碳酸盐铀铅（U-Pb）测年方法在年代地层学中的应用潜力——以马斯特里赫特期-丹尼安期的雅科拉岩组（萨尔塔裂谷）为例

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Carbonate U Pb dating potential for chronostratigraphy – Insights from the Maastrichtian-Danian lacustrine Yacoraite Fm. (Salta Rift)

该研究通过铀铅激光诱导电感耦合等离子体质谱法分析阿根廷萨尔塔裂谷Yacoraite组的101种沉积碳酸盐相，探讨矿物类型、沉淀过程和 textures对定年潜力的影响，发现早期化学胶结粗晶碳酸盐定年精度最高，为大陆地层学研究提供预测标准。

　　

玛尔塔·加斯帕里尼（Marta Gasparrini）|达马里斯·蒙塔诺（Damaris Montano）|理查德·阿尔伯特（Richard Albert）|塞巴斯蒂安·罗海斯（Sébastien Rohais）|阿克塞尔·格德斯（Axel Gerdes）|安德烈亚·切里亚尼（Andrea Ceriani）

米兰大学地球科学系，20133米兰，意大利

摘要

使用铀（U）铅（Pb）激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICPMS）技术对沉积碳酸盐进行地质年代测定，证明这是一种潜在的年代地层学工具，可用于时间框架不明确的沉积序列。然而，并非所有碳酸盐都适合进行年代测定。评估其年代测定潜力需要确定同一系统中沉淀的各种沉积和早期成岩碳酸盐的年龄准确性和精度。这对于推动基于铀铅LA-ICPMS分析的未来年代地层学研究至关重要。

选择阿根廷萨尔塔裂谷的马斯特里赫特期-丹尼安期的雅科拉岩层（Yacoraite Formation）来评估不同共沉淀碳酸盐的年代测定潜力，这些碳酸盐的年龄是通过锆石铀铅测年法确定的。本文展示了对101个碳酸盐相（包括球粒微晶岩和早期胶结物）的分析结果，并提出了区分保存完好的铀铅沉积年龄的标准，以构建一个可靠的沉积年龄模型。对保存完好的沉积年龄及其相对不确定性（2σ_ex）的统计分析表明，有两个因素部分控制了碳酸盐的铀铅测年潜力：矿物学和碳酸盐类型（反映了主要的沉淀过程，无论是化学沉淀还是由微生物活动介导的），以及纹理（颗粒/晶体大小和原始孔隙网络）。通过化学过程沉淀的早期方解石胶结物具有最高的测年潜力，其由无微孔的粗颗粒组成。相反，尤其是由白云石组成的球粒微晶岩和微生物岩的测年潜力较低。本研究的结果为湖泊碳酸盐中铀和铅的封存提供了见解，并建议优先选择早期成岩方解石胶结物进行铀铅LA-ICPMS地质年代测定，以应用于年代地层学研究。

引言

大陆沉积序列通常比海洋记录不完整且保存状况较差。这些特征给时间等效的横向相之间的相关性带来了挑战，并在更大范围内限制了沉积盆地的地层重建。传统上，大陆序列的地层相关性主要依赖于与沉积物同时期的火山物质的放射性测年，或基于其古生物内容的相对测年（Rubidge等人，2013；Ogg等人，2016；Smith等人，2017）。然而，包围地层的火山单元并不总是存在，而生物地层学所需的指示化石在大陆序列中通常稀少或缺失。因此，大陆序列的相关性往往仅依赖于序列地层学（例如Deschamps等人，2012；Deschamps等人，2020），这意味着该方法存在固有的不确定性以及缺乏可靠的年龄控制。

铀铅碳酸盐地质年代测定技术有直接提供碳酸盐沉淀时间的可能性。然而，这一技术最初受到所需大量碳酸盐、低成功率以及现有ID-TIMS（同位素稀释-热电离质谱）技术耗时分析程序的限制（Smith和Farquhar，1989；Rasbury和Cole，2009）。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICPMS）技术在薄片上对碳酸盐进行铀铅测年的出现，使得能够对小样本（100微米级别）进行测年，并提高了测年成功率，因为更高的空间分辨率减少了样品中低铀/铅区域的混合（Li等人，2014；Roberts和Walker，2016）。结合近期在样本选择、筛选技术和参考标准方面的进展（例如Drost等人，2018；Guillong等人，2020，Guillong等人，2024；Roberts等人，2017，Roberts等人，2020；Hoareau等人，2021；Rasbury等人，2021，Rasbury等人，2023），现在可以在各种环境中形成的碳酸盐上获得铀铅年龄约束。此后，LA-ICPMS技术主要用于沉积后的成岩阶段（如胶结物）的铀铅测年，以约束流体流动和构造事件（例如Mangenot等人，2018；Walter等人，2018；Cruset等人，2020；Mottram等人，2020；Looser等人，2021；Pan等人，2021；Yang等人，2022；Roberts和Holdsworth，2022；Bilau等人，2023；Gasparrini等人，2023，Gasparrini等人，2025；Madritsch等人，2024；Rocca等人，2024）。较少有研究关注沉积和早期成岩碳酸盐（即同期沉积相），并提供与生物地层学和放射性测年结果一致的年龄，因此适合用于年代地层学研究（Liivam?gi等人，2018；Frisch等人，2019；Hopley等人，2019；Scardia等人，2019；Parrish等人，2019；Woodhead和Petrus，2019；Kurumada等人，2020；Meinhold等人，2020；Nicholson等人，2020；Brigaud等人，2021；Hoareau等人，2021；Montano等人，2021，Montano等人，2022；Rochín-Ba?aga等人，2021，Rochín-Ba?aga等人，2024；?rodoń等人，2022；Rasbury等人，2023；Aguirre Palafox等人，2024；Monchal等人，2025）。然而，并非所有沉积和早期成岩碳酸盐都能提供准确且足够精确的年龄，以满足年代地层学的需求。这种方法受到碳酸盐测年潜力的限制（取决于年龄准确性和精度），而这又取决于多种因素，包括其沉淀时的矿物学和环境条件（Smith等人，1994；Sturchio等人，1998；Kelly等人，2003，Kelly等人，2006；Cole等人，2004；McManus等人，2006；Tribovillard等人，2006；Rasbury和Cole，2009；Lachniet等人，2012；Drake等人，2018；Reeder等人，2000；Roberts等人，2020；Rasbury等人，2021，Rasbury等人，2023；Miyajima等人，2021）。尽管最近的大量研究表明铀铅地质年代测定技术能够可靠地重建沉积序列的年龄，但迄今为止尚未有研究基于统计上足够的样本数量，调查同一沉积系统中不同类型碳酸盐的测年潜力。这导致了缺乏对不同类型碳酸盐测年潜力的预测标准。

雅科拉岩层（Yacoraite Formation）是来自阿根廷萨尔塔裂谷的马斯特里赫特期-丹尼安期的湖泊沉积序列，是一个理想的研究目标，因为它包含不同类型的同期沉积碳酸盐（微晶岩、球粒微晶岩、球粒、胶结物），具有多种矿物组成（方解石、白云石）。本研究聚焦于雅科拉岩层的一个地层段，该段未受到埋藏加热和成岩作用的影响，其沉积学和地层框架已经明确（例如Rohais等人，2019；Deschamps等人，2020；Montano等人，2023）。从这个地层段获得的碳酸盐和火山灰层锆石的铀铅年龄约束结果证明了碳酸盐沉积年龄的卓越准确性和保存状况（Montano等人，2022）。此外，还分析了同一地层段的额外碳酸盐样本进行铀铅地质年代测定；结果经过统计处理，以探讨大陆碳酸盐测年潜力的可能预测标准，为这一领域的进一步理解和进展奠定了基础。

地质背景

萨尔塔裂谷盆地（阿根廷西北部；图1A）属于安第斯盆地系统，该系统在中生代南美洲大陆裂谷作用期间形成了一系列伸展盆地。萨尔塔-胡胡伊古高地的轴线上的构造隆起将萨尔塔裂谷盆地的南部分支分为阿莱曼尼亚（Alemania）和梅坦（Metán）两个子盆地（图1B；Carrera等人，2006；Carrera等人，2009）。

萨尔塔群代表了裂谷沉积填充物，可进一步细分为三个子群

可用数据和研究样本

研究样本来自238米厚的胡拉门托（Juramento）地层段（例如Marquillas等人，2007；Rohais等人，2019；Deschamps等人，2020），该地层段暴露在梅坦子盆地的卡布拉科拉尔湖（Cabra Corral Lake）附近（图1B）。该地层段靠近主要沉积中心之一，可能缺乏在更近端区域常见的较大间断（>0.1至0.4百万年）（Deschamps等人，2020）。其中夹杂着多个火山灰层

相和成岩作用分析

对抛光薄片（厚度50–60微米）进行了岩相学研究，并特别针对微相和成岩作用进行了分析。使用尼康ECLIPSE LV100 POL偏振光显微镜进行了常规光学显微镜观察（PPL）。阴极发光（CL）显微镜使用CITL 8200 Mk5冷CL仪器进行，电子束在真空（<0.1毫巴）下工作，加速电压为10千伏，电流为

结果与解释

如“2. 可用数据和研究样本”部分所述，胡拉门托地层段中碳酸盐的岩相学/成岩作用和铀铅地质年代测定在两个不同的数据采集阶段进行了研究（图3A）：

1) 13个样本，包含23个碳酸盐相（Montano等人，2022）；

2) 36个样本，包含78个碳酸盐相（本研究）。

本研究的主要目的是识别代表沉积事件的碳酸盐年龄，并对其进行统计处理以获得

碳酸盐在年代地层学中的测年潜力

碳酸盐的LA-ICPMS铀铅地质年代测定是一种有前景的工具，可以提高大陆序列的年代地层学分辨率，尽管并非所有碳酸盐都适合该技术。这取决于碳酸盐的测年潜力，而后者又取决于产生准确和精确年龄的概率。为了评估碳酸盐的铀铅测年潜力，需要评估两个参数：测年成功率（即提供准确年龄的样本百分比）

结论

分析了萨尔塔裂谷的马斯特里赫特期-丹尼安期雅科拉岩层的连续地层段，以了解湖泊碳酸盐在年代地层学中的铀铅LA-ICPMS测年潜力。在研究的101个不同同期沉积碳酸盐相中（包括沉积物质和早期成岩胶结物），41.6%无法确定年龄，6.9%提供了错误年龄，51.5%可以测定年龄。后者进一步根据保存状况进行了区分

CRediT作者贡献声明

玛尔塔·加斯帕里尼（Marta Gasparrini）：撰写原始草稿、可视化处理、监督、资源管理、项目实施、概念构思。

未引用参考文献

Bilau等人，2021

Drake等人，2017

Ring和Gerdes，2016

Uliana等人，1989

利益冲突声明

无。

致谢

感谢IFP Energies nouvelles资助达马里斯·蒙塔诺（Damaris Montano）的博士学位（2017-2021年），在此期间完成了大部分铀铅分析。该研究还得到了哈利法科学技术大学（Khalifa University of Science and Technology）的资助（项目编号CIRA-2021-048），以及意大利大学和研究部（MUR）通过“Dipartimenti di Eccellenza 2023-27”项目的支持。FIERCE还得到了威廉和埃尔斯·赫劳斯基金会（Wilhelm and Else Heraeus Foundation）和德国研究基金会（Deutsche Forschungsgemeinschaft）的财政支持。