王德利，胡洪軍，劉 力

1 新疆煤田地質(zhì)局161隊(duì)（830000） 2 中國中鐵電氣化局集團(tuán)（100036）3 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院（430074）

成礦年代是分析地質(zhì)事件的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的地質(zhì)定年法只能確定成礦的大致年代。

同位素測年法是利用天然放射性同位素的衰變規(guī)律精確測定巖石或礦物中放射性母體同位素和放射成因的穩(wěn)定子體同位素的含量來計(jì)算該巖石或礦物的地質(zhì)年齡[1-5],使同位素測年方法在成礦年代研究中的地位日益提高。

1 Rb-Sr法

盡管采用Rb-Sr等時線法測定成礦年齡不是件容易的事，但由于Rb-Sr法測年齡數(shù)據(jù)可靠,在等時線測定過程中，所獲得的(87Sr/86Sr)值還可用于推測成礦物質(zhì)來源，且目前的實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以檢測礦物中極微量的Rb、Sr(達(dá)10-11～10-12)及其同位素組成，所以Rb-Sr法成礦年齡測定被廣泛應(yīng)用。

根據(jù)蝕變礦物的Rb-Sr同位素組成測定成礦年齡。在熱液礦床的蝕變帶,通過有效的分選手段挑選出純度較高的樣品,用Rb-Sr法獲得等時線年齡來界定成礦地質(zhì)作用時間。

1）通過測定礦床中脈石礦物流體包裹體的Rb-Sr同位素組成確定成礦年齡。適用于流體包裹體年代學(xué)研究的常用礦物是石英、螢石、黃鐵礦和閃鋅礦等,其中石英是最理想的測試對象,因?yàn)槭⒆畛Ｒ?，化學(xué)純度高，同位素交換不會影響流體包裹體的Rb-Sr同位素組成。

2）通過測定礦脈中脈石礦物與近礦蝕變圍巖的Rb-Sr同位素組成確定成礦年齡。本方法適合于具備下列條件的礦床，即礦床的Rb/Sr值極低，圍巖的Rb/Sr值高，而且成礦物質(zhì)直接來自圍巖的礦床。在這種情況下，可通過兩種途徑獲得成礦年齡:①計(jì)算模式成礦年齡。據(jù)一些礦床的研究表明，采用本方法可以獲得令人滿意的成礦年齡數(shù)據(jù)。②采用等時線法確定成礦年齡。

3）Rb-Sr測年法存在的一些問題:①測定年齡的樣品量較大，而且要求樣品同源、具有相近的同位素初始比值和形成后處于封閉體系;②如何科學(xué)判定Rb-Sr等時線上的樣品應(yīng)被剔除或保留的問題；③測定包裹體的年齡時，難以排除次生包裹體的影響,而且原生包裹體可能存在不同時代的包裹體，決定了在實(shí)際工作中很難得到科學(xué)的、合理的等時線年齡。

2 Sm-Nd法

Sm-Nd體系抗擾動性強(qiáng),是一種理想的成礦年齡測定方法。主要采用等時線法測定，合適的測試對象是礦床中的礦石礦物和脈石礦物，只要這些礦物有足夠數(shù)量的釤、釹(wB＞1×10-6)和可變的Sm/Nd值，可分為以下三種方法:

1）根據(jù)脈石礦物的Sm-Nd同位素分析測定成礦年齡。

2）通過礦石礦物的Sm-Nd同位素分析測定成礦年齡。除了采用上述黑鎢礦外，瀝青鈾礦、白鎢礦、鐵礦石和稀土礦石都已被成功地用于測定成礦作用的時間。

3）根據(jù)蝕變巖石與礦石(或脈石)礦物的Sm-Nd同位素組成確定成礦年齡。

Sm-Nd法存在的問題:①等時線年齡分辨率一般小于20 Ma,不能測定年輕樣品;②在熱液活動過程中Sm和Nd似乎也常處于一種開放體系，造成各種Sm、Nd參數(shù)的失常，以致無法獲得合理的等時線年齡。③等時線理論要求樣品同源、具有相近的同位素初始值和形成后處于封閉體系,這些就決定了實(shí)際工作中很難得到科學(xué)、合理的等時線年齡。

3 U-Pb法

采用U-Pb法測定成礦年齡僅限于含瀝青鈾礦和晶質(zhì)鈾礦等含鈾礦物的偉晶巖礦床和熱液鈾礦床,通常這些礦物的206Pb/238U年齡代表成礦年齡。主要有以下幾種方法:

1）高靈敏度、高分辨率離子探針質(zhì)譜(SHRIMP)方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是高靈敏度、高分辨率，快速準(zhǔn)確，是目前國際上最先進(jìn)的測年方法之一,這一技術(shù)最早在澳大利亞國立大學(xué)研制應(yīng)用。

2）微量礦物的U-Pb同位素測年法。這種方法是將一個巖石中的許多鋯石顆粒放在一起測定，最后給出混合年齡。

3）單顆粒鋯石Pb-Pb蒸發(fā)法。這是應(yīng)用鋯石逐層蒸發(fā)的方法,即用熱離于發(fā)射質(zhì)譜計(jì)直接測定單顆粒鋯石207Pb/206Pb年齡。

4）單顆粒鋯石U-Pb同位素稀釋測定法。

5）用208Pb-235U混合稀釋劑對單顆粒鋯石進(jìn)行U-Pb同位素稀釋法測年。

6）用210Pb-206Pb測定法。目前這個方法正處于探索階段。

7）激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜計(jì)（LAM ICPMS）方法。

4 K-Ar法

包括常規(guī)的K-Ar稀釋法和40Ar/39Ar法,合適的測試對象主要是含鉀的蝕變礦物(絹云母、白云母、綠泥石等)或脈石礦物(石英等)以及石英中的流體包裹體。K-Ar法年齡測定原理是基于40K通過K層電子俘獲轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的40Ar，從而進(jìn)行年齡的測定。

5 40Ar/39Ar法

40Ar/39Ar法年齡測定是基于含鉀礦物在核反應(yīng)堆中通過熱快中子照射發(fā)生39K(n，p)-39Ar反應(yīng)。用質(zhì)譜計(jì)測定被照射樣品中的40Ar/39Ar值,代替常規(guī)K-Ar法年齡計(jì)算公式中的40Ar/40K值,即可計(jì)算樣品的同位素年齡。主要有以下3種方法:

1）分階段加熱釋40Ar-39Ar法。采用分階段升溫法并對每個溫度階段釋放的氬進(jìn)行純化和質(zhì)譜測定。這樣，對任何一個樣品可得到一系列表面年齡。若以這些表面年齡為縱坐標(biāo)，與這些表面年齡相對應(yīng)的、釋出氬的累積百分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，即可獲得樣品的年齡譜圖。在年齡譜圖上可以找到從Ar保持最好的晶格位置上釋放出40Ar和39Ar的溫度階段。

2）激光顯微探針40Ar/39Ar定年法。

3）流體包裹體40Ar/39Ar真空擊碎法。

40Ar/39Ar法確定成礦時代具有很多的優(yōu)點(diǎn):①它測定的對象廣泛且用量較少;②分階段加熱法得到的年齡譜往往反映了該礦物的熱演化史,并且根據(jù)等時線獲得的初始值可判斷樣品中是否含有過剩氬。不過仍存在一些問題:①氬是一種惰性氣體,含鉀礦物粒徑對40Ar/39Ar法有一定的制約。如果樣品中有效保存著其中的氬，并存在著過剩的氬，則其年齡譜就會變得比較復(fù)雜而難以解釋;②測定石英流體包裹體40Ar/39Ar年齡存在著次生包裹體的影響;③在中子照射過程中,某些樣品(如伊利石)會存在39Ar反沖而丟失；④通過測定同一樣品中白云母的40Ar/39Ar年齡和Rb-Sr年齡，認(rèn)為高壓地區(qū)礦物的40Ar/39Ar年齡可能存在不可靠性。

6 Re-Os法

Re-Os法測年方法是近十幾年來新興的一種以金屬礦物為對象的直接測定其年代的方法。它基于放射性的187Re通過β衰變成為187Os而引起鋨同位素異常來計(jì)算地質(zhì)年代的。包括普通的Re-Os法和Os-Os法[6]。

1）Re-Os法。對熱液礦床的研究工作表明:在硫化物的沉淀過程中,Re/Os比值的分異十分明顯,而且Re和Os分別為親銅親鐵元素，均可以進(jìn)入金屬硫化物晶格中，為含金屬硫化物的礦床定年提供了可能。

2）Os-Os法。該法是Re-Os法的新發(fā)展，與Ar-Ar法類似,利用反應(yīng)堆中子輻照，使礦物中的185Re生成186Re，187Re生成188Re，再經(jīng)β衰變生成穩(wěn)定的186Os和188Os。輻照后樣品中Os同位素組成發(fā)生了改變,通過與標(biāo)準(zhǔn)樣品對比，就能獲得樣品Os-Os年齡。Os-Os法定年適用于所有Re-Os法可應(yīng)用的對象。

Re-Os定年中的兩個問題:

1）定年技術(shù)。應(yīng)用NTIMS技術(shù)，187Re/186Os同位素比值的測量精度可達(dá)0.016%(3 mg樣品)，Re和Os元素含量測定精度至少為1%，所以Re/Os年齡制定精度可控制在＜2%左右。此精度與 Ar-Ar，Rb-Sr，Sm-Nd和鋯石 U-Th-Pb等方法相比，達(dá)到了近代年代學(xué)測定的要求。

等時線年齡測定誤差取決于分析誤差和187Re/186Os變化范圍等因素。地質(zhì)樣品中187Re/186Os比值范圍為幾十到上萬，因此在滿足等時線條件和保證分析質(zhì)量前提下,可以得到很高的精度。Os-Os法雖然較Re-Os定年有許多優(yōu)點(diǎn)，但干擾核反應(yīng)、中子通量的時空變化均會影響Os-Os定年的精度。中子輻照時，通量監(jiān)測器可以用純Re金屬或已知年齡礦物等，無論哪種情況，監(jiān)測樣的測定誤差會給Os-Os定年結(jié)果帶來系統(tǒng)誤差。

2）礦物適應(yīng)性。如果輝鉬礦經(jīng)受了后期蝕變或熱事件的影響，可能發(fā)生Re的丟失，因此研究礦物的適應(yīng)性，將是Re-Os同位素體系定年的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。

7 結(jié)論

成礦地質(zhì)作用年代學(xué)研究是一項(xiàng)十分重要又難度很大的研究工作，從野外采樣到獲得年齡數(shù)據(jù)的每一個過程，以及對年齡數(shù)據(jù)的地質(zhì)解釋都要慎之又慎。由于同位素地質(zhì)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的飛速發(fā)展,使得同位素地質(zhì)年齡測定的靈敏度、精確度和準(zhǔn)確性大大提高，測定的年限范圍及可供測年的對象范圍也在不斷擴(kuò)大,隨著成礦地質(zhì)作用年代學(xué)研究工作的不斷深入,對成礦作用時間以及與相關(guān)地質(zhì)事件耦合性研究的水平也不斷提高。這方面的研究成果必將進(jìn)一步促進(jìn)礦床學(xué)和區(qū)域成礦地質(zhì)背景的研究,并有助于提高普查找礦的效果。進(jìn)行成礦地質(zhì)作用年代學(xué)研究時，要盡可能地采取不同的測定方法,使得出的結(jié)果在測試誤差范圍內(nèi)相一致，如果產(chǎn)生明顯的矛盾，則要對年齡數(shù)據(jù)本身及確定的相對地質(zhì)事件序列進(jìn)行重新研究，應(yīng)盡量避免根據(jù)一、二個年齡數(shù)據(jù)定乾坤的做法。

[1]陳好壽等.成礦作用年代學(xué)及同位素地球化學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1994,242

[2]劉建明,沈潔,趙善仁,霍衛(wèi)國,姜能.金屬礦床同位素精確定年的方法和意義[J].有色金屬礦產(chǎn)與勘查,1998,7(2)

[3]郭桂紅,韓鋒.地質(zhì)定年方法綜述與地球物理定年[J]地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,2:87—94

[4]趙葵東,蔣少涌.金屬礦床的同位素直接定年方法[J].地學(xué)前緣(中國地質(zhì)大學(xué),北京),2004,4

[5]馮增會,張展適.同位素質(zhì)譜分析測試技術(shù)進(jìn)展[J].地質(zhì)學(xué)報,2009,1(29)

[6]蔣少涌,楊競紅,趙葵東等.金屬礦床Re-Os同位素示蹤與定年巖究[J].南京人學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)),2000,36(6):669-677