前寒武系云南晉寧梅樹(shù)村剖面前寒武系寒武系界線化石Sm-Nd同位素年齡測(cè)定

前寒武系云南晉寧梅樹(shù)村剖面前寒武系寒武系界線化石Sm-Nd同位素年齡測(cè)定

寒武系底邊界，即元古宇顯生宇邊界，標(biāo)志著地史發(fā)展中最重要的變化。獲取該邊界的精確年齡數(shù)據(jù)非常重要。確定寒武系底邊界在國(guó)際地質(zhì)年表上的位置是其意義之一。最重要的是，確定元古宇和顯生宇過(guò)渡過(guò)程中發(fā)生的各種變化的速度，尤其是隨后動(dòng)物早期發(fā)育的速度，并提供可靠的基準(zhǔn)依據(jù)。以往常引用的寒武系底界為570Ma的年齡數(shù)據(jù),主要是依據(jù)蘇聯(lián)俄羅斯地臺(tái)和西伯利亞地臺(tái)區(qū)晚前寒武系和寒武系地層K-Ar法海綠石年齡的測(cè)定結(jié)果推測(cè)的.由于K-Ar法海綠石年齡對(duì)古老地層而言的可靠性已受到廣泛的懷疑,因此長(zhǎng)期以來(lái),特別是近10年中,許多學(xué)者對(duì)此提出異議,并引起了激烈的爭(zhēng)論.我國(guó)學(xué)者曾采用Rb-Sr全巖等時(shí)線方法測(cè)定過(guò)云南晉寧梅樹(shù)村剖面筇竹寺組八道灣段下部的黑色頁(yè)巖,得出的結(jié)果分別為579±8.2Ma和587±17Ma,并由此推測(cè)寒武系底界年齡可能為610Ma.Cowie在引述這些數(shù)據(jù)時(shí)指出,這些年齡值可能會(huì)因?yàn)闃悠分泻嘘懺吹V物而偏老.而且其Rb-Sr全巖等時(shí)線的Sr同位素初始比值偏高,說(shuō)明這種可能性是存在的.法國(guó)學(xué)者根據(jù)法國(guó)、摩洛哥、英國(guó)、中東等地巖漿巖的年齡測(cè)定數(shù)據(jù),認(rèn)為寒武系底界年齡比通常所接受的要新得多,可能只有530Ma.然而正如Cowie和Johnson在總結(jié)時(shí)指出的,由于地層層序控制不理想,Odin等所引用的年齡數(shù)據(jù)并不一定代表寒武系底界的年齡,甚至可能新于Atdabanian階的時(shí)代.對(duì)同一界線的年齡相差甚至達(dá)80Ma,可見(jiàn)問(wèn)題的嚴(yán)重性.因此,國(guó)際地科聯(lián)(IUGS)1989年希望各國(guó)科學(xué)工作者繼續(xù)努力,為準(zhǔn)確測(cè)定寒武系底界年齡做出貢獻(xiàn).我們最近采用一種新的途徑,即化石Sm-Nd等時(shí)線方法,重新測(cè)定云南晉寧梅樹(shù)村剖面的寒武系底界的年齡,就是這種努力的一部分.一、sipalus帶和lapwo仿真s帶云南晉寧梅樹(shù)村剖面是國(guó)際前寒武系—寒武系界線層型的最佳候選剖面.該剖面包括漁戶村組上部和筇竹寺組,含有極豐富的多門(mén)類(lèi)小殼化石、遺跡化石,并以含有我國(guó)(或世界上)所發(fā)現(xiàn)的最古老的三葉蟲(chóng)化石而聞名.梅樹(shù)村剖面自下而上現(xiàn)已建立了5個(gè)化石帶,分屬兩個(gè)階(表1),它提供了一個(gè)前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)過(guò)渡期后生動(dòng)物演化的完整序列.與前蘇聯(lián)西伯利亞地臺(tái)區(qū)的剖面相比,梅樹(shù)村階的Anabarites-Protohertzina帶和ManykaynStage階或Nemakit-DaldinHorizon相當(dāng);梅樹(shù)村階的Siphogonuchites-Paragloborilus帶和Lapworthella-Sinosachites帶基本上相當(dāng)于TommotianStage階;筇竹寺階則大體上與Atdabanian階的時(shí)代相同.在梅樹(shù)村剖面中,有2個(gè)國(guó)際前寒武系—寒武系界線層型參考點(diǎn).A點(diǎn)位于小歪頭山段的近底部,即小殼化石組合Anabarites-Protohertzina帶開(kāi)始出現(xiàn)的層位.B點(diǎn)位于中誼村段上部,剖面第7層的底部,即小殼化石組合Anabarites-Protohertzina帶與Siphogonuchites-aragloborilus帶的分界處.我國(guó)前寒武系—寒武系界線工作組曾建議以A點(diǎn)為界線層型點(diǎn).國(guó)際前寒武系—寒武系界線工作組經(jīng)討論和無(wú)記名通訊投票表決,選擇以B點(diǎn)作為界線層型點(diǎn),這一方案正有待于國(guó)際地層委員會(huì)的正式批準(zhǔn).為準(zhǔn)確測(cè)定前寒武系—寒武系界線的年齡,本次所測(cè)樣品全部采自梅樹(shù)村剖面的富含小殼化石的中誼村段(表1).根據(jù)巖性特征,它可分為三部分.下磷礦層(3—4層),厚4.7m,由藍(lán)灰色含內(nèi)碎屑假鮞狀白云質(zhì)硅質(zhì)磷塊巖組成.中部白泥層(5層),厚1.6m,為淺灰色含磷含海綠石砂質(zhì)粘土質(zhì)頁(yè)巖.上磷礦層中下部(6層),厚5m,以藍(lán)灰色鮞狀、假鮞狀硅質(zhì)白云質(zhì)磷塊巖為主.上磷礦層上部(7層),厚0.3m,為灰色假鮞狀內(nèi)碎屑、生物碎屑白云質(zhì)磷塊巖.在中誼村段的每層采集了大量新鮮樣品,從中分選出保存良好的軟舌螺化石.經(jīng)過(guò)大量的、仔細(xì)的處理和精選后,在中誼村段的共5個(gè)層位中的4個(gè)層位(3,4,5和7層)均獲得了足夠量的良好的軟舌螺化石樣品可供同位素測(cè)定.在第6層由于難于精選出足夠量的化石樣品,因此選擇了一個(gè)膠磷礦樣品.另外在第3層也選擇了一個(gè)膠磷礦樣品.樣品編號(hào)和采集層位如下:二、化學(xué)分離流程磷塊巖樣品用冰乙酸處理后,挑選出灰黑色的軟舌螺化石.將其置于0.5mol/L的超純鹽酸中約30min后,反復(fù)用超純水在超聲波水浴中清洗,以清除附在化石上的碎屑物質(zhì).其后,再經(jīng)雙目顯微鏡一一檢查,精心挑選出不粘雜質(zhì)、新鮮的、呈錐管狀的軟舌螺樣品,丟棄大部分不合要求的化石樣品.精選過(guò)的樣品用1/105的精密電子天平準(zhǔn)確稱(chēng)重后,溶于2mol/L超純鹽酸中,待上離子交換柱.膠磷礦樣品先被粉碎,研磨至小于200目.烘干后,置于2mol/L超純鹽酸中24h,以溶解磷酸鹽成分.溶液經(jīng)離心機(jī)離心后,倒出清液部分,待上離子交換柱.離心后的不溶殘?jiān)娓珊?準(zhǔn)確稱(chēng)重.從原樣品重量中減去殘?jiān)亓?即為實(shí)驗(yàn)樣品之實(shí)際測(cè)試重量.化學(xué)分離流程采用兩套陽(yáng)離子交換柱.第一套交換柱分離和收集總稀土和Rb及Sr元素;第二套交換柱分離和收集Sm和Nd元素,淋洗劑用α-羥基異丁酸.同位素測(cè)定是在南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心VG354質(zhì)譜儀上進(jìn)行的.Nd和Sm的含量采用質(zhì)譜同位素稀釋法測(cè)定.樣品的Nd同位素比值是用未加稀釋劑的一份樣品單獨(dú)測(cè)定得到.在所有Nd同位素比值測(cè)定時(shí),147Sm/144Nd的測(cè)定值均小于0.00005.實(shí)驗(yàn)室全流程空白是60pgNd.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣BCR-1的Nd同位素比值測(cè)定為0.511860±8,詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法可見(jiàn)參考文獻(xiàn).三、石化sm-nd-pb-pcr多態(tài)性4個(gè)軟舌螺樣品和兩個(gè)膠磷礦樣品的Sm,Nd和Sr同位素測(cè)定結(jié)果列于表2.所有樣品都富集Nd和Sm.Sm/Nd的最小值為0.149(MZ1),最大值為0.332(MZ3).由4個(gè)軟舌螺樣品組成的化石Sm-Nd等時(shí)線的年齡為562.8±7.9Ma,Nd同位素初始比值為0.51076±0.00001,相關(guān)系數(shù)為0.9954(圖1).由4個(gè)軟舌螺樣品加上兩個(gè)膠磷礦共6個(gè)點(diǎn)的等時(shí)線年齡為562.1±5.7Ma,Nd同位素初始比值為0.51076±0.00001,相關(guān)系數(shù)為0.9966(圖2).這兩條等時(shí)線線性良好,年齡值一致(在誤差范圍內(nèi)).年齡計(jì)算由雙誤差回歸計(jì)算機(jī)程序得出,取權(quán)方式采用殘差平方倒數(shù).四、關(guān)于sm和nd同位素組成的地質(zhì)解釋在對(duì)古老沉積地層(包括寒武系底界)的沉積巖年齡測(cè)定中,通常的同位素年齡測(cè)定方法(Rb-Sr法和K-Ar法)常遇到困難.主要是難以找到滿足同位素年齡測(cè)定基本要求的樣品.泥質(zhì)巖的全巖樣品包含來(lái)自不同源區(qū)和不同成因的碎屑物質(zhì),因而測(cè)得的年齡一般只能是一種混合年齡,年齡意義不清楚,也難以解釋,主要問(wèn)題在于全巖樣品間的初始同位素比值并未達(dá)到均一.粘土礦物是沉積巖年齡測(cè)定中常用的另一類(lèi)樣品.迄今為止在關(guān)于不同粒級(jí)粘土礦物之間以及它們與古海水之間能否達(dá)到初始同位素的均一化等問(wèn)題上仍有疑問(wèn)和爭(zhēng)議.因此,對(duì)沉積巖年齡測(cè)定最重要的問(wèn)題還是尋找更為合適的測(cè)定對(duì)象和探索新的測(cè)定方法.近幾年來(lái)對(duì)現(xiàn)代海水和化石中稀土元素和Nd同位素特征的大量研究已得出如下一些重要結(jié)論:(1)海水中的Sm和Nd主要來(lái)源于陸源的河水.每一個(gè)海洋都有其特征的Nd同位素比值.在同一時(shí)期同一海盆的海水的εNd(T)值相差較小;(2)生物磷酸鹽和沉積磷酸鹽富集稀土元素,其稀土配分曲線和同時(shí)期之古海水的一致.由于生物磷酸鹽和沉積磷酸鹽的稀土元素和Nd同位素特征不易受到成巖作用和后期變質(zhì)作用的影響,因而它們不僅可以記錄當(dāng)時(shí)古海水的稀土元素和Nd同位素特征,而且常能保持它們至今;(3)在同一時(shí)期、同一海盆、相似環(huán)境的水體中生存的生物,其化石磷酸鹽具有相同的εNd(T)值,表明在這些化石磷酸鹽之間以及它們與古海水之間達(dá)到了初始Nd同位素的均一化,而化石磷酸鹽之間卻可能具有明顯不同的Sm/Nd比值.以上研究結(jié)果說(shuō)明了采用Sm-Nd等時(shí)線方法測(cè)定化石磷酸鹽有可能成為準(zhǔn)確獲取地層沉積年齡的理想途徑.本文部分作者近年來(lái)對(duì)此作了有益的探索和詳盡的論述.在本次研究中使用的4個(gè)軟舌螺樣品有如下理由可以認(rèn)為它們適合作Sm-Nd法同位素年齡的測(cè)定.從大量化石中經(jīng)仔細(xì)挑選和嚴(yán)格鑒定的4個(gè)軟舌螺樣品都是新鮮的、未沾有雜質(zhì).經(jīng)測(cè)定它們的εNd(T)值均在-7.1到-6.1之間,表明它們的初始Nd同位素達(dá)到了均一化,而它們的Sm/Nd比顯示出有一定的差別.一些研究證實(shí),化石中記錄的和保存的Nd同位素特征是否與古海水的一致有兩個(gè)重要判別標(biāo)準(zhǔn).其一是檢測(cè)化石中的Sr同位素比值是否與同時(shí)期海水的值相吻合.對(duì)4個(gè)軟舌螺樣品和2個(gè)膠磷礦樣品的Sr同位素比值的測(cè)定結(jié)果列于表2.這些值都落在Burke等人和Shaw等所報(bào)道的前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)交界時(shí)期古海洋的Sr同位素比值的范圍之內(nèi).這表明這些樣品很好地記錄并保存了古海水的Sr同位素特征.由于在沉積和成巖階段磷酸鹽化石中的Sm-Nd體系比之Rb-Sr體系穩(wěn)定得多,所以可以認(rèn)為這些樣品也很好地記錄并保存了當(dāng)初古海水的Nd同位素特征.其二是檢測(cè)化石樣品的稀土配分特征是否與當(dāng)初古海水的相一致.經(jīng)用等離子光譜法測(cè)定軟舌螺樣品,它們的稀土相對(duì)富集,曲線呈現(xiàn)凸形狀,這些都和Wright等人所報(bào)道的寒武紀(jì)早期古海水的稀土元素特征相一致.以上討論表明,本次研究所獲得的兩條等時(shí)線可以代表前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)過(guò)渡期中誼村段的沉積年齡.五、sm-nd-pb-sr巖相云南晉寧梅樹(shù)村剖面是國(guó)際前寒武系—寒武系界線層型的最佳候選剖面.界線附近的中誼村段富含磷質(zhì)小殼化石,為采用化石Sm-Nd同位素方法測(cè)定寒武系底界年齡提供了良好的條件.與K-Ar海綠石方法以及Rb-Sr全巖和粘土礦物方法相比,化石Sm-Nd等時(shí)線方法的優(yōu)