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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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