含铀脉体多点取样等时线定年方法

摘要

本发明属于地质技术领域，具体涉及一种含铀脉体多点取样等时线定年方法。目的是为了较准确地获取定年测试对象。该方法根据不同的矿化类型，将矿石进行切割并磨成光片，划分出不同矿化期次及类型的含矿脉体，分别在脉体上用微钻多点取样，分析样品的U、Pb同位素组成，用等时线处理方法处理数据，获得铀成矿作用年龄。该方法还可以避免样品不纯或混染对年龄数据影响，并且适合不同矿化类型，特别是难以挑选出铀矿物的成矿作用定年。

说明书

技术领域

本发明属于地质技术领域，涉及研究热液型铀矿成矿年龄的技术，具体涉及一种含铀脉体多点取样等时线定年方法，该方法针对不同期次铀矿化所伴生的矿物，较准确地确定成矿年龄。 

背景技术

目前热液型铀矿成矿年龄所采用的技术主要是利用铀矿物或含铀矿物的矿石，进行其铀含量及其铅同位素组成分析，然后通过数据处理，得到铀矿物或矿石的模式年龄或等时线年龄。常用的定年矿物有沥青铀矿、晶质铀矿等。该技术的主要环节包括野外采取不同类型矿石的样品、室内挑选出晶质铀矿、沥青铀矿或含矿品位较高的富矿石、样品分析、数据处理等主要步骤,进而最终得到成矿年龄数据，该技术具有以下不足： 

(1)挑选单矿物需要样品品位较高，且含有晶形较好的单矿物，该技术受到样品属性、矿物结晶条件的限制。 

(2)该技术要求分选、挑选含铀单矿物。分选单矿物需要经过破碎、筛分、清洗、镜下挑选、物相鉴定等较繁琐的手续，选矿周期长，费时费力，且需要具有专门的矿物学知识的人员进行。因热液型铀矿化往往铀矿物结晶程度低，常常选不出铀矿物。 

(3)矿物在挑选过程中，不同期次的样品容易混淆。矿石一般是由不同期次矿化矿物及脉石矿物组成的混合物，在样品碎样过程中，需要将整块矿石进行破碎，不同矿脉将混合在一起，挑选的矿物无法将不同期次的矿物区分，直接分析矿石也同样如此。单矿物挑选的纯净程度和是否发生混染直接影响成矿年龄的准确性。 

(4)由于含铀单矿物往往以浸染状的形态赋存于矿石中，挑选的矿物往往含有黄铁矿、方铅矿等连晶这些矿物往往含Pb量较高，由于这种Pb不属于由母体U产生的子体Pb，会造成用模式年龄方法计算的成矿年龄值偏高。 

(5)数据处理方式常采用U-Pb同位素模式年龄，由于同一个样品的三个模式年龄不相同，同一个矿床不同样品之间得到的模式成矿年龄也不同，因此得到的成矿年龄往往是一个范围，且变化较大，不易准确地确定成矿年龄，并划分出成矿期次，有时甚至出现成矿年龄数据与地质现象相矛盾的情况。 

发明内容

本发明的目的是为了较准确地获取定年测试对象，提供一种含铀脉体多点取样等时线定年方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

一种含铀脉体多点取样等时线定年方法，包括如下步骤： 

步骤1、划分区域并制取光片 

首先，将铀矿石样品的成矿类型进行划分，并进一步区分出同一类型同一期次含矿的脉体；根据划分出的某一矿化类型和成矿期次，分别在矿石上选取6～8区域；用岩石切片机对每一个区域进行切割，用磨片机将切下来的岩石研磨，制成光片，然后用抛光机将光片切面进一步抛光； 

步骤2、样品取样 

在双目镜下，用直柄麻花微钻在每个光片内的微矿脉内钻取样品，用负压吸取的方式收集钻取的粉末样品，然后放在清洁的玻璃皿中，待化学分析； 

步骤3、等时线处理U-Pb同位素数据 

将钻取的同一种矿化类型每个样品进行U-Pb同位素组成分析，用热电离同位素质谱分析的项目包括：U含量、Pb含量及²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb、²⁰⁸Pb同位 素百分比组成；再分别计算出²³⁸U/²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb原子数比值，然后将²³⁸U/²⁰⁴Pb作为横坐标，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb作为纵坐标，将各个样品在直角坐标系内投图，然后将各数据点进行线性拟合，得出该等时线拟合的斜率b和截距，利用等时线斜率b和成矿年龄之间的对数关系，计算得到铀成矿年龄。 

如上所述的一种含铀脉体多点取样等时线定年方法，其中：所述步骤1中，选取的区域的位置在微矿脉体内要求均匀分布，满足该区域内U含量相互之间有一定的差异。 

如上所述的一种含铀脉体多点取样等时线定年方法，其中：所述步骤2中，每个光片内取样点数为1-2个，每个取样点位置在典型矿化的微矿脉体内，同一类型同一期次含矿的脉体总取样点数要求在6个以上。 

如上所述的一种含铀脉体多点取样等时线定年方法，其中：所述步骤3中，等时线斜率b和成矿年龄之间的对数关系为λ＝0.000155125×10^-6,为²³⁸U的衰变常数。 

本发明的有益效果为： 

本发明属于确定热液型铀矿成矿年龄的定年技术，使用典型铀矿物微脉多点取样方法，用等时线法处理U-Pb同位素，样品取样方法相对合理，分析数据更加准确，及时合理地确定铀矿床成矿年龄。优点为：1、较准确地获取定年测试对象。2、避免样品不纯或混染对年龄数据影响。3、适合不同矿化类型，特别是难以挑选出铀矿物的成矿作用定年。 

本发明在矿石上在不同矿化期次、不同矿化类型的样品在微矿脉内分别取样，用等时线数据处理方法得到成矿年龄。 

本发明用微钻取样方法，能分别在不同期次、不同矿物的矿脉内钻取样品，针对研究对象，获取所需要的测试对象，避免了碎样挑选铀矿物的混杂和年龄误差较大的现象，准确地确定某一个期次的成矿年龄或区分确定不同不同 期次的年龄。 

本发明用等时线处理同一类型铀矿脉样品能够避免铀矿物不纯而无法确定初始Pb组成，在数据处理时无法准确扣除初始Pb组成，因而得到的模式年龄不准确问题，较准确地厘定出成矿年龄，较少年龄误差。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的一种含铀脉体多点取样等时线定年方法作进一步详细的说明。 

一种含铀脉体多点取样等时线定年方法，根据不同的矿化类型，将矿石进行切割并磨成光片，划分出不同矿化期次及类型的含矿脉体，分别在脉体上用微钻多点取样，分析样品的U、Pb同位素组成，用等时线处理方法处理数据，获得铀成矿作用年龄。具体分为如下步骤： 

步骤1、划分区域并制取光片 

首先，将铀矿石样品的成矿类型进行划分，主要包括赤铁矿化、绿泥石化、萤石化、碳酸盐化等矿化类型，并进一步区分出同一类型同一期次含矿的脉体。矿脉的宽度一般为10～30mm。根据划分出的某一矿化类型和成矿期次，分别在矿石上选取6～8区域，位置在微矿脉体内要求均匀分布，满足该区域内U含量相互之间有一定的差异。区域面积一般为3cm×1.5cm，然后用岩石切片机对每一个区域进行切割，用磨片机将切下来的岩石研磨，制成长2cm，宽1cm，厚2cm的光片，然后用抛光机将光片切面进一步抛光，尽量使抛光面平整、光滑。 

步骤2、样品取样 

在双目镜下，用钻头直径为0.5mm的直柄麻花微钻在每个光片内的微矿脉内钻取样品，用负压吸取的方式收集钻取的粉末样品,然后放在清洁的玻璃皿中，待化学分析。每个光片内取样点数一般在1-2个为易，每个取样点位置要尽量在典型矿化的微矿脉体内，同一类型同一期次含矿的脉体总体取样点 数要求在6个以上,以保证尽可能得到年龄等时线。 

步骤3、等时线处理U-Pb同位素数据 

将钻取的同一种矿化类型每个样品进行U-Pb同位素组成分析，用热电离同位素质谱分析的项目包括：U含量、Pb含量及²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb、²⁰⁸Pb同位素百分比组成。分别计算出²³⁸U/²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb原子数比值，然后将²³⁸U/²⁰⁴Pb作为横坐标，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb作为纵坐标，将各个样品在直角坐标系内投图，然后将各数据点进行线性拟合，得出该等时线拟合的斜率b和截距a₀，利用等时线斜率b和成矿年龄之间的对数关系，λ＝0.000155125×10^-6,为²³⁸U的衰变常数，计算得到铀成矿年龄。 

下面结合某花岗岩型铀矿成矿年龄定年实例，对本发明进行详细说明： 

(1)该矿床存在一期萤石铀矿化现象，在矿石上选取萤石化发育且含矿的灰黑色脉体，该脉体为一条脉体，显然为同一期次形成，选取6个区域，位置在微矿脉体内基本均匀分布，并分别编号。每个区域面积为3cm×1.5cm。 

(2)用岩石切片机对每一个区域进行切割，用磨片机将切下来的岩石研磨，制成长2cm，宽1cm，厚2cm的光片，然后用抛光机将光片切面进一步抛光，使抛光面平整、光滑。 

(3)对其中的一个光片，在双目镜下，用钻头直径为0.5mm的直柄麻花微钻在微矿脉内钻取一个样品，用负压吸取的方式收集钻取的粉末样品,然后放在清洁的玻璃皿中，依次完成6个光片的取样，待实验室进行U、Pb同位素组成化学分析。每个取样点位置要尽量在萤石矿化的微矿脉体内，该萤石类型同一期次含矿的脉体总体取样点数为6个,基本保证能够得到年龄等时线。 

(4)用热电离同位素质谱将钻取的萤石矿化类型的6个样品进行的U-Pb同位素组成分析，分析的项目包括：U含量、Pb含量及²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb、²⁰⁸Pb 同位素百分比组成(表1)。 

表1样品U、Pb含量及Pb同位素组成 

计算每个样品Pb的原子量M_Pb。已知各个Pb同位素的质量数，M²⁰⁴Pb＝203.973、M²⁰⁶Pb＝205.974、M²⁰⁷Pb＝206.976、M²⁰⁸Pb＝207.977,因此，样品Pb的原子量M_Pb为铅同位素各自原子数百分数与质量数乘积之和(表2)： 

M_Pb＝²⁰⁴Pb％×203.973+²⁰⁶Pb％×205.974+²⁰⁷Pb％×206.976+²⁰⁸Pb％×207.977 

计算同位素比值： 

$\mu =\frac{{}^{238}U}{{}^{204}\mathrm{Pb}}=\frac{(U\%\times 99.274\%)}{\mathrm{Pb}\%\times {}^{204}\mathrm{Pb}\%}·\frac{M_{\mathrm{Pb}}}{M_U}$

其中，M_U＝238.028 

铅同位素的比值用各自的原子数百分数之比(表2)，即： 

$\frac{{}^{206}\mathrm{Pb}}{{}^{204}\mathrm{Pb}}=\frac{{}^{206}\mathrm{Pb}\%}{{}^{204}\mathrm{Pb}\%}$

令α＝²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb，初始铅为α₀。 

表2样品Pb原子量及同位素比值 

(5)U-Pb等时线年龄计算： 

根据放射性衰变定律，可以得到下列公式: 

α＝α₀+μ(e^λt-1) 

以α、μ为坐标可得到一条等时线。 

将等时线进一步简化为直线方程Y＝a+bX。其中，X＝μ，Y＝α，直线截距a＝α₀，斜率b＝e^λt-1，则样品形成的时间t为： 

$t=\frac{1}{\lambda }\ln (b+1)$

因此，求得样品形成的时间，先要求出一组样品点所在的直线的回归方程。具体求解方法如下： 

用(X_i，Y_i)(i＝1,2,…，n)表示n组测量数据，即n个观测点，用最小二乘法求回归直线。X、Y的平均值分别为： 

$\bar{X}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{X}_i$

$\bar{Y}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Y}_i$

则X的离差平方和l_XX、Y的离差平方和l_YY及X、Y的的离差之积l_XY分别为： 

$l_{\mathrm{XX}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(X_i-\bar{X})}^2$

$l_{\mathrm{YY}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(Y_i-\bar{Y})}^2$

$l_{\mathrm{XY}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(X_i-\bar{X})(Y_i-\bar{Y})$

直线的斜率b、截距a及相关系数γ为： 

$b=\frac{l_{\mathrm{XY}}}{l_{\mathrm{XX}}}$

$a=\bar{Y}-b\bar{X}$

$\gamma =\frac{l_{\mathrm{XY}}}{\sqrt{l_{\mathrm{XY}}·l_{\mathrm{YY}}}}$

剩余平方和Q和剩余标准差s为： 

Q＝(1-γ²)l_YY

$s=\sqrt{\frac{Q}{N-2}}$

斜率b和截距a的标准差s_b、s_a的计算公式： 

$s_b=\frac{s}{\sqrt{l_{\mathrm{XX}}}}$

$s_a=s\sqrt{\frac{1}{n}+\frac{{\left(\bar{X}\right)}^2}{l_{\mathrm{XX}}}}$

根据斜率b的标准差s_b计算年龄及误差范围(2σ)： 

$t=\frac{1}{\lambda }\ln (b+1)$

${\mathrm{\Delta t}}_1=t-\frac{1}{\lambda }\ln (b+2s_b+1)$

${\mathrm{\Delta t}}_2=\frac{1}{\lambda }\ln (b-2s_b+1)$

按照上述公式计算，求得6个样品²³⁸U/²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb数据点拟合的等时线斜率b＝0.0195，并计算其误差，得到该矿床的等时线年龄为125±15Ma。