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锆石UPb年代学测定技术讲述
锆石U-Pb年代学测定技术
刘勇胜
中国地质大学(武汉)
地质过程与矿产资源(GPMR)国家重点实验室
2012.3.成都
U-Th-Pb定年原理及定年矿物
锆石U-Pb年龄测定技术
TIMS
SIMS
LA-(MC)ICP-MS
锆石LA-ICP-MS数据处理及不确定度
锆石U-Th-Pb数据的处理与表达
GPMR实验室元素和同位素分析实验室
1. U-Th-Pb定年原理及定年矿物
放射性同位素定年的基本方程为,
N:残留的未衰变母体同位素核子数,D:t时间内产生的子体同位素核子数,λ为衰变常数。
U、Th放射性衰变参数
238U → 206Pb + 8? + 6?
t1/2 = 4.468 ? 109yr ; ?1= 1.55125 ? 10-10yr-1
235U → 207Pb + 7? + 4 ?
t1/2 = 0.7038 ? 109yr; ?2= 9.8485 ? 10-10yr-1
232Th → 208Pb + 6? + 4 ?
t1/2 = 14.01 ? 109yr; ?3= 4.9475 ? 10-10yr-1
U-Th-Pb法定年
U-Th-Pb法定年矿物
锆石(ZrSiO4)、
斜锆石(ZrO2)、
独居石((Ce,La,Th,Nd,Y)PO4)、
磷灰石(Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))、
榍石(CaTiSiO5)、
石榴石(X3Z2(TO4)3 (X = Ca, Fe, etc., Z = Al, Cr, etc., T = Si, As, V, Fe, Al) )、
金红石(TiO2)、
钙钛矿(CaTiO3)、
钛铁矿(FeTiO3)、
锡石(SnO2)
方解石(CaCO3)
(Faure and Mensing, 2004)
锆石:最常用的U-Pb法定年对象
富集U-Th、初始Pb含量低
Zr: 0.8-0.92 (+4)
U: 0.97-1.13 (+4)
Th: 1.05 (+4)
Pb: 1.02-1.37 (+2) (稳定价态)
抗蚀变和变质作用能力强、U-Th-Pb体系封闭性好、封闭温度高;
2. U-Th-Pb同位素分析方法
TIMS
SIMS
LA-(MC)ICP-MS
Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS
离子计数器
检测器
法拉第杯
+
离子计数器
TIMS
SIMS
MC-ICP-MS
Q-ICP-MS
TIMS法
对晶体内部结构均一、成因简单的颗粒锆石,TIMS法可以获得高精度的U-Pb年龄
Pb 丢失
环带/核边(混合信号)
需要稀释剂:233U、205Pb
需要超低本底
用强磁分选仪去除有磁性的锆石(放射性损伤晶体结构受损而混有富铁杂质)
磨除锆石表层物质(Chemical abrasion/Air abrasion)
逐层Pb蒸发法
气磨、无磁性、弱磁性锆石
Krogh (1982b)
弱磁性锆石
无磁性锆石
气磨锆石
SIMS和LA-(MC)ICP-MS
SIMS和LA-ICP-MS可原位分析锆石晶体内部的微区,定年目的性明确
与BSE、CL图像相结合,对于组成和结构复杂的锆石进行定年,可以得到不同锆石区域的形成年龄
束斑直径:
通常10-30μm
CAMECA IMS xxxx
束斑直径
1280: 5-- μm
NanoSIMS:
Pb-Pb 2 μm
U-Pb 5 μm
Yang et al. (2012, JAAS)
SIMS基体效应显著,高U样品难以分析
LA-ICP-MS/LA-MC-ICP-MS
Laser Ablation system
ICP-MS
MC-ICP-MS
ICP-MS vs. MC-ICP-MS
U-Pb年龄
微量元素含量
Hf同位素
Sr-Nd-Pb-……同位素
U-Pb年龄
LA-ICP-MS在不同学科的应用情况
LA-ICP-MS
低背景
样品消耗量小
动态线性范围宽(9个数量级)
高空间分别原位分析(5μm)
分析速度快(单点分析3min)
可以进行元素和同位素比值分析
顺序扫描(同一时间测定一个同位素)
LA-MC-ICP-MS
低背景
样品消耗量小
高空间分辨原位分析(5μm)
分析速度快(单点分析通常3min)
同时测定多个同位素,同位素比值精度高
LA-MC-ICP-MS
U-Pb年龄
Hf同位素
Sr同位素
Nd同位素
Mo同位素
……
U-Pb年龄
微量元素含量
LA-ICP-MS
年龄、成因
Yuan et al. (2008, CG)
U-Pb年龄
微量元素含量
Hf同位素
(Sr同位素)
(Nd同位素)
(U-Pb年龄)
LA-MC-ICP-MS
Hf同位素
U-Pb年龄
微量元素含量
LA-ICP-MS
大束斑
44μm
TIMS vs.
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