貴州織金含稀土磷礦床sm-nd同位素年齡測定

貴州織金含稀土磷礦床sm-nd同位素年齡測定

布金磷礦位于黔西南，位于早寒武世梅樹村期。這是一個(gè)大型磷和稀土綜合礦床。已勘探到礦石儲(chǔ)量13.48億噸，稀土氧化物儲(chǔ)量144.6.14噸，尤其是稀土氧化物。它是中國最大的磷礦床之一（劉家仁，1999）。梅樹村期是早寒武世竹寺期和晚震旦世燈影峽期之間的一個(gè)重要的成華時(shí)期。梅樹村和陡山沱村兩大磷期的磷儲(chǔ)量占全國磷儲(chǔ)量的85%。這是中國最大的含磷層（東方柱興，2001）。前人研究該礦層較多（錢毅，1977；錢毅和尹功正，1984；鄭淑芬等，1984；劉家仁，1999；吳翔河等，1999；張杰和陳朝良，2000；史春華等，2006），但關(guān)于成礦時(shí)間的相位研究還不夠。關(guān)于成礦起源和成礦機(jī)制的問題，目前還沒有報(bào)道。首先，該礦是由海下淡水（或熱泉）開采的，生物聚磷和機(jī)械轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的富磷礦床（楊維東等，1997）。另一種觀點(diǎn)是，磷礦床的成礦是來自海洋中適當(dāng)區(qū)域的陸路源。Sm-Nd同位素定年法自DepaoloandWasserburg(1976)提出以來,因其優(yōu)越性而得到廣泛的應(yīng)用.Sm、Nd的化學(xué)性質(zhì)很相近,都為不活潑的稀土元素,母體(143Sm)衰變形成的子體(143Nd)易在礦物晶格中保存下來,Sm-Nd同位素體系具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化、抗蝕變能力,從而該體系容易保持良好的封閉狀態(tài),故Sm-Nd同位素定年法是礦床定年的一種有效手段.磷塊巖的主要礦物碳氟磷灰石具有“開放型”六方柱狀結(jié)構(gòu),REE是以類質(zhì)同象的方式進(jìn)入磷灰石晶格,所以Nd同位素初始比值特征不易受到成巖作用和后期變質(zhì)作用的影響,因而磷塊巖中主要含磷物質(zhì)(小殼化石及膠磷礦)的Sm-Nd同位素體系可能是一種潛在的有效的定年工具.本文擬以織金含稀土磷礦床中的磷質(zhì)小殼化石及膠磷礦為研究對象,試圖利用磷質(zhì)小殼化石及膠磷礦的Sm-Nd同位素體系對該礦床的成礦時(shí)代進(jìn)行厘定,并討論可能的初始成礦物質(zhì)來源,為進(jìn)一步探討該礦床成因奠定基礎(chǔ).1稀土元素及微量元素地球化學(xué)特征貴州織金含稀土磷礦床,位于揚(yáng)子地臺(tái)西南端,產(chǎn)于早寒武世梅樹村階,以富含重稀土元素而著稱.地質(zhì)構(gòu)造位置處于“黔中隆起”西南端,屬于揚(yáng)子地層區(qū).礦床主要分布于織金北東-南西向果化背斜北西翼近軸部,區(qū)內(nèi)斷裂較簡單,多以走向正斷層為主,局部小構(gòu)造發(fā)育.其中戈仲伍組,是貴州早寒武世早期規(guī)模最大的含稀土磷塊巖礦床含磷層位,出露的地層底部為燈影組白云巖,頂部為牛蹄塘組黑色碳質(zhì)頁巖,之間主要為生物碎屑白云質(zhì)、硅質(zhì)磷塊巖,以富含稀土元素釔而聞名.普遍形成生物碎屑結(jié)構(gòu),生物碎屑主要以小殼類動(dòng)物化石及藻類化石為主.含稀土白云質(zhì)、硅質(zhì)磷塊巖呈豬肝色、深灰-淺灰、灰蘭及灰黃色,常見薄層-中厚層狀白云質(zhì)生物屑磷塊巖與淺灰色磷質(zhì)生物屑白云巖交錯(cuò)成層,構(gòu)成發(fā)育的透鏡狀、泥波狀層理及人字型交錯(cuò)層理等構(gòu)造.磷酸鹽礦物主要為碳氟磷灰石,多以非晶質(zhì)、隱晶質(zhì)及膠磷礦等替代構(gòu)成生物碎屑和內(nèi)碎屑存在.樣品采自位于織金城東約14km的戈仲伍磷礦區(qū)(圖1),巖性為白云質(zhì)、硅質(zhì)磷塊巖,樣品中含有豐富的生物碎屑.磷質(zhì)疊層石藻類、軟舌螺、殼片類、管殼類、織金殼類等生物化石.2實(shí)驗(yàn)方法及樣品將野外采集的新鮮巖石樣品,用蒸餾水洗凈表面沾污的雜質(zhì),用清洗干凈的破碎機(jī)破碎成厘米大小的粒度,經(jīng)過冰乙酸浸泡處理后,從中挑選出磷質(zhì)小殼化石,然后用超純鹽酸和超純水反復(fù)清洗,最后用雙目鏡精心挑選出不粘雜質(zhì)的化石樣品.上述樣品及膠磷礦樣品用瑪瑙球磨機(jī)研磨至200目以上.將上述粉末樣品放入烘箱內(nèi),在120℃條件下恒溫烘烤8h.烘干后,置于2mol/L超純鹽酸中24h,以溶解磷酸鹽成分.溶液經(jīng)離心機(jī)離心分離后,倒出清液,待上離子交換柱.將離心分離后的不溶殘?jiān)娓?準(zhǔn)確稱重,從原樣重量中減去殘?jiān)亓?即為實(shí)際測試樣品的重量.化學(xué)分離流程采用陽離子交換柱,交換柱用于分離和收集Sm和Nd元素,淋洗劑用α-羥基異丁酸.同位素測定在南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心VG354質(zhì)譜儀上進(jìn)行.Nd和Sm的含量采用同位素稀釋法測定.樣品的Nd同位素比值用未加稀釋劑的一份樣品單獨(dú)測定得到.在所有Nd同位素比值測定時(shí),147Sm/144Nd比值的分析精度優(yōu)于0.5%.實(shí)驗(yàn)室全流程空白是60pgNd.該儀器對LaJolla國際標(biāo)樣的143Nd/144Nd測定值為0.511860±8,標(biāo)準(zhǔn)化值(146Nd/142Nd)=0.636151,誤差為2σ.詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法可見參考文獻(xiàn)(王銀喜等,1988;楊杰東等,1992).樣品的Sm、Nd含量及其同位素組成見表1.樣品的Sm含量為7.941×10-6～66.49×10-6,Nd的含量為59.93×10-6～226.7×10-6;147Sm/144Nd、143Nd/144Nd變化范圍分別為0.0513～0.1782、0.511998～0.512436.在143Nd/144Nd-1/Nd圖解中,6個(gè)樣品沒有線性分布的趨勢,暗示147Sm/144Nd-143Nd/144Nd圖解中直線并非混合線,而應(yīng)具有等時(shí)線意義.利用ISOPLOT軟件,求得6個(gè)磷塊巖樣品構(gòu)筑的等時(shí)線年齡t=533±22Ma,(143Nd/144Nd)i為0.511807±9(2σ),εNd(t)=-2.6,MSWD=1.1(圖2).Nd的二階段模式年齡范圍為1313～1338Ma.3成礦時(shí)間及限高本次研究所測定的樣品采自同一巖性層,同為織金戈仲伍組的小殼化石和膠磷礦,測定的εNd(t)值基本一致,為-2.44～-2.77,表明它們的初始Nd同位素比值達(dá)到了均一化.Sm-Nd體系受交代和變質(zhì)作用的影響較小;并且由于母體與子體的化學(xué)性質(zhì)相似,143Nd形成之后很自然地繼承晶格中母體的位置,而不易逃逸,因此Sm-Nd體系在漫長的地質(zhì)歷史中易保持封閉.所以可以認(rèn)為該礦樣品的Sm-Nd體系應(yīng)保存了其成礦時(shí)的初始信息;而且磷塊巖的稀土元素配分曲線為中稀土富集的帽狀形態(tài)(施春華等,2006),其Sm/Nd值相對較高.因而,進(jìn)行Sm-Nd等時(shí)線方法定年的基本條件是滿足的,此次測定的Sm-Nd等時(shí)線年齡(533±22Ma)應(yīng)代表其成礦時(shí)間.CowieandJohnson(1985)采用Rb-Sr全巖等時(shí)線方法測定云南晉寧梅樹村剖面磷礦層頂部八道灣段下部的黑色頁巖,得出年齡值為579±8.2Ma和587±17Ma,并由此推測寒武系底界年齡可能為610Ma.楊杰東(1992)測得滇東梅樹期磷礦的Sm-Nd同位素年齡為562.1±5.7Ma.我國以往所用的寒武系底界(即顯生宇和古生界的底界)的年齡值為600±10Ma、597Ma和560～570Ma(薛嘯峰,1984;羅惠麟等,1991,1994;Yangetal.,1996;邢裕盛等,1999)以及最近全國地層委員會(huì)(1998)在《中國地質(zhì)年代表》(推薦方案)中采納的年齡值為570Ma.據(jù)最近的U-Pb鋯石同位素測年數(shù)據(jù),寒武系的下限(底界)的年齡值為543Ma(Grotzingeretal.,1995;Landingetal.,1998);上限(頂界)的年齡值約為490Ma(Davidek,1998).這些研究表明,上述前人研究所得的寒武系年齡值可能都偏老.從空間分布來看,織金戈仲伍磷礦的礦層整合伏于牛蹄塘組之下,整合覆于燈影組之上,靠近P-C界線.因此,本次測定的Sm-Nd同位素年齡(533±22Ma)與野外地質(zhì)事實(shí)相吻合,其數(shù)據(jù)應(yīng)該是真實(shí)可靠的.研究表明,沉積巖的Nd同位素模式年齡可用于沉積物源的研究(Depaolo,1988;陳江峰,1989;杜遠(yuǎn)生等,2006),而且Nd模式年齡的變小是幔源物質(zhì)加入的靈敏示蹤劑(Michard,1985).為了更進(jìn)一步制約織金戈仲伍磷礦床的物質(zhì)來源,我們計(jì)算了織金磷礦床樣品的Nd二階段模式年齡值(表1,計(jì)算公式見李獻(xiàn)華,1996),樣品的t2DM年齡變化范圍為1313～1338Ma,該值明顯低于中國海水周