黑色页岩Re-Os同位素定年溶样方法比对及其在上元古界-下寒武统地层年代学中的应用

Via the method of Re-Os dating for black shale developed in the Upper Proterozoic-Lower Cambrian could provided series of age data and Os isotopic characteristics data for the stratigraphic determination and paleoenvironmental evolution which have important geological significance. However, the most important task is solve the controversial issue of the digestion methods in the Re-Os dating test, the Re and Os process blank of H2SO4-CrO3 digestion method and other issues before use of black shale Re-Os isotopic dating techniques to provide accurate Re-Os dating data for formation determination. This application proposed to dissolve different features (such as: contents of Re and Os, detrital composition and content) of black shale, typical detrital and sulfide by two different digestion method (H2SO4 - CrO3 and inverse aqua regia). With the purpose of exploring the influence of the digestion method on the data results from the level of dissolution of chemical reaction mechanism and summarize the corresponding relationship which according to compare the data obtained by series of chemical analysis measurement such as the oxidability of dissolve media, the phase change before or after dissolved, the elemental analysis. On this basis, use the Re-Os isotopic dating the Datangpo and Doushantuo Formation black shale of the Upper Proterozoic-Lower Cambrian, in order to obtain a more accurate geological age and Os isotope initial composition.

对上元古界-下寒武统这一时期大量发育的黑色页岩进行Re-Os同位素定年为该地层年代的厘定和古环境反演提供一系列年龄数据及Os同位素特征数据，具有重要地质意义。然而，在利用黑色页岩Re-Os同位素定年技术为地层厘定提供精准Re-Os定年数据之前，首先要解决Re-Os定年测试中存在的溶样方法争议和 H2SO4-CrO3溶样方法Re、Os流程空白等问题。本申请拟针对不同特征（如：Re和Os含量，碎屑的组成及含量）的黑色页岩和代表性碎屑与硫化物开展溶样方法对比（H2SO4-CrO3和逆王水），通过溶样介质氧化性测试，溶样前后物相及元素分析等研究工作，从化学反应机理层面深入探讨溶样方法对Re-Os同位素定年结果的影响，总结其对应关系。在此基础上，对上元古界-下寒武统大塘坡组和陡山沱组黑色页岩开展Re-Os同位素地层年代学研究，以期得到更精准的地层年龄和Os同位素初始组成。

黑色页岩Re-Os同位素定年技术为地层厘定、古环境反演提供了大量地层年龄数据和Os同位素特征数据，具有重要的地质意义。然而，采用H2SO4-CrO3溶样方法还是逆王水溶样方法进行黑色页岩Re-Os同位素分析一直存在争议。普遍认为H2SO4-CrO3方法可以选择性的溶解黑色页岩中的有机质而较少溶解碎屑组分，并得到更精准的Re-Os同位素数据。然而，该方法较高的Re空白问题一直未得到根本解决，其高Re空白主要源于较难纯化的CrO3试剂，这也是进行两种方法比对首先要解决的问题。通过对CrO3试剂进行纯化方法的研究， 我们发现CrO3在碱性条件下会转变为Na2CrO4并可以被丙酮高效纯化。通过对不同有机碳含量黑色页岩进行溶样并与H2SO4-CrO3和逆王水溶样方法获得的Re-Os同位素数据对比，确定了H2SO4和Na2CrO4的最佳配比，建立了H2SO4-Na2CrO4溶样方法，且该方法具有超低的空白水平（Re：1~2 pg；Os：0.6 pg）与逆王水方法相当。.在方法对比研究中，首先测定了三种溶样介质的电极电位，证实逆王水方法的氧化性相较于其他两种方法更低。对约20件不同沉积时代和沉积环境的和黑色页岩样品和黑色页岩、花岗岩、黄铜矿、黄铁矿标样等进行了多项溶样前后物相及元素分析对比，如主量、微量、Re-Os同位素数据、扫描电镜、能谱分析等。通过以上数据对比，证实了三种方法对黑色页岩的碎屑均有不同程度的溶解，逆王水方法对黑色页岩中碎屑的溶出程度低于另外两种方法，三种溶样方法对不同元素的释放有明显不同。此外，采用逆王水方法和H2SO4-Na2CrO4方法对大塘坡组和陡山沱组黑色页岩开展了Re-Os同位素地层年代学研究，获得了大塘坡组的地层年龄。两种溶样方法获得的Re同位素数据在不确定度范围内一致，而普通Os结果略有差别，但是不同溶样方法对等时线的年龄影响不大。黑色页岩Re-Os同位素分析可以根据样品中的碎屑含量、草莓状黄铁矿的含量来进行合适的溶样方法选择，以获得更精准的Re-Os同位素数据。