石榴子石的U-Th-Pb定年技术及其在铜绿山矿床的应用

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在同位素定年方法中，激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）分析方法具有效率高、成本低等优点。但是由于其LA-ICP-MS分析的准确性和精密度相对较差，所以需要通过对一个样品的不同点位分别进行多次剥蚀、重复测量和分析，来提高分析的准确度和精密度。对于石榴子石等含普通铅副矿物来说，普通铅分布的不均匀叠加上深度分馏等因素相互影响，导致定年分析成功率不高。

针对LA-ICP-MS点分析定年中存在的问题，合肥工业大学资源与环境工程学院的葛粲副教授、汪方跃副研究员指导研究生汤笑伟，通过理论推导、数值模拟和实验分析研究发现，LA-ICP-MS面扫描定年技术不仅可以快速获得样品主微量元素含量的二维分布图，利用面扫描获取的²⁰⁸Pb、²³²Th、²³⁸U测量数据校正生成²⁰⁸Pb_c/²³⁸U指标并据此对Tera-Wasserburg（TW）图中的数据进行数据分组抽样构造虚拟测量点，从而实现普通铅校正来确定含普通铅副矿物年龄。新技术不仅有利于对样品期次的筛选，剔除包裹体等异常数据，还可以避免点分析中深度分馏和繁复的选点流程及二次分析等步骤，提高了分析效率和成功率。

利用此方法对长江中下游成矿带鄂东矿区铜绿山大型Cu-Fe-Au矽卡岩矿床石榴子石样品ZK803-97进行面扫描分析，通过15分钟的样品面扫描数据，不仅获得了元素含量分布和同位素比值分布，并在TW图中获得交点年龄为139.2±2.9 Ma，（MSWD=0.7，n=126），与前人矿床研究结果相一致，验证了此方法的可行性。

图1 铜绿山大型Cu-Fe-Au矽卡岩矿床石榴子石样品ZK803-97的微量元素含量分布

(a-e）分别为Al、Ti、Pb、Th、U元素的分布图

图2 铜绿山大型Cu-Fe-Au矽卡岩矿床石榴子石样品ZK803-97的同位素比值分布

(a-c）分别为经过分馏系数校正的²³⁸U/²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb、²³²Th/²⁰⁸Pb的分布图

(d-e）分别为未经过分馏系数校正的²³²Th/²³⁸U和²⁰⁸Pb/²³⁸U的分布图

图3 铜绿山大型Cu-Fe-Au矽卡岩矿床石榴子石样品ZK803-97的年龄分析数据分布及结果

（a）分别为校正后分组指标直方分布图

（b）分馏系数校正后的测量数据在TW图中的分布

（c）虚拟点数据在TW图中的分布及拟合结果

（d）1000次bootstrap模拟获得的交点年龄直方图

基于LA-ICP-MS面扫描技术U-Th-Pb定年方法，不仅适用于矽卡岩中石榴子石定年，也同样适用于符山石、绿帘石等含U矿物的定年，从而约束矿床热液过程的精确年龄。该研究组在自主研发的面扫描软件基础上，正在开发显微图片匹配和定年软件，争取实现对样品的不同区域数据的分别提取，对矿物核心、环带以及穿插岩脉分别分析处理，为矽卡岩型相关关键金属矿床的研究提供更为便捷的手段。

作者简介:

葛粲（合肥工业大学资源与环境工程学院）：副教授，固态地球物理专业。

汤笑伟（合肥工业大学资源与环境工程学院）：硕士研究生，地质学专业。

汪方跃（合肥工业大学资源与环境工程学院）：副研究员，地球化学专业。

基金项目：

本文受国家自然科学基金项目（42273061、91962218、42273065）和国家重点研发计划项目（2022YFC2903503）联合资助。

本研究刊登在《岩石学报》2023年第39卷第10期：

葛粲, 汤笑伟, 汪方跃, 李修钰, 孙贺, 顾海欧, 袁峰, 郑辉. 2023. 石榴子石的LA-ICP-MS面扫描U-Th-Pb定年——以铜绿山大型Cu-Fe-Au矽卡岩矿床为例. 岩石学报, 39(10): 2879-2894.

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