应用离子探针shrimp测定锆石铀-铅年龄时的选点

应用离子探针shrimp测定锆石铀-铅年龄时的选点

锆是各种岩石中的常见矿物。由于其高稳定性，普通铅含量低，u、th等放射性元素丰富，离子扩散率低，密封温度高，因此被广泛用于测定u-pb的年龄。随着同位素质谱技术的发展,激光剥蚀等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)在原位测定U-Pb年龄方面不断成熟,加上成本相对较低,已成为锆石U-Pb测年的常规仪器。而具有更高灵敏度、更高精度的二次离子探针质谱仪(SHRIMP),克服了激光剥蚀技术对样品破坏大、样品数量较大、单点精度较低等缺点,被越来越广泛地用作锆石U-Pb定年的工具,尤其对于测定珍稀锆石、复杂锆石、小颗粒锆石的年龄具有重要的意义。正是由于这两种技术的广泛使用,使得对单颗粒锆石原位微区定年成为地学界研究的热点,极大地提高了我国同位素地质年代学的研究水平。目前,阴极发光电子图像是一种比较有效的用来揭示锆石内部结构的方法,可以提供锆石成因类型及相应岩体经历的演化历史等信息。阴极发光强弱主要取决于锆石中的一些痕量元素(U、Th、稀土元素等),研究表明U、Th含量越高,阴极发光越弱,阴极发光图像颜色越黑,反之则越亮。对于不同的地质环境或地质作用下结晶形成的锆石,往往表现为不同的阴极发光特征,或在同一颗锆石的不同晶域表现为不同的阴极发光特征,由此为锆石微区年龄测定中分析位置的选择提供了重要的依据。为了得到正确的年龄信息,锆石选点在实验中显得尤为重要,特别是对于那些经历多期地质作用、具有复杂结构的锆石,如果在测试过程中选点不当,将会得到很多没有地质意义的混合年龄,不仅浪费了时间和资金,甚至会给地质研究产生误导等不利影响。因此,本文主要结合锆石阴极发光图像,介绍在用离子探针SHRIMP测定锆石U-Pb年龄时锆石选点的一些实用技巧。1锆石形态特征对于具有单一成因的锆石,除了岩浆成因外,也有变质等其他成因形成,它们的明显特点是阴极发光图像颜色均一。判别不同成因锆石的一个简单方法,就是根据锆石几何外形的规则度,一般岩浆锆石自形程度较高,单晶体常呈柱状习性,以四方柱及四方双锥的聚形为特征,表现在外观上晶棱锋锐、清晰(如图1a、图1b);而变质锆石多呈半自形至它形,最显著的特征是多晶面发育,常具圆化的外形(如图1c)。图1a、图1b中的锆石均是岩浆锆石,它们是在岩浆活动过程中结晶形成的,因其不同的寄主岩石成分、岩浆温度、结晶速度等,结晶形成了不同的锆石形态及阴极发光图像特点,如图1a的震荡环带特征,图1b的长柱状或针状特征。由于这类锆石成因简单,年龄单一,所以在测试过程中只要选择震荡环带位置或阴极发光颜色均一的位置即可。2增强面为复合核的锆石的年龄研究核边类型锆石的明显特征是核部残留有继承锆石,从阴极发光图像上看核边具有明显的边界及不同的阴极发光强度,如图2a中的后期岩浆锆石,内部的继承核具有较弱的阴极发光(呈黑色),后期的岩浆增生边的阴极发光较亮;图2b是典型的变质锆石阴极发光图像,变质增生边的阴极发光明显比核部的阴极发光强;而图2c的继承核具有很强的阴极发光,这些核部的U含量很低。对于测试此类锆石,分析者需要结合地质背景,明确研究的对象是核部还是边部,如果为了获得外面的增生边时代,在测试过程中尽量选择增生边较宽并且靠外部的位置,防止测试过程中因跨上内部核而得到没有地质意义的混合年龄,如图2a的白圈选点位置将得到后期岩浆的结晶年龄;对于测试核部年龄也一样,优先选择那些核较大的位置(如图2b白圈)进行分析测试,确保得到核部准确的年龄信息。在使用SHRIMP进行锆石微区测年过程中,为了保证离子信号的强度和数据的精密度,常用的一次离子束斑大小在20～30μm,对于某些特殊要求,最小可达10μm左右。但实际中有时需要分析增生边非常窄的变质锆石(如图1c),由于外侧白色增生边宽度不够,目前很难去测定它们的年龄。3生长速率的影响在分析U含量较低、年龄年轻并且各部分具有相同成因的锆石样品时,如图3几种类型的锆石,它们之间有一个共同特征,就是锆石的不同部位具有不同的阴极发光强度,这是由于锆石结晶过程中,生长介质中ZrSiO4的过饱和度和一些特殊的微量元素丰度的差异,引起锆石各个晶面生长速率不同所形成的。在分析此类锆石时,为了得到准确的206Pb/238U年龄,建议选择在阴极发光颜色较深的位置进行测定(如图3中白圈表示),因为这些较黑的位置具有相对较高的U、Th含量,衰变的产物206Pb、207Pb、208Pb也较多,测试过程中206Pb计数相对较高,得到的206Pb/238U年龄更准确,单点误差更小,更符合实际的需要。4锆石显微结构及显微图像在应用SHRIMP进行锆石测年过程中,经常用到3种图像:阴极发光图像、反射光图像及透射光图像,它们分别从不同的角度反映了锆石的一些特征,其中阴极发光图像显示了锆石表面U、Th以及其他微量元素含量的变化,十分有效地揭示锆石内部显微结构;反射光图像反映锆石的近表面特征;透射光图像反映可见光穿透锆石晶体后显示的特征。显然,图4a、图4b中有很多黑色条纹和斑点,反映了锆石表面或内部含有较多的裂纹和包裹体。在实验选点过程中,除了主要参考锆石阴极发光图像外,还要参考锆石的反射光图像和透射光图像,尽量避开锆石反射光图像上的裂纹或包裹体,并适当参考透射光图像。对于那些透射光照片中有很多麻点、裂隙或包体的(如图4b),尽量不选择。5通过测量地质意义的年龄(1)测定锆石U-Pb年龄之前,根据透反射光图像及阴极发光图像,仔细研究锆石的显微结构,初步判断锆石的成因,为得到有地质意义的年龄提供前提条件。(2)在进行锆石测年选点过程中,主要根据阴极发光图像确定