变质岩石学第五 锆石年代学ppt课件

1、主主 要要 内内 容容 概述概述 锆石的构成锆石的构成 锆石锆石U-Pb定年原理定年原理四四 锆石锆石U-Pb定年方法定年方法它的化学成分是它的化学成分是ZrSiO4，在，在Zr位置会有位置会有Hf, U, Th, Y等置换，等置换，Si位置会有少量位置会有少量P的置换。的置换。普通锆石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =0.5 -2.0%, Th, U, HREE, P微量。锆石普通无色透明，但常具浅棕，粉红，有时深棕色。普通颜色深成因复杂，多为老锆石或U、Th含量高的。其比重达 4.5-4.6，无磁性，是分选的有利条件。锆石锆石(zircon)是一个极其常见

2、的副矿物。是一个极其常见的副矿物。 锆石是四方晶系矿物锆石是四方晶系矿物岩浆结晶构成：超基性酸性，构成温度很广，锆石饱和温度计。蜕变作用： 蜕变重结晶； 蜕变增生； 热液沉淀锆石； 热液蚀变锆石。Smiling zircon背散射电子图像BSE imaging)HF酸蚀刻法阴极发光电子成相CL imaging)岩浆结晶的蜕变结晶的岩浆结晶的InheritedovergrowthInheritedovergrowthInheritedmagmaticAlteration zircon深熔锆石InheritedovergrowthInheritedovergrowthInheritedAltera

3、tion zircon深熔锆石 同位素定年的根底是放射性衰变定律，经过测定同位素定年的根底是放射性衰变定律，经过测定母体及其衰变产生的子体同位素含量，就可以利用衰母体及其衰变产生的子体同位素含量，就可以利用衰变定律算出构成以来的时间年龄。变定律算出构成以来的时间年龄。 锆石定年是利用了其中的锆石定年是利用了其中的U和和Th同位素衰变成同位素衰变成Pb同同位素。位素。 235U207Pb, 238U 206Pb, 232Th 208Pb，其中间字体寿命短可以忽略，其中间字体寿命短可以忽略，因此，可将因此，可将206Pb、207Pb、208Pb视为直接由视为直接由238U、235U、232Th构成

4、：构成：它们的等时线方程：206Pb = 206Pbi + 238U(e238t 1) 207Pb = 207Pbi + 235U(e235t 1) 208Pb = 208Pbi + 232Th(e232t 1)方程两边除于非放射成因的稳定同位素方程两边除于非放射成因的稳定同位素204Pb，得到：，得到：) 1(238204238204206204206tiePbUPbPbPbPb) 1(235204235204207204207tiePbUPbPbPbPb) 1(232204232204208204208tiePbThPbPbPbPb 具有非常强的抗侵蚀才干，锆石中的U-Pb体系封锁温度75

5、0 oC, 构成后Pb的分散封锁温度可以高达900 oC，锆石构成广，所以锆石是目前测定岩浆结晶和峰期蜕变作用年龄最理想的矿物。 锆石相对富含锆石相对富含Th, U等放射性元素，而贫普通等放射性元素，而贫普通Pb，而且其温度抗后期影响才干强，所以是定年的最正确而且其温度抗后期影响才干强，所以是定年的最正确样品。样品。1. Isotope dilution thermal ionization mass spectrometry 同位素稀释热电离质谱仪(ID TIMS)，也称溶液法或稀释 法。多颗粒，单颗粒，化学流程，离子交换柱分别2. Secondary Ion Mass Spectrosco

6、py二次离子探针法Sensitive High Resolution Ion Microprobe高灵敏度高分辨率二次离子探针质谱计法：SHRIMP、Cameca)法 3. Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱计LAMICPMS将一个或几颗锆石溶解于氢氟酸或/硝酸，参与208Pb-235U混合稀释剂，蒸干，再用硅胶磷酸溶液溶解，过离子交换柱分别U, Pb，将溶液滴在单铼带丝上，在VG354型热电离质谱仪上用高灵敏度Daly检测器进展U, Pb同位素分析。TIMS U-Pb定年分析可以

7、给出206Pb/204Pb, 208Pb/206Pb, 以及普通铅校正过的206Pb/238U，207Pb/235U，207Pb/206Pb比值。为了减少Pb丧失的影响和吸附的普通Pb, 通常在锆石溶解前利用高压气体进展磨蚀或用酸浸滤处置.TIMS缺乏:需求高规范的超净实验室繁琐的化学处置无法微区分析, 存在不同期锆石混合的危险时间长,价钱高优点:分析精度高SHRIMP是高灵敏高分辨率离子探针，从仪器类型看也有称之为高分辨率高灵敏度二次离子质谱仪。第一台SHRIMP是于1980年在澳大利亚国立大学研制建成。由地球科学院的物理和同位素专家W Compston教授和他的博士生S Clement于1

8、973年开场立项研讨，先后参与人员还包括F Burden(机械), N Schram(电子), D Millar(技术担任人), G Newstead(磁铁)和D Kerr(计算机控制)。第一次胜利的测试是用Ar+为一次离子源，对澳大利亚Broken Hill的方铅矿进展了S、Pb同位素分析，获得了准确的结果，这标志着SHRIMP新技术的诞生。SHRIMP的胜利极大地推进了地球科学的开展。高分辨率, 高灵敏度, 高精度, 微区原位此外，SHRIMP还可以进展固体物质微区的S、Pb、Ti、Hf和Mg同位素，以及REE含量的测定.SHRIMP的最大技术优势是矿物锆石，独居石、榍石、磷钇矿和磷灰石等

9、的微区原位(in situ)定年，不需化学处置，可对一个矿物的不同部位直接定年，普通束斑直径是2030m左右，1-2m深。可以测定非年年轻构成的锆石年龄(2 Ma). SHRIMP分析分析出206Pb/204Pb，206Pb/238U，207Pb/235U, 207Pb/206Pb和208Pb/232Th比值。将锆石颗粒与标样置于同一环氧树脂样品柱中，磨蚀抛光至锆石中心出露。镀金后置于SHRIMP分析舱内，用于分析。 这是一种新开展和建立起来的定年方法, 它是利用等离子体质谱计(ICPMS)进展U-Th-Pb同位素分析. 先将锆石样品用环氧树脂浇铸在一个样品柱上(mount), 磨蚀和抛光至锆

10、石中心出露, 无需喷炭或镀金. 也无需将标样置于同一 mount中. 将这个mount和标样放置于同一样品舱内. 用激光剥蚀锆石使其气化, 用Ar气传输到ICP-MS中进展分析.标样原位(in situ), 束斑直径4060 mm; 深度30 mm廉价(100-120元/点)准确(能满足大多数地质上的定年需求)快速(5-8分钟/点),同步检测分析结果投入少 但是, LA- ICP-MS分析数据的精度低于TIMS和SHRIMP, 更重要的缺陷是它无法准确测定204Pb, 由于此峰被Ar气中普遍存在的Hg(202Hg)干扰了. 这样就无法按传统的方法对测得的Pb同位素进展普通Pb的校正.LA-ICP-MS与离子探针方法锆石定年结果比较澳大利亚国立大学规范锆石澳大利亚国立大学规范锆石哈佛大学规范锆石哈佛大学规范锆石辽南永胜霓霞正长岩辽南永胜霓霞正长岩 辽东饮马湾山辉长岩辽东饮马湾山辉长岩 北京东岭台组火山岩北京东岭台组火山岩辽南永胜霓霞正长岩辽南永胜霓霞正长岩 Xu et al.，2019. LithosSHRIMP和LA-ICPMS定年结果对比西北大学的LA-ICP-MS澳大利亚Macquarie大学的LA-ICP-MS南京大学地球科学系LA-ICPMS实验室DBG06 (1152 Ma)DBG06 (1162 M