锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法

锆石U-Pb年代学测定技术地质过程与矿产资源(GPMR)国家重点实验室2012.3.成都锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法U-Th-Pb定年原理及定年矿物锆石U-Pb年龄测定技术TIMSSIMSLA-(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锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法

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。锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法U、Th放射性衰变参数238U→206Pb+8+6t1/2=4.468109yr;1=1.5512510-10yr-1235U→207Pb+7+4t1/2=0.7038109yr;2=9.848510-10yr-1232Th→208Pb+6+4t1/2=14.01109yr;3=4.947510-10yr-1锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法U-Th-Pb法定年锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法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)(FaureandMensing,2004)榍石斜锆石锆石锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石：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；锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法2.U-Th-Pb同位素分析方法TIMSSIMSLA-(MC)ICP-MSSecondaryIonMassSpectrometry,SIMS锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法205Pb233U离子计数器检测器法拉第杯+离子计数器TIMSSIMSMC-ICP-MSQ-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法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需要超低本底锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法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(Chemicalabrasion/Airabrasion)逐层Pb蒸发法锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法气磨、无磁性、弱磁性锆石Krogh(1982b)弱磁性锆石无磁性锆石气磨锆石锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法SIMS和LA-(MC)ICP-MSSIMS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锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法束斑直径：通常10-30μm锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法CAMECAIMSxxxx束斑直径1280:5--μmNanoSIMS:Pb-Pb<2μmU-Pb<5μmYangetal.(2012,JAAS)锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法SIMS基体效应显著，高U样品难以分析锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-ICP-MS/LA-MC-ICP-MSLaserAblationsystemICP-MSMC-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法ICP-MSvs.MC-ICP-MSU-Pb年龄微量元素含量Hf同位素Sr-Nd-Pb-……同位素U-Pb年龄锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-ICP-MS在不同学科的应用情况锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-ICP-MSGüntherandHattendorf(2005)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)锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法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，同位素比值精度高锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-MC-ICP-MSU-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、成因锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法Yuanetal.(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)锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-MC-ICP-MSHf同位素U-Pb年龄微量元素含量LA-ICP-MS大束斑>44μm锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法TIMSvs.LA-(MC)ICP-MSvs.SIMS锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-ICP-MS能够获得和SHRIMP在精密度和准确度上相媲美的U-Pb年代学数据！锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法解决什么问题？样品的类型（碎屑岩/花岗岩）锆石物理(粒径)化学(U含量)特征成本锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法Abridge3.LA-ICP-MS数据处理及不确定度RawSignalAccuratedatareportDataReductionStrategy锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LamtraceGeoProGlitterIoliteLanQuantICPMSDataCal……仪器信号处理、选择背景扣除质量歧视校正灵敏度漂移校正定量计算U-Pb同位素定年微量元素含量分析单个熔/流体包裹体测试Hf、Nd等同位素分析数据处理锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法LA-ICP-MS分析信号变化特征LA-ICP-MS分析中存在质量歧视效应（含量相同，但灵敏度不同）锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法1.剥蚀量变化引起的灵敏度漂移（内标校正）2.ICP-MS引起的灵敏度漂移重质量漂移慢轻质量漂移快剥蚀量&ICP-MSLA-ICP-MS分析信号变化特征锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石U-Pb年代学数据LA-ICP-MS分析中存在同位素分馏效应（不同同位素分析信号随时间的变化不是等比例的）仪器状态束斑大小剥蚀方式(单点/线扫)锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法质控标准(QCS)内插法QCSQCSQCSQCSQCS锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法596+/-8.6Ma625+/-8.4Ma567+/-10.7MaGJ-124m保持外标样品的信号区间不变和外标区间一致和外标区间不一致和外标区间不一致锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法外标分析点和样品分析点的信号积分区间（包括起始位置和时间长度）应尽可能保持一致，以便有效地校正测试过程中的同位素分馏。锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法年龄不确定度与MSWD123数据不确定度大，MSWD小数据不确定度小，MSWD大锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法4.U-Th-Pb数据的处理与表达Wetherill谐和曲线图Tera-Wasserburg谐和曲线图普通Pb校正ParrishandStephen(2003)锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法谐和曲线图

ConcordiaDiagram若矿物(如锆石)形成时，只含有U、Th，而不含Pb；且矿物形成后U-Pb同位素体系保持封闭，则206Pb/238U和207Pb/235U将给出谐和的年龄t(即相同的年龄）。由谐和年龄点组成的轨迹称为谐和曲线。谐和曲线最初由Wetherill(1956)定义，该图示方法称谐和曲线图。Wetherill谐和曲线图Tera-Wasserburg谐和曲线图锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法不一致线

Discordia多数含U矿物的206Pb/238U和207Pb/235U年龄间存在明显差异，即为不谐和年龄（矿物形成后Pb丢失/获得、U丢失/获得、混合信息）；若锆石中Pb丢失由单一事件引发，发生了不同程度Pb丢失锆石的U/Pb同位素组成将偏离谐和曲线，而沿一条直线分布，构成一条与谐和曲线有两个交点的“弦线”，即不一致线。上交点代表锆石结晶年龄，下交点代表后期热事件的时间。锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法3.5Ga形成的锆石于1.0Ga发生热事件后……锆石的故事：锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法4)经过3.5Ga后，封闭锆石记录了3.5Ga的形成年龄1/2)1.0Ga时锆石发生热事件，部分Pb全部丢失，其当时的年龄变为0Ga2/2)另外一些锆石则未丢失Pb，故其在热事件发生时的年龄为3.5-1.0=2.5Ga1)3.5Ga前锆石形成3)3.5Ga后，热事件Pb全部丢失Pb的锆石只记录了1.0Ga的年龄5)其它锆石发生了不同程度的Pb丢失，故经历了3.5Ga后，其年龄介于1.0-3.5Ga间，但其U-Pb组成沿连接1.0-3.5Ga点的直线分布。锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石U、Pb体系开放的可能情形Pb丢失：绝大多数锆石的体系开放行为是Pb丢失;U和Pb化学性质不同，U衰变形成的Pb在晶格中处于不稳定状态；U放射性衰变造成锆石晶体结构损伤，产生脱晶化，加速了Pb的迁移。Pb获得：使同位素组成失去年代学意义，通常难以获得真实的年龄信息；U获得：对锆石在谐和曲线上位置的影响与Pb丢失相同；U丢失：使锆石组成沿不一致线外切线方向分布，但其与谐和曲线上、下交点的地质意义相同。锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法高U核部脱晶化，Pb丢失导致的年龄反环带Xuetal.,2012(Lithos)锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法分析造成的不一致线：混合信号锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法高普通Pb样品：普通Pb校正204Pb校正：根据Pb增生曲线或富Pb矿物计算普通Pb丰度校正；207Pb校正：假设该锆石U-Pb年龄谐和，利用207Pb/206Pb通过迭代计算获得；208Pb校正：假设锆石形成后放射成因Pb和Th/U比值未改变，利用208Pb/206Pb和Th/U比值校正普通Pb；Andersen(2002,CG)校正方法锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法高普通Pb样品Tera-Wasserburg图解对于含普通Pb锆石的年龄计算非常合适（Jac