其他同位素测年数据的地质解释

Question

如题所述

Answer 1

近几十年来，广大地质工作者陆续进入川西地区开展了以K-Ar法为主（⁴⁰Ar-³⁹Ar法、U-Pb法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等为次要方法）的花岗岩的测年工作，本书收集了丰富的同位素测年资料（表2-22）。通过整理与研究这些成果资料，对于认识松潘－甘孜造山作用过程和构造－岩浆演化的复杂性（许志琴等，1992）和多期性大有裨益。笔者通过介绍当前常用的定年方法的适用性和局限性，有助于认识研究区当前地质年代学研究中存在的问题，更加明确造山带花岗岩测年工作中采样方案的制订和测年方法的选择。

1.K-Ar法和⁴⁰Ar-³⁹Ar法

多年来，K-Ar法是研究区花岗岩定年最常用方法之一，获得了大量的测年数据。

常规的K-Ar法定年主要建立在两个基本的假设条件之上：①矿物或岩石形成以后，对钾和氩保持封闭体系，既没有钾和氩的加入，也没有钾和氩的逃逸。②矿物或岩石中不含有大气氩；如果含有氩，则只能由大气混染造成，可以进行常规法定年的大气混染校正（穆治国，1990）。在后期岩浆活动、变质作用等热扰动事件的影响下，矿物中不仅可以出现氩的丢失，而且可以出现氩的过剩（Jeager等，1985；李大明等，1999），从而影响年龄谱。研究区主要测试对象为云母类，即黑云母。值得说明的是云母类矿物的Ar封闭温度远远低于花岗岩的结晶温度，并且在后期构造－岩浆（热）事件中又有云母类新矿物生成。因此，使K-Ar法和⁴⁰Ar-³⁹Ar法通常不能给出花岗岩的“结晶年龄”（李献华等，1990），常常代表一次构造－岩浆（热）事件的年龄。

2.Rb-Sr法

20世纪70年代以来，陆续在研究区对部分花岗岩开展了铷－锶等时线方法测年，但此法也有其适用性和局限性。对花岗岩的铷－锶定年，除必须满足同位素定年的理论和一般前提外，还必须满足以下条件：①所测定的样品必须是同源的，即样品的（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i比值相同，如果花岗岩样品不属于同源岩浆，那么铷－锶等时线方法测年则不能反映正确的花岗岩形成年龄。由于研究区地壳结构的复杂性决定其同位素组成是极不均一的，由地壳岩石重熔形成的花岗岩很难保证是同源岩浆，那么其（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i也是不均一的。②岩浆结晶作用时间短，所有样品均具有接近的年龄；而研究区花岗岩可能结晶时间长，样品测年结果难以准确反映花岗岩的成岩年龄。③一组样品具有适当变化范围的⁸⁷Rb/⁸⁶Sr值（或Rb/Sr值），以便构筑一条等时线，获得可靠的等时线斜率。研究区那些发生过结晶分异－同化混染、混合成因形成的花岗岩样品不适合于铷－锶等时线方法测定。铷、锶化学性质的差异，导致它们在多期次构造－岩浆热事件过程中的表现也各不相同；并且在构造－岩浆热事件过程中，有流体的加入，使铷、锶发生变化。研究区花岗岩岩石用铷－锶等时线法进行年龄测定，很可能反映的是后期构造－岩浆热事件的叠加时间。

表2-22 川西花岗岩收集同位素年龄测定数据表

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3.Sm-Nd法

由于Sm、Nd同属稀土元素，具有相似的地球化学性质并且它们主要富集在榍石、磷灰石、褐帘石锆石、石榴子石、角闪石和辉石等矿物中，其稀土元素的化学性质不活泼，特别是Sm/Nd比值不易发生改变，钕的热扩散系数比锶低一个数量级。这就使得Sm-Nd同位素体系可以保持良好的封闭状态，从而可以获得古老岩石的成岩年龄（杨杰东等，1993）。另一方面，Sm-Nd定年法要求样品必须具有同源性、同时性和不受后期事件的干扰等3个基本条件。

在后期多次构造－岩浆热事件作用过程中，有新矿物形成和构造－岩浆流体运移，从而对Sm-Nd同位素体系（潜在）的扰动作用，并留下后期构造－岩浆热事件的纪录。因此，在野外取样时，应尽量采取不受或少受后期改造作用影响的样品。

4.U-Pb法

通常U-Pb法的测定对象主要有锆石、榍石、金红石、独居石、褐帘石、磷灰石和锐钛矿等含铀矿物，研究区已涉及用锆石U-Pb法对花岗岩进行定年。经研究发现本区的花岗岩中锆石矿物较丰富，并且具有继承锆石与岩浆锆石，有的锆石是由内核（为继承锆石）和外部透明（为岩浆锆石）的环带组成，有利于开展锆石U-Pb法定年。

U-Pb体系定年较前述K-Ar法、⁴⁰Ar-³⁹Ar法、Rb-Sr法和Sm-Nd法的优越性在于，铀有2个放射性同位素²³⁸U和²³⁵U，分别衰变成2个铅同位素子体²⁰⁶Pb和²⁰⁷Pb。通过这两个衰变系列，可以获得3个年龄值（²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb,²⁰⁷Pb/²³⁵U和²⁰⁶Pb/²³⁸U）。这些年龄值的差异可以指示在同位素平衡以后，该体系受到干扰的程度（陆松年等，1995），并且确定锆石的U-Pb 法年龄值有如下几种选择：①当各锆石样品²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb,²⁰⁷Pb/²³⁵U和²⁰⁶Pb/²³⁸U 3组年龄值比较一致，且均分布在一致谐和曲线附近，它们的²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb年龄在±10Ma内相当时，可以简单地采取各组分的²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb 模式年龄的平均值。②当一组样品的²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb年龄作图线性关系很好时，应直接选取铅－铅等时年龄。③根据不一致线与一致线的上下交点确定年龄值。如数据在不一致线上较均匀分布、相关性好时，上下交点年龄在误差范围内应同时具有意义；当数据集中于上交点（或下交点）附近时，只有上交点（或下交点）年龄有意义；通过零点附近的不一致线，下交点的年龄一般没有地质意义。

目前，U-Pb法定年具有多种分析测试方法：微量矿物法、颗粒矿物U-Pb化学法与Pb-Pb蒸发法，以及高精度离子探针方法和激光探针等离子质谱（LA-ICP-M S）。各种方法均有其优点和缺点。现在U-Pb法的发展趋势是向微区分析技术发展，必须对矿物微区进行原位测定，即必须借助于高精度离子或激光探针技术。本书采用的锆石激光探针等离子质谱（LA-ICP-M S）定年，对锆石样品进行阴极发光（CL）研究和单颗粒锆石原位微区U-Pb同位素组成分析，使²³⁸U的灵敏度一般大于800cps/（μg·g^-1），并能从同结晶获得花岗岩成岩年龄，从继存锆石中获得老基地岩石年龄信息，从后生锆石中得到后期构造－岩浆热事件的年龄，从而使高精度锆石U-Pb年龄的获得成为可能。

综上所述，由于元素的活动性、同位素封闭温度、后期构造－岩浆热事件以及方法本身的精度等因素的影响，各种测年结果的正确性是不一致的。

通过不同方法测定的18个岩体测定结果初步统计，各种方法测定结果相互误差明显（表2-23）。

表2-23 四川西部花岗岩部分岩体不同方法测定结果统计表　（单位：Ma）

通过资料综合研究，表2-23中各种方法测年结果差异的地质解释主要有可能存在下例5种情况。

1）黑云母K-Ar同位素测年结果与全岩Rb-Sr同位素年龄值相差较小，如阿吉森多和措交马岩体，两者仅差1～3Ma，可以视为岩体成岩年龄。

2）黑云母K-Ar同位素测年结果与全岩Rb-S（r 或白云母Ar-Ar）同位素年龄值相差较大，如渣陇、炯隆寺和249道班等岩体，两者相差14～97Ma，黑云母K-Ar同位素测年值小，黑云母可能是后期构造热事件的产物。

3）黑云母K-Ar同位素测年结果与全岩Rb-Sr同位素年龄值相比较，后者年龄值小，如哈嘎拉等岩体，两者相差12～17.5Ma，全岩样品被后期构造热事件扰动，全岩Rb-Sr同位素年龄值仅代表后期构造热事件的年龄。

4）黑云母K-Ar同位素测年结果与锆石U-Pb同位素年或锆石LA-ICPM S龄值相比较，后者年龄值可作为岩体结晶年龄，黑云母K-Ar同位素年龄值可视为后期构造热事件的年龄。

5）在同一复式岩体中多点采集岩石测年样品时，不同点采集的岩石样品的测年数据迥异，如炯隆寺（全岩Rb-Sr 208Ma，黑云母K-Ar 135.4Ma，锆石U-Pb 88Ma），表明它们代表不同期次的侵入体的成岩年龄。

笔者根据岩浆结晶和M.H.Dodson（1973）的冷却年龄理论予以解释研究区参差不齐的同位素测年值：同一岩体（或地质体）中的矿物组成不同，由于不同的矿物结晶温度不同，因而它们晶出的时序也不同，导致它们晶出时对保存同一种放射成因子体的扩散活化能及封闭温度不同，所测试年龄亦不同；并且同一矿物对保存不同放射成因子体的扩散活化能及封闭温度不同，从而用不同方法测定同一岩体所得出年龄值差异较大。

纵观青藏高原东缘的地质演化史，研究区爆发过多期次构造－岩浆（热）事件，它们对早期花岗岩体（或地质体）的机械－热动力改造作用，导致新生矿物生成；如果用于岩体改造作用过强，新生矿物过多，常常造成所测定的年龄值仅代表某一期构造－岩浆（热）事件的年龄。