對(duì)金伯利巖測年方法和測年樣品的探討

呂青，葛躍進(jìn)

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006)

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對(duì)金伯利巖測年方法和測年樣品的探討

呂青，葛躍進(jìn)

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006)

金伯利巖是化學(xué)成分、礦物組成和結(jié)構(gòu)多變的混雜巖，極易發(fā)生蝕變。因此，采用單一的年齡測定方法很難確定金伯利巖的侵位年齡，數(shù)據(jù)結(jié)果差別很大。該文以山東蒙陰地區(qū)金伯利巖應(yīng)用的測年方法為例，對(duì)比分析了K-Ar法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法、U-Pb法的年齡數(shù)據(jù)，探討了不同測年方法及其選取的巖石、礦物樣品的適用性。認(rèn)為在符合地層對(duì)金伯利巖侵位時(shí)間約束的前提下，采用多種同位素測年方法相互印證，深入研究礦物、巖石及巖漿成因是必不可少的。

金伯利巖；形成時(shí)代；年齡測定方法

金伯利巖石中具有一定數(shù)量的圍巖碎塊和深源捕擄體。由于金伯利巖往往賦存在斷裂構(gòu)造和密集節(jié)理帶中，使巖石極易發(fā)生速蝕變作用，導(dǎo)致礦物的沉淀。前人采用多種同位素測年方法，但所得山東蒙陰地區(qū)金伯利巖侵位年齡的數(shù)據(jù)結(jié)果往往差別很大。同位素地質(zhì)年齡數(shù)據(jù)的可靠性，既取決于測試技術(shù)的準(zhǔn)確度，也取決于被測樣品是否具有代表性。因此，選擇適合的測年方法，選擇有代表性的巖石礦物樣品尤為重要。該文以山東蒙陰地區(qū)金伯利巖測年數(shù)據(jù)為例，以該區(qū)地質(zhì)特征為基礎(chǔ)，分析總結(jié)了同位素測年方法和被測樣品對(duì)金伯利巖侵位年齡的適用性。

1 山東蒙陰金伯利巖地質(zhì)背景

山東蒙陰金伯利巖帶位于魯西地區(qū)的中部，在NW向的蒙山、新泰-垛莊、銅冶店-蔡莊等斷裂與NNE向的上五井?dāng)嗔呀粫?huì)處東側(cè)的斷塊隆起區(qū)。巖帶分布區(qū)斷續(xù)長達(dá)55km，由南向北分成常馬莊、西峪和坡里3個(gè)巖帶，金伯利巖絕大多數(shù)侵入到太古界泰山巖群花崗片麻巖中，少數(shù)侵入到古生代石灰?guī)r中(圖1)[1-2]。

圖1 山東蒙陰金伯利巖區(qū)地質(zhì)簡圖

山東蒙陰地區(qū)金伯利巖的最高侵入地層層位為奧陶紀(jì)馬家溝群五陽山組灰?guī)r中。勝利Ⅰ號(hào)和紅旗6號(hào)、22號(hào)等巖管中，常見寒武-奧陶系泥質(zhì)條帶灰?guī)r、鮞?；?guī)r、泥晶灰?guī)r或鈣質(zhì)頁巖、紅色泥質(zhì)巖等角礫，表明侵位時(shí)該套奧陶紀(jì)地層已經(jīng)成巖，并且其侵位應(yīng)為該套地層沉積成巖之后。根據(jù)國際地科聯(lián)對(duì)于地層年代的劃分，五陽山組的沉積年齡為467.3Ma的達(dá)瑞威爾階，因此該區(qū)金伯利巖的侵位年齡為467Ma之后。

2 金伯利巖測年方法與樣品的選擇

2.1 K-Ar法/Ar-Ar法

2.1.1 K-Ar法

K-Ar法主要采用金伯利全巖和金云母礦物。1988年山東地礦局第七地質(zhì)隊(duì)開展蒙陰金伯利巖同位素測年研究，采用全巖K-Ar法同位素測年的結(jié)果相差很大(表1)。在同一巖體也相差數(shù)倍，據(jù)地質(zhì)觀察紅旗1號(hào)巖脈，斑狀鎂鋁榴石金伯利巖呈中心相，細(xì)粒金云母金伯利巖呈邊緣相產(chǎn)出，即使同一巖體存在中心相和邊緣相成巖時(shí)間差異，但是絕對(duì)時(shí)間相差1000Ma也是不符合實(shí)際的。金伯利巖具有多元混合特征，所以全巖K-Ar法測年結(jié)果往往帶有混合特點(diǎn)，具一定的不確定性*山東省地礦局第七地質(zhì)隊(duì),朱源、毛志海，山東金伯利巖同位素地質(zhì)學(xué)研究，1989年。。

表1 蒙陰地區(qū)金伯利巖K-Ar法同位素年齡

金云母礦物測試結(jié)果偏大的原因，可能是來自地幔的異常大年齡的云母捕虜晶的影響。金伯利巖中的云母包括地幔巖解體和巖漿結(jié)晶兩種成因類型，后者以巨晶(或較粗的斑晶)和基質(zhì)形式出現(xiàn)。

2.1.2 Ar-Ar法

Ar-Ar法克服了K-Ar法過剩Ar常會(huì)使年齡偏老或偏新的問題。張宏福[3]等利用蒙陰金伯利巖巖區(qū)勝利Ⅰ號(hào)巖管中的金云母巨晶，Ar-Ar法同位素測年分析結(jié)果得出了(466.3±0.3)Ma的坪年齡和(464.9±2.7)Ma的39Ar-40Ar等時(shí)線年齡。

2.2 Rb-Sr法

選擇Rb-Sr法測定對(duì)象時(shí)往往尋找含K的礦物，因此一般適用K-Ar，Ar-Ar法測定的對(duì)象也適用于Rb-Sr年齡測定。從收集到的蒙陰地區(qū)金伯利巖Rb-Sr測年樣品采用全巖、金云母，其中獲得1個(gè)全巖測年數(shù)據(jù)在1.5億年，7個(gè)金云母測年數(shù)據(jù)結(jié)果在4.94億～4.74億年之間[4]，大于金伯利巖侵位的地層沉積年齡。1997年王瑛等[5]將基質(zhì)金云母、蛇紋石、石榴子石作為樣品測試，測得全巖年齡值(616±32)Ma，全巖+金云母巨晶Rb-Sr等時(shí)線年齡為(573±16)Ma，全巖+基質(zhì)金云母Rb-Sr等時(shí)線年齡為(560±10)Ma，石榴子石年齡值為(651±24)Ma，蛇紋石年齡值為(605±30)Ma，得出侵位年代為(560±10)Ma。

金伯利巖全巖等時(shí)線年齡值因巖石礦物來源具混雜性而使其結(jié)果常具不確定性[6]。石榴子石、蛇紋石礦物的多成因性使測得年齡值有混合特點(diǎn)。云母的Rb-Sr法測年相對(duì)簡單可靠，但金伯利巖中蝕變?cè)颇富蛭廴疚锏拇嬖诳赡苁且粋€(gè)復(fù)雜因素，使測年結(jié)果與地質(zhì)實(shí)際情況不符。多數(shù)人認(rèn)為金伯利巖巨晶金云母可代表金伯利巖巖漿侵位活動(dòng)期，而Allsopp和Roddick[7-8]以及王瑛等開展研究后認(rèn)為，基質(zhì)金云母的巖漿成因較巨晶金云母更易得到證實(shí)，從礦物成因上看，基質(zhì)金云母年齡更適合代表金伯利巖巖漿侵位時(shí)代。金伯利巖中的石榴子石、蛇紋石物質(zhì)來源中因含有古老地幔的捕虜晶，測年結(jié)果往往偏老。

2.3 Sm-Nd法

Sm-Nd法金伯利巖測年采用過金伯利全巖、磷灰石和石榴子石礦物，測定結(jié)果及模式年齡值見表2。

表2 蒙陰地區(qū)Sm-Nd法模式年齡測定結(jié)果

測試單位及時(shí)間：地礦部宜昌地研所，1988年。

金伯利巖全巖模式年齡值范圍從702～375Ma，金伯利巖的多來源使其測年結(jié)果差別較大。

磷灰石是金伯利巖基質(zhì)中常見的礦物，磷灰石Sm-Nd法測年得出模式年齡值范圍2759～2091Ma，這個(gè)年齡值蒙陰地區(qū)太古宙花崗巖質(zhì)巖石的年齡(2457.3±47)Ma相近。

金伯利巖中的石榴子石依成因可分為捕虜晶和斑晶，兩種成因類型的石榴子石分別代表了金伯利巖巖漿結(jié)晶前和結(jié)晶過程中的產(chǎn)物，但從收集的資料來看，目前不能區(qū)分出兩種不同來源的石榴子石。石榴子石Sm-Nd法年齡值為1283～461Ma，數(shù)據(jù)值差別很大，而且測年數(shù)據(jù)一般都偏老。說明樣品帶有混雜的特點(diǎn)，有捕虜成因的石榴子石存在[8]。

2.4 U-Pb法

U-Pb法金伯利巖測年采用過金伯利巖中的鋯石、斜鋯石和鈣鈦礦。

鋯石U-Pb法測年的結(jié)果均較高，鋯石206/238組表面年齡45.2～1328.3Ma，207/235組表面年齡1452.8～1902.2Ma，同位素年齡結(jié)果均較高。尹作為[9]選擇勝利Ⅰ號(hào)巖管中的10顆鋯石進(jìn)行SHRIMP年齡測試，測年結(jié)果為(2589±8.7)Ma；采用勝利Ⅰ號(hào)金伯利巖中的33顆鋯石(淡紫色，細(xì)小的自形錐狀晶體，環(huán)帶發(fā)育)LAMICPMS測得年齡值(2596±11)Ma。鋯石年齡值與蒙陰地區(qū)老變質(zhì)巖相近(表3)[9-10]。

表3 山東蒙陰地區(qū)U-Pb法年齡測定結(jié)果

李秋立等[11-13]采用鈣鈦礦、斜鋯石進(jìn)行二次離子質(zhì)譜分析(SIMS)獲得數(shù)據(jù)年齡為478.9～480.6Ma。1988年J.W.Bristow用采自勝利Ⅰ號(hào)巖管鈣鈦礦做U-Pb法高靈敏度離子探針分析(SHRIMP)測定的年齡值為(457±7)Ma。鈣鈦礦是基質(zhì)中細(xì)小的礦物，是金伯利巖巖漿早期結(jié)晶的礦物。

2.5 被測樣品的適用性

金伯利巖侵位年齡研究中，測年樣品的選擇十分重要。

(1)金伯利巖是多源混雜巖(包括捕虜晶、斑晶、基質(zhì)礦物和蝕變礦物)，其全巖測年結(jié)果是多源礦物年齡的平均值，帶有混合特點(diǎn)，不宜代表金伯利巖的侵位年齡。

(2)采用金伯利巖中的鋯石測定年齡結(jié)果多在十幾億年到二十幾億年，鋯石可能來源于捕虜晶，不宜代表金伯利巖的侵位年齡。

(3)金伯利巖中的石榴子石、蛇紋石、磷灰石等礦物具有多成因的特點(diǎn)，目前不能區(qū)分出金伯利巖中的不同成因的同種礦物，測年結(jié)果存在不確定性。

(4)金伯利巖中的金云母測年與金伯利巖的侵位的地質(zhì)事實(shí)基本相符，但樣品質(zhì)量要求較高，選擇巨晶金云母的同時(shí)，需區(qū)分出巖漿結(jié)晶的金云母還是捕虜晶云母；而選擇基質(zhì)金云母做測年樣品，可能測得年齡更適合代表金伯利巖巖漿侵位時(shí)代，但樣品處理難度更大，樣品質(zhì)量要求更高。

(5)鈣鈦礦是金伯利巖巖漿早期結(jié)晶的基質(zhì)礦物，保存性良好，是對(duì)金伯利巖定年的良好對(duì)象，其分析結(jié)果比較可信。但可能受到后期蝕變作用影響(如邊部可能蛻變?yōu)殚鞘?而導(dǎo)致放射成因Pb丟失，但是，鈣鈦礦具有高普通Pb特點(diǎn)，不能獲得可靠的Pb-Pb年齡，同時(shí)，鈣鈦礦可能受到后期蝕變作用影響而導(dǎo)致放射成因Pb丟失，因此，各種方法獲得的鈣鈦礦U-Pb年齡只是表觀年齡，需要一定的判據(jù)來判別其有效性[11-13]。

3 測年數(shù)據(jù)誤差分析

筆者分析認(rèn)為，同位素測年對(duì)金伯利巖侵位年齡誤差主要來源于以下幾種：一是標(biāo)樣年齡的誤差；二是選用測年方法的準(zhǔn)確度和測年方法自身存在的局限性；三是所選的巖石、礦物樣品對(duì)金伯利巖侵位年齡的代表性；四是分析處理樣品的質(zhì)量；分析儀器的性能等。其中，儀器性能造成的誤差取決于技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展；年代學(xué)家們多年來致力于第一種和第二種誤差的減小，而選取的巖石、礦物樣品是否能代表金伯利巖侵位年齡，需要對(duì)礦物、巖石及巖漿成因進(jìn)行深入認(rèn)識(shí)。

4 結(jié)論

通過對(duì)多種測年方法、被測巖石礦物樣品的代表性的分析，多種方法的全巖結(jié)果認(rèn)為山東蒙陰金伯利巖侵位年齡大概在4.5億～4.6億年之間。對(duì)金伯利巖年代學(xué)研究及同位素地質(zhì)學(xué)的研究中存在的許多問題研究尚待深入，在符合地層對(duì)于金伯利巖侵位時(shí)間約束的前提下，采用多種同位素測年方法相互印證，深入研究礦物、巖石及巖漿成因是必不可少的。

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LV Qing, GE Yuejin

(No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources，Shandong Linyi 276006，China)

Kimberlite is complex rock with changeful chemical composition, mineral composition and structures. Alteration also easily happened. Therefore, the age of kimberlite is difficult to be determined by using a single age determination method, and the results are very different. In this paper, setting the age determination methods of kimberlite applied in Mengyin area of Shandong province as an example, through comparison and analysis of the K-Ar method, Ar-Ar method, Rb-Sr method, Sm-Nd method, U-Pb method, different age determination method and applicability of rock and mineral samples have been studied. It is regarded that in line with the formation of kimberlite emplacement under the premise of time constraints, it is very essential to confirm with each other, to sutdy minerals, rocks and magmatic in deep part by using a variety of dating methods.

Kimberlite；ore-forming age；age dating methods

2016-04-05；

2016-05-08；編輯：曹麗麗

科研項(xiàng)目：2013年度山東省地礦局地質(zhì)科技攻關(guān)項(xiàng)目：山東省蒙陰地區(qū)金剛石原生礦成礦規(guī)律及深部找礦方法技術(shù)(KY201306)

呂青(1985—)，女，山東臨沂人，工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作；E-mail：lq18660977876@163.com

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呂青，葛躍進(jìn).對(duì)金伯利巖測年方法和測年樣品的探討[J].山東國土資源，2016,32(10)：12-15.LV Qing, GE Yuejin. Study on Age Dating Methods and Age Dating Samples of Kimberlite[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(10)：12-15.