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1、错石地球化学特征及地质应用研究综述摘 要:介绍并对比了用于钻石等副矿物测试的离了探针、激光探针、电了探针、质了探针等几种微区原位 测试技术各自的特点。钻石U-Pb定年实现了对同一皓石颗粒内部不同成因的钻石域进行原位年龄的分析, 给出了有关寄主岩石的源岩、地质演化历史等重要信息，为地质过程的精细年龄框架的建立提供了有效的途 径。钻石微量元素、同位素特征是译解岩石来源和成因的指示器。钻石Hf同位素已成功地用于地球早期 历史、岩浆来源、壳幔相互作用、区域大陆地壳增长的研究等;错石氧同位素组成能有效地约束壳幔相互作 用和示踪岩浆来源等。关键伺:钻石;年代学;地球化学特征;地质应用随着能够显不矿物内部复
2、杂化学分区的成像技术和高分辨率的微区原位测试技术的发展和广泛应用，研究 颗粒钻石等副矿物微区的化学成分、年龄、同位素组成及其地质应用等己成为国际地质学界研究的热点 1 。钻石U2Pb法是目前应用最广泛的同位素地质年代学方法，钻石的化学成分、Hf和。同位素组成广泛 应用于岩石成因、壳幔相互作用、区域地壳演化的研究等，对地球上古老钻石的化学成分和同位素的研究是 追朔地球早期历史的有效工具。笔者着重综述错石的化学成分、同位素组成特征及其在地质学中的应用。1微区原位测试技术钻石等副矿物在地质学中的广泛应用与近年来原位分析测试技术的快速发展密不可分。代写论文目前已广 泛应用的微区原位测试技术主要有高了探
3、针、激光探针和电子探针等。1. 1离子探针离子探针（sensitive high resolution ion micro-probe，简称SHRIMP）可用于矿物稀土元素、同位素的微区原位 测试。在目前所有的微区原位测试技术中,SHRIMP的灵敏度、空间分辨率最高（对U、Th含量较高的错石 测年，束斑直径可达到叩m），且对样品破坏小（束斑直径1050|im，剥蚀深度5gm） 2-3 ，是最先进、精确 度最高的微区原位测年方法。其不足之处是仪器成本高，测试费用昂贵，测试时间较长（每测点约需20 min） o 2000年,Cameca NanoSIMS 50二次高了质谱开始用于对颗粒大小为12p
4、m的副矿物进行UTh.Pb年代学 研究。代写毕业论文NanoSIMS对粒度极细小的副矿物进行定年要以降低精度为代价，且用于U-Th-Pb定年 还没有进行试验，还未完全估算出其准确度和分析精度,有可能在西澳大利亚大学获得初步的成功2 ,4 o 1.2激光探针激光剥蚀微探针2感应耦合等离了体质谱仪（la-ser ablation micro2probe2inductively coupled plas-ma mass spect romet ry，简称 LAM2ICPMS），即激光探针 技术可实现对固体样品微区点常量元素、微量元素和同位素成分的原位测定5。近年研制成功的多接收 等离了质谱(MC-T
5、CPMS)可同时测定同位素比值,该仪器现今已经成为Hf同位素测定的常规仪器6 。近年 来激光探针技术在原位测定含U和含Th副矿物的U-Pb、Pb.Pb年龄或Th-Pb年龄方面进展极快，在一定的 条件下可获得与SHRIMP技术相媲美的准确度和精确度，且经济、快速(每个测点费时v 4 min，可以直接在 电子探针片内进行分析5 ,7-8 );但与SHRIMP相比，激光探针要求样品数量较大,对样品破坏大(分析束斑 大小一般为3060pm，剥蚀深度为1020pm)，其空间分辨率和分析精度一般低于SIMS、SHRIMP 1 ,9210 o1.3电子探针、质了探针、X射线荧光探针电子探针(elect ro
6、n probe X-ray microanalysis ,简称 EPMA )、质子探针(proton induced X-ray emission micro-p robe，简称 PIXE)和 X 射线荧光探针(X-ray fluorescence p robe ,简称 XRF)均属微区化学测年技术。其优点是可以直接在岩石探针片上进行测定，不破坏样品，保留了岩石的原始 结构,样品制备方便，便于实现原地原位分析，与同位素定年相比，价格低廉，分析快速;其缺点是不能估计平行 的U-Pb衰变体系的谐和性1,11,且由于化学定年不需进行普通铅的校正,容易导致过高估计年轻独居石、 错石等矿物的年龄12 o
7、电了探针测定钻石的ThU-全Pb化学等时线年龄方法(chemical Th2U2total Pb isochron meth-od，简称 CHIME)的优点是空间分辨率高达I5m,可进行年龄填图5,8,可进行错石和独居石、磷钉矿、斜钻石 等富U或富Th副矿物年龄的测定11 ,13215 ;缺点是因对Pb的检出限较低而导致测年精度偏低，不能用于 年龄小于100 Ma的独居石等矿物的定年。质子探针是继电子探针之后发展起来的、一种新的微束分析技术，能有效地进行微区微量元素、痕量元素的 分析，近年来用于测定独居石的U-Th-Pb年龄,其分析原理与电子探针相似。对EPMA无能为力的、小于 100 Ma的
8、独居石年龄的测定,PIXE具有明显的优势5,8 o此外，近年逐步改进的X射线荧光探针在测定年轻独居石年龄方面具有较大的优势。在分析束斑为40 60顷、使用单频X射线的条件下,Pb的检出限可达10x10-6,对于年龄为数十百万年甚至是15 Ma的年轻 独居石，可获得与ICP-MS同位素定年相近的结果,XRF化学定年的精度和分辨率大大高于EMPA，但在相同 空间分辨率的情况下,XRF化学年龄与同位素年龄测定的比较有待进一步研究。其另一优势是仪器成木较 低，装置简单，易于组建和操作。但由于XRF的空间分辨率较低,因此不适于分析内部具有不均一年龄分区 的、粒度小的独居石12,16 o尽管微区原位测试技
9、术给出了重要的、空间上可分辨的年龄信息,但在精确度、准确度方面仍无法与传统的 同位素稀释热电质谱技术(ID-TIMS)相比。代写硕士论文在副矿物不存在继承性(如对幔源岩石、陨石等 中的钻石进行定年)的情况下,ID.TIMS仍得到广泛使用。2 错石U-Th-Pb同位素年代学2. 1钻石U-Th-Pb同位素体系特征及定年进展由于钻石具有物理、化学性质稳定,普通铅含量低，富含U、Th w (U)、w ( Th)可高达1 %以上，离了扩散 速率很低17 ，封闭温度高等特点，因此错石已成为U-Pb法定年的最理想对象1 。虽然错石通常能较好地保持同位素体系的封闭，但在某些变质作用或无明显地质作用过程中亦可
10、能丢失放 射性成因铅，使得其t (206 Pb/ 238 U)和t (207 Pb/ 235 U)两组年龄不一致。造成钻石中铅丢失的一个最主要 原因是钻石的蜕晶化作用;此外，部分重结晶作用也是导致钻石年龄不一致的乂一原因18-19 o错石内部经常出现复杂的分区，每一区域可能都记录了钻石所经历的结晶、变质、热液蚀变等复杂的历史过 程20.21 o因此,在微区分析前，详细研究钻石的形貌和内部结构对解释钻石的U2Pb年龄、微区化学成分 和同位素组成的成因至关重要。只有对同一样品直接进行结构和年龄的同步研究，才能得到有地质意义的年 龄。利用HF酸蚀刻图像、阴极发光图像(cat hodo lumines
11、cence Jej称CL)和背散射电子图像(back2scat tcrcd elect ron image ,简称BSE)技术可观察钻石内部夏杂的结构20 。近年来，错石年代学研究实现了对同一错石颗粒内部不同成因的错石域进行微区原位年龄分析，提供了矿物 内部不同区域的形成时间，使人们能够获得一致的、清楚的、容易解释的地质年龄，目前己经能够对那些记 录在钻石内部的岩浆结品作用、变质作用、热液交代和退变质作用等多期地质事件进行年龄测定，从而建立 起地质过程的精细年龄框架。例如，变质岩中钻石的结构通常非常夏杂，对具有发杂结构错石的定年可以得到错石不同结构区域的多组年 龄,这些年龄可能分别对应于钻石寄
12、主岩石的原岩时代、变质事件时间(一期或多期)及源区残留错石的年龄 等。对这些样品中错石的多组年龄如何进行合理的地质解释，是目前钻石UPb年代学研究的重点和难点 21 ,而明确不同成因域的错石与特定p-T条件下生长的、不同世代矿物组合的产状关系是合理解释的关 键。吴元保等21 的研究表明，钻石的显微结构、微量元素特征和矿物包裹体成分等可以对钻石的形成环 境进行限定，从而为钻石U-Pb年龄的合理解释提供有效的制约。目前对变质岩中钻石、独居石等矿物定年 的主要方法是先从岩石中分选出测年用的单矿物，然后用环氧树脂固定并抛光制成靶,再进行微形貌观察和 年龄的原位测定。但这样往往破坏了待测矿物与特定地质事
13、件的原始结构关系。为此，陈能松等8 提出了 原地原位测年的工作思路，即利用各种微区原位测试技术直接测定岩石薄片中与特定温压条件下生长的不 同枇代矿物组合、产状关系明确的错石和独居石等富U-Th-Pb的副矿物在不同成因域的年龄,从而将精确的 年龄结果与特定的变质事件或变质反应联系起来。2. 2钻石微区定年的示踪作用火成岩中耐熔的继承钻石可以保持U-Pb同位素体系和稀土元素(REE)的封闭，从而包含了关于深部地壳和 花岗岩源区的重要信息22-23 ，可用于花岗岩物源和基底组成的示踪。代写职称论文笔者在研究江西九岭 花岗岩中的错石时，发现部分错石边部发育典型的岩浆成因的环带，其中心具有熔融残余核(图
14、l)o SHRIMP分析表明，这2部分的年龄组.成有明显的差别,环带部分的年龄约为830 Ma ,而核部的年龄集中在1 400-1 900 Ma，核部年龄可能代表花岗岩源岩的错石组成年龄。dele Rosa等23 通过研究葡萄牙境内欧洲Variscan造山带缝合线两侧的花岗闪长岩、星云岩中继承钻石的 稀土元素和U2Pb同位素特征,发现这2组错石无论是在年龄谱上还是在REE组成上，均存在明显差异，说明 它们来源不同，即这2个地区深部地壳的物质组成(基底)不同。近年来，随着LA-ICP-MS技术的发展，沉积岩中碎屑钻石的年龄谱分析广泛应用于沉积岩源区物质成分组成 和地壳演化的研究24.27 o通过
15、对比盆地沉积物中错石的U.Pb年龄谱和盆地毗邻山脉出露岩体的年龄， 可以了解某一沉积时期沉积物源区的多样性及盆地不同时期物源性质的变化特征。该方法同时还可估算地 层的最大沉积年龄。3 错石化学成分特征及其在岩石成因中的应用通常，在组成钻石的总氧化物中,w ( ZrO2 )占67. 2 %、w ( SiO2 )占32. 8%,w( HtO2 )占0. 5 %2.0%,P、Th、U、Y、REE常以微量组分的形式出现。由于Y、Th、U、Nb、Ta等离子半径大、价态 高，代写留学生论文使得它们不能包含在许多硅酸盐造岩矿物中，趋向于在残余熔体中富集，而错石的晶体结 构可广泛容纳不同比例的稀土元素，因此错
16、石成为岩石中U、Th、Hf、REE的主要寄主矿物1,28231 。 稀土元素和一些微量元素是限定源岩性质和形成过程最重要的指示剂之一，钻石中的离了扩散慢，因此错石 中的稀土元素分析结果可为它们的形成过程提供重要的地球化学信息。3. 1 错石中的 w ( Th)、w (U)及 w ( Th) / w (U)比值大量的研究21 ,28 表明,不同成因的错石有不同的w ( Th)、w (U)及w(Th)/w (U)比值:岩浆错石的 w ( Th)、w (U)较高,w ( Th) / w (U)比值较大(一般大于014);变质错石的w ( Th)、w (U)低,w (Th) /w (U)比值小(一般小于011)o但也有例外情况，有些岩浆错石就具有较低的 w(Th)/w(U)比值(可以小于0. 1),部分碳酸岩样品中
