Question

贵东岩体岩浆岩年代学研究

Answer 1

贵东岩体是经过多次研究的岩石学岩浆岩岩体。但大多数岩体是通过侵入接触关系，岩石的矿物组成、结构构造和后生蚀变差异等方面的观察论证，在空间上已圈定不同的地质 块体，并在岩浆岩的岩石化学成分、微量成分方面都做过不同的工作。对于这样一个已经做 过许多研究工作的岩体来讲，除了系统深入地进行岩石、矿物组成、结构构造和岩石地球化 学多学科的系统研究来提供期次划分依据外，重要的工作是系统地提供不同岩浆岩的不同 地质块体的年代学资料，来确定不同花岗岩岩体的形成时代。

在贵东岩体岩浆岩期次划分这一部分，并不涉及有关岩浆岩岩石学划分的内容，而是根 据已经取得岩浆岩的年龄数据，按年龄时间段对贵东岩体的岩浆岩，提出自己的划分方案。因此，贵东岩浆岩年代学研究是基于岩石铀铅年龄样品的分离、提纯，铀铅年龄测定方法、岩 石铀铅年龄数据和岩浆岩年龄时段划分4个方面的内容。

（一）岩石铀铅年龄样品

岩石铀铅年龄样品的分离、提纯工作是获得岩石代表性年龄的基础而重要的工作，是年 龄数据可信度的保证。贵东岩体的岩浆岩年龄样品的分离、提纯工作，共完成了不同岩浆岩 中的晶质铀矿和锆石样35件。对于晶质铀矿和锆石的分离、提纯方法是按下列步骤进行 的。

1.将样品分别碎到-40目或-80目，碎样要求从粗碎机到对辊机，每碎一次都必须经 过筛分，每次过筛量应少于样品总量的三分之一，避免碎粉过多；

2.将碎好样品经水洗去泥得到的清砂，采用机械重选，获得样品的精砂；

3.将精砂先通过磁选得到无磁性部分和磁性部分；

4.对无磁性部分的样品通过重液分离获得重级部分；

5.对重级部分，根据样品中重砂组成不同，可将富含榍石、褐帘石、绿帘石的样品经电 磁选将其分离，获得非电磁性重砂。对于不含这样一些副矿物的样品，则无需进行电磁选；

6.通过精淘，从非电磁重矿物部分，将晶质铀矿和锆石富集到95％左右；

7.对所获得的95％左右的晶质铀矿和锆石，在体视显微镜下手选出铀-铅年龄测定 样品。

（二）岩石铀铅年龄测定方法

锆石和晶质铀矿的检测方法都是采用EJ/T693—92沥青铀矿、晶质铀矿年龄规范测定 方法。但在锆石检测前，分别用3.75 N HNO₃和3 N HC₁恒温75℃条件下洗涤30分钟，然 后加入²⁰⁵Pb-²³⁵U混合稀释剂，提纯Pb和U。分别在VG354和MAT262热离子源质谱计 上测定Pb、U同位素组成和其含量。全流程本底Pb小于50 pg。

（三）岩石铀铅年龄数据采用原则

有关岩石铀铅年龄的代表性问题，许多地质年代学家，做过大量的研究工作，试图得到 岩石的代表性年龄。然而，真正能代表岩石年龄的数据，只有在测定铀铅年龄样品的铀系长 寿命核素链是处于原始平衡状态时才能实现。否则无论是铀二氧化物中的铀，还是硅酸锆 中类换铀，只要是铀系长寿命核素链变动时，在自然界这种不平衡关系，往往不是简单铀、铅 核素的不平衡关系。根据自然界铀系长寿命核素链不平衡关系研究发现是多种多样的，简 单的数学模式处理铀、铅年龄数据，与自然界的实际核素间的复杂关系可能相差很远。

笔者认为，在未能解决单颗粒样品的铀系长寿命核素分析方法之际，只要测试样品的不 同铀铅同位素比值年龄一致时，该样品年龄应具有代表性。

如何能得一致性年龄样品是一件十分细致、复杂的研究工作，它应该包括两个方面：

（1）必须进行年龄样的岩浆岩岩石学研究，主要了解岩石的动力形变、相变和交代蚀变 作用强度和种类。热交代作用和动力形变相变，不仅影响主要造岩矿物，而且还会导致岩石 的副矿物发生变化，或者说同一岩石，由于交代蚀变和动力形变相变不同，它们中的锆石，晶 质铀矿中铀的带入或淋失，会导致岩石的年龄数据出现较大差别。

（2）进行测定矿物的矿物学研究，矿物学研究除地质工作者熟知的物性、化学成分研究 外。值得强调的是矿物中铀的分布研究和锆石、晶质铀矿的红外光谱研究是十分重要的资 料，它有助于查明测定的不同铀铅同位素比值年龄不一致的原因。

因此，在讨论采用年龄数据前，对锆石中铀的分布和锆石、晶质铀矿红外光谱做简要介绍：

锆石中铀的分布，一般从事年代学研究者都简单认为，锆石中的铀是类质同象形式存在 的。其实锆石中的铀通常包括有类质同象铀，晶格缺陷铀，液体包体的铀，裂隙铀和表面不 饱和的吸附铀，有时锆石的生长带有互沉淀的磷钇矿和晶质铀矿的包晶。所以锆石中铀的 分布研究，可以提供铀在锆石中的存在状态。例如：同类的变生锆石，铀分布有均一的和不 均一的，它们的同位素年龄的一致性会明显不同，年龄值也不同。

锆石和晶质铀矿是花岗岩中的副矿物，也是常用于铀铅年龄测定的两种副矿物。锆石 是硅酸盐矿物，晶质铀矿是铀二氧化物。在地质营力作用下两种矿物的变化会反映在红外 光谱图的吸收峰强度差异上。

从晶质铀矿红外光谱图资料可知，它们在红外光谱图上表现有两个吸收峰带，即1150cm^-1～1000cm^-1的UO³基团振动吸收带。475cm^-1～360cm^-1的UO₂基团振动 吸收带。贵东两种不同时代的花岗岩中的晶质铀矿（钍铀矿）红外光谱分析见图5-1。

图5-1 晶质铀矿（钍铀矿）红外光谱图

从图5-1可以看出，X449N晶质铀矿有尖锐的432cm^-1～379cm^-1强吸收峰。在 1124cm^-1～908cm^-1出现不强的吸收带。从379cm^-1吸收峰的出现说明该晶质铀矿有保 持较好的地质环境。X514-U为晶质铀矿的变种，它具有454cm^-1和406cm^-1较宽的强吸 收峰，该峰可能Th^4＋类换U^4＋产生峰位相对移动的现象，它在1099cm^-1～903cm^-1出现一 个较宽的弱吸收峰。但它不同于X449N之处是在3 437cm^-1和1624cm^-1之处出现有H₂O 和OH的吸收峰。说明铀钍矿存在有水化作用。X441-11的红外谱图不同于前两个样品，它们1029cm^-1有一尖锐的吸收峰，475cm^-1～436cm^-1出现吸收峰的尖锐峰带。并有少量 水化，即3400cm^-1和1600cm^-1宽敞的吸收峰。3种晶质铀矿的不同红外谱图特征，可以作 为测定的同位素年龄数据可信度的选择依据。

锆石红外光谱研究是通过定量红外光谱分析谱图上的典型吸收峰的长（H）与宽（M）比 值，来区分锆石的有序性（变生程度），其表示方法为H/M值，称之为变生系数。

1992年李秀珍等提出了锆石的特征、光性和化学特性与锆石在红外光谱的典型吸收峰（610cm^-1）的变生系数（H/M值）的变化相呼应，即H/M值与锆石结晶的有序程度有关。因此，锆石根据变生系数（H/M值）划分为6类：全晶质锆石（H/M>25）、晶质锆石（20<H/ M<25）、弱变生锆石（15<H/M<20）、半变生锆石（10<H/M<15）、变生锆石（5<H/M< 10）、全变生锆石（H/M<5）。

从贵东岩体中的3种花岗岩，4个锆石样的红外光谱图（图5-2）可以看出，不同花岗岩 的锆石在610cm^-1～617cm^-1的典型吸收峰强度存在有明显不同。细粒黑云母花岗岩（X441）锆石的H/M＝8.0，属于变生锆石；粗粒斑状花岗岩（U29-10）锆石的H/M＝19.9，属于弱变生锆石。中粒斑状黑云母花岗岩（X449N、X514）、锆石的H/M分别为20.91（晶 质锆石）和12.6（半变生锆石）。锆石变生的另一表现，可能是锆石红外光谱图出现有 3400cm^-1和1600cm^-1附近的H₂O和OH吸收峰，在峰型上有宽窄、强弱之分。细粒黑云 母花岗岩的H₂O和OH吸收峰不明显；粗粒斑状黑云母花岗岩H₂O吸收峰宽而浑圆，OH 吸收峰较明显，但不尖锐；中粒斑状黑云母花岗岩两个锆石样，在H₂O和OH吸收峰上表现 有明显不同；X449N锆石样的H₂O和OH吸收峰不明显。而X514锆石样的H₂O和OH表 现有明显的吸收峰。锆石的红外光谱图上的典型吸收峰（610cm^-1）和H₂O（3400cm^-1附 近）及OH（1600cm^-1附近）吸收峰，是指示锆石变生和水合作用指标，故同一种样品不同变 生的锆石在同位素年龄值上会出现差别。

图5-2 锆石的红外光谱图

在简要介绍了晶质铀矿和锆石的红外光谱特征之后，将对花岗岩中晶质铀矿、锆石的铀 铅年龄数据进行对比包括：同一花岗岩中晶质铀矿、锆石的铀铅年龄数据对比；同一花岗岩 蚀变对年龄的影响和同一花岗岩中锆石变生强度和铀含量不同对年龄的影响。

1.花岗岩中晶质铀矿和锆石铀铅年龄数据对比

在贵东岩体中，笔者对4个花岗岩中的晶质铀矿（钍铀矿）和锆石样分别进行了铀铅年 龄测定，结果列入表5-1。

表5-1 锆石、晶质铀矿（钍铀矿）铀铅年龄测定对比（Ma）

从表5-1列举的铀铅同位素年龄看：

（1）中粒斑状黑云母花岗岩（X449N），晶质锆石和晶质铀矿铀铅同位素年龄基本相同，且3种同位素比值年龄是一致的，因此，这种年龄数据应是岩石的代表性年龄。该岩石年龄 数据中锆石年龄大于晶质铀矿年龄，说明锆石较晶质铀矿稳定，当晶质铀矿早期发生铀丢失 后，锆石的铀系核素一直保持平衡。造成锆石与晶质铀矿年龄有差别原因，是晶质铀矿中的 铀系母体早期丢失造成最终子体减少，特别是大质量数的²³⁸U丢失大于²³⁵U。

（2）中粒斑状黑云母花岗岩（X514）与X449N同属一种花岗岩。但花岗岩出露地表条 件相差较大。X514是山沟小溪旁出露岩石，X449N在公路改线时新揭露出的岩石。因此，X514样品明显地受表生水化作用的影响。锆石的有序度降低，水化明显，铀铅同位素年龄 变小，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄大于²⁰⁶Pb/²³⁸U、²⁰⁷Pb/²³⁵U的年龄；钍铀矿在外壳谱图上出现明显的 3437cm^-1的H₂O吸收峰和1624cm^-1的OH吸收峰。钍铀矿的年龄明显低于半变生锆石年 龄，这种变化是由钍铀矿的铀系长寿命核素链母体核素早丢失引起的。

（3）细粒黑云母花岗岩（X441）中的变生锆石年龄大于晶质铀矿年龄，不同铀铅同位素 比值年龄的一致较好。锆石属变生锆石即有序性变差，从红外光谱图看，锆石没有明显水 化，即3400cm^-1和1620cm^-1的H₂O和OH吸收峰不明显，所以锆石变生是在封闭条件下 发生，没有发生铀的交换。晶质铀矿年龄变小是由于交代作用导致铀系长寿命核素链的母 体核素早期丢失引起。因此，变生锆石年龄应是岩石形成时的代表年龄。

（4）粗粒斑状黑云母花岗岩（U29-10）中晶质铀矿年龄大于晶质锆石年龄。从岩浆结 晶过程中副矿物结晶顺序看，晶质铀矿早于锆石生成。且晶质铀矿形成后，岩石的交代作用 弱，后生风化作用不明显，故晶质铀矿的铀铅同位素比值年龄一致性好，而锆石的铀铅年龄 的一致性也较好，但明显小于晶质铀矿，年龄相差40 Ma，其原因与锆石变生过程发生过母 体丢失，其后核素链出现再平衡。故晶质铀矿年龄应是岩石形成代表年龄。

通过花岗岩中晶质铀矿和锆石年龄数据对比不难看出：

具有岩石形成的代表年龄，锆石应具有原始结晶的晶质锆石，它的不同同位素比值年龄 一致性好的；若岩石中的锆石属于变生锆石，且红外光谱图未出现3400cm^-1和1620cm^-1 附近的吸收峰的锆石，属于封闭型变生锆石，它的不同同位素比值年龄一致性好；当同一岩 石中晶质铀矿年龄大于锆石年龄时，晶质铀矿的不同同位素比值年龄一致性质好，应采用晶 质铀矿的年龄作为岩石形成的代表年龄。

2.同种花岗岩蚀变对矿物年龄测定的影响

同种花岗岩由于蚀变（热和动力）的不同，它必然会引起锆石和晶质铀矿的变化，也必 然会影响铀铅同位素年龄测定结果。贵东岩体花岗岩形成年代研究过程中，对两种不同蚀 变的中粒斑状黑云母花岗岩，分别选出锆石、晶质铀矿进行铀铅年龄测定（表5-2）。

表5-2 同种中粒斑状花岗岩不同蚀变岩石中锆石、晶质铀矿铀铅年龄对比（Ma）

两个样号的岩石蚀变和变形特征见表5-3。

表5-3 中粒斑状黑云母花岗岩蚀变与变形特征对比

从表5-3可知，样号X449岩石的蚀变和变形明显强于X449N。因此，反映在铀铅年 龄测定参数特征和年龄值有明显不同。即X449的锆石为变生锆石、晶质铀矿明显变得松 散。X449锆石的不同同位素比值年龄与X449N相差20～30 Ma，且年龄的一致性差。晶 质铀矿年龄相差更大，²⁰⁶Pb/²³⁸U的年龄X449为137 Ma，而X449N为203 Ma相差 66 Ma。因此可以得出，岩浆岩蚀变和变形对岩石中副矿物影响十分明显，从而导致矿物的 铀铅年龄不具有代表性。因此，在年代学研究必须注意岩石的矿物地球化学和矿物学研究。在岩浆岩的副矿物晶质铀矿和锆石进行年代学研究时，在没有详细岩石学的基础资料时，锆 石测得的年龄数据代表性优于晶质铀矿。

3.同一花岗岩中锆石变生强度和铀含量不同对岩石年龄数据的影响

在花岗岩岩体中，有的花岗岩岩体的锆石几乎全部变生，且变生强度基本相差不大，也 有的花岗岩体的岩石中，锆石变生并不相同，锆石中的铀含量也有明显差别。对同一岩石中 变生强度和铀含量不同的锆石分别进行了铀铅同位素年龄测定（表5-4）。

表5-4 同一岩石中不同铀含量的锆石年龄对比（Ma）

从表5-4两种花岗岩中变生强度和铀含量不同锆石的年龄测定结果看，最明显的是年 龄的一致性差。从铀含量看，铀含量高的锆石年龄值小，不同同位素比值年龄一致性好，铀 含量低的锆石年龄值大，且不同同位素比值年龄的一致性差。这种现象说明，锆石早期是在 封闭条件下发生的变化，它保持了原始的铀系长寿命核素链的原始母子体素之间的平衡。当花岗岩再遭受热作用，岩石中的锆石发生重结晶导致铀的丢失，而且不同的同位素丢失比 例不一样。造成了有序程度高的锆石铀铅年龄大于有序程度低的锆石；有序程度高的锆石 不同的同位素年龄一致性比有序程度低的锆石差。

通过上述讨论，在花岗岩年龄数据选择上的原则是：

(1)岩石的铀铅年龄应在符合地质前提基础上才能作为岩石形成的代表年龄；

(2)同一岩石中锆石和晶质铀矿的年龄十分相近，且不同同位素比值的年龄一致性好时，这种年龄无疑是岩石形成代表性年龄；

(3)同一岩石中锆石和晶质铀矿年龄不一致，锆石年龄大于晶质铀矿年龄，且锆石不同同 位素比值的年龄一致性好时，采用锆石年龄作为岩石形成时的代表年龄；

(4)当岩石不仅有一种矿物的年龄，且不同同位素比值年龄一致性差时，暂采用 ²⁰⁶Pb/²³⁸U的比值作为参考年龄。