[发明专利]一种确定石膏类矿物形成年代的方法

说明书

本发明属于第四纪年代学技术领域，具体提供一种确定石膏类矿物形成年代的方法，主要包括样品挑选、加入稀释剂、样品溶解、溶液共沉淀、U和Th化学分离、U和Th同位素比值测定、U‑Th年龄的计算等步骤。本发明提供的专门针对石膏类矿物定年的方法，具有准确度高、检测时间短的优点，能够快速、简单、高效溶解大剂量石膏类矿物。

技术领域

本发明涉及第四纪年代学技术领域，尤其涉及一种确定石膏类矿物形成年代的方法。

背景技术

石膏类矿物主要包括石膏(CaSO₄·2H₂O)、硬石膏(CaSO₄)等产出于蒸发环境中的沉积产物。石膏类矿物是古气候、古环境演化研究的重要对象，形成于被隔离的海洋、泻湖、盐湖等环境中。石膏是重要的工业原料和建筑材料，具有巨大的经济价值。石膏类矿物在中国西部地区广泛发育，青藏高原北部的柴达木盆地、青海湖地区都发育了大范围的内陆盐湖，沉积了巨厚的晚新生代石膏类产物。例如，在青海西部察尔汗盐湖区,晚新生代沉积物厚度可达5300米。

在地质研究过程中，石膏类矿物是重要的研究对象，蕴含着丰富的古气候古环境信息。在地层研究中，石膏层是重要的标志层，往往呈层状大范围产出，具有重要的环境指示意义。石膏层有助于古气候、古环境和古盐水等方面的研究，其记录着丰富的环境演化信息，保存着普通盐湖沉积物中缺乏的海水咸化宝贵资料。盆地中盐类物质的沉积过程受控于青藏高原气候和环境的变化，而青藏高原气候环境的变化过程又与构造运动密切相关，因而针对石膏类矿物研究对于揭示青藏高原阶段性隆升和晚新生代环境演化都具有重要的意义。

在石膏研究中，精确确定其形成年代是重要的研究内容，同时也是第四纪年代学的难点方向。建立石膏矿物的精确年代对于石膏研究是必不可少的，精确的矿物年代数据对于揭示石膏形成过程及其控制因素、查明古气候古环境演化及区域构造历史都至关重要，但是能用于石膏类矿物定年的方法很少。铀系定年是基于放射性核素²³⁸U与其衰变体系中²³⁴U和²³⁰Th之间的不平衡关系，测定地质年代的定年方法，被广泛应用于测定更新世以来的珊瑚、石笋等沉积物年代。与珊瑚、石笋类碳酸岩矿物相比，对石膏矿物展开铀系定年存在两大难点：(1)石膏类矿物难溶于水，也难溶于酸，且随着酸度的增加，石膏的溶解度反而降低，在25℃水中，石膏的溶解度为2.08mg/mL，在25℃硝酸(2％)中石膏的溶解度小于5mg/mL，而珊瑚、石笋等铀系定年常见矿物加入硝酸和盐酸即可溶解；(2)石膏类矿物中U同位素的含量往往较低，一般只有10-60ppb，平均30ppb，在质谱分析过程中U和Pb含量较低，给铀系定年带来了很大的难度，而珊瑚中铀的含量平均约3ppm，是石膏类矿物的100倍。一方面石膏类矿物中U含量低，另一方面石膏在硝酸和水中的溶解度也很低，导致化学分离得到的溶液中U和Th同位素含量低，给石膏类矿物铀系定年带来很大的挑战。由此可见，采用一般酸解碳酸盐岩的方法无法溶解足够量的石膏样品，对后续U和Th的分离、测试都会带来很大的影响，无法获得精确的矿物形成年代。

目前针对石膏矿物可供选择的定年方法很少，石膏矿物铀系定年因为溶解度低、U含量低而具有较大的难度。因此有必要针对石膏矿物开发U-Th定年方法，实现石膏类矿物高精度铀系定年，以解决上述存在的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可精确确定石膏类矿物(含石膏、硬石膏等)形成年代的分析方法。

本发明提供一种确定石膏类矿物形成年代的方法，包括以下步骤：

步骤S101，样品挑选：挑选透明、纯净的石膏类样品，避开表面沾有泥质或粘土类的样品，将挑选出的石膏类样品蒸干，取3～5g蒸干后的石膏类样品研磨成30～40目的粉末，用He气或N₂气吹掉表面可能沾有的粉尘后，在双目显微镜下挑选出重量大于150mg的纯净的矿物粉末样品；由于石膏在水中具有一定的溶解性，因此不能水洗；