锆石微区原位同位素和微量元素测定的新进展

文章简述了二次离子探针质谱(SIMS)、激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)和激光剥蚀多接受等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)等3种锆石微区原位同位素和微量元素测定方法的原理和优缺点;针对U-Pb定年、铪同位素、锂同位素、多种元素的同时测定,以及仪器改进、测试方法创新、标样研发等方面的新进展进行了评述。     

激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱法同时测定锆石U-Pb年龄和微量元素含量

激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱(LA-SF-ICP-MS)具有高灵敏度特征,被广泛应用于锆石等含U矿物原位微区U-Pb定年研究,但磁偏转式质量分析器的使用导致该质谱仪扫描速度相对较慢,可能影响U-Pb同位素与其他关键微量元素的同时采集。本文通过优化仪器信号稳定性和实验方法,对目前常用的7种锆石U-Pb标准样品进行U-Pb定年和Ti、REEs、Hf等关键元素同时定量分析,探讨了多元素同时分析方法的可行性及对于U-Pb定年结果的影响。实验结果表明,相对于LA-SF-ICP-MS仅检测U-Pb同位素方法,同时开展多元素含量检测可能会使U-Pb同位素信号强度稳定性下降,导致单点U-Pb年龄结果误差及离散程度增大。与仅测定U-Pb同位素年龄的测定结果相比较,根据不同锆石样品中U-Pb同位素含量高低,多元素同时检测获得分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄和²⁰⁷Pb/²³⁵U年龄变化范围不同程度地增大,其中²⁰⁷Pb/²³⁵U年龄受影响明显,单点^207<...     

锆石U-Pb定年中激光剥蚀方式对质量分馏的影响

LA-ICP-MS是锆石的U-Pb定年最简单、实用、有效的方法.本文在矿床国家重点实验室ELAN DRC-e ICP-MS质谱仪和CeoLasPro 193nmArF准分子激光剥蚀系统上,通过对等离子体质谱仪冷却气、载气气流、离子透镜、功率、采样时间,以及激光的扫描方式、低记忆效应的激光剥蚀池的设计等仪器条件的优化,建立了一套行之有效的锆石U-Pb定年方法.     

砂岩型铀矿微区原位U-Pb同位素定年技术方法研究

铀矿物定年一直是成矿年代学中的难点,随着微区原位U-Pb同位素定年技术的发展,可以直接针对矿石矿物(铀矿物)进行同位素定年;但是其中的砂岩型铀矿由于其存在状态复杂,在原位定年中剥蚀要求高,也缺乏合适的外部校正标准物质,所以定年准确度有待提高。本文研究了两种微区原位U-Pb同位素测年的方法,对砂岩型铀矿定年进行了尝试,试图解决铀矿测年中的无基体匹配问题并提高砂岩型铀矿定年水平。一是建立了一种激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱仪联合电子探针进行微区原位U-Pb同位素测年的技术(LA-MC-ICP-MS&EMPA)。通过优化实验方法,对秦岭陈家庄花岗岩型铀矿进行了测试,获得与同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)一致的年龄结果,证明了微区原位U-Pb同位素测年无基体匹配标准物质分析的可行性;并利用此法获得鄂尔多斯盆地红庆河和塔然高勒砂岩型铀矿的微区原位U-Pb同位素年龄信息。二是尝试了利用飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱法(fsLA-MC-ICP-MS)对红庆河和宁夏宁东砂岩型铀矿样品进行微区原位U-Pb同位素定年,并获得了微区原位U-Pb同位素年龄,表明飞秒激光剥蚀技术在砂岩型铀矿定年中有很好的应用前景。本文提出,比较单一且年龄偏老的单矿物样品可以选择LA-MC-ICP-MS&EMPA联合法进行分析,需要高空间分辨率的样品建议使用fsLA-MC-ICP-MS法。     

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年实验流程的建立及其在滇西剑川正长岩锆石年代学中的应用

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术,能够快速、精确地测定矿物的同位素信息,是锆石U-Pb年代学最常用的定年方法之一.应急管理部国家自然灾害防治研究院同位素热年代学实验室利用RESOlution SE型193 nm准分子激光器和Agilent 7900型四级杆电感耦合等离子质谱仪联机,成功建立了锆石U-Pb原位定年方法.对91500、GJ-1、Ple?ovice、Qinghu和蓬莱5个标准锆石样品开展了详细的U-Pb定年研究,均获得了与国际推荐值在误差范围内一致的结果,表明本实验室建立的实验流程准确可靠,可以实现较老到较年轻锆石U-Pb年龄的精确测定.实验室运用新建立的方法对滇西剑川正长岩进行了锆石U-Pb年代学测试,结果表明该岩体形成于35.7±0.2 Ma,属晚始新世,与SIMS锆石U-Pb定年结果一致.研究发现剑川正长岩中存在晚三叠世-新元古代(220～860 Ma)的继承锆石,表明岩浆物质来源的多元性.综合前人研究,剑川正长岩是金沙江碱性岩带向青藏高原东南缘的延伸,可能形成于晚始新世高原隆升后岩石圈伸展的构造背景.     

斜锆石LA ICP MS U Pb定年方法及应用

对基性、超基性岩形成年龄进行精确测定一直以来都是同位素地质年代学领域比较棘手的科学难题。由于采用岩石中锆石的年龄来指示基性、超基性岩的形成年龄往往存在诸多争议,越来越多的研究人员将目光投向了斜锆石,所采用的测试手段以往多为热电离质谱(TIMS)或具有原位、微区优势的二次离子质谱(SIMS)U-Pb测年方法,进入21世纪以来,有研究人员开始尝试采用发展迅速且潜力巨大的激光剥蚀等离子体质谱(LAICP-MS)技术进行斜锆石U-Pb年龄测定。然而,斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法仍处于探索阶段,相关方法论方面的研究也是鲜有报道。本文对前人的斜锆石U-Pb定年研究进行了综合评述,并报道探索开发出的一套新的LA-ICP-MS斜锆石U-Pb定年方法。本文着眼于斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法,探索适用于斜锆石的激光条件和质谱参数,以斜锆石标准样品Phalaborwa为研究对象,建立了适用于斜锆石的LA-ICP-MS U-Pb定年测试方法,并将其应用于金川岩体中的斜锆石U-Pb年龄测定中,得到了较为准确的年龄结果。本文依据"截距法"的理念编制了"BUSTER"数据处理程序,并基于斜锆石Phalaborwa和金川岩体斜锆石两次测试结果将其与目前常用的基于"ROM法"或者"MOR法"的数据处理软件"Glitter"和"ICPMSDataCal"中的"无内标单外标"模块进行了系统比较。结果表明,就这两次测试的准确度而言,"BUSTER"要优于"Glitter"和"ICPMSDataCal",但测试精度则不及后者,这与相关数值拟合优度及采用的误差传递策略不同有关。另外,本文利用SHRIMP方法对金川岩体中的斜锆石样品进行了测定,测试结果与采用本次研究所开发的斜锆石LA-ICP-MS U-Pb定年方法得到的测试结果在误差范围内一致。     

应用激光拉曼光谱研究锆石LA-ICP-MSU-Pb定年中的α通量基体效应

α通量基体效应是由标准锆石与样品锆石之间的晶体损伤(以α通量表示)不同引起的激光剥蚀速率和坑下分馏行为的差异,已被证实是导致锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果存在系统偏倚的重要原因。α通量越高,剥蚀速率越快,坑下分馏越明显,然而α通量基体效应的校正尚未引起足够的重视。本文采用激光拉曼光谱和LA-ICP-MS对八达岭花岗杂岩样品进行研究,结果表明:实际α通量(D_α~P)≤0.75×1018g-1的锆石样品,蜕晶化程度较弱,其定年结果存在的α通量基体效应可以忽略;D_α~P0.75×1018g~(-1)的锆石样品,蜕晶化程度较高,其定年结果受α通量基体效应的影响明显,依据年龄差-D_α~P经验方程如y=347.8×exp(0.260×10~(-15)x)进行校正可获得准确的年龄结果。本研究认为:采用激光拉曼光谱和半高宽(FWHM)-D_α~P校准曲线获得目标锆石D_α~P,利用年龄差-D_α~P经验方程估计LA-ICP-MS系统偏倚,是校正α通量基体效应的可行途径。     

桂东北贺州英安岩锆石年代学、Hf同位素研究及其地质意义

研究区位于南岭成矿带西段湘—桂交界处,该区中生代岩浆活动频繁,成岩成矿作用显著,尤以燕山期最为强烈.为厘定桂东北贺州开山镇孔子庙英安岩的成岩时代和探讨其岩浆源区,文章对其进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和锆石Lu-Hf同位素研究.锆石U-Pb定年结果限定了英安岩的侵位年龄为157.1±0.9 Ma.锆石Lu-H...     

阿拉善宗乃山岩体东南缘花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄与地球化学特征

阿拉善宗乃山岩体东南缘分布多种类型的花岗岩,本文主要采用岩相学、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)锆石U-Pb定年、岩石地球化学等技术手段,对宗乃山岩体东南缘岩石类型、年代学、源岩特征以及构造背景进行了研究。结果表明:岩石类型主要为碱性-钙碱性准铝质花岗岩和闪长岩;单颗粒锆石分析获得黑云母斜长花岗岩年龄为236.8±1.9 Ma~249.7±2.6 Ma,片麻状花岗岩年龄为268.1±1.1 Ma,岩体成岩时期主要为华力西晚期和印支期早期,具有多期侵入的特征。该岩体岩石源岩为I型花岗岩,源于地壳火山弧区和同碰撞区,表明由于洋壳俯冲作用,在宗乃山东南缘形成了岛弧花岗岩侵入体。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年技术为洋壳俯冲提供了年代学约束,确定了研究区碰撞时间为早于236.8±1.9 Ma。     

LA-ICP-MS锆石微区U-Pb定年方法及不同束斑直径对年龄结果的影响作用探讨

利用自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室新引进的GeoLas HD型193nm ArF准分子激光剥蚀系统和Agilent 7900型四极杆电感耦合等离子质谱仪,成功建立了LA-ICP-MS锆石微区U-Pb定年及微量元素分析测试方法。以标准锆石91500为外标,在32 μm束斑直径、5.0 J/cm2能量密度和5 Hz剥蚀频率等实验条件下,对Ple?ovice、Temora1和Qinghu锆石标样开展了U-Pb定年实验,所测年龄结果与各标样推荐值在误差范围允许的条件下一致,并且Ple?ovice年龄结果在不同时间段内保持稳定。同时对未知年龄样品11-5开展了不同实验室测年结果对比研究,所测结果与中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室所测年龄在误差允许范围内一致。以NIST SRM 610为外标,29Si为内标,分析测试了锆石91500和NIST SRM 612标准样品的微量元素含量,实验测试结果与推荐值一致。在此基础上探索总结了不同剥蚀斑束直径对U-Pb年龄结果的影响,认为在同样的能量密度和剥蚀频率条件下,16~44 μm的剥蚀直径可以获取可靠的锆石U-Pb年龄,但32~44 μm相比16~24 μm小斑束直径所测得的年龄更加精准。      

Micro-Analytical Zircon and Monazite U-Pb Isotope Dating by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Quadrupole Mass Spectrometry

In this study we evaluated the capability of a 213 nm laser ablation system coupled to a quadrupole-based ICP-MS in delivering accurate and precise U-Pb ages on zircons and monazites. Four zircon samples ( ca. 50 Ma to ca. 600 Ma) and four monazite samples ( ca. 30 Ma to ca. 1390 Ma) of known ages were analysed utilising laser ablation pits with diameters of 20 μm and 60 μm. Instrument mass bias and laser induced time-dependent elemental fractionation were corrected for by calibration against a matrix-matched reference material. Tera-Wasserburg plots of the calculated U-Pb data were employed to assess, and correct for, common Pb contributions. The results indicated that the LA-ICP-MS technique employed in this study allowed precise and accurate U-Pb isotope dating of zircon and monazite on sample areas 20 μm in diameter. At this spot size, the precisions achieved for single spot ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages, were better than 5% (2s) for monazites and zircons with ages down to 30 Ma and 50 Ma, respectively. The precisions reported are comparable to those generally reported in SIMS and LA-MC-ICP-MS U-Pb isotope determinations.     

秦皇岛柳江地区长龙山组石英砂岩物质源区组成——来自碎屑锆石U-Pb-Hf同位素的证据

在秦皇岛市柳江地区出露最古老的沉积岩为青白口系长龙山组石英砂岩,该石英砂岩与下伏的新太古代钾质花岗岩呈不整合接触。LA-ICPMS锆石U-Pb测年显示该区长龙山组石英砂岩中碎屑锆石年龄分布在2635～2487Ma之间,其物质源区较单一。与北京—蓟县标准剖面相比,本研究区在较长的一段地质时期为古陆壳的剥蚀区,直至新元古代早期,又沉积了长龙山组滨海相碎屑岩。碎屑锆石Hf同位素组成显示,它们的源区物质虽然有不同程度的壳幔混合,但主要来自于古老的地壳物质再循环,暗示在～2.5Ga其碎屑物质源区的地壳已经达到一定的规模和厚度。     

Optimization of the in-situ U–Pb age dating method via LA-Quadrupole-ICP-MS with applications to the timing of U–Zr–Mo mineralization in the Poços de Caldas Alkaline Complex,SE Brazil

The high spatial resolution of the LA-ICP-MS systems allows rapid extraction of vital isotopic information from individual growth zones of minerals. This paper describes in detail the optimization of a relatively inexpensive LA-ICP-MS system consisting of a UV 213 Laser Ablation and a Quadrupole ICP-MS. The results of optimization take into account laser energy, beam diameter, frequency and ICP-MS gas conditions. The optimized conditions were tested for precision and accuracy on a number of well-characterized zircons, commonly used as primary and secondary quality control standards. The acquisition of the U–Pb data is carried out in automated mode (pre-set points) for up to 12 h/day with only minimal operator presence. Individual U–Pb zircon analysis lasts 80 s. The 2σ uncertainties of the standards ranged between 1.4 and 8.2%, and overall their relative deviations ranged from 0.02 to 0.87%. The results are comparable to techniques that use more complex and time-consuming approaches such as LA-MC-ICP-MS and ion-microprobe. We have applied this method to obtain ages of numerous granitoid rocks from the Southern São Francisco Craton and a well-known Archean granitoid of the Kaapvaal Craton, South Africa. We furthermore provide the first results of U–Pb age dating of U–Zr–Mo mineralization in the Poços de Caldas Alkaline Complex, SE Brazil, with a U–Pb age of 85 ± 3 Ma for zircon-bearing hydrothermal veins.     

Application of Laser Ablation ICP-MS to U-Th-Pb Dating of Monazite

Recent advances in laser ablation ICP-MS techniques allow accurate U-Th-Pb age dating of monazites that are as young as several tens of million years to a precision better than 2%. Accuracy of the age determinations has been improved by true real-time mass bias correction via nebulisation of a solution containing enriched ²³³U and natural Tl isotopes. The Tl-U tracer solution eliminates possible effects of variable sample matrices on the precision and accuracy of measured isotopic ratios. Mass bias corrections based on measured ²⁰⁵Tl/²³³U ratios in the tracer solution allow direct measurement of ²³⁵U in monazite. Combined with high-sensitivity laser ablation ICP-MS measurements, direct measurement of ²³⁵U particularly improves the precision of U-Pb dating of young monazites. Correction for laser-induced Pb/U and Pb/Th elemental fractionation is based on a mathematical treatment of time resolved count-rate data that is independent of laser ablation characteristics, does not require external standardisation and allows variable laser pit size or raster patterns for each measurement. The new procedures make the LA ICP-MS technique more flexible for in situ U-Th-Pb analysis.     

青海省纳日贡玛斑岩钼铜矿床成矿花岗斑岩锆石LA-ICP-MSU-Pb定年及地质意义

对青海省纳日贡玛斑岩钼铜矿床开展了锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年研究,结果表明,纳日贡玛矿区2个黑云母花岗斑岩样品的锆石206Pb/238U同位素加权平均年龄分别为(43.4±0.4)Ma和(42.9±0.3)Ma,锆石形态、结晶振荡环带结构及元素含量均显示出岩浆成因特点;因此,锆石U-Pb年龄可代表斑岩的岩浆结晶年龄,纳日贡玛含矿斑岩岩浆的侵位年代可精确地限定于新生代喜马拉雅期,相当于中始新世。1件辉钼矿样品Re-Os同位素模式年龄为(40.8±0.4)Ma,结合前人的辉钼矿测试结果,认为在纳日贡玛岩浆活动约2.6 Ma后,岩浆热液成矿流体开始产生成矿作用。三江走滑断裂构造系统控制斑岩矿床的分布,青海三江北段斑岩钼铜矿具有很大的找矿潜力。     

LA-MC-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年技术

利用激光多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)技术对30～1 065 Ma的系列锆石进行了详细的定年研究.包含离子计数器的多接收系统使得不同质量数的同位素信号可以同时静态接收,并且不同质量数的峰基本上都是平坦的,进而可以获得高精度的数据,均匀锆石颗粒207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U比值的测试精度(2σ)均为2%左右,对锆石标准的定年精度和准确度在1%(2σ)左右;不同质量数同位素信号的同时静态接收使得剥蚀时间缩短,剥蚀深度变浅,相比LA-ICP-MS方法,提高了激光剥蚀的空间分辨率.对5个锆石标准和2个实际样品的测试表明,206Pb/235U年龄测定误差在1%(2σ)以内,定年结果在误差范围内与前人报道值完全一致,测试精度达到国际同类实验室先进水平.     

新疆西准噶尔克拉玛依岩体中暗色岩墙的形成时代及地质意义 ——来自锆石LA-ICP-MS和角闪石Ar-Ar定年的证据

新疆西准噶尔克拉玛依岩体以及周围地层中存在着大量暗色闪长玢岩岩墙,是岩浆物质贯入3组走向不同的裂隙形成的。对其中一个闪长玢岩岩墙样品进行锆石LA-ICP-MS年代学测试,得到303.1±1.2Ma的锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄,对从该闪长玢岩中分离出的角闪石进行Ar-Ar年代学测试,得到312.1±2.8Ma的坪年龄(1120～1400℃)和313.6±6.9Ma的反等时线年龄。对该闪长玢岩岩墙附近的含角闪石黑云母二长花岗岩进行的锆石LA-ICP-MS年代学测试,获得其²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为319.0±1.0Ma。对侵入石炭纪地层的一个花岗斑岩岩脉样品进行锆石LA-ICP-MS年代学测试,得到了315.3±1.0Ma的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄。上述年代学测试结果表明克拉玛依市以西地区的暗色岩墙形成时代是石炭纪末期,不是前人所说的二叠纪。在这些岩墙形成之前,该区在石炭纪晚期还发育以克拉玛依岩体及附近酸性岩脉为代表的花岗质岩浆活动。上述围岩和岩墙的年代学资料揭示出该区闪长玢岩岩墙所占据的裂隙形成时代在315～303Ma之间,为新疆西准噶尔地区晚古生代地球动力学背景及岩浆活动的深入研究,提供了时间方面的约束。     

西秦岭略阳地区鱼洞子杂岩变形花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb测年及地质意义

鱼洞子杂岩是秦岭地区最古老的复杂的地质体。前人对鱼洞子杂岩不同的地质体采用多种方法进行了年龄测定,但结果差异较大,且总体测试精度不高。依据锆石CL影像的特征,结合锆石成因分析和锆石微区的U-Pb同位素,进行了LA-ICP-MS测定,在鱼洞子杂岩糜棱岩化细粒黑云母花岗岩和强片理化黑云母花岗岩中分别获得2661Ma±17Ma和2703Ma±26Ma的岩浆结晶年龄,同时在糜棱岩化细粒黑云母花岗岩中获得2647Ma±65Ma的变质锆石年龄。其中2703Ma±26Ma是秦岭造山带目前发现的最古老的侵入岩的形成年龄,为研究秦岭造山带早前寒武纪构造岩浆事件和地球早期的形成演化提供了新的资料。     

西大别造山带夏店岩体锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其A型花岗岩的厘定

对西大别造山带夏店岩体进行了系统的锆石LA-ICP-MSU-Pb定年、岩石地球化学研究,发现该岩体化学成分具富硅、碱,贫钙、镁、铝等特点;岩石轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,轻重稀土元素分馏明显,Eu亏损明显;Rb、K、Th等大离子亲石元素和Pb元素富集,Ta、Nb、Ti等高场强元素亏损和Sr、Ba元素亏损;岩石成因类型上属于A型花岗岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示夏店岩体~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为130.0±1.8 Ma,代表岩体的结晶年龄,显示该岩体为早白垩世岩浆活动的产物。夏店岩体A型花岗岩形成于造山期后环境,预示着桐柏-大别造山带板内演化阶段的到来。