Анализы стабильных изотопов

Изотопный анализ выполняется на порошках, обычно для отдельных минералов, которые выделяются из образцов (обычно магнитным или гравитационным методами). Они дают информацию о температуре гидротерм, которые отложили минералы, а также об их магматическом или метеорном генезисе. Так, например, анализом изотопов серы и кислорода в гидротермальном алуните можно определить отложен ли алунит первичными гидротермами, или гидротермы образовались в результате субповерхностного окисления (рис 17), что имеет важное значение для рудной минерализации.

Большинство полезных изотопов в эпитермальных и порфировых месторождениях представлено серой, углеродом, кислородом, водородом, стронцием.

Применение стабильных изотопов минералов зависит от допущения изотопного равновесия. Это могут быть равновесия между минералом и гидротермами или между двумя минералами. Следовательно, наиболее осмысленные результаты могут быть получены при наличии для анализа большого числа фаз. Так, например, больше информации о природе рудообразующих гидротерм (включая температуру) может быть получено по изотопам серы, если два сульфида и/или сульфата находятся в равновесии, а не один минерал.

Некоторые из этих методов относительно дорогие, таким образом, они могут применяться на последних стадиях геологических исследований месторождений, когда о нём уже многое известно, или, если требуется ответ на специфический вопрос.

Методы датирования. Большинство методов датирования производится на раздробленных пробах или на отдельных минералах, возраст получается в годах или миллионах лет, на основании распада хорошо известных радиоактивных элементов. Это может быть полезным при объяснении геологической истории месторождения, но является относительно дорогим и обычно ограничивается решением специфических проблем. Разные серии распада покрывают разные интервалы возрастов и могут применяться для разных минералов.

Для выбора методов, которыми можно достичь целей и понимания значения полученных данных, важно провести тщательный отбор образцов для датировок. В гидротермальных изменённых породах большинство методов будут давать возраст изменений, а не возраст первично отложенных пород. Чтобы определить возраст гидротермальных изменений, необходимо выделить вторичные минералы. Так, например, в породе, содержащей первичные и вторичные полевые шпаты - это нелегко сделать и возраст, полученный из такой смеси минералов может быть промежуточным между возрастами первичных и вторичных процессов минералообразования (такие данные имеют малую ценность). Там, где возможно, пробы должны быть или полностью свежими, или полностью изменёнными в единый комплекс минералов, чтобы минимизировать полезность данных. Далее обсуждаются самые обычные методы датирования.

-Радиоуглеродные методы: требуют органический материал или уголь (т.н. растительный материал, кости или раковины). Минимальный возраст определения 100 лет, максимальный 75000 лет. Это слишком короткий временной интервал для большинства месторождений, за исключением недавно действовавших гидротермальных систем или вулканических регионов.

-Трековые датировки: используются индивидуальные минералы, обычно из изверженных пород. Апатит и циркон являются наиболее обычными минералами, но датировки могут быть получены и по другим минералам (т. н. титанит) и по вулканическому стеклу. Метод зависит от микроскопических исследований ряда дефектов кристаллов, обусловленных распадом на единицу площади, в сравнении со стандартами, не подвергавшимися радиоактивному облучению. Теоретически имеется очень широкий временной диапазон от нескольких десятков до тысяч-миллионов лет, но могут возникать практические проблемы по отделению минералов, их очистке и калиброванию. Это преимущество нелегко определить из-за химических изменений, но оно реализуемо при очень низких температурах. По этой причине этот метод широко используется при исследовании нефтяных бассейнов, где обломки апатита и циркона восстанавливаются при температурах, которые соответствуют диагенетическим условиям созревания нефти (примерно 80-200°С). Он также широко используется при датировании вулканических пеплов.

- K-Ar: может использоваться для породы или отдельных калий содержащих минералов, таких как биотит, иллит, полевой шпат, алунит и роговая обманка. Он очень хорошо применим для гидротермальных месторождений, если только могут быть выделены чистые минералы или все минералы в породе образованы в результате одного и того же процесса (первичная кристаллизация или вторичные гидротермальные изменения/разогрев). Система K-Ar действует при умеренные температурах (между 250 и 500° С для большинства минералов), таким образом, будут датироваться последние термические события в интервале приведенных выше температур, которые могут быть обусловлены гидротермальными, магматическими или метаморфическими процессами в зависимости от пробы пород и минерала. Минимальный определяемый возраст около 10 000 лет, максимальный теоретически неограничен, но пределы определяются практическим восстановлением равновесия. Модификацией этого метода является метод 40Ar/39Ar датировок, который даёт более точные (но более дорогие) данные и лучше идентифицирует любое противоречие в пробе, вследствие частичного восстановления.

-Rb-Sr: можно использовать слюду и полевые шпаты в одном образце или породу ± отдельные минералы из когенетичных свит или пород. Однако минимальный определяемый возраст, примерно, 30000000 лет, таким образом, он мало применяется в эпитермальных и даже порфировых месторождениях в молодых островных дугах. Он относительно дорогой, поскольку, чтобы получить одну дату, надо провести несколько анализов. Его используют при датировании дорудных интрузий или метаморфических событий, поскольку система Rb-Sr относительно устойчива к температурным влияниям.

- U-Pb и связанные серии: могут производиться на различных плутонических минералах (т.н. циркон, монацит). Они более пригодны для более древних пород, так как интрузии в порфировых месторождениях имеют минимальный возраст 1 000 000 лет (и только в редких случаях более обычен возраст близкий к 50 000 000 лет). Максимальный возраст по-существу неограничен. Эти системы обычно инертны ко всем высокотемпературным событиям и сохраняют первичный возраст.

- Другие методы: имеются специальные методы, включая термолюминесценцию (TL) и т.д.