GSAB(2024):A. D. Rooney—铼(187Re)-锇(187Os)地质年代计在地壳物质中的综合应用

文摘   2024-08-31 10:06   福建  

铼-锇地质年代计即铼-锇同位素定年法,是地质学领域一种重要的定年技术,主要用于测定地质年龄。这种方法利用放射性同位素187Re衰变成187Os的过程来测定地质体或矿物的形成时间。

 铼-锇同位素定年法基于放射性同位素衰变的原理。具体来说,放射性同位素铼-187(^187Re)通过β-衰变逐渐转变为稳定同位素锇-187(^187Os),这一衰变过程具有稳定的半衰期(约4.11×10^10年),因此可以用来测定地质时间尺度上的年龄。领域铼-锇同位素定年法在地质学、矿床学等领域具有广泛应用。特别是对于含铼矿物(如辉钼矿)的定年,这种方法能够提供高精度的年龄数据,有助于揭示矿床的形成时代和地质演化过程。铼-锇同位素定年法具有高精度:铼-锇同位素定年法具有较高的精度,能够测定出较为准确的地质年龄。广泛应用于多种含铼矿物的定年,特别是在矿床学领域具有重要应用价值。但是对样品选择具有局限性,需要选择适当的矿物和岩石样品进行测定。同时分析时也具有一定的技术难度,需要较为复杂的实验技术和设备支持,操作难度较大。

以下内容主要来自:铼(187Re)-锇(187Os)地质年代计在地壳物质中的应用- 系统学、方法学、数据报告和解释

主体内容

铼-锇(187Re-187Os)系统是一种用途广泛的精密计时器,经常应用于各种地质和地外材料。除了提供地质或宇宙年代学信息外,Re-Os 系统还可用作一系列时间尺度(千年到千兆年)和空间尺度(下地幔到冰冻圈)的过程追踪器。现在,越来越多的硫化物矿物可以进行常规的年代测定,这进一步扩大了该系统完善矿产勘探模型的能力,因为社会正朝着具有相关技术需求的新型绿色经济发展。适用于Re-Os地质年代学的天然材料范围不断扩大,这给数据解释以及由此将测得的同位素比值转换为适当的年代背景带来了更多的复杂性。在此,我们将概述应用于沉积岩、硫化物和其他地壳材料的187Re-187Os 系统,并重点介绍即将出现的进一步创新。

此外,还概述了提高天文台精密度所需的下一步措施和最佳实践,并建立了一定范围的数据还原程序,如衰变常数、回归技术和使用的软件包。这些最佳做法将扩大已发布结果和重要元数据的实用性和可行性,以确保这些数据符合不断发展的可查找、可访问、可互操作和可重复使用(FAIR)标准。
主体结论

在过去的三十年里,地壳187Re-187Os地质年代计已经从一种利基技术发展成为一种成熟的计时器,通常用于对一系列地球材料和超过3 Gyr的地球历史提供急需的年龄限制。世界各地越来越多的实验室正在建立Re-Os地质年代学设施,从而有助于加深我们对系统学的理解,并解决更广泛的地质问题。

沉积岩领域未来的研究领域包括但不限于:(1)将显生宙Os同位素记录扩展到接近Sr的水平;(2)从机理上了解Re和Os在有机物中的位置,并从那里分离出这些化合物进行分析,而不分离Re和/或Os;(3)更深入地理解沉积Re-Os系统扰动的机制。未来降低沉积岩Re-Os年龄总体不确定性的努力可能涉及一种方法,即使用来自一个层序的多个年龄约束来为该特定层序开发贝叶斯年龄深度模型,从而提高年代地层分辨率。

Re-Os系统在地球(和外星)物质(如石墨地质年代学)中创新应用进一步扩大了该系统可以解决的问题范围。除了辉钼矿,现在还使用该系统对各种硫化物进行测年,以提供对成功勘探计划至关重要的时间和来源信息。我们希望强调硫化物中Re的LA-ICP-MS绘图的重要性,作为有效表征此类矿物并提高获得精确和准确年龄的可能性的一种手段。总的来说,我们的目标是向更广泛的地球科学界通报最新进展,特别是在最佳采样和化学程序、数据处理和Re-Os系统解释方面,重点是地壳系统。全社会范围内的衰变常数改进和示踪剂溶液校准方法对于提高精度、促进与地球年龄技术(如U-Pb和Ar-Ar)的更好集成以及扩大Re-Os专家和更广泛的地球科学家社区之间的联系至关重要。

Re-Os 工作流程示意图,显示完成 Re-Os 地球年代学分析所需的估计步骤和时间,以及与每个 阶段相关的选定元数据和注意事项。每个步骤的持续时间是估计值,根据样本的数量和性质以及质谱仪的可及性而有所不同。ID-N-TIMS--同位素稀释-负热电离质谱法。

可用于 Re-Os 地球同步学的回归技术的直观对比。数据来自侏罗纪(late Sinemurian–early Pliensbachian)Gordondale Member页岩。(A)使用 Isoplot进行传统等时回归。(B)使用进行数据回归。(C) 蒙特卡罗回归模拟。(D) Monte Carlo方法定义的不确定性可视化。MSWD-加权偏差的均方差。C 括号中的数值包括所有模型的不确定性。

假设(A、C、E)和实际(B、D、F)等时线示例,涉及平衡、不平衡和重置数据集。(A和B) 自形成(t = 0)起就保持同位素封闭的具有统一Osi比值的同源样本,在t > 0时定义了一个斜率(eλt - 1)。(C和D) 经历了部分同位素扰动(187Re或187Os的损失或增益)和/或包含异质初始187Os/188Os的同源到非同源样本。(E和F)在t1时最初定义了一个线性阵列,但在t2时经历了同位素再平衡和再结晶的同源样品。更多细节:(B) 侏罗纪年龄页岩的子样本,Re 和 Os 来自 187Os/188Os 比值一致的水体。这些数据符合第 6.3 节中的假设 1-3。(D) 爱尔兰锌铅矿床中的黄铁矿子样,这些矿床是由几代具有异质 Re 和 Os 同位素组成的硫化物成矿流体形成。这些数据不符合第 6.3 节中的假设 1-3。(F) 富含有机质的前生沉积岩经俯冲变质作用形成的侏罗纪时代的石墨和黄铁矿子样本。这些数据符合第 6.3 节中的假设 1-3。MSWD-加权偏差的均方差。

三个地层的假定 Osi 剖面示意图,在每个剖面中使用等时线测试封闭系统行为。对于每个 “地层”,都采集了两组样本:一组是垂直的 Osi 剖面样本,另一组是在每个剖面中红色箭头高度处的水平样本。

海洋 Os 同位素系统示意图。资料来源见表 1 和表 4。T-温度。

矿床环境示意图,以及适用于Re-Os地质年代学和/或金属源追踪的典型硫化物。在岩浆环境中,硫化物被解释为Re和Os的主要载体。然而,粒度阻碍了将单相矿物分离物的工作流程用于Re-Os地质年代学。Asp—毒砂;Au—金;Bn—斑铜矿;Car—carrollite;Carb. repl.-碳酸盐置换;Cc—辉铜矿;Cob—钴矿;Cpy—黄铜矿;Ena—烯砷酸盐;IOCG—氧化铁铜金;哈哈—洛林吉特;钼—辉钼矿;Mrc—马氏体;Nk—镍线;Pn—镍黄铁矿;Po—磁黄铁矿;Py—黄铁矿;Ram—夯土;Saf—斜方砷钴矿;Sed. envir.-沉积环境;Sed.-hosted—沉积物母岩;Skut—贼鸥岩;VHMS—火山岩型块状硫化物。

Re-Os计时器分为成熟、不成熟或失败,并显示在五边形图中,五个节点中的每一个对应于:(1)稳健年龄—使用Re-Os地质年代计对材料(如辉钼矿)公布的年龄的大致数量;(2) 原位测年—用于原位测年的系统;(3) 居住地—目标内已知的Re和Os的位置(例如,页岩中的有机物);(4) 参考材料—Re-Os地质年代学的参考材料;(5) 闭合温度—低于此温度,Re-Os系统保持闭合,不损失或添加母体或子同位素(例如,黄铁矿为~600°C)。

硫化物工作流程分为三个主要阶段:矿物分离、空间成像和化学分离和分析。ID—同位素稀释;BSE—背散射电子;LA-ICPMS—激光烧蚀—电感耦合等离子体质谱;ID-N-TIMS—同位素稀释-负热电离质谱。
主要参考文献
Schaen, A.J., et al., 2021, Interpreting and reporting 40Ar/39Ar geochronologic data: Geological Society of America Bulletin , v. 133, p. 461–487, https://doi.org /10.1130/B35560.1.
Toma, J., Creaser, R.A., and Pană, D.I., 2020, High-precision Re-Os dating of Lower Jurassic shale packages from the Western Canadian Sedimentary Basin: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology , v. 560, https://doi.org/10.1016/ j.palaeo.2020.110010.
Ludwig, K.R., 2003, User's manual for Isoplot 3.00: A geochronological toolkit for Microsoft Excel: Berkeley Geochronology Center Special Publication 4 , p. 25–32.
Ludwig, K., 2008, Isoplot version 4.15: A geochronological toolkit for Microsoft Excel: Berkeley Geochronology Center Special Publication 4 , p. 247–270.
Vermeesch, P., 2018, IsoplotR: A free and open toolbox for geochronology: Geoscience Frontiers , v. 9, p. 1479–1493, https://doi.org/10.1016/j.gsf.2018.04.001.
Li, Y., Zhang, S., Hobbs, R., Caiado, C., Sproson, A.D., Selby, D., and Rooney, A.D., 2019, Monte Carlo sampling for error propagation in linear regression and applications in isochron geochronology: Science Bulletin , v. 64, p. 189–197, https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.12.019.
Hnatyshin, D., Creaser, R.A., Meffre, S., Stern, R.A., Wilkinson, J.J., and Turner, E.C., 2020, Understanding the microscale spatial distribution and mineralogical residency of Re in pyrite: Examples from carbonate-hosted Zn-Pb ores and implications for pyrite Re-Os geochronology: Chemical Geology , v. 533, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.119427.
Meisel, T., Walker, R.J., Irving, A.J., and Lorand, J.-P., 2001, Osmium isotopic compositions of mantle xenoliths: A global perspective: Geochimica et Cosmochimica Acta , v. 65, p. 1311–1323, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(00)00566-4.
Peucker-Ehrenbrink, B., and Ravizza, G., 2000, The marine osmium isotope record: Terra Nova , v. 12, p. 205–219, https://doi.org/10.1046/j.1365-3121.2000. 00295.x.
Stein, H.J., and Hannah, J.L., 2015, Rhenium–osmium geochronology: Sulfides, shales, oils, and mantle, inRink, W.J., and Thompson, J.W., eds., Encyclopedia of Scientific Dating Methods : Springer, Encyclopedia of Earth Sciences Series, https://doi.org/10.1007/978-94-007-6304-3_36.
Markey, R., Stein, H.J., Hannah, J.L., Zimmerman, A., Selby, D., and Creaser, R.A., 2007, Standardizing Re–Os geochronology: A new molybdenite reference material (Henderson, USA) and the stoichiometry of Os salts: Chemical Geology , v. 244, p. 74–87, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2007.06.002.

Alan D. Rooney; Danny Hnatyshin; Jonathan Toma; Nicolas J. Saintilan; Alexie E.G. Millikin; David Selby; Robert A. Creaser.Application of the 187Re-187Os geochronometer to crustal materials: Systematics, methodology, data reporting, and interpretation .GSA Bulletin (2024) 136 (9-10): 4091–4129. https://doi.org/ 10.1130/B37294.1

加入学术交流和投稿群,与大家一起交流和探讨,加群不能发广告。
备注“姓名+单位+GS
扫码加微信,进入地球科学与地质活动交流群。

未经申请同意,禁止转载,转载请注明来源!

地球资源与地质活动
介绍和宣传地质资源、地球活动和行星研究,以及与地球科学密切相关的人类活动、环境与自然等发展和演化历程。
 最新文章