CN109813711A - 一种确定钍矿床成矿年代学的方法 - Google Patents

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陈金勇
范洪海
纪宏伟
张闯
王生云
孟艳宁
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Abstract

本发明属于钍矿开采技术领域，具体涉及一种确定钍矿床成矿年代学的方法；本发明的目的是提供一种适合钍矿床原位微区定年的技术方法，充分发挥LA‑ICP‑MS的先进技术手段在确定钍矿床年龄及分析成矿演化的作用，从复杂的地质现象中分解出各个成矿期次的关键要素和主要控矿因素，为钍矿床勘查提供思路，指导具体的找矿工作，可见，提供精确的钍矿U‑Pb/U‑Th‑Pb年龄对于探讨钍矿床的成因和指导钍矿床勘查都具有非常重要的意义；步骤S1：野外实地考察，系统采集钍矿样品；步骤S2：对采集的矿样进行岩矿鉴定和电子探针分析；步骤S3：利用LA‑ICP‑MS对岩石薄片中原位钍矿物进行分析测试；步骤S4：对钍矿物分析测得的数据采用软件ICPMSDataCal进行离线处理。

Description

一种确定钍矿床成矿年代学的方法
技术领域
本发明属于钍矿开采技术领域，具体涉及一种确定钍矿床成矿年代学的方法。
背景技术
先前我国对钍资源的研究程度相对较低，而钍作为铀的替代资源，具有重要的战略地位，也一直被作为一种潜在的核能源。随着核电事业的发展，对钍资源的勘探开发也越来越重视，随之而来的即是针对钍矿床的基础性研究相对薄弱，例如如何准确确定钍矿床的成矿年龄就是急需解决的科学问题之一。
由于之前钍资源的关注度较低，因此针对钍成矿年龄的研究也寥寥无几。大致研究方法可能有：(1)对方钍石等钍矿物采用同位素稀释TIMS法进行测定，并通过U-Pb等时线法拟合出成矿年龄。(2)选择与钍矿物共生的铀矿物、独居石、锆石、黄铁矿等矿物进行年龄测定，其理论依据是两者的U-Pb同位素计时体系同时开启。然而，事实上与钍矿物共生的铀矿物、独居石、锆石、黄铁矿等矿物成因复杂，很难保证它们与钍矿物的U、Pb同源及同期性。(3)利用电子探针(EMP)、二次离子探针(SIMS/SHRIMP)以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)等微区定年技术对方钍石等原位钍矿物进行测试分析，最终确定其成矿年龄。然而EMP空间分辨率很高，但是测试精度有限，SIMS/SHRIMP仪器设备和测试费用相对昂贵。近二十年蓬勃兴起的LA-ICP-MS测试技术以原位、实时、经济、快速的分析优势，以及较高灵敏度和空间分辨率成为原位微区测试技术的研究热点，因此，开展LA-ICP-MS测试技术对钍矿床进行成矿年代学的研究是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合钍矿床原位微区定年的技术方法，充分发挥LA-ICP-MS的先进技术手段在确定钍矿床年龄及分析成矿演化的作用，从复杂的地质现象中分解出各个成矿期次的关键要素和主要控矿因素，为钍矿床勘查提供思路，指导具体的找矿工作，可见，提供精确的钍矿U-Pb/U-Th-Pb年龄对于探讨钍矿床的成因和指导钍矿床勘查都具有非常重要的意义。
本发明的技术方案是：
一种确定钍矿床成矿年代学的方法，包括以下步骤：
步骤S1：野外实地考察，系统采集钍矿样品，样品要求新鲜，一般为3×6×9cm，样品至少10块；
步骤S2：对采集的矿样进行岩矿鉴定和电子探针分析。例如，对采集的矿样进行切片，制作0.3mm左右的光薄片，在显微镜上观察矿石的钍矿物组成，并将粒径大于50μm的钍矿物圈出来；采用JXA-8100电子探针分析仪来分析钍矿物的化学组分，最终确定各种钍矿物的类型，将所需要定年的钍矿物用红笔在薄片上标出；
步骤S3：利用LA-ICP-MS对岩石薄片中原位钍矿物进行分析测试；激光输出波长为257nm，激光脉冲宽度为<300fs；分析钍矿时激光能量设定为20％，能量密度为1.2J/cm2，激光束斑和频率分别设定为10μm和1Hz；激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合，信号匀化装置(SSD)置于T型接头之前。每个时间分辨分析数据包括大约20-30s的空白信号和50s的样品信号；
步骤S4：对钍矿物分析测得的数据采用软件ICPMSDataCal进行离线处理，并通过软件Isoplot/Ex-ver3来完成钍矿物的U-Pb年龄谐和图绘制和206Pb/238U加权平均年龄计算。
本发明的有益效果是：
(1)设计方法切入点深，从与原位钍矿物的微区定年入手，更好的抓住了问题的本质；
(2)采集样品对象、分析测试要求明确，可操作性强；
(3)本发明是基于对内蒙古红山子乡小坝沟地区钍矿样品实验数据的分析和处理、钍成矿年代学的研究成果以及与已知矿床成岩成矿年龄进行对比的基础上归纳出来的，涵盖面广、有效性好、适用性强、准确性好。其创新点在于该方法是原位微区定年，测试精度高，样品分选比较简单，它不仅避免了繁琐、耗时的湿法化学消解过程，同时也可以揭示单矿物微米尺度元素/同位素空间变化细节，使岩石学和地球化学在微米尺度上能够有机地结合在一起。
附图说明
图1是一种确定钍矿床成矿年代学的方法流程图；
图2是内蒙古红山子乡小坝沟地区钍矿中方钍石的U-Pb年龄协和图；
图3是内蒙古红山子乡小坝沟地区钍矿中方钍石的206Pb/238U加权年龄平均图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的介绍：
步骤S1：野外实地考察，系统采集钍矿样品，样品要求新鲜，一般为3×6×9cm，样品至少10块。
步骤S2：对采集的矿样进行岩矿鉴定和电子探针分析。例如，对采集的矿样进行切片，制作0.3mm左右的光薄片，在显微镜上观察矿石的钍矿物组成，并将粒径大于50μm的钍矿物圈出来，采用JXA-8100电子探针分析仪来分析钍矿物的化学组分，最终确定各种钍矿物的类型，将所需要定年的钍矿物用红笔在薄片上标出。
步骤S3：利用LA-ICP-MS对岩石薄片中原位钍矿物进行分析测试。激光剥蚀系统为NWR(New Wave Research)飞秒激光，由Light Conversion公司的Yb：KGW激光器和ESI公司的飞秒激光光学传输系统、观察系统和剥蚀池等组成。激光输出波长为257nm，激光脉冲宽度为<300fs。分析钍矿时激光能量设定为20％，能量密度为1.2J/cm2。由于钍矿具有非常高的Th含量，激光束斑和频率分别设定为10μm和1Hz，避免ICP-MS检测器过饱和。ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合，信号匀化装置(SSD)置于T型接头之前。每个时间分辨分析数据包括大约20-30s的空白信号和50s的样品信号。每个钍矿样品大约分析15-30个样品点即可。
步骤S4：对钍矿物分析测得的数据采用软件ICPMSDataCal进行离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正及U-Pb同位素比值和年龄计算)，并通过软件Isoplot/Ex-ver3来完成钍矿物的U-Pb年龄谐和图绘制和206Pb/238U加权平均年龄计算。
实施例
下面以内蒙古红山子乡小坝沟钍矿为例对本发明作进一步详细说明。
步骤1：在内蒙古红山子乡小坝沟地区进行野外地质调查，并有目的的采集钍矿化样品，样品要求新鲜，一般为3×6×9cm。
步骤2：对采集的钍矿石进行岩矿鉴定和电子探针分析。首先，对采集的矿石进行光薄片制作，厚度约为0.3mm，在显微镜上观察矿石的钍矿物组成，并将粒径大于50μm的钍矿物圈出来，然后，依据GB/T 15074-2008《电子探针定量分析方法通则》，采用JXA-8100电子探针分析仪来分析钍矿物的化学组分，从而确定各种钍矿物的类型，将粒径大的方钍石用红笔在薄片上标出。
步骤3：利用LA-ICP-MS对矿石薄片中的方钍石进行分析测试。激光剥蚀系统为NWR(New Wave Research)飞秒激光，由Light Conversion公司的Yb：KGW激光器和ESI公司的飞秒激光光学传输系统、观察系统和剥蚀池等组成。激光输出波长为257nm，激光脉冲宽度为<300fs。分析方钍石时激光能量设定为20％，能量密度为1.2J/cm2。由于方钍石具有非常高的Th含量，激光束斑和频率分别设定为10μm和1Hz，避免ICP-MS检测器过饱和。ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合，信号匀化装置(SSD)置于T型接头之前。每个时间分辨分析数据包括大约20-30s的空白信号和50s的样品信号。由于方钍石和锆石具有不同的Pb/U分馏行为及目前尚未有钍矿物标准物质，因此对方钍石样品的U-Pb同位素定年采用国内铀矿U-Pb同位素年龄标准物质GBW04420作为外标进行同位素分馏校正，每分析5个样品点，分析2次GBW04420。GBW04420的U-Pb谐和年龄为69.4±1.1Ma(2σ)。每个钍矿样品大约分析15-30个样品点即可。
步骤4：对方钍石分析测得的数据采用软件ICPMSDataCal进行离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正及U-Pb同位素比值和年龄计算)，处理结果如表1所示，本次获得的17个方钍石206Pb/238U年龄数据主要分布在115～135Ma之间(图2)，比较集中，说明该年龄数据较可靠。并通过软件Isoplot/Ex-ver3来绘制方钍石的U-Pb年龄谐和图以及计算206Pb/238U加权平均年龄。计算所得方钍石的206Pb/238U加权平均年龄为124±3.2Ma，MSWD＝6.5(MSWD为平均标准权重偏差)(图3)，因此，内蒙古红山子乡小坝沟地区的钍成矿年龄为124±3.2Ma。

Claims (1)

1.一种确定钍矿床成矿年代学的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：野外实地考察，系统采集钍矿样品，样品要求新鲜，一般为3×6×9cm，样品至少10块；
步骤S2：对采集的矿样进行岩矿鉴定和电子探针分析；对采集的矿样进行切片，制作0.3mm左右的光薄片，在显微镜上观察矿石的钍矿物组成，并将粒径大于50μm的钍矿物圈出来；采用JXA-8100电子探针分析仪来分析钍矿物的化学组分，最终确定各种钍矿物的类型，将所需要定年的钍矿物用红笔在薄片上标出；
步骤S3：利用LA-ICP-MS对岩石薄片中原位钍矿物进行分析测试；激光输出波长为257nm，激光脉冲宽度为<300fs；分析钍矿时激光能量设定为20％，能量密度为1.2J/cm2，激光束斑和频率分别设定为10μm和1Hz；激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合，信号匀化装置(SSD)置于T型接头之前。每个时间分辨分析数据包括大约20-30s的空白信号和50s的样品信号；
步骤S4：对钍矿物分析测得的数据采用软件ICPMSDataCal进行离线处理，并通过软件Isoplot/Ex-ver3来完成钍矿物的U-Pb年龄谐和图绘制和206Pb/238U加权平均年龄计算。
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