CN107211585B - 一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于同位素定年技术领域，具体公开了一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法，其步骤包括：对一组同时形成同成因的铀矿石样品测定其铀、镭、铅含量及铅同位素组成，计算U-Ra平衡系数，用U-Ra平衡系数修正U含量，拟合U-Pb等时线，用等时线斜率b计算成矿年龄。本发明的优点在于：利用U-Ra平衡系数修正，使样品中的铀含量恢复到没有产生近代铀迁出或带入时的含量，再进行U-Pb等时线拟合，所得年龄结果则不受近代铀迁移或富集的影响，可以获得更切合实际的成矿年龄。

Description

一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法

技术领域

本发明属于同位素定年技术领域，具体涉及一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法。

背景技术

成矿年代学研究是各种矿床成因机制研究中的重要课题，特别对于地浸砂岩类型铀矿床，对其成矿作用和成矿过程仍有不同的见解，相当多的学者认为是蚀源区的含铀含氧水沿着透水性砂体“鱼灌而涌”，在氧化还原过渡带沉淀成矿，因而成矿是连续过程。按照这种连续成矿的观点，就不可能测定其成矿年龄，也就没有必要对沉积盆地中的砂岩型铀矿进行成矿年代学研究了。然而，成矿年龄是成矿机制研究中非常重要的依据，特别是地浸砂岩型铀矿，是连续成矿还是阶段性成矿一直是人们关注的焦点，这就需要对其成矿年龄做更精细的研究。

砂岩型铀成矿年代学研究是一项非常棘手的研究课题，不仅是因为在该类型铀矿石中很难挑选出可供同位素年龄测定的铀矿物，而且可地浸砂岩型铀矿化往往经受了近代地下水的后生改造，会出现U-Ra不平衡现象。U-Ra不平衡现象在砂岩型铀矿区几乎是一种普遍现象，这是因为近代地下水在透水性岩石中不断活动，使原岩中的铀有的被带走则偏镭，有的岩石吸附了铀则偏铀。样品获得铀，使年龄偏小，样品丢失铀，使年龄偏大。这些给正确测定铀成矿年龄带来了很大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确的砂岩型铀矿成矿年龄测量方法。

本发明的技术方案如下：

一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法，包括以下步骤：

1)对一组同时形成同成因的铀矿石样品测定其铀、镭、铅含量及铅同位素组成；

2)计算每个样品的U-Ra平衡系数Kp：

Kp＝W_Ra/(W_Um×3.4×10^-7) ①

式中，W_Ra、W_Um分别为样品中Ra、U的质量百分比；

3)计算每个样品当U-Ra平衡时的铀的质量百分含量W_U：

W_U＝W_Um×Kp ②

式中，W_Um、Kp的意义同①式；

4)计算样品中²⁰⁶Pb与²⁰⁴Pb的原子个数比Y以及U-Ra平衡时样品中²³⁸U与²⁰⁴Pb的原子个数比X：

式中，分别为样品中²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb的原子个数，为²³⁸U的天然摩尔丰度，为²⁰⁴Pb的摩尔丰度，M_U、M_Pb分别为U和样品Pb的原子量。

利用多个样品的X，Y数据拟合U-Pb等时线方程

Y＝a+bX ⑤

得到等时线斜率b；

5)利用步骤4)得到的等时线斜率b计算采样铀矿石的年龄t：

式中，λ₈为²³⁸U的衰变常数。

上述技术方案所述的步骤4)中，每个样品Pb的原子量M_Pb均通过该样品的铅同位素组成计算得到。

本发明的优点在于：(1)利用U-Ra平衡系数修正，使样品中的铀含量恢复到没有产生近代铀迁出或带入时的含量，再进行U-Pb等时线拟合，所得年龄结果则不受近代铀迁移或富集的影响，可以获得更切合实际的成矿年龄；(2)对每个样品均通过其中铅同位素的组成计算Pb原子量M_Pb，消除了不同样品中Pb的各种同位素组成不同时利用普遍采用的标准Pb原子量计算造成的误差；(3)本方法利用铀矿石测定铀矿成矿年龄，样品容易获得，简便易行。

附图说明

图1是本发明提供的测定方法中的数据拟合出的直线。

具体实施方式

一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法，它包括以下步骤：

1)利用质谱仪对一组同时形成同成因的铀矿石样品测定其铀、铅含量及铅同位素组成；用闪烁法测定样品的镭含量；测量结果如表1所示，表中铅同位素的组成是用摩尔丰度表示的。

表1

2)计算每个样品的U-Ra平衡系数Kp：

Kp＝W_Ra/(W_Um×3.4×10^-7) ①

式中，W_Ra、W_Um分别为样品中Ra、U的质量百分比，Kp的计算结果见表1，要注意的是表1中Ra的单位为Bq/g，U的单位为μg/g，可先转化为Ra、U在样品中的质量百分比再进行计算，当然，由于上式是比例计算，转化为相同的质量单位去计算也可以。

3)计算每个样品当U-Ra平衡时的铀的质量百分含量W_U：

W_U＝W_Um×Kp ②

式中，W_Um、Kp的意义同①式，计算结果同样见表1.

4)计算样品中²⁰⁶Pb与²⁰⁴Pb的原子个数比Y以及U-Ra平衡时样品中²³⁸U与²⁰⁴Pb的原子个数比X：

式中，分别为样品中²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb的原子个数，为²³⁸U的天然摩尔丰度，为样品中²⁰⁴Pb的摩尔丰度，M_U为U的原子量，取元素周期表中的值238.038；M_Pb为样品Pb的原子量，在各个样品中，Pb的各种同位素组成可能不同，这里不是直接从化学元素周期表中直接查得Pb的原子量来作为M_Pb的值，而是通过样品中Pb同位素的组成计算得到，这样可以提高砂岩型铀矿成矿年龄测定的准确性，比如对表1中1605-06号样品：

M_Pb＝203.973×1.359％+205.974×25.967％+206.975×21.068％+207.977×51.597％＝207.191

既可以直接用样品中²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb的摩尔丰度比得到。

之后利用多个样品的X，Y数据拟合U-Pb等时线方程

Y＝a+bX ⑤

5)利用步骤4)得到的等时线斜率b计算采样铀矿石的年龄t：

式中，λ₈为²³⁸U的衰变常数。

根据表1中的数据，最终得到t＝96×10⁶(年)

本发明原理在于：样品中所含的²⁰⁶Pb包括初始混入的²⁰⁶Pb及²³⁸U衰变产生的²⁰⁶Pb，即

式中，分别为样品初始混入的²⁰⁶Pb、衰变产生的²⁰⁶Pb的原子个数。

式中，为样品中²³⁸U的原子个数。

将⑧式代入⑦式，并在式子两边同除以²⁰⁴Pb的原子个数得

令

则⑨式即可转化为⑤式中Y＝a+bX，通过从多个样品获取的多组(Y，X)数据，即可以通过最小二乘法等方法拟合得到a，b的值，则通过就可以算出采样铀矿石的年龄t。

Ra是²³⁸U衰变系的中间子体，其半衰期为1602年，在10个半衰期即16000年前，²³⁸U的得失对铀、镭比例的变化不起影响，因为这些较远时代的Ra可以认为已全部衰变，因而U-Ra不平衡只影响16000年以内铀、镭的变化。而由于²³⁸U的半衰期为4.47亿年，16000年以内铀的得失对样品的铅同位素的组成没有明显的影响，但对U-Pb等时线年龄结果却影响很大。因此利用U-Ra平衡系数Kp修正W_Um，计算出每个样品假设当U-Ra平衡时的铀含量W_U，再进行U-Pb等时线拟合，所得年龄结果则不受近代铀迁移或富集的影响，则可以获得更切合实际的成矿年龄。

Claims (2)

1.一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)对一组同时形成同成因的铀矿石样品测定其铀、镭、铅含量及铅同位素组成；

2)计算每个样品的U-Ra平衡系数Kp：

Kp＝W_Ra/(W_Um×3.4×10^-7) ①

式中，W_Ra、W_Um分别为样品中Ra、U的质量百分比；

3)计算每个样品当U-Ra平衡时的铀的质量百分含量W_U：

W_U＝W_Um×Kp ②

式中，W_Um、Kp的意义同①式；

4)计算样品中²⁰⁶Pb与²⁰⁴Pb的原子个数比Y以及U-Ra平衡时样品中²³⁸U与²⁰⁴Pb的原子个数比X：

式中，分别为样品中²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb的原子个数，为²³⁸U的天然摩尔丰度，为²⁰⁴Pb的摩尔丰度，M_U、M_Pb分别为U和样品Pb的原子量；

利用多个样品的X，Y数据拟合U-Pb等时线方程

Y＝a+bX ⑤

得到等时线斜率b；

5)利用步骤4)得到的等时线斜率b计算采样铀矿石的年龄t：

式中，λ₈为²³⁸U的衰变常数。

2.如权利要求1所述的一种砂岩型铀矿成矿年龄测定方法，其特征在于：步骤4)中，每个样品Pb原子量M_Pb均通过样品中铅同位素的组成计算得到。