成岩成矿物质来源

同位素地球化学研究室~

同位素地球化学研究室始建于1973年，1990年与地质研究所同位素地质年代学实验室联合组建地质矿产部同位素地质开放实验室，2007年成为国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室的重要组成部分。该研究室拥有NEPTUNE激光多接收等离子质谱、MAT253气体同位素质谱（2台）、Helix SFT稀有气体同位素质谱等大型仪器设备和国内最齐全的稳定同位素分析方法，其中SiF4高精度硅同位素分析方法为国际首创，SF6高精度硫同位素分析方法、硝酸盐和硫酸盐的三氧同位素分析方法、激光多接收等离子质谱（LA-MC-ICP-MS）微区原位硼同位素分析方法等为国内第一个建立，研制了多种同位素标准物质，在国内外有重要影响。
1.业务定位
开展同位素分析、定年新技术研发和同位素基础理论研究；利用同位素技术研究确定成岩成矿时代，示踪成岩成矿物质来源，揭示岩石矿床的形成条件及全球气候环境变化；积极对外开放，建成我国重要的同位素地球化学技术支撑平台。
2.发展方向
研发同位素分析和定年新技术；利用同位素技术确定成岩成矿时代，示踪成岩成矿物质来源和形成条件；为我国地质科技创新提供同位素技术支撑。
3.研究内容
开展同位素地质新技术研发和同位素基本理论研究，利用同位素技术和理论研究解决基础地质、矿产资源和气候环境领域的重大科学问题；重点是微区原位同位素、非传统同位素和非质量同位素效应分析技术及应用。

过去，一般都认为非洲现代人出现的时期较晚，现代的黑人是由北方的地中海区域迁徙而来的。近年来，一方面年代测定的数据有了很大的变动；另一方面非洲有了不少重要的新的人类化石的发现，年代都比较早。因此，转而认为在亚洲西南部和欧洲的晚期智人最初可能都来自非洲。
在讨论非洲各化石地点的年代测定以前，首先需要说明一下非洲石器时代的划分法、名称与其他区域的不同。非洲的石器时代分为早石器时代、中石器时代和晚石器时代。1970年，克拉克提出非洲中石器时代(简称MSA)的年代大约距今4万～10万年，大体与欧洲的旧石器时代中期相当。可是，沃格尔和博蒙特在1972年发表一系列非洲各化石地点的14C的测定数据，对非洲石器时代的年代提出了很大的修正，认为中石器时代的开始远早于10万年前，结束于3.7万年前。
南非边界洞的沉积，根据氧同位素的测定，表明石器时代的开始早到大约19.5万年前。另一地点克莱西斯河口测定的开始年代大约是12.5万年前。东非的石器时代的年代也同样提前了。埃塞俄比亚齐韦湖附近的石器时代的年代，用钾—氩法测定分别距今约18.1万±0.6万年和14.9万±0.13万年。肯尼亚莱托里地区的恩加洛巴层位的石器时代的年代大约距今12.0万±0.30万年。
知识点氧同位素
自然界中氧以16O、17O、18O三种同位素的形式存在，相对丰度分别为99.756％、0.039％、0.205％，天然物质的氧同位素组成通常用由18O/16O比值确定的δ(18O)来描述，一般采用标准平均海洋水(SMOW)作为标准品。
氧同位素在地球科学中广泛用于确定成岩成矿物质来源及成岩成矿温度。在生物学和医学上有广泛应用前景。综合各方面的数据，非洲从最晚阿舍利时期向最早的石器时代过渡的年代在距今13万～20万年之间。边界洞的研究表明最晚的年代大约为5万年前。
在非洲发现的与黑种人的起源有关的主要化石地点有南非的弗洛里斯巴、边界洞和克莱西斯河口，东非埃塞俄比亚的奥莫和坦桑尼亚的恩加洛巴等。
弗洛里斯巴化石是1932年在南非发现的，材料包括完整的额骨、部分顶骨和右侧的面骨。其年代可能在4万年前。可能与过去被称作布西曼人、现在自行改称桑人这个族群有亲缘关系，但也有人认为它与桑人无关，而与布罗肯山标本有相似的性状。
边界洞位于南非纳塔尔省北部。从1941年迄今，在那里至少发现代表四个个体的化石。洞内有人类长期居住的证据，但地层记录混乱。其年代最晚的在1.5万年前，早的在4.8万年前，对附着在部分颅骨上的土壤测出的年代则在10万年以上。所有人类化石的形态明显属于现代人。德维利尔斯于1973年，博蒙特等于1978年，强调边界洞化石是现生非洲黑人的祖先，但其他人类学家如赖特迈尔于1984年认为不大可能。颅骨测量的多变量因子的分析显示，边界洞化石所属个体与现生的男性桑人相近。
克莱西斯河口化石是在这个位于南非好望角海岸的洞穴堆积中发现的。洞中的人类化石有头骨破片和一个较完整的下颌骨。其形态完全与现代智人相似。同一地点发现有中石器时代的石器和许多动物化石。其年代最早为距今12万～13万年，最晚为大约距今6万年。这种人在这里生活的时期至少长达6万年之久。
奥莫标本是1967年在埃塞俄比亚南部奥莫盆地的基比什组发现的两个头骨。奥莫2号头骨较大，脑量在1 400毫升以上。其年代不能确定。用铀钍法测定堆积中出土的蚌壳，得出的年代为距今13万年。头骨的形态似为较早的现代智人。
在坦桑尼亚莱托里地区的恩加洛巴层位中，1976年发现一个保存相当完整的颅骨，明显呈现代智人形态，但有一些原始性状如发达的眉脊，其他性状则与奥莫头骨相似。从地层对比上可断定其年代相当于12万年前的层位。
在地中海以南和摩洛哥大西洋沿岸的马格里的地区的人类化石，其年代距今在5万年以内，显示尼人与现代智人的性状，与西亚的尼人有相似之处，因而认为它们之间互有联系，有基因交流。
总的看来，非洲的上述人类化石，其形态近于现代人；其年代的可靠程度不一，都存在某种程度的问题。认为非洲撒哈拉以南的解剖结构上的现代智人分化较早的观点，现有的证据还不能肯定。但是，年代修正的结果显示，过去认为非洲撒哈拉以南地区与北非和欧洲相比，在技术上是落后的和停滞的这一看法，显然是不正确的。非洲撒哈拉南北在技术上的重要变化可能大约是同时出现的，甚至撒哈拉以南更早些，虽然在文化性质上是属于不同系统的。

为了解成岩、成矿物质来源问题，作者对该区有关岩体与铜多金属矿床中钕、锶等同位素组成特征进行了测定，结果列于表4-12中，由表4-12可以明显看出如下特点。

1.成岩作用形成的岩石中Sm/Nd比值介于0.177～0.231之间，个别可达0.61，成矿作用阶段形成的矿石矿物中的Sm/Nd比值为0.2424～2.2108。

2.从燕山早期至燕山晚期阶段形成的岩石的Nd模式年龄为1000～2972Ma，ε_Nd值介于1.2～—17,¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd初始值为0.511483～0.512704，表明成岩物质来源从以幔源为主向以壳源为主的幔-壳或壳-幔混合源转化。本区地壳形成可能经历了如下几个阶段：在2400Ma以前的新太古代和古元古代即形成了以幔源物质为主的陆壳。李献华、袁忠信等人在华南花岗岩中相继发现了2600～2500Ma的太古宙残留锆石，也证实了江南古陆存在太古宙地层。其后在2000～1500Ma中元古代期间Sm、Nd从地幔大量分出，本区陆壳增生加厚。最后，在1400～1000Ma的古元古代时期，本区域又有一次壳幔分异和陆壳增生，形成大陆壳边缘。

表4-12　粤东北及其邻区铜多金属矿床和有关岩体的钕、锶同位素组成

注：括号内数字代表测试样品数；（Sr）代表Rb-Sr等时线年龄。

3.⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（0.705～0.7095），表明区内燕山早期到燕山晚期的中酸性—中基性小侵入体都是由地壳深部重熔以地幔物质为主的新元古代及其以前的陆壳形成的。

4.玉水黄铜矿、斑铜矿等硫化矿物Nd模式年龄为2600Ma，ε_Nd为—17.8；西华山黑钨矿和萤石模式年龄为2000～1800Ma，ε_Nd为—9.7～—10.2。两者都与当地地壳深部太古宙或者古元古代陆壳有关。

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