前寒武系云南晋宁梅树村剖面前寒武系寒武系界线化石Sm-Nd同位素年龄测定

前寒武系云南晋宁梅树村剖面前寒武系寒武系界线化石Sm-Nd同位素年龄测定

寒武系底边界，即元古宇显生宇边界，标志着地史发展中最重要的变化。获取该边界的精确年龄数据非常重要。确定寒武系底边界在国际地质年表上的位置是其意义之一。最重要的是，确定元古宇和显生宇过渡过程中发生的各种变化的速度，尤其是随后动物早期发育的速度，并提供可靠的基准依据。以往常引用的寒武系底界为570Ma的年龄数据,主要是依据苏联俄罗斯地台和西伯利亚地台区晚前寒武系和寒武系地层K-Ar法海绿石年龄的测定结果推测的.由于K-Ar法海绿石年龄对古老地层而言的可靠性已受到广泛的怀疑,因此长期以来,特别是近10年中,许多学者对此提出异议,并引起了激烈的争论.我国学者曾采用Rb-Sr全岩等时线方法测定过云南晋宁梅树村剖面筇竹寺组八道湾段下部的黑色页岩,得出的结果分别为579±8.2Ma和587±17Ma,并由此推测寒武系底界年龄可能为610Ma.Cowie在引述这些数据时指出,这些年龄值可能会因为样品中含有陆源矿物而偏老.而且其Rb-Sr全岩等时线的Sr同位素初始比值偏高,说明这种可能性是存在的.法国学者根据法国、摩洛哥、英国、中东等地岩浆岩的年龄测定数据,认为寒武系底界年龄比通常所接受的要新得多,可能只有530Ma.然而正如Cowie和Johnson在总结时指出的,由于地层层序控制不理想,Odin等所引用的年龄数据并不一定代表寒武系底界的年龄,甚至可能新于Atdabanian阶的时代.对同一界线的年龄相差甚至达80Ma,可见问题的严重性.因此,国际地科联(IUGS)1989年希望各国科学工作者继续努力,为准确测定寒武系底界年龄做出贡献.我们最近采用一种新的途径,即化石Sm-Nd等时线方法,重新测定云南晋宁梅树村剖面的寒武系底界的年龄,就是这种努力的一部分.一、sipalus带和lapwo仿真s带云南晋宁梅树村剖面是国际前寒武系—寒武系界线层型的最佳候选剖面.该剖面包括渔户村组上部和筇竹寺组,含有极丰富的多门类小壳化石、遗迹化石,并以含有我国(或世界上)所发现的最古老的三叶虫化石而闻名.梅树村剖面自下而上现已建立了5个化石带,分属两个阶(表1),它提供了一个前寒武纪—寒武纪过渡期后生动物演化的完整序列.与前苏联西伯利亚地台区的剖面相比,梅树村阶的Anabarites-Protohertzina带和ManykaynStage阶或Nemakit-DaldinHorizon相当;梅树村阶的Siphogonuchites-Paragloborilus带和Lapworthella-Sinosachites带基本上相当于TommotianStage阶;筇竹寺阶则大体上与Atdabanian阶的时代相同.在梅树村剖面中,有2个国际前寒武系—寒武系界线层型参考点.A点位于小歪头山段的近底部,即小壳化石组合Anabarites-Protohertzina带开始出现的层位.B点位于中谊村段上部,剖面第7层的底部,即小壳化石组合Anabarites-Protohertzina带与Siphogonuchites-aragloborilus带的分界处.我国前寒武系—寒武系界线工作组曾建议以A点为界线层型点.国际前寒武系—寒武系界线工作组经讨论和无记名通讯投票表决,选择以B点作为界线层型点,这一方案正有待于国际地层委员会的正式批准.为准确测定前寒武系—寒武系界线的年龄,本次所测样品全部采自梅树村剖面的富含小壳化石的中谊村段(表1).根据岩性特征,它可分为三部分.下磷矿层(3—4层),厚4.7m,由蓝灰色含内碎屑假鲕状白云质硅质磷块岩组成.中部白泥层(5层),厚1.6m,为浅灰色含磷含海绿石砂质粘土质页岩.上磷矿层中下部(6层),厚5m,以蓝灰色鲕状、假鲕状硅质白云质磷块岩为主.上磷矿层上部(7层),厚0.3m,为灰色假鲕状内碎屑、生物碎屑白云质磷块岩.在中谊村段的每层采集了大量新鲜样品,从中分选出保存良好的软舌螺化石.经过大量的、仔细的处理和精选后,在中谊村段的共5个层位中的4个层位(3,4,5和7层)均获得了足够量的良好的软舌螺化石样品可供同位素测定.在第6层由于难于精选出足够量的化石样品,因此选择了一个胶磷矿样品.另外在第3层也选择了一个胶磷矿样品.样品编号和采集层位如下:二、化学分离流程磷块岩样品用冰乙酸处理后,挑选出灰黑色的软舌螺化石.将其置于0.5mol/L的超纯盐酸中约30min后,反复用超纯水在超声波水浴中清洗,以清除附在化石上的碎屑物质.其后,再经双目显微镜一一检查,精心挑选出不粘杂质、新鲜的、呈锥管状的软舌螺样品,丢弃大部分不合要求的化石样品.精选过的样品用1/105的精密电子天平准确称重后,溶于2mol/L超纯盐酸中,待上离子交换柱.胶磷矿样品先被粉碎,研磨至小于200目.烘干后,置于2mol/L超纯盐酸中24h,以溶解磷酸盐成分.溶液经离心机离心后,倒出清液部分,待上离子交换柱.离心后的不溶残渣烘干后,准确称重.从原样品重量中减去残渣重量,即为实验样品之实际测试重量.化学分离流程采用两套阳离子交换柱.第一套交换柱分离和收集总稀土和Rb及Sr元素;第二套交换柱分离和收集Sm和Nd元素,淋洗剂用α-羟基异丁酸.同位素测定是在南京大学现代分析中心VG354质谱仪上进行的.Nd和Sm的含量采用质谱同位素稀释法测定.样品的Nd同位素比值是用未加稀释剂的一份样品单独测定得到.在所有Nd同位素比值测定时,147Sm/144Nd的测定值均小于0.00005.实验室全流程空白是60pgNd.对标准样BCR-1的Nd同位素比值测定为0.511860±8,详细实验方法可见参考文献.三、石化sm-nd-pb-pcr多态性4个软舌螺样品和两个胶磷矿样品的Sm,Nd和Sr同位素测定结果列于表2.所有样品都富集Nd和Sm.Sm/Nd的最小值为0.149(MZ1),最大值为0.332(MZ3).由4个软舌螺样品组成的化石Sm-Nd等时线的年龄为562.8±7.9Ma,Nd同位素初始比值为0.51076±0.00001,相关系数为0.9954(图1).由4个软舌螺样品加上两个胶磷矿共6个点的等时线年龄为562.1±5.7Ma,Nd同位素初始比值为0.51076±0.00001,相关系数为0.9966(图2).这两条等时线线性良好,年龄值一致(在误差范围内).年龄计算由双误差回归计算机程序得出,取权方式采用残差平方倒数.四、关于sm和nd同位素组成的地质解释在对古老沉积地层(包括寒武系底界)的沉积岩年龄测定中,通常的同位素年龄测定方法(Rb-Sr法和K-Ar法)常遇到困难.主要是难以找到满足同位素年龄测定基本要求的样品.泥质岩的全岩样品包含来自不同源区和不同成因的碎屑物质,因而测得的年龄一般只能是一种混合年龄,年龄意义不清楚,也难以解释,主要问题在于全岩样品间的初始同位素比值并未达到均一.粘土矿物是沉积岩年龄测定中常用的另一类样品.迄今为止在关于不同粒级粘土矿物之间以及它们与古海水之间能否达到初始同位素的均一化等问题上仍有疑问和争议.因此,对沉积岩年龄测定最重要的问题还是寻找更为合适的测定对象和探索新的测定方法.近几年来对现代海水和化石中稀土元素和Nd同位素特征的大量研究已得出如下一些重要结论:(1)海水中的Sm和Nd主要来源于陆源的河水.每一个海洋都有其特征的Nd同位素比值.在同一时期同一海盆的海水的εNd(T)值相差较小;(2)生物磷酸盐和沉积磷酸盐富集稀土元素,其稀土配分曲线和同时期之古海水的一致.由于生物磷酸盐和沉积磷酸盐的稀土元素和Nd同位素特征不易受到成岩作用和后期变质作用的影响,因而它们不仅可以记录当时古海水的稀土元素和Nd同位素特征,而且常能保持它们至今;(3)在同一时期、同一海盆、相似环境的水体中生存的生物,其化石磷酸盐具有相同的εNd(T)值,表明在这些化石磷酸盐之间以及它们与古海水之间达到了初始Nd同位素的均一化,而化石磷酸盐之间却可能具有明显不同的Sm/Nd比值.以上研究结果说明了采用Sm-Nd等时线方法测定化石磷酸盐有可能成为准确获取地层沉积年龄的理想途径.本文部分作者近年来对此作了有益的探索和详尽的论述.在本次研究中使用的4个软舌螺样品有如下理由可以认为它们适合作Sm-Nd法同位素年龄的测定.从大量化石中经仔细挑选和严格鉴定的4个软舌螺样品都是新鲜的、未沾有杂质.经测定它们的εNd(T)值均在-7.1到-6.1之间,表明它们的初始Nd同位素达到了均一化,而它们的Sm/Nd比显示出有一定的差别.一些研究证实,化石中记录的和保存的Nd同位素特征是否与古海水的一致有两个重要判别标准.其一是检测化石中的Sr同位素比值是否与同时期海水的值相吻合.对4个软舌螺样品和2个胶磷矿样品的Sr同位素比值的测定结果列于表2.这些值都落在Burke等人和Shaw等所报道的前寒武纪—寒武纪交界时期古海洋的Sr同位素比值的范围之内.这表明这些样品很好地记录并保存了古海水的Sr同位素特征.由于在沉积和成岩阶段磷酸盐化石中的Sm-Nd体系比之Rb-Sr体系稳定得多,所以可以认为这些样品也很好地记录并保存了当初古海水的Nd同位素特征.其二是检测化石样品的稀土配分特征是否与当初古海水的相一致.经用等离子光谱法测定软舌螺样品,它们的稀土相对富集,曲线呈现凸形状,这些都和Wright等人所报道的寒武纪早期古海水的稀土元素特征相一致.以上讨论表明,本次研究所获得的两条等时线可以代表前寒武纪—寒武纪过渡期中谊村段的沉积年龄.五、sm-nd-pb-sr岩相云南晋宁梅树村剖面是国际前寒武系—寒武系界线层型的最佳候选剖面.界线附近的中谊村段富含磷质小壳化石,为采用化石Sm-Nd同位素方法测定寒武系底界年龄提供了良好的条件.与K-Ar海绿石方法以及Rb-Sr全岩和粘土矿物方法相比,化石Sm-Nd等时线方法的优