杨莉① YANG Li；杨光树① YANG Guang-shu；田鹏② TIAN Peng；孙伯东③ SUN Bo-dong
（①昆明理工大学，昆明 650093；②中国有色金属工业昆明勘察设计研究院矿冶分院，昆明650093；
③云南省地质调查局，昆明 650093）
摘要:（Ｕ-Ｔｈ）/Ｈｅ作为近年来发展较快的一种新的放射性同位素定年方法，已经在地质研究领域得到了广泛应用，本文在介绍(Ｕ-Ｔｈ)/Ｈｅ定年方法技术原理的基础上,介绍其低温的敏感性可用于揭示矿床成因的浅层地表低温过程，包括成矿时间以及抬升剥蚀的相关信息，对此技术在矿床潜力进行评估。
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关键词 ：（U-Th）/He；低温；矿床地质学
中图分类号：P611 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0202-04
基金项目：本文受国家自然科学基金项目云南省昭通毛坪铅锌矿床年代学和成矿动力学研究（41103026）和滇东南老君山多金属矿集区层控矽卡岩成因与成矿作用（41373050）联合资助。
作者简介：杨莉（1987-），女，云南大理人，昆明理工大学硕士在读，研究方向为同位素地球化学方向；杨光树（通讯作者）（1980-），男，云南丽江人，讲师，博士，研究方向为矿床地球化学。
0 引言
早在上个世纪初期，就有科学家认识到可以通过测定矿物中由U和Th通过α放射性衰变积累的4He来测定矿物的年龄[1]，然而由于He在不同的矿物中的保存性存在巨大的差异，以及当时不能合理地解释采用（U-Th）/He方法测得的年龄往往比实际年龄偏小的客观原因，加之技术条件和测试精度不能满足U、Th、He的测试要求和U-Pb、K-Ar法等测年技术的快速发展等原因，（U-Th）/He定年技术并未得到发展。此后，人们逐渐认识到引起（U-Th）/He年龄比实际年龄小的多的主要原因是体积扩散导致He的丢失[2-3]和近年来对于矿物中的He扩散对于温度的敏感性的研究，认为矿物的尤其是对于快速冷却的样品的（U-Th）/He年龄不具有结晶学意义，但是具有热年代学意义。
该方法对于其他方法难以涉及的低温范围的敏感性和高精度使人们对于该方法产生了浓厚的兴趣，国内外先后利用（U-Th）/He技术对于近地表与构造有关的区域热历史演化、古地形的演变、山体的剥露隆升和沉积盆地的热史恢复进行了有意义的研究[4-11]，此后有学者提出，（U-Th）/He方法在矿床学上限定矿床的成矿时代以及矿床后期改造和揭顶时代研究的可能性，近年来，开始陆续成功地应用于矿床学的研究中。
本文简要介绍了（U-Th）/He测年技术的基本原理以及实验方法,并在此基础上,对这一技术矿床成矿及后期改造方面的应用实例进行了介绍。
1 （U-Th）/He技术基本原理
(U-Th)/He的定年原理是基于矿物中的238U、235U以及232Th发生的α衰变，形成稳定的4He同位素，通过测定4He及母体同位素238U和232Th的含量，即可获得（U-Th）/He的年龄。衰变方程如下：
由该方程可知，通过测量矿物样品中放射性子体同位素4He、母体同位素238U、235U和232Th的含量,就可以获得(U-Th)/He的年龄。方程的成立需要满足以下两个假设条件：①衰变体系中所有子体同位素处于长期平衡状态；②晶体中没有初始He的存在。由于天然He在矿物中的含量很少超过数百个10-6量级，地壳中的He主要是放射性成因的4He,目前大气中的3He含量特别低,而且有宇宙He的影响,因此运用(U-Th)/He定年时,忽略原始He的影响。该方法测年范围大,可以对非常年轻的样品进行定年(15万年以内),也可以对非常老的样品进行年龄分析。
2 适合（U-Th）/He定年的矿物
由于矿物对He的保存受到矿物晶格、形态、大小以及外界热作用过程的制约，因此不同的矿物对于He的保存能力是不一样的，研究表明，在地表的环境温度下，石英、透长石和白云母等矿物中，He不能被保存下来。像绿柱石等一类的环状硅酸盐矿物则很可能He通过矿物的中心管道捕获He,导致很高的过剩He的存在，导致所测年龄偏老，对年龄结果的影响很大，因此也不适合用于（U-Th）/He定年。而在角闪石、辉石、橄榄石、石榴子石、未变质榍石、未变质锆石、磷灰石磁铁矿、赤铁矿等矿物中，He可以得到很好的保存，其中U、Th含量较高的锆石、榍石、磷灰石来说，近年来对其研究较多，成为了（U-Th）/He定年技术最常用的矿物，橄榄石和辉石的（U-Th）/He测年技术也被广泛的用于宇宙成因3He的研究。不同矿物中的He的扩散行为是影响矿物的（U-Th）/He同位素体系是否能够准确记录年龄的重要因素，对He扩散行为的研究是合理利用（U-Th）/He技术的关键。
3 （U-Th）/He技术的矿床学应用
对矿床的研究不仅仅要注重矿床形成过程研究，更要兼顾矿床形成后的变化保存情况的研究，对于隐伏矿的寻找和矿床的分布规律的把握均具有积极的意义。矿床形成后受到不同的因素的影响，对于矿床的保存会有较大的影响。其中，区域隆升与剥烛是影响矿床变化与保存的关键性因素之一[12]。矿床在地下一定的原始深度形成以后，尤其是中成、深成的矿床，如果矿床形成后并未经受到区域性的隆升和剥蚀作用，那么在目前的勘查技术条件下难以发现，还可能其形成深度太深、后期剥露程度远远不够也暂时不易为探知和利用，会以隐伏矿的形式继续存在；而一些浅成的矿床或者成矿后遭受强烈的隆升剥蚀，矿床很可能部分保存甚至消失。所以，对于区域隆升和剥蚀的研究是揭示矿床的变化和保存研究的重要的手段。相比于传统的揭示矿床剥蚀程度的技术手段，（U-Th）/He技术具有无可替代的优越性（表1）。尽管多种地质年代学方法可用于矿床剥蚀程度的研究给出定量的结果，相比之下，（U-Th）/He方法还有以下的优势：①和其他的同位素测年方式比较，磷灰石He封闭温度是目前已知定年体系中最低的，可以反映更低温度阶段的热历史信息；②与裂变径迹方式相比，（U-Th）/He方法采用质谱技术测定Ｕ、Ｔｈ、Ｈｅ同位素含量,因而所得到的（Ｕ-Ｔｈ）/Ｈｅ年龄精度要高；③激光技术的引入使得（Ｕ-Ｔｈ）/Ｈｅ同位素定年进入微区和微量样品领域，所需的样品量少，容易获得；④制样周期短暂，有效地缩短了测试周期。
而利用低温敏感性揭示近地表的地质事件是热年代学在经济地质上的重要应用，可以阐明矿床成因的很多方面，包括矿化持续的时间、矿床的抬升剥蚀速度以及矿床保存情况等。与其他的热年代学手段结合可以揭示出从矿体入侵到剥蚀完整的矿床热历史信息。
利用（U-Th）/He技术在矿床学研究上的可观的应用前景早在几年前就被相关的研究者提出[13-14]，并指出，对有效保存He同位素的金属矿物如磁铁矿、赤铁矿等矿物的直接定年或者含有萤石、橄榄石、辉石等矿物的非金属矿床的定年可以解决矿床成矿时代的问题，更重要的是，由于体系封闭温度较低，对于低温敏感，很容易受到后期热事件的扰动，可用来进行矿床成矿后期的地质事件或是剥蚀、揭顶历史的研究（图1）。
4 应用实例
李光明等[15]采用锆石U-Pb、黑云母Ar-Ar以及锆石、磷灰石（U-Th）/He构建了我国新疆境内的包古图斑岩型铜矿床的热历史，并认为大气降水的影响导致了（U-Th）/He年龄偏老，识别出五个阶段的冷却历史：晚石炭-早二叠世的快速冷却阶段（320-290Ma）-早二叠世-晚三叠世缓慢冷却（290-200Ma）-早侏罗世到早白垩世的极缓慢冷却阶段（200-136Ma）-早白垩世到晚白垩世（136-100Ma）的快速冷却阶段-晚白垩世以来的十分缓慢的冷却（100Ma）等五个冷却阶段，不同的冷却阶段主要是受制于欧亚大陆-羌塘地块以及羌塘地块与拉萨地块的碰撞拼合，但是并明显的受到印亚碰撞影响的效应。
对于作为金矿最重要类型的卡林型金矿，磷灰石（U-Th）/ He技术的另一潜在应用在于限定如卡林型金矿等低温热液系统作用的时间[16]。CHAKURIAN在矿区的不同的海拔高度采集了35个样品，其中的磷灰石裂变径迹样品采于古生代沉积岩中和侏罗纪的煌斑岩脉中，40Ar/39Ar样品来自于绢云母煌斑岩脉，揭示出矿床形成后的抬升历史，对其获得的磷灰石裂变径迹年龄显示Carlin East的金矿化以发生在37.3±1.5Ma；而Betze-Post矿床矿化发生在41.6±1.6Ma，区内测得的Carlin East矿床南部的磷灰石裂变径迹年龄分布在28-41Ma之间，小于北部的~56Ma的年龄，这种年龄趋势以及重、磁异常均反映出金矿化的热量中心是位于Carlin East的南侧的37Ma的Welches峡谷。由于磷灰石的裂变径迹在热液活动时期遭受了完全重置，所以矿带上蚀变岩的磷灰石裂变径迹和全岩的40Ar/ 39Ar数据并非指示的是金矿化的时代，（U-Th）/He年龄比推断的成矿时代小，有可能反映了与中新世火山活动有关的弱热液活动。
Anthony等[17]对阿根廷的Bajo de la Alumbrera斑岩铜金矿床的斑岩侵入体的进行的U-Pb和40Ar/39Ar年代学和锆石、磷灰石（U-Th）/He数据结果揭示了一个跨越百万年的复杂热历史过程：斑岩侵入体的侵入是分两次的，分别于8.0Ma以及此后的7.0Ma后侵入，复杂的叠加热事件覆盖了早期的热液活动历时。40Ar/39Ar结果显示了含矿的钾质集合体之间的密切关系，并通过低温热年代学手段得到了热液碱性长石6.82±0.05Ma以及6.64±0.09Ma的年龄数据，而对于温度敏感的Ar数据同时记录下下了更长时间（-5.9Ma，冷却至200℃以下）的冷却历史。这一冷却历史表明，Bajo de la Alumbrera在热液系统崩塌以后经历了漫长的冷却时间。通过多重扩散域的钾长石模拟认为矿床迅速冷却到300℃，此后降温到150℃以下。由此可以推断最后的一次低温热事件（150℃-200℃）的异常可能是放射性辐射热量或者更深部的岩浆热所导致的。而原有的岩浆为供给斑岩系统的热量，矿床以下的岩浆必须源源不断的进行充填，一旦岩体停止供给，则岩浆就会发生结晶，放热就会停止，引发了快速冷却的发生，原始岩浆的涌入则导致了低温热液蚀变作用的发生，与此同时25km远处的Agua Rica发生了矿化作用，由本矿床的斑岩型矿床的年代学数据限定的演化历史表明，矿床的形成是由多个岩浆热液系统的叠加形成，矿床的热液系统活跃的时间在3Ma-4Ma之间。
对于矿床成因和机制的研究是一个综合的方面，不同的矿床的类型采用的技术手段也会存在很大的差别，需要结合矿床地质特征和区域构造事件的综合信息，才能利用不同的同位素年代学手段对矿床的后期改造过程做出合理的判断。
5 结论
①（U-Th）/He方法的低封闭温度使其在矿床后期改造和揭顶时代研究上会成为必不可少的年代学工具；
②（U-Th）/He技术联合其他的热年代学方法，可以得对矿床的抬升剥蚀过程进行定量的限制，对于矿床成矿后的保存和隐伏矿的寻找具有重要的意义；
③由于需要具有不同封闭温度的矿物或体系的联合应用才能获得矿床来进行矿床的热历史的恢复有时受制于矿床中选不出合适的年代学样品，对于一这类方法的使用则会受到限制。
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