關(guān)于硫化物Re-Os同位素定年的一些思考--貴陽地化所黃小文

1、關(guān)于硫化物關(guān)于硫化物Re-Os同位素定年同位素定年的一些思考的一些思考黃小文黃小文中國科學院地球化學研究所中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室礦床地球化學國家重點實驗室2015.12.14 長沙長沙第七屆全國成礦理論與找礦方法學術(shù)討論會第七屆全國成礦理論與找礦方法學術(shù)討論會報 告 提 綱1. 硫化物Re-Os同位素定年概述2. 硫化物Re-Os同位素特征分類3. 對Re-Os同位素定年基本條件的理解4. 硫化物Re-Os同位素定年需注意什么？1. 硫化物Re-Os同位素定年概述pRe、Os元素的元素的多重性質(zhì)多重性質(zhì)親鐵親鐵親銅親銅/親硫（賦存在硫化物）親硫（賦存在硫化物）親有機

2、質(zhì)親有機質(zhì)p已用于已用于Re-Os同位素定年的同位素定年的硫化物硫化物輝鉬礦輝鉬礦黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦pRe-Os同位素定年需滿足定年的同位素定年需滿足定年的三個基本條件三個基本條件：所測樣品必須同時形成（同時性）所測樣品必須同時形成（同時性）所測樣品必須具有相同的來源（同源性）所測樣品必須具有相同的來源（同源性）樣品形成后體系必須保持封閉（封閉性）樣品形成后體系必須保持封閉（封閉性）定年基本原理含初始含初始Os不含初始不含初始OsRe: Re: 185185Re, Re, 187187

3、Re(62.6%)Re(62.6%)Os: Os: 184184Os, Os, 186186Os, Os, 187187Os(1.6%), Os(1.6%), 188188Os, Os, 189189Os, Os, 190190Os , Os , 192192OsOs187187ReRe187187OsOs衰變半衰期為41.6 GaStein et al., 20002. 硫化物的Re-Os同位素特征分類多數(shù)熱液硫化物輝鉬礦巖漿硫化物沉積硫化物部分熱液硫化物不同的等時線投圖Stein et al., 2000123Ludwig, 1980誤差相關(guān)系數(shù)Re-Os模式年齡計算u輝鉬礦：初始輝鉬礦：

4、初始OsOs含量為含量為0 0，直接計算，直接計算u其他硫化物：含有不可忽略的初始其他硫化物：含有不可忽略的初始OsOs，先扣除，先扣除187187OsOs中中的普通的普通187187OsOs，而普通，而普通187187OsOs通過等時線的初始比值獲得通過等時線的初始比值獲得187187Re/Re/188188Os5000Os5000，計算的模式年齡才有意義，計算的模式年齡才有意義李超等，2012含普通Os的輝鉬礦模式年齡計算所測樣品必須同時形成（同時性）所測樣品必須同時形成（同時性）所測樣品必須具有相同的來源（同源性）所測樣品必須具有相同的來源（同源性）樣品形成后體系必須保持封閉（封閉性）樣

5、品形成后體系必須保持封閉（封閉性）3.對Re-Os同位素定年基本條件的理解所測樣品必須具有同時性同一礦床同一成礦階段/期次同一礦石同一顆粒l在何種級別上取樣能代表同時性，取決于礦床的成礦地質(zhì)特征l定年不只是為了得到一個礦床的年齡而是為了剖析精細的成礦過程空間尺度時間尺度同一礦體所測樣品必須具有相同的來源p具有相同的初始同位素比值（無法直接得知）具有相同的初始同位素比值（無法直接得知）p間接方法間接方法樣品時間及空間上的關(guān)聯(lián)性樣品時間及空間上的關(guān)聯(lián)性其他地球化學手段（微量稀土元素配分模式，硫同位素組成）其他地球化學手段（微量稀土元素配分模式，硫同位素組成）樣品形成后體系必須保持封閉n不同硫化物不

6、同硫化物Re-OsRe-Os同位素體系封閉溫度同位素體系封閉溫度n礦物形成后是否受后期流體改造礦物形成后是否受后期流體改造封閉溫度l 對某一同位素體系來說，并不是在礦礦物、巖石形成物、巖石形成的那一瞬間就開始計時l 當溫度降低到能使該計時體系達到封閉狀態(tài)時，即子體由于熱擴散導致的子體由于熱擴散導致的丟失量可以忽略不計丟失量可以忽略不計時，子體才開始積累，這個開始計時的溫度就是封閉溫度。l 由于D/P大體上與年齡成正比，故關(guān)系曲線的直線部分延伸與t軸的交點tC可定義為礦物的年代，并且將此時的溫度TC定義為封閉溫度。子子母母體體核核素素比比不同硫化物Re-Os同位素體系封閉溫度輝鉬礦輝鉬礦毒砂毒砂

7、黃鐵黃鐵礦礦磁黃磁黃鐵礦鐵礦毒砂毒砂黃鐵礦黃鐵礦黃銅礦黃銅礦斑銅礦斑銅礦黃鐵礦黃鐵礦黃銅礦黃銅礦閃鋅礦閃鋅礦方鉛礦方鉛礦封閉封閉溫度溫度()500710400500300-400300500？參考參考文獻文獻Suzuki et al. (1996)Bingen andStein (2003)Morelli et al. (2010)Brenan et al. (2000)Brenan et al. (2000)Coggon et al.(2012)Nozaki et al. (2010)（據(jù)呂串所內(nèi)交流ppt修改）磁黃鐵礦：磁黃鐵礦：400表面和核部表面和核部Os同位素交換需要同位素交換需要

8、0.5Ma黃鐵礦：黃鐵礦：500表面和核部表面和核部Os同同位素交換需要位素交換需要10Ma（最大擴散速（最大擴散速度計算）度計算）磁黃鐵礦磁黃鐵礦Re-Os封閉溫度低封閉溫度低至至300，所得到的年齡可，所得到的年齡可能是記錄了能是記錄了巖漿期后事件巖漿期后事件Brenan et al. (2000)這一發(fā)現(xiàn)很好地解釋了很多巖漿硫化物礦床得不到真實年齡的原因Yang et al., 2008這一發(fā)現(xiàn)也解釋了很多巖漿熱液礦床中磁黃鐵礦Re-Os同位素體系的開放行為，而黃鐵礦能保持體系封閉Huang et al., 2013 MD礦物形成后是否受后期地質(zhì)作用或者流體改造盡管較高的封閉溫度，輝鉬礦

9、輝鉬礦Re-Os同位素體系也會表現(xiàn)出開放行為開放行為(Luck and Allgre 1982; McCandless et al. 1993; Suzuki et al. 2000, 2001)這種開放行為并不是由于變質(zhì)變形作用或者強氧化性流體交代引起，可能是由于取樣的原因(Stein et al., 2003; Selby et al., 2004)，因為輝鉬礦顆粒存在微微米級的米級的187Re-187Os失藕失藕輝鉬礦除了輝鉬礦，毒砂和黃鐵礦毒砂和黃鐵礦被認為是Re-Os同位素定年較可靠的礦物，不易受變質(zhì)變形作用影響，但是部分黃鐵礦受到局部成礦后熱液作局部成礦后熱液作用的影響用的影響而表

10、現(xiàn)出開放行為。l低溫(400 )、 高氧逸度高氧逸度的流體作用(比如很多斑巖銅礦系統(tǒng))，而與流體pH無關(guān)Xiong et al., 2006流體改造實例南非南非Witwatersrand盆地金礦床盆地金礦床Mathur et al., 2012Mathur et al., 20122200-2600 Ma按不同Reef分類盆地形成年齡盆地形成年齡2820-3270 MaT=2.7 GaT=2.05 GaSCLM在在2.05 Ga時含金硫化物時含金硫化物Re-Os同位素體系遭受了改造，同位素體系遭受了改造，為熱液活化的沉積模式提供了直接的證據(jù)。為熱液活化的沉積模式提供了直接的證據(jù)。方鉛礦和閃鋅礦

11、Re-Os同位素體系開放行為p較低封閉溫度？p多期次？p流體混合？劉瑩瑩, 2014Spry et al., 2013地殼端元地殼端元地幔端元地幔端元p野外工作野外工作l詳細記錄樣品的產(chǎn)狀，劃分出礦石類型及樣品所處的成礦階段l采集新鮮樣品，避免蝕變及外部污染p室內(nèi)工作室內(nèi)工作l顯微觀察l礦物分選lRe含量初測5.硫化物Re-Os同位素定年需要注意什么？野外工作之樣品產(chǎn)狀野外工作之樣品產(chǎn)狀以東川銅礦為例以東川銅礦為例Huang et al., 2013 CG層狀礦石層狀礦石脈狀礦石脈狀礦石不同類型礦石紅硫化物具有不同的不同類型礦石紅硫化物具有不同的Re-OsRe-Os同位素特征，硫同位素組成，同

12、位素特征，硫同位素組成，指示兩期不同的成礦作用指示兩期不同的成礦作用A.A.無明顯環(huán)帶及重結(jié)晶結(jié)構(gòu)無明顯環(huán)帶及重結(jié)晶結(jié)構(gòu) 很多中-低溫礦床中黃鐵礦通常具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，它們通常代表著多期次流體交代的結(jié)果，有可能得出一個平均年齡或者混合年齡。Velsquez, et al., 2014室內(nèi)工作之顯微觀察室內(nèi)工作之顯微觀察室內(nèi)工作之顯微觀察室內(nèi)工作之顯微觀察B. B. 礦物共生組合較單一礦物共生組合較單一減少硫化物不純的可能性；避免硫化物間的元素或者同位素擴散Barra et al., 2003黃銅礦黃銅礦105 Ma77 MaBrenan et al., 2000輝鉬礦與黃銅礦之間的同位素交換輝輝鉬

13、鉬礦礦黃黃銅銅礦礦Stein et al., 2003187Os表面吸附為主，擴散作用為輔表面吸附為主，擴散作用為輔選擇輝鉬礦定年，而不能選擇黃銅礦室內(nèi)工作之礦物分選室內(nèi)工作之礦物分選大多數(shù)人選擇送樣，很少自己分選，不太可取，缺點是：大多數(shù)人選擇送樣，很少自己分選，不太可取，缺點是：容易將不同產(chǎn)狀的硫化物混合容易將不同產(chǎn)狀的硫化物混合容易造成交叉污染容易造成交叉污染Huang et al., 2015 OGRDavies, 2010顎式破碎機鋼片的顎式破碎機鋼片的Re-OsRe-Os同位素組成同位素組成簡化分選過程，盡量少使用鐵制品，記住硫化物簡化分選過程，盡量少使用鐵制品，記住硫化物Re-O

14、sRe-Os同位同位素實驗不需要粉末，顆粒即可。素實驗不需要粉末，顆粒即可。重液、不銹鋼搗缽的Re-Os同位素特征？Re 50 ppbOs 2 ppb輝鉬礦礦物分選尤其重要！輝鉬礦礦物分選尤其重要！研究表明，輝鉬礦存在著微米微米級的級的187Re-187Os失藕失藕(Stein et al., 2003; Selby et al., 2004)失藕的程度隨以下因素而增大p礦物顆粒越大p年齡越老pRe含量越低建議：分選完整顆粒，磨成粉末；年輕的輝鉬礦建議：分選完整顆粒，磨成粉末；年輕的輝鉬礦(1Ga), ,取樣量達到取樣量達到40 mg，還得根據(jù)含量調(diào)整，還得根據(jù)含量調(diào)整室內(nèi)工作之室內(nèi)工作之Re

15、Re含量初測含量初測為什么要對每件硫化物進行為什么要對每件硫化物進行ReRe含量初測？含量初測？排除排除ReRe含量太低樣品含量太低樣品準確加入準確加入ReRe、OsOs同位素稀釋劑同位素稀釋劑決定測試順序，防止交叉污染決定測試順序，防止交叉污染硫化物硫化物ReRe含量隨不同礦床類型有沒有變化規(guī)律？含量隨不同礦床類型有沒有變化規(guī)律？l不同硫化物Re含量差別很大l同一礦床硫化物Re含量變化很大杜安道等, 2009Liu et al., 2015不同硫化物不同硫化物ReRe含量含量l僅與白鎢礦（或黑鎢礦）和（或）方鉛礦、閃鋅礦、自然金和自白鎢礦（或黑鎢礦）和（或）方鉛礦、閃鋅礦、自然金和自然銀然銀

16、共生時輝鉬礦Re含量最低（10-810-6）l僅與黃銅礦和（或）磁鐵礦（或磁黃鐵礦）黃銅礦和（或）磁鐵礦（或磁黃鐵礦）共生時輝鉬礦Re含量最高（10-510-3）l同時與以上礦物共生的輝鉬礦Re含量中等殼?；旌蠚め；旌系貧ぃǖ貧ぃ?010-6-6）地幔（地幔（1010-4-4）Mao et al., 1999輝鉬礦輝鉬礦ReRe含量變化規(guī)律含量變化規(guī)律n與流體來源密切相關(guān)n與礦物共生組合密切相關(guān)楊宗鋒等, 2011贛南石英脈型鎢錫礦床與黑鎢礦共生的輝鉬礦Re含量低至幾個ppb，原因？Huang et al., 2013 RG與與Cu/Fe礦物共生的黃鐵礦礦物共生的黃鐵礦Re含量較高，而與含量較

17、高，而與W/Pb/Zn/Au/Ag礦礦物共生的黃鐵礦物共生的黃鐵礦Re含量較低含量較低，與輝鉬礦中，與輝鉬礦中Re的富集規(guī)律相似的富集規(guī)律相似黃鐵礦黃鐵礦ReRe含量變化規(guī)律含量變化規(guī)律Zhang et al., unpub.n與共生礦物輝鉬礦的比例有關(guān)n含Au的流體不利于Re進入黃鐵礦斑巖型礦床中黃鐵礦斑巖型礦床中黃鐵礦ReRe含量含量硫化物中Re的富集機制有待進一步研究。供參考的幾篇文獻lHuang, X.-W., Zhao, X.-F., Qi, L., Zhou, M.-F., 2013. Re-Os and S isotopic constraints on the origins

18、of two mineralization events at the Tangdan sedimentary rock-hosted stratiform Cu deposit, SW China. Chemical Geology 347, 9-19.lHuang, X.-W., Zhou, M.-F., Qi, L., Gao, J.-F., Wang, Y.-W., 2013. Re-Os isotopic ages of pyrite and chemical composition of magnetite from the Cihai magmatic-hydrothermal Fe deposit, NW China. Mineralium Deposita 48, 925-946.lHuang, X.-W., Qi, L., Gao, J.-F., Zhou, M.-F., 2013. First reliable Re-Os ages of pyrite and stable isotope compositions of Fe(-Cu) deposits in the Hami region, Eastern Tianshan Orogenic Belt, NW China. Resource Geology 63, 166