澳大利亚中元古代-早古生代Centralian与Adelaide超级盆地中埃迪卡拉纪/寒武纪地层海绿石与碎屑长石的Rb-Sr原位定年与稀土元素分析

针对元古代沉积岩缺乏生物地层约束的难题，澳大利亚研究团队创新性地采用LA-ICP-MS/MS技术对Centralian和Adelaide超级盆地埃迪卡拉纪/寒武纪过渡期（~580-520 Ma）海绿石和钾长石开展Rb-Sr原位定年与REE分析。研究发现海绿石Rb-Sr年龄（422-472 Ma）普遍年轻于地层预期年龄，反映后期构造热事件（如Alice Springs造山运动）导致的年代学重置；而碎屑钾长石则记录了1149-1780 Ma的源区年龄。该研究为元古代盆地沉积-成岩历史与物源分析提供了高效直接的地球化学新方法。

　　

【研究背景】
元古代沉积岩是探索地球早期表面过程与环境演化的关键载体，但由于缺乏标准化石，其精确年代框架的建立长期面临挑战。传统U-Pb锆石定年依赖火山灰夹层，而碎屑锆石仅能提供最大沉积年龄；Re-Os法虽适用于富有机质页岩，但受限于样品类型。近年来，针对碳酸盐岩的U-Pb定年与粘土矿物（如伊利石、海绿石）的Rb-Sr/K-Ar定年技术取得突破，特别是基于反应池-等离子体质谱（LA-ICP-MS/MS）的负β衰变计时体系，为直接测定海相沉积岩年龄提供了新思路。

澳大利亚Centralian（Amadeus、Officer盆地）和Adelaide超级盆地（Flinders山脉）保存了埃迪卡拉纪/寒武纪过渡期（~580-520 Ma）的关键沉积记录，但对其沉积时代与后期改造历史仍存争议。海绿石作为富钾铁的自生粘土矿物，在海洋 shelf环境中形成于沉积-水界面，理论上可记录原始沉积年龄，但其Rb-Sr体系易受后期热液或构造事件扰动。

【研究方法】
阿德莱德大学领衔的国际团队对Arumbera砂岩（Amadeus盆地）、Dey Dey泥岩（Officer盆地）和Wonoka组（Flinders山脉）的3套海绿石富集层系开展多尺度分析：

1. 矿物学表征：采用Hitachi SU3800扫描电镜（SEM）与Bruker Quantax EDS联用进行矿物自动识别（AMICS系统），辅以Cameca SX-Five电子探针（EPMA）测定主量元素
2. 原位年代学：Agilent 8900三重四极杆ICP-MS/MS耦合193 nm激光剥蚀系统，以NIST-610玻璃和MDC金云母为标准，测定⁸⁷
   Rb/⁸⁶
   Sr和⁸⁷
   Sr/⁸⁶
   Sr比值，GL-O海绿石标准（95±5 Ma）验证数据可靠性
3. 稀土元素分析：同步获取La-Lu等14种REE浓度，海绿石数据以PAAS（后太古代澳大利亚页岩）标准化，长石数据以球粒陨石标准化

【研究结果】

3.1 岩相学与矿物学特征
• Arumbera砂岩（AR1）：石英（60 wt%）、钾长石（6.2 wt%）与海绿石（10.7 wt%）组成，海绿石呈250-300 μm球粒，含裂隙与磷灰石包裹体
• Dey Dey泥岩（DE1）：识别两类碎屑钾长石——含石英包裹体的Type 1（1781±63 Ma）与具条纹结构的Type 2（1149±43 Ma）
• Wonoka组（WO1）：方解石基质（80 wt%）中发育不规则形态海绿石（5 wt%），显示碳酸盐重结晶影响

3.2 海绿石地球化学
EPMA数据揭示所有样品均处于海绿石成熟度演化的"高度演化"阶段（K₂
O 7-8.5 wt%），但部分颗粒Fe含量偏低，暗示后期伊利石化（图3）。

3.3 Rb-Sr年代学
• 海绿石年龄系统性年轻化：Arumbera（422±11 Ma）反映Alice Springs造山运动（~440-430 Ma）热扰动；Dey Dey（448±7 Ma）与Wonoka（472±5 Ma）分别对应Rodingan事件与Delamerian造山运动（图8）
• 碎屑钾长石记录源区年龄：Type 1（1781 Ma）匹配Gawler克拉通Kimban造山带，Type 2（1149 Ma）对应Musgrave省岩浆事件
• 孔隙充填钾质黏土：Arumbera砂岩中特殊组份获得530±67 Ma年龄，与地层预期年龄一致

3.4 REE模式
• 纯海绿石显示LREE亏损，而磷灰石混合相呈现MREE富集的"帽型"模式（图4），反映早期成岩孔隙水REE特征
• 碎屑钾长石Eu正异常（Eu/Eu*>10）与P含量（>300 ppm）筛选有效定年颗粒

【结论与意义】
该研究开创性地将原位Rb-Sr定年与REE分析相结合，揭示：

1. 澳大利亚埃迪卡拉纪/寒武纪海绿石普遍经历奥陶纪-泥盆纪构造热事件重置，Rb-Sr体系封闭温度可能>100°C；
2. 碎屑钾长石Rb-Sr年龄有效指示物源，为Musgrave省与Gawler克拉通提供沉积学证据；
3. 孔隙充填钾质黏土可能保留原始沉积信号，为未受扰动的自生矿物定年提供新靶点。

发表于《前寒武纪研究》的这项成果，不仅为元古代沉积盆地分析建立了"矿物学-年代学-地球化学"三位一体研究范式，更推动LA-ICP-MS/MS技术成为沉积岩精细年代学研究的利器。未来该方法在油气成藏期次约束、古环境重建等领域具有广阔应用前景。