CN112462037B - 非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铀矿地质勘查领域,具体涉及一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,包括:挑选高纯度无铅单矿物;测定铅同位素组成;判别二阶段演化铅同位素体系;厘定铀源层年龄;计算铀成矿年龄。本发明方法通过从更易获得铅同位素组成数据的无铅矿物着手,在系统研究铀矿床含铀矿物中铅同位素组成特征、来源判别、演化模式等基础上,准确厘定铀矿床成矿年龄。
Description
技术领域
本发明属于铀矿地质勘查领域,具体涉及一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法。
背景技术
铀矿床成矿年龄的厘定,是铀矿床成因和成矿规律研究的重要组成内容,是铀矿床研究的基本内容。成矿年龄是否能准确厘定,影响着矿床成因模型和找矿模型的建立,进而影响找矿勘查成果。
铀矿床的成矿年龄厘定是个世界性难题,现有成矿年龄厘定的方法和手段基本上都是建立在放射性同位素体系封闭演化的基础之上。从理论上讲,铀矿床中的沥青铀矿等铀矿物是微区定年的最佳选择,然而,在实际操作中,由于(1)铀矿物中含有超高含量的铀和铅,远远超出ICP-MS等现有精密测年设备的阈值,形成了“理论成熟、技术无法满足”的局面;(2)对于绝大多数矿床来说,铀矿物含量非常低,矿物颗粒非常细小,挑选出足够数量的单铀矿物非常困难,甚至无法实现;(3)大多数铀矿床中铀来源是复杂的、非单一的,铀矿物中的放射性体系并非单阶段演化(或非封闭条件),矿物形成过程中会有大量的放射性成因铅等元素进入矿物晶格,计算出的年龄数据不可信;(4)用锆石等其他矿物替代进行测年进而推断铀成矿年龄;等等原因,导致我国大多数铀矿床无法准确获取可靠的成矿年龄。
针对以上难点,亟待开发一种铀矿床成矿年龄的厘定方法,能够有效规避以上难点,为铀矿床的精确定年提供新的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中在非封闭体系下,利用传统手段无法准确获得铀矿床成矿年龄、无法挑选出单铀矿物的铀矿床定年的问题,提供一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,通过从更容易获得铅同位素组成数据的无铅矿物着手,在系统研究铀矿床含铀矿物中铅同位素组成特征、来源判别、演化模式等基础上,准确厘定铀矿床成矿年龄。
实现本发明目的的技术方案:一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤(1)、挑选高纯度无铅单矿物;
步骤(2)、测定铅同位素组成,确定无铅单矿物中207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素比值;
步骤(3)、根据铅同位素测定结果,进行线性回归,获得线性回归方程,判别无铅单矿物是否属于二阶段演化铅同位素体系;
步骤(4)、确定放射性成因铅来源,厘定铀源层年龄;
步骤(5)、根据线性回归方程的斜率及铀源层年龄,计算铀成矿年龄。
进一步地,所述步骤(1)中高纯度无铅单矿物为含有足够数量的与铀矿物呈共伴生关系的无铅单矿物,挑选单矿物的岩石样品在空间上相互分隔。
进一步地,所述步骤(2)具体为通过混合酸和HCl的二次蒸干、HBr溶解、离心分离,清液加入阴离子交换柱,然后通过HCl解析铅,蒸干,测定铅同位素组成,确定无铅单矿物中207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素比值。
进一步地,所述步骤(3)具体包括:
步骤(3.1)、非单阶段演化铅同位素体系判别;
步骤(3.2)、二阶段演化铅同位素体系判别。
进一步地,所述步骤(3.1)具体为根据207Pb/204P和206Pb/204Pb比值测量结果,与标准参数进行对比,判断是否属于非单阶段演化铅同位素体系。
进一步地,所述步骤(3.1)的判别标准具体如下:
若207Pb/204Pb比值在10.42-15.79范围内,且206Pb/204Pb比值在9.56-18.66范围内,则为单阶段演化铅同位素体系;
若207Pb/204Pb比值大于15.79,且206Pb/204Pb大于18.66,则判别为非单阶段演化铅同位素体系。
进一步地,所述步骤(3.2)具体为将步骤(3.1)判别为属于非单阶段演化铅同位素体系的207Pb/204Pb和206Pb/204Pb数据进行线性回归,得出y=kx+a方程和回归系数R2,根据回归系数R2判别是否属于二阶段演化铅同位素体系。
进一步地,所述步骤(3.2)的判别标准具体如下:
若R2<99%,则判别为非二阶段演化铅同位素体系;
若R2>99%,则判别为二阶段演化铅同位素体系。
进一步地,所述步骤(4)具体为基于铀矿床地质特征和区域演化史研究,确定放射性成因铅来源、圈定铀源层,厘定该区域的地层年龄或热事件年龄,即为铀源层年龄t1。
进一步地,所述步骤(5)计算铀成矿年龄的公式为:
其中,k为步骤(3)中获得的回归方程的斜率;t1为步骤(4)中获得的铀源层年龄;t2为求得的铀成矿年龄;λ5和λ8为235U和238U的衰变常数。
本发明的有益技术效果在于:
1、本发明的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法回避了传统单矿物放射性同位素测年方法的不足,有效地解决了在非封闭条件下的铀矿床精确定年难题;
2、本发明的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法对无法挑选沥青铀矿等铀单矿物的铀矿床,通过挑选黄铁矿等常见矿物即可实现定年;
3、本发明的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,与以往方法相比,本方法适用性更为广泛,通过物源(铀源层)年龄与成矿年龄相互约束,可以在已知任一年龄的条件下,求取另外一个年龄;即使两个年龄值均无法获得的条件下,通过大量收集或测定区域构造、岩浆、变质等热事件年龄,进行方程迭代,精确厘定与矿床成因有关的事件年龄;
4、通过采用本发明的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,对华北陆块北缘哈毕力格铀矿床铀成矿年龄进行计算,准确厘定其成矿年龄,并且该成矿年龄与矿床南部花岗闪长岩体侵入年龄完全一致,表明本发明方法的有效性、准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法的流程图;
图2为本发明实施例中黄铁矿样品207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素比值线性回归方程拟合图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明提供的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤(1)、挑选高纯度无铅单矿物
在野外采集无污染、未风化的铀矿石样品,以钻孔岩心样品为首选,该样品应含有足够数量的与铀矿物呈共伴生关系的无铅单矿物,优先选择黄铁矿、黄铜矿等类型的单矿物。样品重量一般不少于2kg,若目标单矿物含量较低,采集的样品重量应相应增加。样品数量应在5个以上,取样位置应在空间上分隔开来,铀含量具有一定的变化性。单矿物采用常规的破碎、淘洗、挑选等方法,挑选出目标单矿物,要求单矿物的纯度大于95%,重量不少于0.5g。
步骤(2)、测定铅同位素组成
将挑选出的单矿物放置低压密闭溶样罐中,用混合酸(HF+HNO3+HClO4)溶解24小时,蒸干,用6mol/L HCl溶解再蒸干,用0.5mol/L HBr溶解并离心分离,清液加入阴离子交换柱,用6mol/L HCl解析铅,蒸干待测定,确定单矿物中207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素比值。具体测定过程参见GB/T 17672-1999《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》。
步骤(3)、判别二阶段演化铅同位素体系
根据铅同位素测定结果,进行线性回归,获得线性回归方程,判别无铅单矿物是否属于二阶段演化铅同位素体系。该步骤包含两个判别步骤:非单阶段演化体系判别和二阶段演化体系判别,具体如下:
步骤(3.1)、判别非单阶段演化铅同位素体系
根据207Pb/204P和206Pb/204Pb比值测量结果,与标准参数进行对比,判断是否属于非单阶段演化铅同位素体系。判别标准具体如下:
若207Pb/204Pb比值在10.42-15.79范围内,且206Pb/204Pb比值在9.56-18.66范围内,则为单阶段演化铅同位素体系,不适于本发明方法;
若207Pb/204Pb比值大于15.79,且206Pb/204Pb大于18.66,则判别为非单阶段演化铅同位素体系,进行至下一步骤。
步骤(3.2)、判别二阶段演化铅同位素体系
将步骤(3.1)判别为属于非单阶段演化铅同位素体系(不少于5组的不同样品)的207Pb/204Pb和206Pb/204Pb数据进行线性回归,得出y=kx+a方程和回归系数R2,根据回归系数R2判别是否属于二阶段演化铅同位素体系。判别标准具体如下:
若R2<99%,则判别为非二阶段演化铅同位素体系,不适于本发明方法;
若R2>99%,则判别为二阶段演化铅同位素体系,进行至下一步骤。
步骤(4)、厘定铀源层年龄
基于铀矿床地质特征和区域演化史研究,确定放射性成因铅来源、圈定铀源层,厘定该区域的地层年龄或热事件年龄,即为铀源层年龄t1。
该年龄可以通过查阅相关资料,例如前人在工作区内或区域内的地层年龄和热事件年龄,选择与铀成矿有关的最小年龄为铀源层年龄;或通过物源层定年,即采集相关样品测定铀源层年龄得到。
步骤(5)、计算铀成矿年龄
按照下列方程计算铀成矿年龄:
其中,k为步骤(3)中获得的回归方程的斜率;t1为步骤(4)中获得的铀源层年龄;t2为求得的铀成矿年龄;λ5和λ8为235U和238U的衰变常数,λ5和λ8值分别为0.98485和0.155125。
根据本发明的方法,对华北陆块北缘内蒙古乌兰哈达地区铀矿床非封闭体系下放射性成因异常铅进行成矿年龄的厘定,具体步骤如下:
步骤(1)、挑选无铅单矿物。
在野外采集了5件无污染、未风化的钻孔岩心矿石样品,样品采集深度分布在130~220米之间。将该样品磨制光薄片,显微镜下观察发现铀矿物主要分布在黄铁矿晶体周边或黄铁矿裂隙当中,故选择黄铁矿为与铀矿物呈共伴生关系的无铅单矿物。将矿石样品粉碎、淘洗,在双目镜下挑选黄铁矿单矿物,挑选纯度大于95%,重量为0.5g。
步骤(2)、测定铅同位素
将挑选出的黄铁矿送至分析测试实验室,按照GB/T 17672-1999《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》进行化学分析,得到207Pb/204Pb和206Pb/204Pb的比值数据。
步骤(3)、判别二阶段演化铅同位素体系
首先将黄铁矿样品的207Pb/204Pb和206Pb/204Pb的比值数据与正常单阶段演化模式铅同位素比值数据进行对比,比值见表1。黄铁矿样品207Pb/204Pb和206Pb/204Pb比值均大于单阶段演化模式铅同位素比值,可以判定为多阶段演化铅同位素体系。
表1黄铁矿样品和单阶段演化模式铅同位素比值比较
其次,将5组黄铁矿样品207Pb/204Pb和206Pb/204Pb的比值数据进行线性回归,如图2所示,207Pb/204Pb比值为纵坐标,206Pb/204Pb比值为横坐标,回归方程为y=0.1231x+13.627,R2=0.999,大于99%,判别为二阶段演化铅同位素体系。
步骤(4)、厘定铀源层年龄t1
赋矿岩石来源于太古届石英砂岩发生区域变质作用而来,该区域变质作用形成的石英岩为提供异常铅的铀源层。经查询资料表明,该区域事件的结束年龄t1=1800Ma。
步骤(5)、计算铀成矿年龄
将步骤(3)获得的回归方程斜率k=0.1231,步骤(4)获得的铀源层年龄t1=1800Ma,衰变常数λ5=0.98485和λ8=0.155125,代入方程
对矿床外围花岗闪长岩进行综合研究,发现其与铀成矿具有成因联系,高精度锆石SHRIMP测年表明锆石结晶年龄为374±4Ma,考虑到热液形成的滞后性,与本方法计算出来383Ma在误差范围内非常一致,证实了本发明的可靠性和有效性。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (4)
1.一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤(1)、挑选高纯度无铅单矿物;
步骤(2)、测定铅同位素组成,确定无铅单矿物中207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素比值;
步骤(3)、根据铅同位素测定结果,进行线性回归,获得线性回归方程,判别无铅单矿物是否属于二阶段演化铅同位素体系;
步骤(4)、确定放射性成因铅来源,厘定铀源层年龄;
步骤(5)、根据线性回归方程的斜率及铀源层年龄,计算铀成矿年龄;
所述步骤(3)具体包括:
步骤(3.1)、非单阶段演化铅同位素体系判别;
步骤(3.2)、二阶段演化铅同位素体系判别;
所述步骤(3.1)具体为根据207Pb/204P和206Pb/204Pb比值测量结果,与标准参数进行对比,判断是否属于非单阶段演化铅同位素体系;
所述步骤(3.1)的判别标准具体如下:
若207Pb/204Pb比值在10.42-15.79范围内,且206Pb/204Pb比值在9.56-18.66范围内,则为单阶段演化铅同位素体系;
若207Pb/204Pb比值大于15.79,且206Pb/204Pb大于18.66,则判别为非单阶段演化铅同位素体系;
所述步骤(3.2)具体为将步骤(3.1)判别为属于非单阶段演化铅同位素体系的207Pb/204Pb和206Pb/204Pb数据进行线性回归,得出y=kx+a方程和回归系数R2,根据回归系数R2判别是否属于二阶段演化铅同位素体系;
所述步骤(3.2)的判别标准具体如下:
若R2<99%,则判别为非二阶段演化铅同位素体系;
若R2>99%,则判别为二阶段演化铅同位素体系;
所述步骤(5)计算铀成矿年龄的公式为:
其中,k为步骤(3)中获得的回归方程的斜率;t1为步骤(4)中获得的铀源层年龄;t2为求得的铀成矿年龄;λ5和λ8为235U和238U的衰变常数。
2.根据权利要求1所述的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,其特征在于,所述步骤(1)中高纯度无铅单矿物为含有足够数量的与铀矿物呈共伴生关系的无铅单矿物,挑选单矿物的岩石样品在空间上相互分隔。
3.根据权利要求1所述的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,其特征在于,所述步骤(2)具体为通过混合酸和HCl的二次蒸干、HBr溶解、离心分离,清液加入阴离子交换柱,然后通过HCl解析铅,蒸干,测定铅同位素组成,确定无铅单矿物中207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素比值。
4.根据权利要求1所述的一种非封闭体系下放射性成因异常铅厘定成矿年龄的方法,其特征在于,所述步骤(4)具体为基于铀矿床地质特征和区域演化史研究,确定放射性成因铅来源、圈定铀源层,厘定该区域的地层年龄或热事件年龄,即为铀源层年龄t1。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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