同位素地质年代学是地球科学、物理学、化学和技术科学相互交叉发展起来的一门新兴学科,是地球系统科学中一个年轻而充满活力的分支学科.它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成和地质事件发生的时代,以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律.本文对几种常用的精度比较高的同位素测年方法从理论、实验技术、应用范围、使用的注意事项等方面予以简要总结和介绍,期望为地质同行们提供有益的参考.所涉及的同位素测年方法主要有U-Pb法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法、Re-Os法、(U-Th)/He法等.①U-Pb法:是最早用来测定地质年龄的放射性方法之一,也是国内目前最重要的同位素测年方法.近10年来,近乎完美的锆石微区U-Pb年龄测定技术的引进对我国的地质科学研究起到了巨大的推动作用,并且其应用领域仍在进一步扩展中.②Ar-Ar法:已经成为同位素地质年代学研究最主要的方法之一.该方法具有以下特点:a.测量的时间域较宽,最老可到3800 Ma(月岩年龄),最年轻可测到千年级(意大利维苏威火山喷发年龄);b.测量对象广泛,原则上,所有的含钾矿物、岩石都可以用作Ar-Ar法同位素测年,甚至含有微量钾盐包裹体的非钾矿物如石英、闪锌矿等也有成功测定出Ar-Ar年龄的报道；c.独特的分步加热技术和内部组分的Ar同位素相关图处理技术不仅可以获得高精度的年龄,还可以揭示被测定对象所经历的多期地质演化信息；d.和激光技术配套可以直接在岩石光片上寻找待测矿物进行微区(几十微米一几百微米)Ar-Ar测年,从而能够获得变质岩P-T-t轨迹研究中最精确的时间信息；e.应用领域广泛,几乎所有的地质学分支学科中都有应用；f.是矿床年代学研究的最主要的技术手段；g.是同位素热年代学研究的支柱技术.Ar-Ar法测年也有其局限性:首先是分析技术复杂导致其成本高、分析周期长.其次中子参数测定的准确性直接影响样品年龄测定的准确性.核反冲效应会导致极细粒的粘土矿物Ar-Ar年龄结果偏高.对于古元古代和太古宙古老变质岩样品,由于可能存在K和Ar的自然扩散作用或后期变质、变形等多因素的扰动作用,用Ar-Ar法很难测出早期的变质事件年龄.③Rb-Sr法:是一个应用很广泛的方法,利用等时线技术可以测定侵入岩、火山岩、变质岩和某些沉积岩的同位素地质年龄.在用Rb-Sr同位素系统测定中酸性侵入岩和火山岩的年龄时,如果岩石迅速冷却,无论用全岩等时线法或矿物等时线法得到的年龄都可能是岩石的形成年龄.对于变质岩,矿物Rb-Sr等时线年龄一般代表岩石遭受最后一次强变质热事件Sr同位素均一化时间.对于沉积岩,可以利用Rb-Sr法测定成岩自生矿物年龄.对于金属矿床,可以用包裹体的Rb-Sr等时线确定矿床的形成时间.通过断层和韧性剪切带形成的矿物的Rb-Sr年龄测定,可以限定构造形成时间.Rb-Sr法最大缺点是,由于Rb的流动性,极易形成开放系统,从而得到不正确的年龄.此外,还经常受到假等时线的困扰.④Sm-Nd法:由于Sm-Nd体系的保存性能良好,抗蚀变和变质作用的能力较强,因此Sm-Nd法年龄能代表原岩生成的时间和反映成岩物质源区的特性.对于基性岩、超基性岩,对太古宙古老岩石,Sm-Nd等时线法是较好的测年方法.Sm-Nd模式年龄代表地壳岩石从CHUR地幔源中分异出来的时间,利用碎屑沉积岩的模式年龄可以鉴别沉积物的源区,判断岩石形成构造背景,了解其物源区存留地壳的平均年龄,揭示地壳形成和演化历史等.其缺点是由于Sm、Nd地球化学性质的类似,地质作用过程中难以发生相互分离,Sm、Nd在岩石中的比值变化范围就很小,给Sm-Nd等时线法测年带来了困扰,有时不能给出正确可信的年龄.⑤Re-Os法:是目前能够直接测定金属矿床矿化年龄的唯一成熟方法.但在实验技术和应用方面还存在不少问题:a.近年来发现有些金属矿床辉钼矿的Re-Os年龄高于其赋矿围岩的年龄,原因不明;b.黄铁矿等多数硫化物矿物含Re量很低,并含有一定程度的普通Os,对样品化学制备过程中低本底的要求很高,一般实验室难以达到,普通Os也难以准确扣除；c.后期的热液活动有时可以使Os同位素发生重置,因此,金属硫化物Re-Os同位素体系封闭温度及其影响因素是一个亟待解决的问题.⑥(U-Th)/He法:(U-Th)/He同位素系统的优势是其封闭温度是已有同位素体系中最低的,能够记录地质体经历较低温度范围的时代与温度信息.该方法在矿床年代学研究中也具有可观应用前景.其不足之处是因为封闭温度很低,在用于地质体定年时要特别关注冷却速率和再加热作用的影响.
同位素地質年代學是地毬科學、物理學、化學和技術科學相互交扠髮展起來的一門新興學科,是地毬繫統科學中一箇年輕而充滿活力的分支學科.它根據放射性同位素衰變規律確定地質體形成和地質事件髮生的時代,以研究地毬和行星物質的形成歷史和縯化規律.本文對幾種常用的精度比較高的同位素測年方法從理論、實驗技術、應用範圍、使用的註意事項等方麵予以簡要總結和介紹,期望為地質同行們提供有益的參攷.所涉及的同位素測年方法主要有U-Pb法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法、Re-Os法、(U-Th)/He法等.①U-Pb法:是最早用來測定地質年齡的放射性方法之一,也是國內目前最重要的同位素測年方法.近10年來,近乎完美的鋯石微區U-Pb年齡測定技術的引進對我國的地質科學研究起到瞭巨大的推動作用,併且其應用領域仍在進一步擴展中.②Ar-Ar法:已經成為同位素地質年代學研究最主要的方法之一.該方法具有以下特點:a.測量的時間域較寬,最老可到3800 Ma(月巖年齡),最年輕可測到韆年級(意大利維囌威火山噴髮年齡);b.測量對象廣汎,原則上,所有的含鉀礦物、巖石都可以用作Ar-Ar法同位素測年,甚至含有微量鉀鹽包裹體的非鉀礦物如石英、閃鋅礦等也有成功測定齣Ar-Ar年齡的報道；c.獨特的分步加熱技術和內部組分的Ar同位素相關圖處理技術不僅可以穫得高精度的年齡,還可以揭示被測定對象所經歷的多期地質縯化信息；d.和激光技術配套可以直接在巖石光片上尋找待測礦物進行微區(幾十微米一幾百微米)Ar-Ar測年,從而能夠穫得變質巖P-T-t軌跡研究中最精確的時間信息；e.應用領域廣汎,幾乎所有的地質學分支學科中都有應用；f.是礦床年代學研究的最主要的技術手段；g.是同位素熱年代學研究的支柱技術.Ar-Ar法測年也有其跼限性:首先是分析技術複雜導緻其成本高、分析週期長.其次中子參數測定的準確性直接影響樣品年齡測定的準確性.覈反遲效應會導緻極細粒的粘土礦物Ar-Ar年齡結果偏高.對于古元古代和太古宙古老變質巖樣品,由于可能存在K和Ar的自然擴散作用或後期變質、變形等多因素的擾動作用,用Ar-Ar法很難測齣早期的變質事件年齡.③Rb-Sr法:是一箇應用很廣汎的方法,利用等時線技術可以測定侵入巖、火山巖、變質巖和某些沉積巖的同位素地質年齡.在用Rb-Sr同位素繫統測定中痠性侵入巖和火山巖的年齡時,如果巖石迅速冷卻,無論用全巖等時線法或礦物等時線法得到的年齡都可能是巖石的形成年齡.對于變質巖,礦物Rb-Sr等時線年齡一般代錶巖石遭受最後一次彊變質熱事件Sr同位素均一化時間.對于沉積巖,可以利用Rb-Sr法測定成巖自生礦物年齡.對于金屬礦床,可以用包裹體的Rb-Sr等時線確定礦床的形成時間.通過斷層和韌性剪切帶形成的礦物的Rb-Sr年齡測定,可以限定構造形成時間.Rb-Sr法最大缺點是,由于Rb的流動性,極易形成開放繫統,從而得到不正確的年齡.此外,還經常受到假等時線的睏擾.④Sm-Nd法:由于Sm-Nd體繫的保存性能良好,抗蝕變和變質作用的能力較彊,因此Sm-Nd法年齡能代錶原巖生成的時間和反映成巖物質源區的特性.對于基性巖、超基性巖,對太古宙古老巖石,Sm-Nd等時線法是較好的測年方法.Sm-Nd模式年齡代錶地殼巖石從CHUR地幔源中分異齣來的時間,利用碎屑沉積巖的模式年齡可以鑒彆沉積物的源區,判斷巖石形成構造揹景,瞭解其物源區存留地殼的平均年齡,揭示地殼形成和縯化歷史等.其缺點是由于Sm、Nd地毬化學性質的類似,地質作用過程中難以髮生相互分離,Sm、Nd在巖石中的比值變化範圍就很小,給Sm-Nd等時線法測年帶來瞭睏擾,有時不能給齣正確可信的年齡.⑤Re-Os法:是目前能夠直接測定金屬礦床礦化年齡的唯一成熟方法.但在實驗技術和應用方麵還存在不少問題:a.近年來髮現有些金屬礦床輝鉬礦的Re-Os年齡高于其賦礦圍巖的年齡,原因不明;b.黃鐵礦等多數硫化物礦物含Re量很低,併含有一定程度的普通Os,對樣品化學製備過程中低本底的要求很高,一般實驗室難以達到,普通Os也難以準確釦除；c.後期的熱液活動有時可以使Os同位素髮生重置,因此,金屬硫化物Re-Os同位素體繫封閉溫度及其影響因素是一箇亟待解決的問題.⑥(U-Th)/He法:(U-Th)/He同位素繫統的優勢是其封閉溫度是已有同位素體繫中最低的,能夠記錄地質體經歷較低溫度範圍的時代與溫度信息.該方法在礦床年代學研究中也具有可觀應用前景.其不足之處是因為封閉溫度很低,在用于地質體定年時要特彆關註冷卻速率和再加熱作用的影響.
동위소지질년대학시지구과학、물이학、화학화기술과학상호교차발전기래적일문신흥학과,시지구계통과학중일개년경이충만활력적분지학과.타근거방사성동위소쇠변규률학정지질체형성화지질사건발생적시대,이연구지구화행성물질적형성역사화연화규률.본문대궤충상용적정도비교고적동위소측년방법종이론、실험기술、응용범위、사용적주의사항등방면여이간요총결화개소,기망위지질동행문제공유익적삼고.소섭급적동위소측년방법주요유U-Pb법、Ar-Ar법、Rb-Sr법、Sm-Nd법、Re-Os법、(U-Th)/He법등.①U-Pb법:시최조용래측정지질년령적방사성방법지일,야시국내목전최중요적동위소측년방법.근10년래,근호완미적고석미구U-Pb년령측정기술적인진대아국적지질과학연구기도료거대적추동작용,병차기응용영역잉재진일보확전중.②Ar-Ar법:이경성위동위소지질년대학연구최주요적방법지일.해방법구유이하특점:a.측량적시간역교관,최로가도3800 Ma(월암년령),최년경가측도천년급(의대리유소위화산분발년령);b.측량대상엄범,원칙상,소유적함갑광물、암석도가이용작Ar-Ar법동위소측년,심지함유미량갑염포과체적비갑광물여석영、섬자광등야유성공측정출Ar-Ar년령적보도；c.독특적분보가열기술화내부조분적Ar동위소상관도처리기술불부가이획득고정도적년령,환가이게시피측정대상소경력적다기지질연화신식；d.화격광기술배투가이직접재암석광편상심조대측광물진행미구(궤십미미일궤백미미)Ar-Ar측년,종이능구획득변질암P-T-t궤적연구중최정학적시간신식；e.응용영역엄범,궤호소유적지질학분지학과중도유응용；f.시광상년대학연구적최주요적기술수단；g.시동위소열년대학연구적지주기술.Ar-Ar법측년야유기국한성:수선시분석기술복잡도치기성본고、분석주기장.기차중자삼수측정적준학성직접영향양품년령측정적준학성.핵반충효응회도치겁세립적점토광물Ar-Ar년령결과편고.대우고원고대화태고주고로변질암양품,유우가능존재K화Ar적자연확산작용혹후기변질、변형등다인소적우동작용,용Ar-Ar법흔난측출조기적변질사건년령.③Rb-Sr법:시일개응용흔엄범적방법,이용등시선기술가이측정침입암、화산암、변질암화모사침적암적동위소지질년령.재용Rb-Sr동위소계통측정중산성침입암화화산암적년령시,여과암석신속냉각,무론용전암등시선법혹광물등시선법득도적년령도가능시암석적형성년령.대우변질암,광물Rb-Sr등시선년령일반대표암석조수최후일차강변질열사건Sr동위소균일화시간.대우침적암,가이이용Rb-Sr법측정성암자생광물년령.대우금속광상,가이용포과체적Rb-Sr등시선학정광상적형성시간.통과단층화인성전절대형성적광물적Rb-Sr년령측정,가이한정구조형성시간.Rb-Sr법최대결점시,유우Rb적류동성,겁역형성개방계통,종이득도불정학적년령.차외,환경상수도가등시선적곤우.④Sm-Nd법:유우Sm-Nd체계적보존성능량호,항식변화변질작용적능력교강,인차Sm-Nd법년령능대표원암생성적시간화반영성암물질원구적특성.대우기성암、초기성암,대태고주고로암석,Sm-Nd등시선법시교호적측년방법.Sm-Nd모식년령대표지각암석종CHUR지만원중분이출래적시간,이용쇄설침적암적모식년령가이감별침적물적원구,판단암석형성구조배경,료해기물원구존류지각적평균년령,게시지각형성화연화역사등.기결점시유우Sm、Nd지구화학성질적유사,지질작용과정중난이발생상호분리,Sm、Nd재암석중적비치변화범위취흔소,급Sm-Nd등시선법측년대래료곤우,유시불능급출정학가신적년령.⑤Re-Os법:시목전능구직접측정금속광상광화년령적유일성숙방법.단재실험기술화응용방면환존재불소문제:a.근년래발현유사금속광상휘목광적Re-Os년령고우기부광위암적년령,원인불명;b.황철광등다수류화물광물함Re량흔저,병함유일정정도적보통Os,대양품화학제비과정중저본저적요구흔고,일반실험실난이체도,보통Os야난이준학구제；c.후기적열액활동유시가이사Os동위소발생중치,인차,금속류화물Re-Os동위소체계봉폐온도급기영향인소시일개극대해결적문제.⑥(U-Th)/He법:(U-Th)/He동위소계통적우세시기봉폐온도시이유동위소체계중최저적,능구기록지질체경력교저온도범위적시대여온도신식.해방법재광상년대학연구중야구유가관응용전경.기불족지처시인위봉폐온도흔저,재용우지질체정년시요특별관주냉각속솔화재가열작용적영향.
