我校科研团队研发开源软件CAUM破解地质年龄测定难题

在地质年代学领域，含铀矿物定年技术是揭示地球演化与成矿历史的核心手段。我校侯明才教授团队地球与行星科学学院地球化学系宋昊教授带领铀资源勘查与开发利用创新中心团队成员突破技术壁垒，成功研发国内首款公开发布的含铀矿物微区元素定年与评估软件——CAUM（Chemical Age of Uranium Minerals），作为一款基于python的开源软件，CAUM致力于为地质学中（含）铀矿物的形成年龄测定及相关研究提供高效、无损、高精度的解决方案。该成果近期以研究论文（Research Paper）形式发表于地球科学领域国际知名期刊《Geoscience Frontiers》（中科院分区地球科学大类1区Top期刊，科睿唯安JCR2023影响因子：8.5，位于地球科学及交叉学科领域第9/253），为金属矿床成因、资源勘探与关键成矿地质事件研究提供了高效、低成本的新工具。

1.技术突破：“三大技术难点”、“六大亮点”

成都理工大学铀资源勘查与开发利用创新中心所发布的这一款名为 CAUM 的软件，主要用于（含）铀矿物、（含）钍矿物通过元素含量来估算矿物形成年龄计算和相关研究。CAUM软件基于 Python 3.9 开发，可在 Windows、Mac 和 Linux 等多种系统上运行，具有友好的图形用户界面 (GUI)，为广大科研工作者提供便捷的化学年龄测定工具。该软件研究过程中，本团队接连申请了“一种基于误差传递的铀矿物化学年龄计算方法及装置（CN117786280A）”等国家发明专利、“铀矿物表观年龄及误差计算软件V1.0（2025SR0329936）”等软件著作。

CAUM软件基于Python开发，集成了电子探针（EPMA）数据分析、年龄计算与统计检验功能，攻克了三大技术难点：（1）高精度年龄计算：通过隐函数迭代算法，解决铀-钍-铅非线性方程求解难题，误差传递模型精准量化数据误差影响。（2）智能数据分群：引入加权偏差均方根（MSWD）与P值检验，自动判别单一年龄群组或多期次成矿事件，避免“一锅端”式平均误差。（3）杂质-年龄相关性预测：结合SiO₂、CaO等杂质含量与铅丢失规律，逆向推算原始成矿年龄，破解蚀变矿物年龄失效和失准的难题。

CAUM软件界面包含主界面和三个子界面，提供多种计算和分析功能，满足不同的研究需求，具有六大亮点：（1）计算单个分析点的表观年龄和误差：基于经典的化学年龄计算公式，CAUM 可以快速计算单个分析点的表观年龄，并根据 EPMA 数据的误差，估计年龄的误差。 （2）可视化年龄数据：CAUM 可以生成年龄数据的直方图，帮助用户直观地了解年龄数据的分布特征，并判断是否存在多个年龄总体。（3）单一总体年龄计算：当年龄数据属于单一总体时，CAUM 可以计算加权平均年龄、加权偏差的均方 (MSWD) 和 P 值，并评估年龄结果的可靠性。（4）年龄外推：当化学年龄与主量元素含量之间存在线性相关关系时，CAUM 可以利用线性回归方法，外推估算（含）铀矿物的初始结晶年龄。（5）多期次年龄计算：当年龄数据包含多个总体时，CAUM 可以利用混合模型或最小二乘法，将年龄数据分解成不同的总体，并计算每个总体的加权平均年龄及其误差。（6）数据制图：软件自带的有制图功能，能够实现该软件各种功能下所有矢量化图件的制作和导出。

2.实例验证

在近期发表于《Geoscience Frontiers》期刊上的文章（Song et al., 2025）中，研究团队选取目前已经公开的全球三个典型铀矿床的实例来展示 CAUM 的三大应用场景，包括计算单一地质事件年龄的加权平均年龄和评估其误差、根据化学年龄与“杂质”元素的线性相关性估算改造前矿化年龄、处理多期次年龄数据并分组计算加权平均年龄和误差：（1）我国北秦岭地区光石沟伟晶岩型铀矿床：23个EPMA数据点计算加权平均年龄为416.8±4.5 Ma，年龄误差较传统方法缩小50%，精准锁定加里东期成矿事件；（2）加拿大McArthur River超大型铀矿床：通过60个数据点的年龄-杂质线性回归，外推零杂质条件下结晶年龄为1531±65 Ma，为区域成矿模型提供关键年代学证据；（3）小秦岭地区华阳川铀多金属矿床：成功识别137 Ma（热液主成矿期）与222 Ma（古老基底活化）两期事件，为多期次成矿年龄的识别作出了示范。结果表明，CAUM 计算得到的化学年龄与已有文献报道的结果相比具有适用性和优越性，证明了 CAUM 具有较高的准确性、便捷性和可靠性。

3.社会价值与未来展望

地质年龄的精准测定是揭示地球资源演化历史的关键，与同位素测年不同，铀矿物的化学测年具有不少问题和复杂性，包括1)计算和分析误差的方法待开发，2)部分一些样品可能具有初始Pb或结晶后铅丢失，或混合了其他杂质元素的进入，3)年龄存在多期次，4)数据解释复杂等挑战。面对这些复杂性问题，我校宋昊等潜心研究研发了用于化学年龄数据分析的软件包（CAUM），团队负责人侯明才教授表示：“CAUM不仅是一套算法工具，更是连接微观成分与宏观地质事件的‘解码器’。通过开源共享，我们希望推动我国乃至全球铀矿研究的协同创新。”CAUM的推出不仅填补了通过矿物微区元素含量定年软件的空白，更为基础地质、深地探测、金属矿床、核资源评价等领域注入新动能。未来，团队将拓展软件在纳米级矿物（如纳米离子探针技术）与复杂成矿系统中的应用，推动地质年代学迈向更高分辨率时代。

作为一款功能强、操作简便、界面友好的（含）铀矿物化学年龄计算软件，CAUM可以帮助广大科研工作者高效、准确地进行化学年龄测定，将有助于推动 U-Th-Pb 地质年代学和地质定年研究的进一步发展。对于科研工作者而言，CAUM以“零门槛”为目标设计实现操作便捷：支持Excel数据一键导入，图形化界面实时生成年龄分布直方图、回归分析图。目前已经基本实现全平台兼容：Windows、Mac、Linux系统均可运行，代码开源（GitHub/Zenodo），支持二次开发。CAUM的诞生也标志着我校在（含）铀矿年代学领域实现“从跟跑到领跑”的跨越，通过将理论研究转化为软件研发，将更好的服务于社会：不仅有助于降低关键金属矿床勘探成本，为“双碳”目标下铀资源保障提供技术支撑；在科学研究层面，可以为深入剖析复杂成矿事件、精准解读地球不同地质历史时期构造演化等前沿科学问题提供新视角。

论文信息：H. Song(宋昊), T. Xiao(肖涛), G. Chi(池国祥), Z. Wang(王泽鑫), Z. Xu(徐争启), M. Hou(侯明才), CAUM: A software for calculating and assessing chemical ages of uranium minerals, Geoscience Frontiers (2025).

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gsf.2025.102031

CAUM软件主界面示意

文、图：宋昊