科研进展

揭示Re-Os同位素不平衡现象及其对定年和示踪的影响

  

  Re-Os放射性同位素体系是一种常用的同位素地质年代学和地球化学研究工具,广泛应用于地幔岩石圈、硫化物矿床及油气成藏等定年和示踪源区。然而岩浆岩中的ReOs含量不均一而且极低,存在块金效应现象,分析测试难度大。基于这一现象,部分学者通过对一份岩石样品多次测定Re-Os同位素获得等时线年龄来反映岩石的形成年龄。 

  依托中科院广州地球化学研究所的同位素地球化学国家重点实验室的研究小组,通过对准确测定已知年龄的USGS玄武岩标样BHVO-2(近代形成年龄为0)和新疆哈图玄武岩(年龄为315Ma)进行Re-Os同位素发现:同一份样品多次分析Re-Os同位素结果具有明显的两端元混合特征,而且可以很好的拟合成一条Re-Os等时线,而获得的Re-Os等时线年龄明显老于已知年龄(图1)。 

  对此,研究小组运用两端元混合体系方程和理论推导对其做出合理的解释。根据等时线理论,一个封闭体系的同位素初始值只要满足线性条件,便能获得等时线。初始值均一的等时线就是传统意义上的等时线(图2),获得的年龄以及初始Os同位素组成是有意义的。但当初始值不均一,即不同初始Os同位素之间没有达到同位素交换平衡的,形成混合等时线,其年龄和初始Os同位素则无地质意义这种初始Os同位素不平衡现象主要是由于ReOs具有独特的地球化学性质所引起。Os的主要寄主矿物是硫化物和合金,如Os在硫化物熔体和硅酸盐熔体之间的分配系数D很高(D=104-105)。在熔融过程中,Os几乎全部进入到硫化物熔体中, 硅酸盐熔体则成为Os真空地带。因此硅酸盐矿物是Os扩散的屏障,导致Os同位素无法达到同位素交换平衡,形成了初始混合线,比如在一些铜镍硫化物矿床的Re-Os同位素定年中常见此现象。 

  研究成果对正确应用Re-Os同位素定年及源区示踪具有重要的理论指导意义。 

  相关成果发表于国际主流期刊Chemical GeologyGeostandards and Geoanalytical Research。该项研究获得了国家自然科学基金资助。