变质岩的同位素测年

Question

我在物理地质学教科书上读到过，沉积岩不能用同位素测年法来确定年代，因为它们是由其他岩石和矿物的碎片形成的，如果你是同位素测年法的研究对象，你会得到一系列的年代，其中很多都比沉积岩本身更古老。

我的问题是，由于变质岩也是由不同的岩石和矿物形成的(尽管是由高温和高压形成的，而不是由侵蚀和风化形成的)，你是如何确定它们的年代的?教科书还提到，可以用同位素测年法测定变质岩的年代，但结果只能告诉我们变质发生的时间，而不能告诉我们岩石本身的形成。

变质岩的形成过程是否会导致新的同位素以一种不会发生在沉积岩中的方式被引入?

Answer 1

有两种方法(我将在这里讨论至少两种)来确定变质岩的年代。

第一种是使用等时线。在加热过程中，不同矿物之间的同位素比例(最常用的是Rb-Sr和Sm-Nd)达到平衡，时钟重置在不同的矿物质中．你可以得到几种不同矿物的Rb-Sr值，然后把它们画出来。理想情况下，斜率表示年龄。这是我刚刚从谷歌上找到的一个例子:

来源:http://dx.doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2004.03.002

岩石已经发生了变质(氯化物化)，新形成的矿物一起测量，就能得出年龄。

第二种方法是直接测定单一矿物的年代。这在理想情况下更好，因为您可以选择单独的事件。第一种方法只能给出有记录的最年轻年龄(你希望如此)。对于单独的矿物质，特别是好的矿物质，你可以单独确定生长期。这通常是用U-Pb方法完成的。例如，这是锆石的阴极发光图像:

从本文中可以看出:http://dx.doi.org/10.1093/petrology/egl033

你可以看到锆石矿物的核心形成于1854 Ma左右，边缘形成于1802 Ma左右。有一种解释是，锆石最初是在1854年从岩浆中结晶出来的，然后在1802年的一次变质事件中，锆石变大了，新形成的边缘记录了变质的年代。

Answer 2

关于沉积岩的主要反对意见是，你可以用同位素技术确定单个矿物颗粒的年代，但不能确定它们是何时一起沉积下来的。所有的变质岩都表现出某种程度的新晶体生长，无论是通过现有岩石的熔化，还是通过过境地热流体沉积的额外物质，通常都是这样，这些新晶体可以确定年代。因此，它取决于发生变质的机制，以确定是否可以在变质后使用同位素比率，以及哪些技术是可行的。通过附近火成岩侵入而变质的岩石，可以用由此产生的沉积物的同位素测年法确定该侵入的年代。具有高度新晶体生长的变质岩也可以确定年代，因为新矿物在生长过程中会以已知比例捕获放射性同位素。对于经历过流体变质的岩石，我们必须更有选择性，但仍然可以利用在这个过程中整合到岩石中的水溶性同位素，如钾。轻微变质的岩石比那些完全变质的岩石更难确定年代。