多斯地块本身强烈卷入了古元古代晚期构造热事件。首次在华北克拉通划分出3个>2.6 Ga 古陆块。     

华北克拉通胶东地区粉子山群碎屑锆石SHRIMPU-Pb定年

胶东是华北克拉通重要的变质基底出露区之一。对该区古元古代粉子山群和荆山群中碎屑锆石的年龄分布特征的研究,可以为胶东地区早前寒武纪演化提供重要依据。由于Pb丢失作用,前人仅在粉子山群中获得少量锆石谐和年龄。本文对粉子山群长石石英片岩中碎屑锆石进行了SHRIMP定年。52颗锆石的61个数据点分析,获得36个谐和年龄(不谐和度10%)。所有具谐和年龄的锆石都具有高的Th/U比值,大多显示明显的岩浆环带,原为岩浆成因。谐和锆石年龄分布在2033~3429Ma之间,主要峰值分别为~2.19Ga和~2.48Ga。该样品中还含有2颗年龄大于3.3Ga的锆石,位于谐和线上的2颗最年轻碎屑锆石的年龄为~2.08Ga。结合前人研究,可得出如下结论:1)粉子山群和荆山群原岩沉积时代可进一步限制在1.9~2.1Ga之间;2)粉子山群与荆山群的碎屑锆石年龄分布形式存在明显区别,指示其源区可能不同;3)胶东地区可能存在古太古代地壳物质。     

鲁西新太古代济宁群含铁岩系形成时代——SHRIMP U-Pb锆石定年

济宁群以隐伏的地质体分布于华北克拉通鲁西地区,以往被划归古元古代。近年来在济宁群的钻探和地球物理研究中,发现存在较大规模条带状硅铁建造,其形成时代引起地学界极大关注。本文对济宁群变质碎屑沉积岩和长英质火山岩进行了锆石SHRIMP年龄测定。含砾绿泥绢云千枚岩的碎屑锆石年龄主要集中在～2.7Ga,可靠的最年轻碎屑锆石年龄为2.61±0.01Ga。变质长英质火山岩岩浆锆石年龄为2.56±0.02Ga。研究表明,济宁群形成于新太古代晚期,而不是以往认为的古元古代。华北克拉通条带状铁建造主要形成于新太古代晚期。济宁群在岩石组合、变质作用方面与鞍山、冀东以及五台地区同时代含硅铁建造的表壳岩系有差别,但是与本溪南芬铁矿的岩石组合有相似之处。这些可能为我国的隐伏太古宙BIF铁矿的研究与勘探提供了重要依据。     

华北克拉通太古宙研究若干进展

华北克拉通存在3.8 Ga以上的地质演化历史。本文对近年来我们在鞍本、冀东、鲁西、胶东和阴山地区研究取得的进展作了简要介绍。在鞍山,深沟寺杂岩获得~3770 Ma,3600–3660 Ma,~3450 Ma,3310–3330 Ma和~3120 Ma锆石年龄,与白家坟杂岩和东山杂岩的岩浆事件十分类似。在冀东,对曹庄杂岩副变质斜长角闪岩和石榴黑云片麻岩定年,发现大量3.5–3.8 Ga碎屑锆石,并获得~2.5 Ga变质锆石年龄,冀东地区很可能存在始太古代岩石,可把曹庄杂岩形成时代限定在2.5 Ga和3.4 Ga之间。在鲁西,把太古宙基底从东北到西南依次划分为A、B、C三个岩带:A带主要为新太古代晚期的壳源花岗岩,B带主要为新太古代早期的岩石,C带主要为新太古代晚期的新生岩浆岩。鲁西是华北克拉通新太古代早期岩石分布最广泛的地区,也是华北克拉通确认新太古代早期和晚期表壳岩系共存的唯一地区。在胶东,规模巨大的2.9 Ga岩浆热事件被识别出来,它是强烈地幔添加作用的产物。可能作为岩浆板底垫托作用的结果,2.9 Ga岩石与2.7 Ga岩石一道,在新太古代晚期(~2.5 Ga)遭受强烈变质改造。在阴山地块,除2.5 Ga表壳岩和侵入岩外,还存在2.7 Ga英云闪长岩和2.6 Ga花岗岩。新获得的资料表明阴山地块与华北克拉通东部陆块具有类似的早前寒武纪地质演化历史。还对华北克拉通太古宙变质基底的锆石年龄和Hf同位素组成及全岩Nd同位素组成进行了统计研究。结合前人工作,初步总结了华北克拉通太古宙地质演化特点。认为华北克拉通与其它克拉通类似,新太古代早期—中太古代晚期是陆壳形成增生的主要时期,但最强烈广泛的构造热事件存在于新太古代晚期。在我们新提出的构造区划中,划分出了三个古陆块(2.6 Ga),即东部古陆块、南部古陆块和中部古陆块。     

华北克拉通大青山地区古元古代晚期钾长伟晶岩脉SHRIMP锆石U-Pb定年和Hf同位素组成

报道了华北克拉通大青山地区哈德门沟钾长伟晶岩脉的锆石SHRIMP U-Pb年龄和Hf同位素组成。钾长伟晶岩脉广泛分布,不定向切割早期地质体。部分钾长石具出溶结构,利用三元长石温度计获得其形成温度为750~800℃。锆石粒度粗大,大多呈等轴状,锆石的阴极发图像中部具板状环带或扇形结构,边部出现振荡环带。SHRIMP锆石 U-Pb定年,数据点位于谐和线上,207Pb/206Pb年龄加权平均值为1841Ma±9Ma (MSWD=1.5)。锆石的εHf(t)和tDM1(Hf)分别为-10.4~-6.6和2498~2648Ma。结合其它资料,可得出如下结论：①大青山地区至少在1.84Ga已进入伸展体制;②钾长伟晶岩脉形成于高温条件;③钾长伟晶岩脉的物质来自该区早前寒武纪变质基底。