铅同位素的地球化学示踪及其应用

1、铅同位素的地球化学示踪及其应用自然界中Pb有四个同位素,包括职Pb、劝甲b、2阳b、姗Pb,其中2即b是非放射性成因同位素尸哟,b、姗Pb、期Pb、2明Pb为放射性成因同位素,由姗U、扔U、2卿h放射性衰变产生,因此,铅同位素的研究最初为模式年龄定年和探讨成矿物质来源的示踪。随着近年来对铅同位素的不断研究,铅同位素开始应用于化探与找矿评价、找矿勘探,以及在壳慢相互作用和环境评价等方面也具有重要的指示意义。1 铅同位素定年1.1 U一Pb错石法(一致年龄)。如果一种矿物在形成时含很高的u但不含Pb。图1为U一Pb谐和图。显示了一致曲线和Pb丢失产生的不一致曲线。晶质铀矿和独居石最初被用来定年,但

2、其有限的分布限制了它们的应用。错石在中一酸岩中是一个广泛分布的富铀矿物,被广泛应用于U一Pb定年。基性岩中斜错石也被用来定年。1.2 U一Pb错石法(不一致年龄)。LHAhrenS(1995)和GW.wetherill(l956)提出了铅一次连续不丢失的模型。假设在一个研究地质体中取得了若干个错石样品,其真实年龄为T,然而在Tl时发生如区域变质作用或热接触变质作用等使得铅丢失,且由于各个样品丢失程度不同而形成图一中的不一致线。上交点年龄作为错石形成年龄的解释则是确定的;但下交点年龄具有多解性。然而,如果错石数据投影点离上交点较远,则上交点的误差较大。为了获得较好的上交点精度,Krogh(198

3、2)认为应在进行同位素分析之前,去除样品中Pb丢失严重的部分。一种方法是用高通量的磁铁进行分选,选出变生最弱的矿物颗粒。另一种方法是在一个风力磨具中磨掉矿物的外层部分,该部分往往最富U,因而变生也最严重,样品经这样处理后,分析数据的一致性大为提高。因此,后一种方法已成为传统;错石定年的标准程序。传统的错石定年方法需要将许多颗错石一起溶解进行分析,这就有可能误把不同时期不同成因的错石混在一起,如果发生这种情况,则获得的年龄是一个没有确切地质含义的混合年龄。近几十年发展了单颗粒错石蒸发法、单颗粒错石化学法、单颗粒错石离子探针质谱(SHRIMP)和激光探针一等离子质谱(LA一ICPMS)法。1.3

4、普通(全岩)Pb一Pb法。一组具有相同年龄和相同初始铅同位素比值并保持封闭的样品不测定u,近期u丢失不影响铅比值,风化也不造成铅分馏。1.4 Pb模式(方铅矿)年龄。不同的Pb同位素定年方法,以不同的方式处理U的活动性问题。在U一Pb错石定年中,选择一个对U保持很好的矿物,而该矿物对Pb的丢失可以进行模式化并进行矫正。在普通Pb一Pb定年中,只要体系的大部分时间是封闭的,近期发生的U丢失是可以允许的。在下述的模式年龄中,矿物相(方铅矿、黄铁矿、钾长石)不含U,因此就没有U丢失的问题。由于在方铅矿中不存在U衰变,因此我们不是直接测定矿物从现在往回推的年龄,而是测定体系自地球形成直到方铅矿形成(即

5、从该体系分离出来)的这段时间。该方法由HolmeS(1946)和Houtermans(1946)分别独立提出,故称为Holmes一HoutermanS模式或单阶段Pb模式年龄。2 铅同位素的地球化学示踪铅同位素的地球化学示踪主要应用于示踪成矿物质来源、划分铅构造一地球化学省以及示踪地慢物质的不均一性。2.1 示踪成矿物质来源。铅同位素分子的质量数较大,不同的同位素分子间相对质量差较小,因此铅同位素不但从矿源岩中浸取时不会产生同位素分馏,而且在转移进人成矿热液且随之迁移的过程中,同位素组成不会发生变化l2。其研究思路是进行矿石和围岩或可能与成矿有关成因联系的火成岩体铅同位素组成对比,如果围岩铅和

6、矿石铅的同位素组成相似或年龄一致,若围岩是沉积岩时矿床可能属于同沉积矿床,若围岩是火成岩时矿床可能属于岩浆热液矿床。反之,矿质来源应与围岩无关,或由热液从其他源区搬运而来。铅同位素广泛应用于示踪成矿物质来源,目前主要方法有:模式年龄法、构造模式法、直接对比法和PbSL等时年龄法等叽划分铅构造一地球化学省。前人研究表明:在不同的构造块体中铅同位素组成存在明显差异,而在同一块体各种地质体的钱同位素组成具有相似性,即铅同位素的块体效应。因此,根据铅同位素的块体效应,可划分铅的构造一地球化学省。根据中国大陆尤其是东部地区铅同位素研究发现以下重要规律:显生宙以来,由新生代玄武岩确定的地慢铅,尤其是中生代

7、花岗岩的长石铅所代表的壳源铅和具有不同壳慢成因的矿石铅,三者具有消长同步变化,严格受不同构造块体制约。由此,朱炳泉等(1993)将中国的东部划分为落干个铅同位素构造地球化学省3.3铅同位素的演化与构造环境B.R.多伊和R.E.扎曼特用板块构造理论将铅同位素的演化同板块构造体系和构造动力学相结合，赋予铅同位素以构造环境意义(见图)，从动力学和物质平衡的观点上解释了成矿作用演化特征和成矿的地质构造环境.3 化探与找矿评价铅同位素的研究不仅应用于定年和地球化学示踪，还应用于化探与找矿评价前人在铅同位素应用于找矿勘探方面主要表现为优选找矿靶区、区域找矿、隐伏矿深度预测和资源量评价.3.1 优选找矿靶区

8、一般超大型和大型矿床表现出铅同位素组成十分稳定的现象，并且在次生过程中不易受到所在系统物理化学条件变化带来的影响，具有比较复杂演化历史并与变质作用、岩浆侵人有关的矿床当矿区矿化地段表面风化后，基本不会出现铅矿化现象，化探异常也不太明显，可是铅同位素‘血型与’指纹;却始终保持着对于到底是何种矿化引起的地表铁帽，铅同位素‘指纹则更有说服力通过确定成矿靶标的Pl。同位素组成范围来进行化探找矿方法即为打靶法但是通过近几年的实践表明，简单的打靶法对预测区的宏观评价有一定的意义，但对具体的隐伏矿的预测，结果并不理想。3.2 隐伏矿深度预测和资源量评价在老矿山、化探异常区

9、、危机矿山或者经过初步勘探发现一定规模浅层矿体地区，这些需要解决的问题是深部是否存在有隐伏矿藏以及埋藏的深度和规模这些靠常规的化探方法无法解决，因此，近年来我们开展了隐伏矿深度预测及资源量预测的铅同位素方法探索性研究。结束语铅同位素的研究最初为模式年龄定年和探讨成矿物质来源的示踪，随着近年来的不断研究，铅同位素开始应用于化探与找矿评价、找矿勘探，以及在壳慢相互作用和环境评价等方面也具有重要的指示意义随着科技的发展和研究水平的不断深人，相信在未来有更广阔的应用空间.参考文献1韩吟文，马振东.地球化学M.北京:地质出版社，2003.2沈渭洲.稳定同位素地球化学M.北京:原子能出版社，1987.3张建芳，张刚阳.铅同位素在矿床研究和找矿勘探中的