不同同位素年代学测试方法的技术要求.docx

1、不同同位素年代学测试方法的技术要求第三节一、采样的要求样品选择的好坏，直接影响到年龄测定的准确性和可靠性。因此，野外采样是获得可靠同位素地质年龄的基础，是关系到整个研究工作成败的首要环节。如果选择的样品不当，不具清晰的地质目的或根本不符合年龄测定要求，虽然有先进的测试仪器设备和采用先进的测年技术，也不可能得到真正反映某一地质事件的信息。为此，在采样之前，对研究区的地层、构造、岩浆活动、变质作用及伴随的成矿作用等方面应尽可能有个全面的了解，把矿床成矿时代研究与区域或成矿区的地质事件紧密联系起来，只有在仔细观察矿区内岩体、脉体和矿体之间的穿插、切割关系、围岩蚀变和构造特征之后，才能制定出正确的采样

2、方案。（一）、岩体或矿床定年样品采集的基本原则1、不同类型岩石和矿物是不同地质作用的产物，有着不同的地质历史，因而必须根据拟解决的地质问题，有目的性采样。采样地段必须避开后期侵入体、混合岩化、断层或其他动力变质作用、热液蚀变以及近代风化、淋湿等作用干扰；2、具有多期次和多阶段的矿床或岩体，必须按不同期次和不同成矿阶段分别采样；3、同一成矿期或同一成矿阶段的测年样品，最好采自不同中段的空间部位；4、样品必须新鲜，风化或受后期地质事件影响强烈的样品，不宜采用；5、研究一个复杂地质体的同位素年龄时，应注意使用多种不同测年方法，要采集适合多种测年方法的岩石或矿物样品。（二）、不同类型矿床等时线定年的具

3、体要求1、xx矿床年龄测定的样品采集不同成因类型金矿的测年对象是不同的，当用Rb-Sr、Sm-Nd、40Ar/39Ar和普通铅法（主要指金属硫化物）测年时，可采集不同成矿阶段或同一成矿阶段不同空间分布的脉石矿物（如石英、方解石、绢云母等）或矿石矿物（如金属硫化物、钨酸盐矿物等）样品。一般来说，石英脉型金矿，采集含金石英脉；蚀变岩型（韧性剪切带型）金矿及卡林型金矿可采集与成矿作用密切相关的富含绢云母的蚀变岩石（如黄铁绢云岩、千糜岩等）和富含毒砂、黄铁矿及绢云母的矿石；块状硫化物型金矿（伴生金矿），采集含金的硫化物矿石及与金矿化同时形成的脉石矿物；绿岩型金矿，可采集含金石英脉及伴生的白钨矿和与石英

4、脉同时形成的低温锆石(水锆石)等，但要特别注意区分石英脉形成时有可能捕获围岩老锆石的影响。当然，如能在同一矿床中同时采集到石英、绢云母、硫化物及钨酸盐等矿物作为测年对象，则最为理想，这时可采用多种测年方法相互验证。2、块状硫化物铜多金属矿床测年样品采集块状硫化物铜多金属矿床的测年，因其可供测年的对象甚少，至今仍是一个难题。但对火山喷气形成的块状硫化物矿床，如阿舍勒铜锌矿、可可塔勒铅锌矿和可可乃克含铜黄铁矿等不同工业类型矿床，可采不同结构构造的矿石，直接用于年龄测定，或从钻孔中按垂直分带采集不同类型矿石分离出各种金属硫化物（黄铜矿、闪锌矿、方铅矿和黄铁矿），用Rb-Sr、Sm-Nd和Re-Os等

5、时线测定年龄；或采用富含闪锌矿的矿石分离闪锌矿，直接用来测定成矿年龄。3、斑岩或次火山岩型、矽卡岩型铜矿床的样品采集斑岩或次火山岩型和矽卡岩型铜矿床，可采集原生金属矿物（辉钼矿、黄铜矿、斑铜矿等）和脉石矿物（石英、绢云母、重晶石、石榴子石、绿帘石），直接用Rb-Sr和Sm-Nd法等测定其年龄。4、基性-超基性铜镍矿床的样品采集基性-超基性铜镍矿床是岩浆分异或熔离作用的产物，具有全岩矿化的特点，样品的采集相对比较简单。但为了能获得理想的岩体和矿体形成的确切时代，应按不同岩相和不同结构构造矿石采集两套样品，以便分离单矿物或直接用不同岩相的全岩或不同结构构造的矿石，用Sm-Nd等时线法或Re-Os等

6、时线，鋯石SHRIMP U-Pb测定岩体或矿体形成时间。5、xx脉型矿床xx矿物定年样品的采集纯净的石英单矿物是进行流体包裹体测年的理想矿物。但视矿床的具体地质背景和特征及采用的年代学方法的不同，需在矿体（带）中采集不同测定对象的样品。当采用Rb-Sr、Sm-Nd等时线法测定成矿年龄时，可在同一成矿期或同一成矿阶段不同部位采集富含该成矿期（或阶段）某些特定脉石或金属矿物的标本1015块作为测年样品，供成矿期次或成矿阶段年代学研究选用。二、样品加工处理（一）、全岩样品的加工处理从野外采集的用于等时线年龄测定的一组手标本，应先进行镜下鉴定，以选择适宜于年龄测定的手标本。在碎样之前，对附着于样品表面

7、的风化痕迹、油漆、记号笔迹和泥尘等，应通过洗刷、切割、破碎，或借助去离子水、无水乙醇或压缩空气消除有可能对样品造成污染的外来杂质，然后再进入清洗干净的破碎机械中破碎到适度的粒级，再加工到200目左右，用干净的容器储存备作同位素分析用。（二）、单矿物的分选在从岩石或矿石中分选出进行同位素测年的单矿物之前，首先要磨制薄片或光片，鉴定岩石的结构构造，确定岩石或矿石的矿物组成、粒径以及要选取的矿物是否新鲜，了解矿物之间的物理化学性质差异等基本情况，据此制订破碎、筛分和分选的合理流程。为避免样品加工过程给年龄测定带来影响，在破碎、筛分、分选过程中，还应特别注意如下几个问题：1、在加工某一样品前，对所使用

8、的机械、仪器、器皿一定要彻底清洗干净，防止不同样品混染，影响年龄的准确性；2、对只采用物理方法（如磁选、重选等）分选能达到分离目的的样品，就不采用化学试剂方法；对必须采用化学试剂分离的样品，在选用试剂时，不能使用含有被测定元素或能与被测定元素络合的元素的试剂，以防止离子交换给同位素测定带来误差；3、样品破碎时，粒度大小要适度，这对锆石U-Pb和谐曲线法测年显得更为重要。鉴于大锆石的点比小锆石更为和谐，故应保留大锆石，有助于获得更准确的上交点年龄。如果破碎过度，颗粒大的锆石将被压碎而过筛时将混入粒级小的锆石，最终可能使回归直线上的各点远离上交点，影响年龄分析精度和可靠程度。一般而言，不同类型的岩

9、石，破碎的粒度不同，花岗岩可以粗些，约为300m；而火山岩则应细些，须破碎到200m或150m左右。4、样品在经过破碎、筛分以后，在进行磁选以前，都要用水清洗矿尘，然后烘干。烘干最好在烘箱内或水浴中进行，其温度控制在60左右，千万不能用电炉直接烘干样品。温度过高会使矿物晶格遭到破坏而导致子体丢失，特别是对于用于K-Ar或40Ar/39Ar法测年样品的处理更应该注意。5、石英矿物或流体包裹体测年样品的加工处理：将野外采集的手标本，视需要分别磨制薄片和测温片，在显微镜下确定矿物中流体包裹体大小，以便将大块的矿物样品破碎至适宜的粒级。因为粒级过小会使矿物中的流体包裹体遭到破坏而损失；而粒级过大，附着

10、于矿物表面的杂质或矿物连生体难以剔除，影响样品的进一步挑选和纯度。实验证明，矿物样品破碎到0.250.5mm为宜，要求其单矿物纯度在99.9%以上。因此，单矿物样品必须在双目镜下，仔细挑纯后才可用。特别小心剔除那些富含被测同位素组分的杂质，以保证当包裹体打开后，不会与外界物质发生同位素交换和混染。样品清洗：样品从野外采集到室内加工处理的各个环节都不可避免地会引入一些灰尘或金属屑；同时，尽管在挑样时十分小心，但在矿物表面或晶体裂隙中还会沾连着一些杂质。因此，进行样品清洗是至关重要的必要步骤。但对于不同矿物样品，应采用不同的方法加以清洗。对溶于酸的xx矿物样品的酸清洗：先将被清洗的样品置于石英或聚

11、四氟乙烯烧杯中，加入6mol/L的盐酸，在低温电热板上煮沸约60min，以除去铁质或白云石、方解石等矿物组分，然后将酸移去，加入高纯水冲洗残留的酸至中性。继后，再加入76mol/L的硝酸，在低温电热板上同样煮沸5060min，以除去黄铁矿等杂质矿物，再用纯水洗至中性。然后加入适量的高纯水浸泡数小时后，在超声波清洗器中振荡数次，直至除去矿物表面和裂隙中的所有残余酸和杂质为止。对溶于酸的矿物样品的清洗：在流体包裹体年代学研究中，对用方铅矿、闪锌矿、萤石和方解石以及其它金属硫化物等作为测年对象的样品，则不能采用酸清洗方法，一般采用经纯化过和有机试剂丙酮，然后加入纯水在电热板上煮数分钟后，弃去并冲洗干

12、净，再放入超声波清洗器中清洗到两面无杂质为止。次生包裹体的去除：为了获得原生或假次生流体包裹体，必须要将干扰年龄测定的次生包裹体除去。鉴于原生和次生包裹体的形成温度不一样，即原生包裹体形成的温度高，而次生包裹体的形成温度低，二者几乎差几十度甚至上XX（不同矿床类型矿物的原生包裹体形成温度，可以通过均一法测温获得）。因此通常可采用热爆-超声洗涤法去除次生包裹体。三、ICP-MS Re-Os同位素采样及送样要求适应于Re-Os等时线法测年的矿物主要是辉钼矿，其次是铜的硫化矿物与黄铁矿等。由于辉钼矿中初始Os浓度近似为零，（187Os/186Os）0，因此仅根据它的Re/Os与187Os/186Os

13、实测比值就能得到单个样品的Re-Os年龄。部分黑色页岩与洋底含金属热液沉积物可以用Re-Os法测年。与Ar-Ar法类似，在反应堆中通过中子照射，使样品中185Re变成186Re，187Re变成188Re，然后再经-衰变分别生成稳定的186Re和188Re。同样仅测样品的Os同位素组成，不测Re、Os浓度，就能得到Re-Os年龄。Os-Os法适用于Re-Os法的测定对象，可简化实验程序避免样品不均、样品与稀释剂混合不均与和Re本底高等问题。因此Os-Os法测年具有很大发展前景。Re-Os同位素年龄测定是否能得到一条相关性很好的等时线，首先决定于矿样形成以后是否真正处于封闭系统中，并且样品中是否含

14、有可供准确测定的铼、锇含量。因此，采集样品时，必须采集同一成矿期的样品，为保证样品中铼、锇含量有所差异，采样点距离须有适当间隔。对于辉钼矿样品，样品数量在58个，样品重量200毫克，1克，样品粒度500毫克。对于黄铁矿、铜镍硫化物、黑色页岩等样品，样品数量在810个，样品重量5克，样品粒度为200目。黄铁矿样品粒度0.5克；若钾以类质同像或包体形式存在，即钾含量很低时（K2克。2、全岩2xx。五、U-Pb同位素体系及锆石离子探针年龄测定技术要求近年来，U-Pb同位素定年技术的迅速发展，已使得锆石矿物U-Pb同位素测年法的灵敏度和分辨率以及精确度和准确度都有了很大提高。例如利用高分辨、高灵敏度的

15、离子探针质谱，可以对单颗锆石晶体内直径约为30m微区里的U-Pb同位素进行快速测定，从而可获得锆石晶体内不同部位的年龄，这就为同一样品中具有不同成因和不同年龄锆石的准确定年开辟了新途径。（一）、微量锆石与颗粒锆石U-Pb体系定年微量锆石U-Pb法定年，在80年代被国内外广泛应用。当一个岩石样品只含有单一成因和同一年龄的锆石群时，用微量锆石U-Pb同位素测年法获得的年龄值与用单颗粒锆石测年所获得的年龄值在实验测定误差范围内基本一致。但是，当一个岩石样品中含有多种成因和不同年龄的锆石时，由于微量锆石是由不同晶形、颜色和粒级的锆石混合体，所获得的年龄是多颗锆石的混合年龄。因此用微量锆石U-Pb同位素

16、测年法获得的多颗锆石混合年龄，其地质意义不明确。从越来越多的研究成果表明，前寒武纪和花岗质岩石中的锆石群很少是单一成因的。获得的U-Pb同位素年龄信息，往往是与客观的地质事实相矛盾或多解性，难以应用。因此该方法已逐渐被单颗粒锆石U-Pb同位素稀释法（205Pb法）和单颗粒锆石蒸发铅法所取代。单颗粒锆石U-Pb同位素稀释法是在常规微量锆石U-Pb同位素稀释测定法的基础上发展起来的。与常规的微量锆石U-Pb同位素释测年法相比，它可以对单颗粒锆石进行精确的U-Pb年龄测定，避免了微量锆石U-Pb法在测定的锆石具有复杂成因和不同时代的锆石晶体而仅获得混合年龄的缺点。由于所用于测定的样品量少，这种方法已

17、拓宽到锆石含量很少的镁铁质岩石的U-Pb同位素定年。该方法不但适用于年龄较老锆石样品，也适用于较年轻的锆石样品，而且测定精度也较之常规U-Pb同位素稀释要高。但是，由于颗粒锆石U-Pb同位素稀释法测年，是将一颗锆石晶体全熔后测定其U-Pb同位素组成而计算年龄。因此对一些成因比较复杂的锆石样品，如对于有较老的内核和较年轻的外壳复合成因的锆石样品，用这一方法仍然难以同时获得较老的内核和较年轻的外壳的准确年龄。（二）、单颗粒锆石U-Pb蒸发铅法单颗粒锆石蒸发法测定技术，即利用热电离质谱计使Pb离子直接由未经化学处理的颗粒锆石中Pb蒸发出来，测定207Pb/206Pb比值计算年龄。蒸发法的基础是认为锆

18、石U-Pb封闭系统限制在锆石的微米区域，它仅在高温蒸发条件下才能被活化，通过阶段升温，Pb离子被蒸发出来，可以获得不同结晶域年龄信息。该方法的主要特点是：1、与常规锆石U-Pb法相比，颗粒锆石蒸发法具有快速、经济，不需化学处理过程，不仅简化了分析流程，而且不需要超净化实验室的特殊要求，方便易行。2、颗粒锆石蒸发铅法可以对不同晶形，不同种类或同一晶形锆石的不同结晶域分别测定，获得不同类型锆石的多种年代学信息；3、由于采用逐层蒸发技术，对经历过部分放射成因铅丢失的锆石，有可能通过蒸发法除去外层铅丢失部分，而测得核心部分的真实年龄；4、单颗粒锆石放射成因铅的绝对含量低，因此该法不适合测定放射成因铅含

19、量低的年轻锆石年龄，仅适合于太古或古元古宙的老锆石的年龄测定；5、颗粒锆石蒸发铅法的最大局限性在于它不能测定锆石中的铀、铅含量，不能获得206Pb/238U和207Pb/235U两组U-Pb年龄，所以无法确定所得到的207Pb/206Pb表面年龄的精确年代学意义。从U-Pb法定年的理论而言，只有对具三组U-Pb,Pb-Pb年龄一致的锆石，蒸发铅法才能够获得准确年龄。因此，方法的应用受到了很大的局限性。（三）锆石SHRIMPU-Pb定年法高灵敏度和高分辨率的离子探针质谱的问世。可以对单颗粒锆石晶体内2030m的微区里的U-Pb同位素作快速定量分析，从而获得单颗粒锆石晶体内，不同部位的U-Pb同位

20、素年龄，这就为同一样品中具有复杂成因和不同年龄的锆石的准确定年开辟了新的途径，北京离子探针中心率先在我国引进了这台设备，在地球科学研究中发挥了其他同位素方法不可替代的作用。综上所述，无论是颗粒锆石U-Pb同位素稀释法、锆石SHRIMP U-Pb法，还是单颗粒锆石蒸发铅法定年所面临的共同问题是数据的地质解释。目前许多研究者只追求实验室的测试水平和年龄的精度及准确度，这故然重要，但最重要的是锆石的矿物学成因研究，即你选用的锆石是否满足你或适合你要解决的地质时代的锆石样品。因此，在作同位素测试之前，必须要同步开展测年样品锆石的成因矿物学研究工作，从中获取有助于对锆石年龄地质意义合理解释的科学依据。锆

21、石定年成功与否的关键是样品。要明确目的性：不同类型岩石和矿物是不同地质作用、成矿作用的产物，有着不同的地质和成矿历史，因而必须根据拟解决的地质和成矿问题，有目的性采新鲜岩石、脉石（如与成矿有关的石英脉）样。采样地段必须避开后期侵入体、混合岩化、断层或其它动力变质作用、热液蚀变带以及近代风化、淋滤等作用的干扰，除非要研究他们的同位素年代学。一般情况下要进行同位素年代学研究的样品，均需配套采取一套同样的样品。包括：准备同位素年龄分析的大样，切薄片（探针片）样，备份标本、地球化学分析（分析主量、微量和稀土元素）样品。通过这些研究了解被测样品地质背景、原岩性质、后期变化（成矿）与干扰等，它们对于年龄数

22、据的合理解释非常有用。具体采样要求：取新鲜岩石分离、挑选单矿物，主要测定对象为锆石。一般在同一露头用拣块法采1020kg岩石样品，视其中含锆石的量来采多少样品，尽量要采的量大一些，以保证能分选出足够进行同位素定年的锆石。对锆石含量高的花岗岩取5kg，对火山岩、石英脉等脉石取1015kg，对中基性、超基性岩取2025kg，一般挑锆石数量数百粒至数千粒不等（与其中含锆石含量有关），0.52g，纯度98%，要求提供选取得纯锆石颗粒。表5-2锆石SHRIMP U-Pb定年送样单样品名称：送样单位：送样人：送样日期：序号野外编号采集地点采样层位样品岩性描述及薄片岩矿鉴定结果填图单位或推测时代备注测试范围

23、及分析要求：用SHRIMP进行U-Pb分析，测定所选的岩浆岩、变质岩、沉积岩和与成矿有关的脉石的成岩年龄、变质年龄、热事件年龄以及与成矿时空密切有关的年龄）。分析将提供每个矿物颗粒的U、Pb同位素比值及年龄值。为了便于项目交流，建立数据库，要求填写送样单（表5-2），内容尽量规范和详细，起码应该包括如下内容：送样单位、送样人、送样日期、原始编号、具体样品名称（岩石或矿物全名），采样地理位置（省、县、乡、村，经纬度），采样点地质位置（文字和示意图），测定方法，单矿物样的选样方法，以及其它地质背景和地球化学资料。六、Rb-Sr和Sm-Nd同位素体系定年要求同位素地质学和矿床学家们为寻求和建立最精确

24、、最直接和有效的年代学方法来测定金属矿床的成矿年龄，进行了大量探索性研究工作。直到80年代初，英国的矿物包体学家T.J.Shephered(1981)首次对石英脉型钨锡矿床流体包裹体Rb-Sr等时线法直接测定矿床年获得成功，为用石英矿物包裹体Rb-Sr同位素体系直接测定钨锡矿床年龄开辟了新途景。实践证明，Rb-Sr同位素体系在测定石英脉型金矿床、硫化物矿床和密西西比河谷型铅锌矿床及微细浸染性金矿的成矿年龄方面，显示出它无比的生命力。适合于Rb-Sr同位素年代学方法的样品包括全岩和矿物，全岩样品包括侵入岩、火山岩、变质岩和某些沉积岩。其中，超镁铁质和镁铁质岩石中Rb含量低，且Rb/Sr比变化相对

25、狭小，而容易蚀变、像这类基性-超基性岩石不适宜Rb-Sr同位素方法定年。对样品的要求是：1、在岩石和矿物形成时，锶同位素曾经历过均一化，随后处于封闭体系，对铷和锶来说即不丢失也没有获得。2、样品具有合适的Rb/Sr比值、以保证样品在等时线上的各点合理分布。这对准确确定岩石年龄和(87Sr/86Sr)0初始比值是很重要的。3、同一组样品中既要选择Rb/Sr比值低的样品，以利控制（87Sr/86Sr）0的位置；又要选择Rb/Sr比值高的样品，以便精确测定年龄。对一组样品来说，应尽可能选择Rb/Sr比值变化均匀及总变化范围较大的样品。4、选择富钾的矿物，如黑云母、白云母。它们是Rb-Sr法中最常用的

26、矿物。通常黑云母比白云母易受变质作用和蚀变作用的影响，易发生Rb、Sr的得失。另外还有钾长石，其Rb/Sr比值较低，但这类矿物受到扰动时，对Rb-Sr的保留能力较强。5、样品要有代表性，即具有一定地质事件的代表性。6、样品新鲜，未经风化和蚀变。具体而言，云母没有绿泥石化和蛭石化，长石没有高岭土化、条纹长石化等。海绿石应为深绿色，不应有褐、棕等杂色。放射性矿物没有放射晕和非晶质化。采样位置应尽量远离围岩接触带、蚀变带以及断裂破碎带和岩体中后期侵入的岩脉，以免放射性平衡遭到破坏。7、适用于Rb-Sr法年龄测定的样品有：黑云母、白云母、锂云母、钾长石、微斜长石和海绿石等单矿物。样品纯度应在98以上。样品数量随时代不同而异，如云母类、长石类、海绿石样品，前寒武纪约12g，古生代23g，中生代48g。等时线样品数要求510个。样品粒度应粉碎至0.076mm。花岗岩、酸性火山岩、变质岩和沉积岩（页岩、泥质粉砂岩、粘土）等全岩样品量5g。Sm-Nd同位素体系定年方法的最大优点之一，是对镁铁质和超镁铁质岩石能够进行年龄测定，使得该方法在研究这些岩石的年龄和成因中获得了极其广泛的应用。其样品采集和加工的要求与Rb-Sr法相似。