应用新型固体质谱计IsoProbe-T高精度地测定单颗粒锆石年龄

固体质谱计，以其高精度和可靠性度，在同位素年代学和同位素地球化学的研究领域的应用依然前景广阔。近年来，微量样品测试手段已经成为地质科学和环境科学等领域极其重要的研究方法，促使国际国内地球化学实验室对固体热电离质谱计更新换代。中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室于2004年引进英国GV公司的IsoProbe-T固体热电离质谱计，具有较宽质量谱带，装备多通道离子计数接收器，高灵敏度高精度，易于操作等特点。该类型仪器将是今后的同位素年代学和同位素地球化学研究的主导之一。该质谱计配置了9个法拉第接收器、１个戴利接收器和7个离子计数器（图1)。它的运行将有望大幅度地促进年代学和同位素地球化学在壳幔相互作用与深部物质成分、古大陆形成与演化、流体与成矿等主要领域研究工作的应用。本文主要介绍采用IsoProbe-T质谱计测定单颗粒错石U-Pb和Pb-Pb蒸发年龄方法和应用。传统的锆石Pb-Pb蒸发法定年原理是将锆石单颗粒包裹于铼灯丝中并加热，将锆石中铅蒸发至另一铼灯丝上，之后加热电离沉淀于该灯丝上的铅样品，采用单个离子计数器动态方式测量铅同位素组成，从而获得207Pb/206Pb比值和对应的年龄。这一方法技术简单但极为耗时。采用IsoProbe-T质谱计的多个离子计数器测量，可以克服耗时缺点。方法是将包裹于铼灯丝的锆石颗粒加热，采用静态方式直接测量蒸发出来的铅同位素组成，获得207Pb/206Pb年龄。该方法简便省时，同时可以直观地观测到锆石内部铅同位素组成的变化，如207Pb/206Pb比值，指示锆石中Th/U比值的变化，或207Pb/206Pb比值变化，直接反映出继承锆石的存在与否。离子计数器之间的效率差别可以采用测定铅标准溶液同位素比值来校正。尽管该方法不能与SHRIMP微区U-Pb定年媲美，却可以获得成因单一锆石高精度207Pb/206Pb年龄且节省经费。应用该方法测定内蒙古渣尔泰群沉积岩中碎屑错石，获得的年龄与采用传统错石Pb-Pb蒸发法和U-Pb稀释法获得的年龄一致，集中分布于2.4~2.5 Ga.多个离子计数器测量技术也可以应用于单颖粒错石U-Pb年代学方法，该方法所获得的数据可靠性主要地取决于实验流程U和Pb本底情况。为了降低流程本底，笔者采用低本底的蒸汽法高温高压条件下溶解错石，（图2)。将错石和205Pb-235U混合稀释剂加于小溶样杯内，HF酸置于Teflon焖罐底部，在高温高压条件下加热，完全溶解错石。采用该溶样方法和高纯度水和试剂，获得小于5 pg和10 pg的全流程U和Pb本底。应用该方法测定了苏鲁地区南部海州群单颗粒锆石U-Pb年龄。3个云母石英片岩样品中的错石大部分具有振荡环带内部结构，指示岩浆成因，退晶化程度也较明显。采用铀-铅同位素稀释法和铅-铅蒸发法分析，获得错石年龄范围为801-787Ma。时代上，海州群云母石英片岩的原岩可与大别-苏鲁超高压变质带内超高压和高压变质岩的原岩对比，可能代表与晚元古代Rodima超大陆裂解有关的岩浆作用的产物。     

用热离子发射质谱计直接测定单颗粒锆石~(207)Pb/~(206)Pb年龄

用热离子发射质谱计、双带源分层蒸发锆石并将蒸发物附着到电离带上以测定~(207)Pb/~(205)Pb值年龄。对五个锆石样品的测定结果证明,用此方法获得的~(207)Pb/~(206)Pb值年龄与用常规锆石U-Pb一致线方法获得的年龄结果相吻合。这个方法不仅对放射成因铅轻微丢失的锆石适用,对严重丢失的也得到很好的结果。     

大沟谷钠长石岩型金矿床Pb、S、Sr同位素特征初探

大沟谷金矿床产于震旦系乐晶峡群钠长石岩带底部陡倾斜钠长石岩中。金矿床铅同位素组成变化大^206Pb/^204Pb17.356-19.306,^207Pb/^204Pb15.330-15.862,^208Pb/^204Pb37.532-39.957。u值在8.23-10.6之间，黄铁矿δ^34S值在5.1‰-13.4‰之间，铅同位素组成具线性相关关系，^206Pb/^204Pb与^207Pb/^204Pb线性方程y=0.24x 11.19,r=0.83,^206Pb/^204Pb与^208Pb/^204Pb方程为y=1.3x 14.8,r=0.93，黄铁矿铅硫同位素组成具负相关关系，钠长石岩Rb、Sr含量较低，^87Sr/^86Sr值为0.72263-0.73150，平均0.72595。综合铅、锶、硫同位素特征，可以认为大沟谷金矿床成矿物质主要来自高u值基底碎屑沉积岩及钠化基性火成岩。     

辽宁桓仁多金属矿床的铅同位素组成——显生宙单阶段幔源铅的证据

桓仁矿床是一个以Cu、Pb、Zn为主的矽卡岩型矿床，围岩为寒武系灰岩，成矿母岩为燕山期辉石闪长岩。矿石与闪长岩长石具有一致的铅同位素组成，^106Pb／^206Pb为17．050-17．411，^207Pb／^204Pb为15．367-15．455,^208Pb／^204Ph为37．110-38．040，μ值为7．86-8．00，具有低μ值单阶段幔源铅特点。单阶段模式年龄与成矿母岩的K-Ar年龄及地质时代吻合，是中生代单阶段幔源铅成矿的典型例子。     

直接蒸发单颗粒锆石测定~(207)Pb/~(206)Pb年龄的方法

在双带源热离子发射质谱计上,用Kober,B.(1987)建立的方法直接蒸发锆石测定~(207)Pb/~(206)Pb表面年龄。4件已知年龄的锆石样品测定结果表明,用该方法测定的年龄值与常规锆石U-Pb一致曲线的上交点年龄一致。使用腈基丙烯酸酯粘合剂,使得装样简单、可靠,并可增加铅离子流强度。文中首次报道了湖北广水蔡家河小河岩体、黄土寨岩体中锆石的形成年龄。     

SHRIMP锆石铀-铅同位素定年中普通铅 204Pb对实验结果的影响

在SHRIMP锆石U-Pb同位素定年中,常用实测的204Pb校正普通铅,然后求得206Pb/238U、207Pb/206Pb等同位素比值及年龄。本文主要论述了普通铅204Pb校正的原理、来源、测定方法及其对实验结果的影响。通过实验得出普通铅204Pb测定结果不准确,会使数据在谐和图中的投影点偏离谐和线,使年龄结果偏离真实值。影响普通铅204Pb的因素有很多,主要有测试位置是否有包体或裂纹、锆石表面的清洁程度、普通铅204Pb的峰位置是否正确等;此外,一次离子束强度、密度均匀性、束斑形状、清洗时间也可能有影响。由于大多锆石样品中普通铅204Pb含量很低,在扫描普通铅204Pb峰中心时,最好在高铀锆石包体、裂隙处,或在长石等含普通铅204Pb较高的矿物上进行,同时为了避免受质量数204左侧峰拖尾叠加的影响,通常把204Pb峰位置设定在峰中心稍偏右处。     

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.     

内蒙古十八倾壕金矿床铅同位素组成的构造学意义

十八倾壕金矿有两种类型矿体：糜棱岩型矿体和石英脉型矿体。糜棱岩型矿石Pb同位素组成以低放射性成因铅为特点：^206Pb／^204Pb为16．63～17．45，^207pb／^304Pb为1531～15．48，^208Pb/^204Pb为36．52～38．85；在铅的动力学演化曲线上非常接近幔源铅演化模式曲线；与区域上典型的韧性剪切带型金矿——后石花金矿的铅同位素组成一致，是早元古代晚期(2040Ma)韧性剪切变质变形作用的产物。石英脉型矿石Pb同位素组成以高放射性成因铅为特点：^206Pb／^204Pb为18.23～19．74，^207Pb／^204Pb为15．69～15．89，^208Pb／^204pb为38．64～40．13；在铅的动力学演化曲线上非常接近上地壳铅演化的模式曲线；与区域上典型的燕山期岩浆热液型金矿——东伙房金矿以及燕山期花岗岩的铅同位素组成一致，是燕山期岩浆热液型金矿化。十八倾壕金矿是两次小同性质成矿作用叠加的结果。这从Pb同位素组成上证明了笔者曾经提出的关于该矿床叠加构造控矿的观点。     

多离子计数器动态多接收方式锆石Pb同位素比值高精度测定方法

采用装配多离子计数器系统的TRITON Plus热电离质谱仪（thermal ionization mass spectrometer,TIMS）,建立了多离子计数器动态多接收锆石Pb同位素（以205Pb为稀释剂）测定方法.相对多离子计数器静态多接收方法,该方法完全消除了不同离子计数器间增益差异对锆石Pb同位素测定的影响.相对传统的单个二次电子倍增器（secondary electron multiplier,SEM）五次跳峰的锆石Pb同位素测定方法,该方法两次跳峰即可测定全部Pb同位素比值,Pb同位素离子流接收效率提高2.5倍,同时,降低了离子流稳定性对Pb同位素分析结果的影响.为验证方法的可靠性,对加入205Pb稀释剂的NIST981 Pb标准和标准锆石清湖（Qinghu）进行了测定.对5×10-11 g 205Pb-NIST981 Pb混标,207Pb/206Pb测定精度达到0.079%（2RSD,n=20）;对清湖标准锆石,获得的年龄结果为159.51±0.11 Ma（2SE,n=7;MSWD=1.1）,与文献报道值在误差范围内一致.      

余淮地区早白垩世adakitic岩石的年代学和Pb同位素组成：对岩浆源区与华北克拉通东部构造演化的制约

本文报道了徐淮地区5个早白垩世adakitic岩体全岩的Pb同位素组成和其中3个岩体的锆石IA—ICP—MSU-Pb定年结果,并讨论了岩浆源区的性质和华北克拉通东部中生代早期的构造演化。结果表明,班井、丰山和蔡山岩体形成于早白垩世,其^206Pb／^238U加权平均年龄分别为127±1Ma、129±2Ma和131±1Ma。利国、班井、夹沟、丰山和蔡山岩体的全岩（^206Pb／^204Pb）。（^207Pb／^204Pb）,和（^208Pb／^204Pb）。初始比值分别变化于17．957～18．620、15．508～15．655和38．129～38．710之间。综合早白垩世adakitic岩石高的放射成因Pb同位素组成以及继承锆石年代学和其中榴辉岩类捕虏体锆石U-Pb年代学和地球化学的研究成果,可以认为华北克拉通东部徐淮地区早白垩世adakitic岩石的岩浆源区以断离的扬子克拉通俯冲板片（基底物质）为主,并有拆沉的华北克拉通基底物质的参与。这与扬子克拉通沿北西方向俯冲于华北克拉通之下的构造模式相吻合。     

锆石裂变径迹年龄和逐层蒸发法铅年龄测定对比研究

本文阐述了颗粒锆石裂变径迹法及双带源逐层蒸发法的方法原理，对取自美国菲什（Fish）峡谷凝灰岩中的锆石裂变径迹年龄国际标准样及取自香港花岗岩中锆石的两种年龄结果进行了对比，并分析了它们年龄差异的原因，认为铅年龄代表锆石的结晶年龄，而裂变径迹表观年龄代表岩体的冷却年龄或最后一次热事件的年代。开展不同方法的对比研究，可以得到更多的信息，以期更好地探讨研究区的演化历史。     

A Correction Approach to the Common Pb Contribution to ^207Pb／^206Pb Ratios Obtained by the Zircon Evaporation Technique

An approach is recommended for the correction of common Pb contribution to ^207Pb/^206Pb ages obtained by the zircon evaporation technique.A comparison with that by Cocherie et al.(1992)shows that two approaches yield similar results in the ^207Pb*/^206Pb* ratios.But when using the new approach,only two errors of the measured ^204Pb/^206Pb and ^207Pb/^207Pb ratios are introduced to the calculated ^207Pb^*/^206Pb^* ratios.     

造山带构造年代学基本问题——论同位素体系与变质作用的关系

造山带构造年代学以研究造山带重大地质事件时代,建立时空格架为目的。其实质是研究同位素体系与变质作用的关系,包括变质过程中同位素体系扰动、同位素平衡、同位素均匀化以及锆石增生和放射性成因铅丢失等方面。并以大别山黄土岭麻粒岩和熊店榴辉岩为例阐述了构造年代学的研究方法和步骤,论证大别古陆老于2 814 Ma,大别山早前寒武纪基底变质事件发生在约20亿年前;大别熊店榴辉岩峰变质年龄为468 Ma。     

胶东地区蓬莱群沉积岩碎屑锆石年龄和物源

分布于鲁东胶北地区蓬莱群为一套浅变质沉积岩，角度不整合覆盖在太古宙胶东群、元古宙粉子山群上。关于蓬莱群的沉积时代尚存较大的争议，认为是震旦纪或古生代沉积形成的。蓬莱群和五莲杂岩、北淮阳变质岩带都是位于大别-苏鲁超高压变质造山带北部的重要岩石构造单元。本文报道蓬莱群沉积岩碎屑锆石年龄和始同位素分析资料，并探讨其可能的物质来源。 在栖霞地区采集了14个蓬莱群样品，主要岩石为石英岩、千枚岩、片岩、页岩，从其中4个挑出了锆石样品。分选出的碎屑锆石均为浅棕色，浑圆状，反映锆石经历了搬运作用。CL图像显示绝大多数锆石颗粒具有清晰的韵律环带内部结构，具有岩浆成因特征。在中国科学院地质与地球物理所固体同位素地球化学实验室IsoProbe-T质谱计上，采用即蒸即测方法，测得锆石207Pb/206Pb比值，其对应的年龄值主要分布在1000~1800 Ma,峰值为1200 Ma和1600 Ma左右（图1)。应用中国科学院地质与地球物理所多通道等离子质谱计Neptune MC-ICP-MS测定碎屑锆石 同位素组成。根据所获得的同位素组成，计算得到比同位素模式年龄TDM(Hf）分布在1300~3200 Ma之间，峰值为1700 Ma左右；对应的初始εHf(1200 Ma）和εHf (1600 Ma）平均值分别为-5.8和2.9（图2)。 碎屑锆石1350~1800 Ma年龄段，特别是峰期的1600 Ma，可能对应全球广泛分布的非造山事件，可能和Columbia超大陆的裂解有一定的联系。大部分锆石初始εHf (1600 Ma）值大于0，可以说明岩浆来源为幔源。而1050~1300 Ma的锆石则可能与Rodinia超大陆的汇聚形成阶段或Grenville造山事件有较密切的联系。华北克拉通大量地出露太古宙末期（2500 Ma左右）和早元古代末期(1800 Ma左右）的岩石，但在所分析的蓬莱群沉积岩几乎没有显示，可能可以排除华北克拉通为主要的沉积物源。所获得的碎屑锆石年龄虽在扬子板块有一定的出露，但缺少与Rodinia裂解有关的晚元古代700~800 Ma的岩浆锆石信息。上述资料可能暗示沉积时代为1000~800 Ma之间，但与目前的古生物证据不吻合。因此，这些碎屑锆石年龄和铅同位素数据尚不能肯定蓬莱群变质沉积岩是来源于扬子陆块，还是游离于华北、扬子的一个微陆块。如果是一个微陆块，该微陆块与Columbia裂解作用和Grenville造山作用有关，但可能未遭受到Rodinia超大陆裂解事件的影响。     

阿尔金山南缘清水泉地区斜长角闪岩锆石LA-ICP-MS U-Pb测年及其地质意义

阿尔金群为阿尔金构造带的古老变质基底,由于缺乏精确的同位素测年数据,对其形成时代尚存争议。运用LA-ICP-MS 锆石U-Pb 定年分析方法,对阿尔金山南缘清水泉地区阿尔金群中的斜长角闪岩进行了年代学测定,并初步探讨其地质意义。锆石CL图像具有多晶面面状结构,无岩浆锆石具有的震荡环带和核边结构,Th/U比值大多都较低(<0.1),显示变质锆石的特点。18个锆石颗粒的19个测点给出的207Pb/206Pb年龄介于(1786±16)～(1877±12)Ma之间,加权平均值为(1827±13)Ma(MSWD=4.4,1σ)。区域地质与同位素年代学新资料表明,阿尔金山南缘清水泉地区在古元古代晚期存在一期构造-热事件,本期事件与吕梁运动的时限相吻合,在全球尺度上可能是古元古代哥伦比亚超大陆汇聚-裂解事件在该地区的响应,也证明阿尔金山存在新太古代—古元古代的变质基底,并且为探讨阿尔金构造带前寒武纪构造-热事件和演化历史提供了新证据。     

Measurement of SIMS Instrumental Mass Fractionation of Pb Isotopes During Zircon Dating

An igneous zircon reference material (OG1) was characterised for U-Pb isotopes by ID-TIMS, and utilised to evaluate SIMS (SHRIMP) instrumental mass fractionation (IMF) of radiogenic Pb isotopes (²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb*). The TIMS ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb* reference value for OG1 was 0.29907 ± 0.00011 (95% confidence limit), 3465.4 ± 0.6 Ma. The high ²⁰⁷Pb* (∼ 30 μg g⁻¹), negligible common Pb, and isotopic homogeneity permitted precise (± 1–2‰) ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb* measurements within the analytical sessions. External reproducibility of mean ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb* ratios between sessions was demonstrated for one instrument, yielding a mean IMF of +0.87 ± 0.49‰. The mean ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb* ratios between instruments were dispersed beyond uncertainties, with session IMF values from +3.6 ± 1.7‰ to −2.4 ± 1.3‰, and a grand mean IMF value (twenty-six sessions) of +0.70 ± 0.52‰, indicating a tendency towards elevated ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb*. The specific causes of variability in IMF are unclear, but generally reflect subtle differences in analytical conditions. The common practice in SIMS of assuming that IMF for Pb⁺ is insignificant could result in systematic age biases and underestimated uncertainties, of critical importance for precise correlation of Precambrian events. Nevertheless, a zircon RM such as OG1 can be readily incorporated into routine dating to improve ²⁰⁷Pb*/²⁰⁶Pb* accuracy and external reproducibility.     

U–Pb isotopic dating of titanite microstructures: potential implications for the chronology and identification of large impact structures

Identifying and dating large impact structures is challenging, as many of the traditional shock indicator phases can be modified by post-impact processes. Refractory accessory phases, such as zircon, while faithful recorders of shock wave passage, commonly respond with partial U–Pb age resetting during impact events. Titanite is an accessory phase with lower Pb closure temperature than many other robust chronometers, but its potential as indicator and chronometer of impact-related processes remains poorly constrained. In this study, we examined titanite grains from the Sudbury (Ontario, Canada) and Vredefort (South Africa) impact structures, combining quantitative microstructural and U–Pb dating techniques. Titanite grains from both craters host planar microstructures and microtwins that show a common twin–host disorientation relationship of 74° about <102>. In the Vredefort impact structure, the microtwins deformed internally and developed high- and low-angle grain boundaries that resulted in the growth of neoblastic crystallites. U–Pb isotopic dating of magmatic titanite grains with deformation microtwins from the Sudbury impact structure yielded a ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb age of 1851?±?12 Ma that records either the shock heating or the crater modification stage of the impact event. The titanite grains from the Vredefort impact structure yielded primarily pre-impact ages recording the cooling of the ultra-high-temperature Ventersdorp event, but domains with microtwins or planar microstructures show evidence of U–Pb isotopic disturbance. Despite that the identified microtwins are not diagnostic of shock-metamorphic processes, our contribution demonstrates that titanite has great potential to inform studies of the terrestrial impact crater record.     

MC-ICP-MS高精度测定Pb同位素比值

多接收器等离子体质谱是近年发展起来的高精度同位素分析手段之一，通过用等离子体质谱测量Pb国际标准物质NBS981和NBS982,显示出多接收器等离子体质谱分析Pb同位素的优势。利用205Tl/203Tl进行作为内标，可以实现Pb同位素的质量分馏校正，极大地提高了Pb同位素分析的重现性。相比较热电离质谱，该方法精度更高，样品的用量更少，测试时间更短，多接收器等离子体质谱测定Pb同位素技术有良好的应用前景。