Re-Os同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展_王富良.pdf

2016 年 9 月 September 2016 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 35，No． 5 530 ～541 收稿日期 2016 －07 －29; 修回日期 2016 －08 －30; 接受日期 2016 －09 －20 基金项目 国家自然科学基金资助项目 41203037 ; 贵州大学人才引进基金 2011 17 ; 贵州大学研究生创新基金资助 项目 研理工2016044 作者简介 王富良， 硕士研究生， 矿产普查与勘探专业。E- mail Fuliangwangkmal163． com。 通讯作者 付勇， 副教授， 从事沉积矿床学研究。E- mail byez1225126． com。 王富良，付勇，江冉， 等． Re － Os 同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展［J］ ． 岩矿测试， 2016， 35 5 530 －541． WANG Fu- liang，FU Yong，JIANG Ran，et al． Research Progress on Re- Os Isotopes Application in Dating and Paleoenvironmental Interpretation during the Neoproterozoic to Early Cambrian Periods［J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2016， 35 5 530 － 541．【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2016． 05． 012】 ★ Re － Os 同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎 中的应用进展 王富良1，付勇1， 2*，江冉1，周文喜1，葛枝华1，魏帅超1，梁厚鹏1，张鹏1 1． 贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550000; 2． 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037 摘要 晚新元古代至早寒武世是地球演化历史上极其重要的时期， 该时期地层年龄框架的厘定以及古海水、 古大气、 古气候等方面的研究一直是国际地学界的关注热点。Re － Os 同位素测年法是近十几年来兴起的地 层测年法， 其对于晚新元古代至早寒武世重要时间节点上沉积的富有机质黑色页岩具有测年及示踪古环境 的双重优势。本文以晚新元古代至早寒武世地层为例， 阐述了 Re － Os 同位素测年法在年代地层学研究中 的应用， 通过与大量的、 精确的锆石 U － Pb 年龄对比， 论证了 Re － Os 同位素测定沉积地层年龄的可靠性。 对于震旦系陡山沱组地层建阶及留茶坡组地层的年代学研究， 黑色页岩 Re － Os 同位素测年法可发挥重要 的作用。结合前人所做的 Sr 同位素变化曲线以及收集的晚新元古代早寒武世 Os 同位素初始值的测试数 据， 阐述了 Os 同位素在该时段古环境演绎及 Ni － Mo － V 多金属层来源追溯上发挥的作用。黑色页岩难以 进行87Sr/ 86Sr 的分析， 而 Os 同位素初始值能较好地弥补这一缺陷， 二者的相互结合将为晚新元古代至早寒 武世古环境演化的研究作出贡献。本文指出， 随着 Re － Os 同位素分析技术的发展以及更多实验流程的建 立， 该项技术在未来年代地层学， 尤其对一些古老地层的年代厘定具有广阔的应用前景。 关键词 黑色页岩; Re － Os 同位素; 187Os/188Os初始值; 早寒武世; 晚新元古代; 华南地区 中图分类号 P619． 227; P597． 3文献标识码 A 晚新元古代至早寒武世这一时期是地球历史演 化长河中十分重要的时期， 这一时段内记录的全球性 超大陆裂解、 雪球事件、 寒武纪生物大爆发等地史事 件 ［ 1 －8 ］使其广受世人瞩目， 此时海洋环境及生物演化 中发生的多次全球性突变事件一直是国际地学界关 注的焦点。在中国南方， 晚新元古代大塘坡期至早寒 武世发育了大量黑色页岩及与其相关的矿产， 且这些 黑色页岩及相关矿产均发育于重要的时间节点上， 如 湘黔鄂地区间冰期 Sturtian 冰期与 Marinoan 冰期 的大塘坡组锰矿 ［ 9 －12 ］、 震旦寒武转变期滇湘黔浙 地区广泛分布的 Ni － Mo － V － PGE 矿床 ［ 13 －15 ］、 黔东 南及湘西地区的重晶石矿床等 ［ 16 －17 ］。因此， 这些黑 色岩系便成为了研究这一时期的重要窗口， 对于了解 全球大气、 海洋、 气候的演化， 生物灭绝等重大地质事 件发生的时限、 机制以及探讨各类金属或非金属矿床 的成矿物质来源具有重要的科学意义及经济价值。 对这些重大地史事件的研究， 首要开展的任务便 是确立一个可靠度较高的时间框架。然而， 由于晚新 元古代冰期早寒武世地层中缺乏古生物化石、 特殊 的岩性地层等有利的地层对比标志， 导致对这一时期 035 ChaoXing 地层对比研究存在困难。目前， 人们对于晚新元古 代寒武早期地层年龄的限定主要采用锆石 U － Pb 测年法。虽然锆石 U －Pb 法测得地层年龄的精度较 高， 但是其定年材料局限于凝灰岩或斑脱岩夹层， 这 使得对晚新元古代早寒武世， 乃至更多时期的地层 定年存在诸多约束。在对古环境的演绎方面， 同位素 地球化学起到了极其重要的作用。如 Kasemannet 等 ［ 18 ］通过对新元古代碳酸盐岩硼同位素及钙同位素 的分析， 得出了当时大气 CO2浓度在逐渐增高的结 论; Giddings 等 ［ 19 ］发现澳大利亚“Sturtian” 冰期盖帽 碳酸盐的碳同位素在沉积前后存在大幅度的震荡， 其 分析认为这与当时的气候状态密切相关。虽然碳、 氧、 硫、 铁、 硼等同位素在古环境的演绎上取得了较好 的效果， 但经这些手段测定的结果存在区域上的差 异， 在建立全球数据对比的层面上， 难以得到令人信 服的结论。相比之下， 由于 Sr 在海水中的残留时间 约为106a 显著大于海水的混合时间 约为 103a ， 因此全球范围内任一时代内海相 Sr 同位素的组成是 均一的 ［ 20 ］， 这就有效地弥补了其他同位素在全球对 比研究中的缺陷。但对于黑色岩系沉积时段 缺氧事 件 ， Sr 的地球化学性质使其并不适用于该时段内的 古环境研究。 Re、 Os 易在富有机质岩石中富集， 这些富有机质 岩石常形成于较强的还原环境， 而 Re、 Os 同位素体系 在还原环境下能够保持较好的封闭性， 使其能够较好 地适用于富有机质沉积岩和黑色页岩的定年研 究 ［ 21 ］。此外， Re、 Os 同位素体系还能有效地对沉积 古环境进行示踪 ［ 22 －24 ］。近年来， 围绕晚新元古代 早寒武世黑色页岩 Re、 Os 同位素的讨论不断开展， 也 积累了一定的学术成果。如 Mao 等 ［ 25 ］、 Xu 等［ 26 ］、 Fu 等 ［ 27 ］通过对Ni －Mo －V 多金属层的Re －Os 同位 素测定， 探讨了震旦与寒武的界限年龄; 李超等 ［ 28 ］通 过对2．7 Ga 至今海水 Os 的同位素进行了统计， 发现 Os 同位素演化的规律与一些地史事件有较好的耦合 关系。然而， 由于黑色岩系 Re － Os 同位素体系以 及其分析测试流程的复杂性， 不少学者对于 Re － Os 同位素的测年及环境演绎的结果还有质疑。鉴于 此， 本文对前人的晚新元古代早寒武世黑色页岩 Re － Os 同位素的测年结果进行了简要的回顾， 通过 与大量的、 高精度的锆石U － Pb年龄值的对比， 论证 Re － Os 同位素测年的可靠性， 同时结合前人所做的 Sr 同位素变化曲线以及收集到的新元古代早寒 武世 Os 同位素的测试数据， 阐述 Os 同位素在该时 段古环境演绎中发挥的作用。 1黑色页岩 Re －Os 同位素测年的分析方法 1． 1黑色页岩 Re －Os 同位素测年的主要原理 黑色页岩是一类富含有机质， 且形成于缺氧环 境中的沉积岩层。已有的研究发现， 在海相沉积环 境下， Re、 Os 所表现出的亲有机性要相对高于其亲 铁特性 ［29 ］。通常情况下， 海水中的 Re、 Os 分别以 ReO － 4和 HOsO － 5等高价态的形式存在， 这些高价态 的离子团迁移能力较强， 当其进入还原环境后， 易被 还原为低价态的离子而被有机物吸附， 进而富集沉 淀下来 ［30 ］。因此， Re、 Os 的富集过程与沉积岩的沉 积过程应是同时进行的， 沉积岩的沉积年龄也就可 以通 过 Re － Os 同 位 素 所 记 录 的 时 间 反 映 出 来 ［28 ］。187 Re 是放射性同位素， 它能够衰变成为 187Os， 半衰期为 41． 6 Ga， 沉积岩所吸附富集的 Re － Os 同位素体系封闭后， 通过 Re、 Os 衰变关系建立的 Re － Os 等时线年龄就代表了该体系的沉积时代。 1． 2Re －Os 同位素的分析方法 用于测定 Re － Os 同位素年龄的黑色页岩需保 证是新鲜的， 未经后期热液渗入、 变质或风化作用影 响的样品， 因为这些后期的作用将破坏 Re － Os 同 位素封闭体系， 造成 Re、 Os 的丢失或增加， 使实验 结果出现较大误差。对于每件样品的取样量， 目前 各实验室还未达成共识。Kendall 等 ［31 ］曾对取样量 分别为小于10 g 和大于20 g 的 Re － Os 测年实验作 一对比， 发现取样量大于 20 g 时所产生的实验误差 要比取样量小于 10 g 的实验误差要小， 该研究认为 取样量大， 可能会避免小范围的 Re、 Os 扩散现象以 及 Re、 Os 的失耦现象。 目前我国用于溶解富有机质沉积岩的方法主要 有两种 三氧化铬 硫酸溶解法和逆王水溶解法。 三氧化铬 硫酸溶解法能够选择性地溶解沉积物有 机相中的 Re、 Os， 从而减少了来自古老地层岩屑中 Re 和 Os 的影响 ［32 ］。然而也有学者［33 ］认为这两种 溶样方法的效果并没有本质区别。Re 的分离方法 主要有离子交换法、 溶剂萃取法以及这两种方法的 结合， 具体方法需根据样品 Re 的含量特征进行选 择。Os 的分离方法有常规蒸馏法、 原位蒸馏法、 微 蒸馏法、 氯仿 CHCl3 或四氯化碳 CCl4 萃取法、 液 溴萃取法， 其中微蒸馏法是进行高精度 Os 测定的主 要纯化方法。Re、 Os 含量测定常用的质谱仪， 主要 有负离子热表面电离质谱 N － TIMS 和电感耦合等 离子体质谱 ICP － MS 两种， 前者的测量精度较高， 信号稳定， 对于 Re、 Os 含量较低的沉积物有较好的 分析效果。对于 Re、 Os 同位素比值较高的黑色页 135 第 5 期王富良， 等 Re － Os 同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展第 35 卷 ChaoXing 岩、 辉钼矿、 铜镍硫化物等样品的测定， ICP － MS 基 本可以满足其分析要求 ［34 ］。 近年来， 随着系列新型质谱仪的出现以及新的 富集、 纯化流程和超净实验室的建立， Re、 Os 含量及 Os 同位素比值的测量精度越来越高， 使得 Re － Os 同位素测年技术逐渐趋于成熟。但由于黑色岩系沉 积体系的复杂性， 导致该项技术手段还存在诸多争 议。例如， 采样间距如何安排才最合理， 什么样的变 质程度会破坏黑色页岩的封闭性， 黑色页岩的熟化 到底会不会破坏其中 Re － Os 的封闭性， 溶解样品 是采用逆王水体系还是采用三氧化铬 硫酸更好 这些问题都没有得到很好的解决。 2Re －Os 同位素体系在地层测年中的应用 2． 1Re － Os 同位素测年法在 Sturtian 冰期及 Marinoan 冰期年龄界定中的应用 以往的研究资料显示， 在新元古代， 全球范围内 普遍存在两次冰期 Sturtian 冰期和 Marinoan 冰 期 ［ 35 －36 ］。然而， 对于两次冰期的年代讨论， 一致存在 着争议。在澳大利亚Amadeus 盆地 图1b ， Areyonga 组冰期沉积通常认为可与 Sturtian 冰期沉积相类 比 ［ 37 ］， 其上覆盖了 Aralka 组白云岩及页岩， Aralka 组 上部 Pioneer 组等同于 Olympic 组 图 1c ， 而与 Marinoan 冰期属同期沉积 ［ 38 ］。在中国南方， 南华系 地层广泛出露， 其与国际上的 “成冰系” 相对应， 而又 被称为 “南华大冰期” 。南华系的上冰期为南坨冰期， 其与 Marinoan 冰期相对应， 但南华系下冰期的确立 要复杂些， 张启锐等 ［ 39 ］将中国华南地区的长安组、 富 禄组及其相关的地层单元放在一起， 组成 “江口群” ， 称之为华南地区代表下冰期的同一地层单元， 而与 Sturtian 冰期相对应 ［ 40 －42 ］。因此， Aralka 组及大塘坡 组成为研究这两次全球冰期时代的重要窗口， 受到了 国内外地质学者的广泛关注 ［ 38， 43 －47 ］。 Kendall 等 ［44 ］采用黑色页岩 Re － Os 测年法对 Areyonga 组之上的 Aralka 组黑色页岩进行了重现测 定， 测定值为 657． 22 5． 4 Ma 图 1c 。Zhou 等 ［43 ］ 利用 U － Pb 法测定了我国贵州东部寨郎沟地区 图 1a 大塘坡组底部凝灰岩夹层的锆石年龄， 所得年 龄值为 663 4 Ma 图 1c 。尹崇玉等 ［45 ］ 利用 U － Pb 法对贵州松桃黑水溪距大塘坡组底部3 m 之 上的凝灰岩进行了测定， 年龄结果为 662． 9 4． 3 Ma。Zhang 等 ［46 ］对湖南吉首汪家坪地区 图 1a 大 塘坡组靠近顶部的凝灰岩锆石 U － Pb 测年结果为 654． 5 3． 8 Ma 图 1c 。2015 年 Liu 等 ［47 ］利用 U － Pb法对湖南长阳毛坪洞地区 图 1a 大塘坡组 中上部凝灰岩的年龄测定值为 654． 2 2． 7 Ma 图 1c ， 该值与汪家坪地区大塘坡顶部的 U － Pb 年龄一致， 表明华南地区在大塘坡组沉积之后发生 了差异性升降运动。这些年龄测定结果的高度集中 反映了 Sturtian 冰期可能发生于 670 Ma 之前， 同时 也说明了 Marinoan 冰期沉积伊始要晚于 650 Ma。 此外， 处于两大冰期之间的间冰期 U － Pb 测年结果 也证实了 Re － Os 同位素用于黑色页岩测年的可靠 性 图 1c 。然而， 可见的是， 世界范围内对于间冰 期 Re － Os 同位素测年数据十分匮乏， 我国对于大 塘坡期的测年研究还局限于锆石 U － Pb 测年方面。 近年来， 在贵州松桃地区不断发现了一些储量过亿 吨的超大型锰矿床， 而这些锰矿均产于大塘坡期黑 色页岩中。前人对于这一赋矿区域的讨论才刚刚起 步， 在这样的一个背景下， 开展黑色页岩的 Re － Os 同位素体系研究， 前景十分广阔。 2． 2Re －Os 同位素测年法在震旦系地层年龄界定 中的应用 在中国南方， 震旦系 埃迪卡拉系 由陡山沱 组、 灯影组及相当的同期地层所组成。陡山沱组是 新元古代“雪球事件” 后于扬子板块沉积的一套以 碎屑岩与碳酸盐岩构成的混合沉积序列。在浅水沉 积区， 其整合或平行不整合于南沱组冰碛杂砾岩之 上， 与上覆灯影组为整合接触; 在深水沉积区， 陡山 沱组整合于南沱组或洪江组之上， 与上覆灯影组或 以硅质岩沉积为主的留茶坡组呈整合接触。陡山沱 期是生物演化的重要阶段， 该期发现了大量种类不 一的动物胚胎化石、 微型动物成体化石及埃迪卡拉 型化石等 ［49 －51 ］。但是， 由于该套地层是以碳酸盐岩 为主的沉积地层， 缺乏有效的测年材料， 长期以来陡 山沱组的沉积年龄问题一直没有得到有效的解决。 Barfod 等 ［52 ］采用 Lu － Hf 和 Pb － Pb 的方法对贵州 瓮安陡山沱组上磷矿层进行了研究， 测定结果为 584 26 Ma 和 599 4． 2 Ma， 但该年龄值仅能代表 以多门类微体化石为特征的瓮安生物群的辐射期年 龄， 并不能代表陡山沱组的底界 ［53 ］。2005 年， 埃迪 卡拉系底界的同位素年代学研究取得了实质性的突 破。Yin 等 ［53 ］对三峡地区陡山沱组底部上方2 m 凝 灰岩锆石 U － Pb 测定的年龄值为 628． 3 5． 8 Ma; Condon 等 ［54 ］对湖北高家溪剖面和季家湾剖面陡山 沱底部凝灰岩锆石 U － Pb 年龄的测定结果为 635． 2 0． 6 Ma 和632． 5 0． 5 Ma。这些结果不仅限定了 中国华南地区南坨冰期的结束年龄， 也限定了陡山 235 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 图 1 a 冰期沉积期间南华盆地沉积岩相古地理图 据 Li 等［48 ］ ; b 冰期沉积期间澳大利亚构造背景图 据 Kendall 等 ［44 ］ ; c 冰期沉积期地层对比图Amadeus 盆地地层图据 Kendall 等［44 ］， 寨郎沟地层图据 Zhou 等［43 ］， 毛坪洞及汪家 坪地层图据 Liu 等 ［47 ］， Re － Os 同位素年龄源自 Kendall 等［44 ］， U － Pb 年龄源自 Zhou 等［43 ］、 Zhang 等［46 ］、 Liu 等［47 ］ Fig． 1 a Sedimentary lithofacies，palaeogeographic map of the Nanhua Basin during glacial deposit after Li et al［48 ］ ; b The tectonic background graph during glacial deposit in Australia after Kendall et al［44 ］ ; c The graph of stratigraphic correlation during glacial deposit in the stratigraphic map of Amadeus after Kendall et al ［ 44 ］， the stratigraphic map of Zhailanggou after Zhou et al ［ 43 ］， the stratigraphic map of Maopingdong and Wangjiaping after Liu et al［ 47 ］， the date of Re- Os isochron ages from Kendall et al［44 ］，the U- Pb age from Zhou et al［43 ］，Zhang et al［46 ］，Liu et al［47 ］ 沱组的初始沉积年龄。与此同时， Condon 等 ［54 ］对 同地区几丁湾剖面陡山沱组顶部庙河段火山灰夹层 锆石年龄进行了测定， 结果为 551． 1 0． 7 Ma， 该值 也限定了陡山沱组沉积末期的年龄。虽然陡山沱组 的沉积年龄已初步确定， 但由于测年数据较少， 对于 陡山沱以阶为单位的地层年代序列还未建立起来， 但这对于研究该时期的生物演化是十分重要的。 Zhu 等 ［55 ］对九龙湾地区 图 2a 陡山沱组庙河段底 335 第 5 期王富良， 等 Re － Os 同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展第 35 卷 ChaoXing 部的黑色页岩的 Re － Os 同位素年龄值进行了测 定， 测定值为 591． 2 5． 3 Ma 图 2b ， 该值与庙河 段顶部的 U － Pb 年龄 551． 1 0． 7 Ma［54 ］ 相差约 35 Ma， Zhu 等 ［55 ］认为这可能说明了庙河段黑色页 岩的沉积速率非常缓慢， 约为 0． 4 mm/ka。由于陡 山沱组中普遍发育， 富有机质黑色岩系， 如在中扬子 区， 陡山沱组沉积序列中发育了三层黑色岩系 ［56 ］， 对这些黑色岩系的 Re － Os 同位素测年研究将可能 为陡山沱组生物地层对比作出有效的贡献。 与其他时代的地层相比， 中国华南震旦系灯影 组地层的年代学讨论显得更加困难， 这主要是因为 缺乏有效的定年材料， 也缺乏相应的生物化石标志， 加之在台地相区， 该地层还存在着不同程度的缺失 图 3a 。长期以来， 不少学者主要是通过对岩性及 其组合特征的对比， 将华南地区上覆于陡山沱组之 上的灯影组与留茶坡组视为同期异向的地层而进行 研究 ［3， 57 ］。以黑色页岩、 硅质岩沉积序列为特征的 留茶坡属扬子地台过渡相、 斜坡至深水盆地相内的 沉积地层， 其与上覆寒武系牛蹄塘组、 下浮陡山沱组 图 2 a 震旦纪陡山沱期扬子地台岩相古地理图 据 Wang 等［62 ］ ; b 震旦纪时期各相带地层对比图 九龙湾地层图据 Zhu 等 ［55 ］;瓮安北斗山剖面地层图据杨爱华等［56 ］;Re － Os 年龄据 Zhu 等［55 ］ Fig． 2 aPaleogeographic map of the Yangtze plat during the deposition of Sinian Doushantuo ation after Wang et al［62 ］ ; b The each phase graphs of stratigraphic correlation in Sinian the stratigraphic map of Jiulongwan after Zhu et al［55 ］，the stratigraphic map of Beidoushan，Weng’ an after Yang Aihua et al［56 ］; the date of Re- Os isochron ages from Zhu et al［55 ］ 均为整合接触 图 2b， 图 3c 。2012 年， 王约等 ［58 ］ 通过对华南地区岩石地层特征、 海平面变化特征、 生 物地层特征等方面的系统研究认为， 湘黔地区的留 茶坡组的沉积时代应为伊迪卡拉 震旦 纪陡山沱 晚期早寒武世早期之间， 但对此还缺乏有效的年 龄数据进行制约。Chen 等 ［59 －60 ］报道了贵州坝黄及 湖南杆子坪留茶坡组中上部凝灰岩层锆石 U － Pb 年龄， 分别为 536． 5 5． 5 Ma 和 542． 6 3． 7 Ma 图 3c ， 该年龄值表明留茶坡组的中后期已靠近了震 旦寒武的界限 542． 0 0． 3 Ma［61 ］ 。但对于留茶 坡组地层更多的同位素年代学讨论， 尤其是 Re － Os 同位素测年方面的研究， 至今还未见相关的报道。 2． 3Re － Os 同位素测年法在早寒武世地层年龄 界定中的应用 寒武世时期， 缺氧事件在全球范围内形成一套 分布广泛的黑色岩系。在中国华南地区， 黑色岩系 中常常赋存了大量的 Ni、 Mo、 V、 P、 PGE、 REEs、 Ba 等 重要的金属元素， 并在特殊的古地理环境下 图 3a 形成了一些大型、 超大型的矿床， 如滇西和黔中的梅 树村期磷矿床 ［63 ］及滇湘黔浙地区广泛分布的 Ni － Mo － V － PGE 矿床 ［13 －15 ］。过去， 不少研究者对下浮 于磷结核层或 Ni － Mo 多金属层的凝灰岩进行了大 量的 U － Pb 定年测试 522． 3 3． 7 Ma［60 ］; 538． 2 1． 5 Ma［64 ］; 526． 5 1． 1 Ma， 532． 3 0． 7 Ma［65 ］; 522． 7 4． 9 Ma［66 ］ 。也有学者通过黑色页岩的 435 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 图 3 a 早寒武世扬子地台岩相古地理图 据 Chen 等［59 ］ ; b 早寒武世 Ni － Mo － PGE 多金属层 Re － Os 等时线拟合图 数据源自 Han 等 ［14 ］、 Mao 等［25 ］、 Xu 等［26 ］、 Fu 等［27 ］; c 早寒武世时期各相带地层对比图 地层资料据 Fu 等［27 ］、 Chen 等 ［60 ］、 Wang 等［66 ］;U －Pb 年龄源自 Chen 等［59 －60 ］、 Jenkins 等［64 ］、 Jiang 等［65 ］;Re －Os 年龄源自 Xu 等［26 ］、 Fu 等［27 ］ Fig． 3 a Paleogeographic map of the Yangtze plat in Early Cambrian after Chen et al［59 ］ ; b The graph of Re- Os isochron of Ni- Mo- PGE polymetalic layers in Early Cambrian the date come from Han et al［14 ］，Mao et al［25 ］，Xu et al［26 ］， Fu et al［27 ］; c The each phase graph of stratigraphic correlation in Early Cambrian the date of strata after Fu et al［27 ］， Chen et al［60 ］，Wang et al［66 ］，the U- Pb age from Chen et al［59 －60 ］，Jenkins et al［64 ］，Jiang et al［65 ］，the date of Re- Os isochron ages from Xu et al［26 ］，Fu et al［27 ］ Re － Os同位素测年的方法对早寒武世时期硫化物 矿层、 Ni － Mo 多金属层及富 V 层的成矿年龄进行 了研究。如 Xu 等 ［26 ］对贵州松林、 牛场， 湖南三岔地 区 图3a 牛蹄塘组底部硫化物矿层的 Re － Os 同位 素年龄进行了测定， 其将三个地区的测定值拟合后 得到的 Re － Os 等时线年龄为 521 5 Ma 图 2c 。 同样， Fu 等 ［27 ］通过对多地区 松林、 牛场、 穿棚湾、 三岔 Ni － Mo 多金属层、 富 V 黑色页岩 坝黄 及无 矿黑色页岩 水东 的 Re － Os 同位素测年后， 认为 Ni － Mo 多金属层与富 V 层可能属同期沉积， 且多 个地区测定值拟合后的等时线年龄为 525． 9 8． 9 Ma 图 3c 。 以上这些 Re － Os 年龄的测定值与精度较高的 U －Pb测年结果完全一致。此外， 本课题组利用 Isoplot 软件将前人所做的 Ni － Mo － PGE 多金属年龄 值进行了拟合， 得到 518． 1 6． 1 Ma 的年龄值 图 535 第 5 期王富良， 等 Re － Os 同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展第 35 卷 ChaoXing 3b ， 该值也说明湘黔地区早寒武世 Ni － Mo － PGE、 富 V 层的形成时间可能集中分布在520 Ma 左右。 3Os 同位素初始值在示踪晚新元古代 早寒武世时期古环境中的应用 海水中 Os 的质量平衡受到了三种来源的影响 ①河流带入的大陆风化产物中高放射性的 Os， 其 187Os/188Os值约为 1． 4; ②由洋中脊热液带来的非放 射性的 Os， 其187Os/ 188Os值约为 0． 127; ③由宇宙尘 埃带 来 的 非 放 射 性 的 Os， 其187Os/ 188Os 值 约 为 0． 127［22 ］。来源①部分的每年高放射性 Os 的输入 量约为 295 kg; 而来源②、 ③部分非放射性 Os 的输 入量则为每年126 kg， 其中由宇宙尘埃带来的 Os 仅 占到该部分的 14［67 ］， 该值只相当于陆源供给的 很小一部分， 其对海水 Os 同位素的改造作用不大。 因此， 海水中的 Os 实际上主要受控于陆壳风化物 Os 及洋中脊热液 Os 的影响。通过对比各时期海水 中的 Os 同位素初始比值， 即能反映出 Os 的各输入 端源的相对变化。而这些变化受到了海平面升降、 构造运动 超大陆的分裂与聚合 、 古气候变化等因 素的影响， 因而海水 Os 同位素初始值的记录可作为 这些重大地质事件的响应。 图4b 反映了 Sturtian 冰期结束至早寒武世以来 海水 Os 初始同位素的变化曲线。由该曲线可看出， 在对应的时间区段内， 海水的 187Os/188Os i初始值 变化趋势与87Sr/ 86Sr 的变化曲线［68 ］ 图 4a 相类似， 均表现为逐渐升高的态势， 表明该时间段内， 来自陆 壳的放射性 Os 含量逐渐增高， 即陆壳的风化强度在 逐渐增强。间冰期至 635 Ma 的期间， 187Os/188Os i 初始值由 0． 82 下降至 0． 77， 这主要是受到了冰川 事件的影响， 此时大陆地壳被冰雪所覆盖， 风化作用 减弱。此外， 海水的初始 187 Os/188Os i变化曲线 与87Sr/ 86Sr 变化曲线在早寒武世时期表现出了差异 性 87Sr/86Sr 变化曲线存在约 20 Ma 520 ～540 Ma 的空白 图 4a 。这是由于该时期内发生的缺氧事 件在全球范围形成了一套广泛分布的黑色岩系， 而 黑色岩系不同于碳酸盐岩， 该岩类中 Sr 的含量较 低， 难以进行87Sr/ 86Sr 值的分析测试。相比之下， 海 水的 187Os/188Os i初始值则能有效地弥补 87Sr/86Sr 分析的这一缺陷。由图 4b 可看出， 187Os/188Os i初 始值在87Sr/ 86Sr 空白记录的时期表现出波动性， 反 映了该时期存在大量“热源” 非放射性 Os 的输入。 在中国华南地区， 这一事件为 Ni － Mo 多金属层、 富 V 层的形成提供了重要的物质来源 ［27 ］。需要注意 的是， Os 在海水中的平均滞留时间仅约 104a［69 ］ ， 远 小于 Sr 在海水中的残留时间 约 106a ， 因此 Os 同 位素的初始值具有比 Sr 同位素反映海水特征更为 灵敏的性质 ［22， 44 ］， 如 Sr 同位素对海水多期脉冲式氧 化的响应要明显差于 Os 同位素 ［70 ］。 由于在晚新元古代至早寒武世时期， 碳酸盐岩 沉积占据着较大的比重， 而该类沉积岩中的 Os 含量 较低， 此时的 Sr 同位素对于古环境的分析又要强于 Os 同位素。因此， 如果能够结合二者的优缺点， 并 在分析研究上相互携和， 必将为晚新元古代早寒 武世的古环境反演研究作出巨大贡献。 图 4 a 海水87Sr/ 86Sr 的变化曲线 据 Maloof 等［68 ］ ; b 晚元古代至早寒武世海水初始187Os/188Os变化 曲线 据 Xu 等 ［26 ］、Fu 等［27 ］、Kendall 等［44 ］、Zhu 等 ［55 ］ Fig． 4 a The 87Sr/86 Sr curve of sea water after Maloof et al［68 ］ ; b The 187Os/188Os curve of sea water during Late Neoproterozoic to Early Cambrian after Xu et al［26 ］，Fu et al［27 ］，Kendall et al［44 ］，and Zhu et al［55 ］ 4存在问题和发展方向 Re － Os 同位素体系在晚新元古代至早寒武世 富有机质黑色页岩测年及古环境演绎的研究中， 取 635 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 得了较好的效果。然而， 在该时期内有关黑色岩系 Re － Os 同位素年龄的研究还较为薄弱， 一些地层年 龄的界定还存在着较大空白， 如震旦系陡山沱组及 留茶坡组。相关的 Os 同位素初始值的数据也还较 为缺乏， 导致 Os 同位素初始值曲线在小的时间范围 内还难以看出变化。此外， 在 Re － Os 同位素分析 测试方面也还存在着诸多问题， 如采样间距的安排、 变质程度对 Re － Os 体系封闭性的影响， 熟化是否 会破坏其中 Re － Os 的封闭性等等。这些问题制约 着 Re － Os 同位素分析测试的精度， 也影响着其在 测年及环境演绎研究中的推广。但可以预见的是， 随着 Re － Os 同位素分析技术的发展以及更多实验 流程的建立， 该项技术拥有十分广阔的应用前景。 如当前已在一些花岗岩型矿床、 矽卡岩型矿床、 油页 岩、 沥青、 次石墨、 油砂、 原油等的测年研究中崭露头 角， 在计算地层沉积速率、 天体和地幔有关事件和区 域隆升事件响应等研究上也初见端倪。近年来， Re － Os同位素体系在辉钼矿 ［71 ］、 富有机质碳酸盐 岩 ［72 －73 ］测年领域取得的突破， 将使其在未来年代地 层学， 尤其是在一些古老地层的年代厘定研究中发 挥着巨大作用。 5参考文献 ［ 1］Zhu M Y， Strauss H， Shields G A． From Snow Ball Earth to the Cambrian Bioradiation Calibration of Ediacaran- CambrianEarthHistoryinSouthChina ［J ］ ． Palaeogeography， Palaeoclimatology， Palaeoecology， 2007， 254 1 －2 1 －6． ［ 2］朱茂炎． 动物的起源和寒武纪大爆发 来自中国的化 石证据［ J］ ． 古生物学报， 2010， 49 3 269 －287． Zhu M Y． The Origin and Cambrian Explosion of Animals FossilEvidencesfromChina ［J］ ．Acta Palaeontologica Sinica， 2010， 49 3 269 －287． ［ 3］Herwatz D， Pack A， Krylov D， et al．Revealing the Climate of Snowball Earth from Δ17O Systematics of Hydrothermal Rocks［J］ ． Proceeding of the National Academy of Science， 2015， 117 12 5337 －5341． ［ 4］Nekrasov G E， Bogomolov E S． Ophiolites of the Ust- Belskii Terrane Chukotka A Consequence of Late Precambrian Breakup of the Rodin