崔玉榮, 周紅英, 耿建珍, 李懷坤, 李惠民

中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 天津 300170

LA-MC-ICP-MS獨(dú)居石微區(qū)原位U-Pb同位素年齡測定

崔玉榮, 周紅英, 耿建珍, 李懷坤, 李惠民

中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 天津 300170

獨(dú)居石富含U、Th, 同時(shí)具有較低的初始普通Pb含量, 是U-Pb和Th-Pb同位素定年的理想對象。由于普遍存在于多種巖石中, 獨(dú)居石的U-Th-Pb定年具有廣闊的應(yīng)用前景。本文報(bào)道利用193 nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)和NEPUNE多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀, 對獨(dú)居石進(jìn)行微區(qū)原位U-Pb同位素年齡測定的新方法。運(yùn)用這一新方法對獨(dú)居石樣品AL01、BL02和CL03進(jìn)行微區(qū)原位U-Pb同位素年齡測定, 獲得AL01和BL02號樣品的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值分別為(288.3±1.1) Ma (n=19)和(446.8±2.3) Ma (n=41);CL03號樣品的U-Pb等時(shí)線年齡為(396.8±8.8) Ma (n=55), 取得了令人滿意的結(jié)果。

獨(dú)居石; 微區(qū)原位; LA-MC-ICP-MS; U-Pb同位素測年

隨著分析技術(shù)的迅猛發(fā)展, 副礦物微區(qū)原位測年方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于同位素地質(zhì)年代學(xué)研究中,成為探討地球演化歷史和各類地質(zhì)作用過程的重要技術(shù)手段。與毫克量級和單顆粒量級的礦物熱電離質(zhì)譜法(TIMS)比較, 礦物微區(qū)原位分析技術(shù)能夠揭示同一個(gè)礦物顆粒不同部位的成分和同位素地質(zhì)年代信息, 同時(shí)避免了繁瑣的化學(xué)處理過程。目前,U-Pb同位素地質(zhì)年代學(xué)中最常用的定年礦物是鋯石。但對于某些巖石而言, 因?yàn)槿鄙黉喪? 無法對有些地質(zhì)體、地質(zhì)事件給出時(shí)代的約束, 這就需要進(jìn)行其他副礦物的U-Pb同位素測定, 以此得到同位素年齡。斜鋯石、鈣鈦礦、金紅石、磷灰石、獨(dú)居石等副礦物的 U-Pb定年技術(shù)國內(nèi)外已有報(bào)道(吳昌華等, 1998; 李惠民等, 2007; 周紅英等, 2007, 2008,2012; Stern et al., 2000; Chamberlain et al., 2010; Wu et al., 2010; Dani?ík et al., 2010; Li N et al., 2011; Li Q L et al., 2011)。但獨(dú)居石U-Pb同位素測定的重要性還沒有得到廣泛認(rèn)同, 應(yīng)用也較少。隨著研究的不斷深入, 獨(dú)居石微區(qū)原位定年將受到越來越多的關(guān)注, 應(yīng)用也會(huì)越來越多。

獨(dú)居石作為一種較常見的副礦物產(chǎn)于中酸性巖漿巖和變質(zhì)巖中, 在一些沉積巖中也存在, 與鋯石、磷釔礦及磷灰石等伴生。不論巖漿成因或變質(zhì)成因的獨(dú)居石, 其同位素年齡的地質(zhì)意義都較為清楚。在退變質(zhì)和流體作用過程中, 與鋯石相比獨(dú)居石對環(huán)境條件的變化更為敏感。由于獨(dú)居石U、Th含量一般較高, 對一些很年輕的地質(zhì)體, 獨(dú)居石更易于定年研究。在沉積巖成巖過程中也可能有同生獨(dú)居石形成, 這為確定沉積巖形成時(shí)代提供了潛在的可能(Evans et al., 1996; 宋天銳, 1999; Evans et al.,2002)。因此, 獨(dú)居石同位素年代學(xué)研究具有十分重要的地質(zhì)意義。

目前, 國內(nèi)外對獨(dú)居石直接定年的方法主要有:(1)電子探針U-Th-Pb化學(xué)定年法, 該方法是利用電子探針來測定獨(dú)居石中的U-Th-Pb含量而進(jìn)行定年的方法, 最初是由Suzuki和Adachi提出的。他們利用電子探針對日本東南部 Kitakami地質(zhì)體中的Tsubonosawa副片麻巖中的獨(dú)居石、鋯石和磷釔礦中的 U-Th-Pb進(jìn)行了測定計(jì)算, 獲得了變質(zhì)事件的化學(xué)年齡以及經(jīng)歷的熱事件期次, 并成功繪出了變質(zhì)事件的等時(shí)線(Suzuki et al., 1991, 1996)。但由于該方法受電子探針檢測極限制約, 對低 U-Th含量的樣品難以獲得理想的結(jié)果。(2)單顆粒獨(dú)居石同位素稀釋熱電離質(zhì)譜法(ID-TIMS) (Parrish, 1990;Paquette et al., 2004; Peterman et al., 2012), 該方法的優(yōu)點(diǎn)是單次測定的精度較高, 可測定的獨(dú)居石年齡范圍較廣(從中生代到太古宙), 而且不需要相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)居石作校正, 避免了尋找和制備標(biāo)準(zhǔn)的困難。但是此方法對實(shí)驗(yàn)本底要求較高, 而且化學(xué)前處理過程較為繁瑣, 同時(shí)一些有復(fù)雜演化歷史的獨(dú)居石內(nèi)部存在不同的成分域(De Wolf et al., 1993;Zhu et al., 1997; Bingen et al., 1998), 如果它們形成時(shí)代存在明顯差異, 由ID-TIMS得到的單顆粒獨(dú)居石測定結(jié)果將是地質(zhì)意義含糊不清的。(3)二次離子質(zhì)譜法(SIMS), 利用SIMS對獨(dú)居石進(jìn)行U-Pb同位素測定, 通常得到精度較好的結(jié)果(Zhu et al., 1997,1998; Stern et al., 2000; Rubatto et al., 2001; 萬渝生等, 2004), 但該方法所用儀器價(jià)格昂貴, 測定成本較高, 使得獨(dú)居石SIMS定年方法的推廣受到限制。(4)LA-ICP-MS微區(qū)原位定年方法, Paquette等(2007)利用LA-ICP-MS對小束斑(5 μm)的獨(dú)居石樣品進(jìn)行測試, 得到了滿意的結(jié)果。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于簡便快速。然而, 其基體效應(yīng)較為明顯, 需要相應(yīng)的礦物標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行校正。近幾年迅速發(fā)展起來的激光剝蝕多接收等離子質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)定年方法雖然已經(jīng)成為鋯石U-Pb定年分析中的重要工具, 然而對獨(dú)居石的定年分析還鮮有報(bào)道(McFarlane et al.,2007; Paquette et al., 2007), 特別是國內(nèi)還沒有該方面的研究。本研究采用LA-MC-ICP-MS技術(shù), 對獨(dú)居石進(jìn)行了微區(qū)原位U-Pb同位素測定, 并對測定結(jié)果進(jìn)行了討論。

1 實(shí)驗(yàn)方法與儀器

1.1 儀器

本研究是在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室利用激光燒蝕多接收等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICP-MS)完成的。采用的激光剝蝕系統(tǒng)為美國ESI公司生產(chǎn)的NEW WAVE 193 nm FX ArF準(zhǔn)分子激光器, 波長 193 nm, 脈沖寬度小于 4 ns,束斑直徑為 1、2、5、10、20、25、35、50、75、76、100和150 μm可調(diào), 脈沖頻率為 1～200 Hz連續(xù)可調(diào), 激光輸出功率為15 J/cm2。多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀為美國 Thermo Fisher公司生產(chǎn)的NEPUNE, 其離子光學(xué)通路采用能量聚焦和質(zhì)量聚焦的雙聚焦設(shè)計(jì), 并采用動(dòng)態(tài)變焦 Zoom 將質(zhì)量色散擴(kuò)大至 17%, 其基本情況已在相關(guān)文獻(xiàn)中作過詳細(xì)報(bào)道(李懷坤等, 2009, 2010; 耿建珍等, 2011)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本文所采用的獨(dú)居石微區(qū)原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素定年方法與鋯石的 LA-MC-ICP-MS定年方法基本相同。

在雙目顯微鏡下挑選均一、透明的獨(dú)居石用雙面膠粘于載玻片上, 放上PVC環(huán), 然后將環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行充分混合后注入PVC環(huán)中, 放入烘箱烘干, 待樹脂充分固化后將樣品靶從載玻片上剝離。將樣品靶進(jìn)行打磨和拋光后進(jìn)行反射光、透射光和陰極發(fā)光照相, 根據(jù)獨(dú)居石樣品的顯微照片選擇合適的測定區(qū)域, 盡量避開礦物中對測定有影響的裂隙、包裹體及其它雜質(zhì)部位。

利用193 nm FX激光器對獨(dú)居石進(jìn)行剝蝕, 激光剝蝕物質(zhì)以 He為載氣送入 MC-ICP-MS, 通過Zoom調(diào)節(jié)擴(kuò)大色散使質(zhì)量數(shù)相差很大的U-Pb同位素同時(shí)接收。激光剝蝕的束斑直徑一般為20 μm, 能量密度為10～11 J/cm2, 頻率為5 Hz, 測試采用的接收器配置及相關(guān)儀器參數(shù)見表1。

每測定5個(gè)未知樣品點(diǎn), 交替測定2次標(biāo)準(zhǔn)樣品。數(shù)據(jù)處理時(shí), 用與未知樣品交替測定的獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)44069來校正U-Pb同位素分餾。由TIMS給出的獨(dú)居石標(biāo)準(zhǔn)樣品 44069的206Pb/238U年齡為(424.9±0.4) Ma(萬渝生等, 2004)。根據(jù)不同時(shí)間和不同的儀器狀態(tài)下用LA-MC-ICP-MS所測得的該獨(dú)居石標(biāo)樣的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值與用TIMS所測得的206Pb/238U年齡值的差距來計(jì)算U-Pb同位素分餾系數(shù), 其計(jì)算公式為:

表1 獨(dú)居石微區(qū)原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素比值測定的接收器配置及相關(guān)儀器參數(shù)Table 1 In situ LA-MC-ICP-MS collector configuration and operating parameters for monazite U-Pb Isotopic analysis

式中: K為用LA-MC-ICP-MS測定時(shí)的 U-Pb同位素分餾系數(shù); t1為用 LA-MC-ICP-MS所測得的該獨(dú)居石標(biāo)樣的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值; t2為用TIMS所測得的該獨(dú)居石標(biāo)樣的206Pb/238U年齡值。

未知樣品的206Pb/238U年齡計(jì)算公式為:

式中: T為未知樣品的206Pb/238U年齡值; t1為用 LA-MC-ICP-MS測得的該未知樣品的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值; K為用LA-MC-ICP-MS測定時(shí)的U-Pb同位素分餾系數(shù)。

本文報(bào)道的獨(dú)居石樣品采用207Pb校正法和等時(shí)線法對普通鉛進(jìn)行校正(Andersen, 2002), 作圖采用Ludwig KR的Isoplot程序(Ludwig, 2001)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 獨(dú)居石標(biāo)樣44069測定結(jié)果

獨(dú)居石標(biāo)樣44069 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測定結(jié)果見于表2, 表中數(shù)據(jù)均是采用207Pb校正法對普通鉛進(jìn)行扣除后的結(jié)果。在20 μm剝蝕斑徑、5 Hz激光頻率和 10 J/cm2輸出能量的實(shí)驗(yàn)條件下,獨(dú)居石標(biāo)樣 44069可以達(dá)到足夠測定的靈敏度, 其206Pb、238U及232Th的強(qiáng)度大約分別為0.06 V、1.0 V和5.0 V, 可以看出獨(dú)居石的U、Th含量比較高。本研究對獨(dú)居石標(biāo)樣44069進(jìn)行多次測定的結(jié)果表明,該標(biāo)樣較為均一, 但由于測定時(shí)不同儀器狀態(tài)下U-Pb同位素分餾系數(shù)的不同使測得的結(jié)果有一定的差別。而根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室對各種礦物的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測定結(jié)果的分析, 當(dāng)LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測定結(jié)果與TIMS準(zhǔn)確測定獲得的結(jié)果的年齡偏差在 20%以內(nèi)時(shí), 由于同位素分餾系數(shù)的不同而導(dǎo)致的誤差是很小的。本文在測定各種獨(dú)居石樣品時(shí)對獨(dú)居石標(biāo)樣44069進(jìn)行多次測定, 并用獨(dú)居石標(biāo)樣 44069的測定結(jié)果來校正樣品測試的結(jié)果。在3次不同時(shí)間和不同的儀器狀態(tài)下, 獨(dú)居石標(biāo)樣44069的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值分別為(411.7±2.1) Ma (n=15)、(371.9±2.8) Ma(n=20)和(378.9±2.0) Ma (n=24)(圖 1)。

對獨(dú)居石標(biāo)樣44069用LA-MC-ICP-MS測得的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值與 TIMS法測得的206Pb/238U年齡結(jié)果偏差分別為 3.1%、12.4%和10.8%, 均小于20%, 由于同位素分餾系數(shù)的不同而導(dǎo)致的誤差是很小的。因此, 本實(shí)驗(yàn)室建立的獨(dú)居石微區(qū)原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測年方法是可行的。

2.2 獨(dú)居石樣品測定結(jié)果

2.2.1 樣品AL01和BL02

獨(dú)居石樣品AL01和BL02的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測定結(jié)果見表 3, 表中數(shù)據(jù)均是采用207Pb校正法對普通鉛進(jìn)行扣除后的結(jié)果, 其年齡結(jié)果分別用獨(dú)居石標(biāo)樣44069的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(411.7±2.1) Ma、(371.9±2.8) Ma進(jìn)行校正, 獨(dú)居石樣品的實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)樣一致。對獨(dú)居石樣品AL01進(jìn)行19次U-Pb同位素測定表明, 這些點(diǎn)均位于諧和線上, 其206Pb/238U 年齡加權(quán)平均值為(288.3±1.1) Ma (n=19)(圖2a)。對樣品 BL02進(jìn)行41次U-Pb同位素分析, 在諧和圖上可以看到, 這些數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于諧和線上, 對206Pb/238U年齡進(jìn)行加權(quán)平均的結(jié)果為(446.8±2.3) Ma (n=41)(圖2b)。這兩個(gè)樣品的測定結(jié)果都有較好的精度。

表2 獨(dú)居石標(biāo)樣44069 LA-MC-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果Table 2 LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic analyses of standard monazite 44069

續(xù)表2

表3 獨(dú)居石樣品AL01和BL02 LA-MC-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果Table 3 LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic analyses of monazite samples AL01 and BL02

續(xù)表3

表4 獨(dú)居石樣品CL03 LA-MC-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 4 LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic analyses of monazite sample CL03

續(xù)表4

圖1 獨(dú)居石標(biāo)樣44069 U-Pb諧和圖Fig. 1 U-Pb concordia diagram of monazite standard 44069

2.2.2 樣品CL03

獨(dú)居石樣品CL03的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測定結(jié)果見表4。表中數(shù)據(jù)均沒有扣除普通鉛, 但數(shù)據(jù)結(jié)果用獨(dú)居石標(biāo)樣44069的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(378.9±2.0) Ma進(jìn)行了U-Pb同位素分餾的校正。該樣品由于普通鉛含量高, 采用207Pb法扣除普通鉛時(shí), 在諧和圖上大多數(shù)分析點(diǎn)偏離諧和線,比較離散, 得不到很好的年齡結(jié)果(圖 3b), 可見該樣品采用207Pb法扣除普通鉛并不準(zhǔn)確, 所以我們采用等時(shí)線法來扣除普通鉛。等時(shí)線法要滿足的3個(gè)基本條件就是同時(shí)、同源、封閉體系, 對于獨(dú)居石樣品CL03, 由于樣品顆粒之間存在著U、Pb含量和普通鉛含量的不同, 因此等時(shí)線可以拉開, 得到的等時(shí)線年齡為(396.8±8.8) Ma(n=55)(圖3a)。

通過以上三個(gè)獨(dú)居石樣品的分析, 表明獨(dú)居石微區(qū)原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測定方法是可行的。

3 討論

3.1 基體效應(yīng)

基體效應(yīng)是指在給定的工作條件下, 由于樣品和標(biāo)樣之間基質(zhì)成分和晶體結(jié)構(gòu)的差異所導(dǎo)致的元素/質(zhì)量分餾。不同礦物之間基體成分存在很大的差別, 在用LA-MC-ICP-MS測定時(shí)應(yīng)采用相應(yīng)的礦物標(biāo)樣來進(jìn)行U-Pb同位素分餾的校正, 以減少不同礦物的基體效應(yīng)所導(dǎo)致的206Pb/238U和207Pb/235U表面年齡的誤差。因此在分析過程中我們采用獨(dú)居石標(biāo)樣來校正U-Pb同位素分餾, 然而目前國內(nèi)還沒有合適的獨(dú)居石標(biāo)樣, 尋找和制備相應(yīng)的獨(dú)居石標(biāo)樣成為首要任務(wù), 這也是我們以后研究的重點(diǎn), 我們將結(jié)合ID-TIMS來確定獨(dú)居石礦物標(biāo)樣, 為微區(qū)原位分析方法打好基石。另外, Li等(2001)的研究表明采用線掃描技術(shù)可以降低元素之間的分餾進(jìn)而抑制基體效應(yīng)的影響, 但對于一些顆粒較小的獨(dú)居石樣品只能采用單點(diǎn)剝蝕的方式。因此, 為了減小基體效應(yīng)的影響, 還是要用相應(yīng)的礦物標(biāo)樣來進(jìn)行校正。

3.2 普通鉛的扣除

圖2 獨(dú)居石樣品AL01(a)和BL02(b)U-Pb諧和圖Fig. 2 U-Pb concordia diagram of monazite from sample AL01(a) and BL02(b)

圖3 獨(dú)居石樣品CL03 U-Pb等時(shí)線(a)和諧和圖(b)Fig. 3 U-Pb isochron (a) and concordia diagram (b) of monazite from sample CL03

普通鉛的扣除方法有204Pb、208Pb、207Pb校正和等時(shí)線法(Andersen et al., 2002; 萬渝生等, 2004;Paquette et al., 2004; Storey et al., 2006; Li et al.,2012), 對于普通鉛含量不同的樣品應(yīng)合理選擇不同的普通鉛扣除方法。對于獨(dú)居石樣品而言, 其 U、Th含量較高, 特別是 Th的含量變化較大, 由232Th衰變產(chǎn)生的放射成因208Pb較高, 因此不能采用208Pb來扣除普通鉛的方法。在用 LA-MC-ICP-MS進(jìn)行U-Pb同位素測定時(shí), 使用的載氣He氣中含有Hg, 即使通過測202Hg來扣除204Hg對204Pb的干擾,結(jié)果仍不理想, 所以一般不測204Pb。綜上所述, 用LA-MC-ICP-MS對獨(dú)居石進(jìn)行U-Pb同位素測定時(shí),一般采用207Pb校正和等時(shí)線的方法來扣除普通鉛。本文中, 獨(dú)居石標(biāo)樣 44069和樣品 AL01、BL02均是采用207Pb校正來扣除普通鉛的, 因?yàn)檫@些樣品測得的結(jié)果不扣除普通鉛, 在207Pb/235U-206Pb/238U諧和圖中, 比較集中, 但是稍稍偏離諧和線, 主要是沒扣除普通鉛使207Pb/235U的比值偏高造成的, 通過207Pb校正后, 數(shù)據(jù)投影點(diǎn)皆位于諧和線或諧和線附近, 得到的206Pb/238U年齡很一致; 校正時(shí)普通鉛的組成由Stacey等(1975)模式給出(圖1、圖2)。從樣品 CL03測得的結(jié)果可以看出, 普通鉛成分變化較大,206Pb/207Pb為 6.04～19.53, 而普通鉛的同位素組成206Pb/207Pb大約在1.04(Catanzaro, 1967)。對于這種普通鉛成分變化大的樣品不適宜采用207Pb校正方法, 而采用等時(shí)線法可以得到較好的等時(shí)線年齡。所以, 應(yīng)該根據(jù)不同的樣品合理地選擇普通鉛的扣除方法, 進(jìn)而得到準(zhǔn)確的年齡結(jié)果。

3.3 獨(dú)居石U-Pb定年的優(yōu)勢及存在的問題

獨(dú)居石本身的特性決定了它是 U-Pb定年的重要礦物, 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)獨(dú)居石通常具有較高的U、Th含量, 同時(shí)具有較低的初始普通Pb含量, 可以較好地給出U-Pb和Th-Pb兩個(gè)體系的年齡(Stern et al., 2000; Paquette et al., 2007), 但對于這兩個(gè)體系年齡的意義還有待于進(jìn)一步的研究。(2)普通鉛相對較低。自然界中U含量較高的副礦物主要有榍石、磷灰石、金紅石、褐簾石等, 但磷灰石、金紅石等礦物通常具有U、Pb含量低和普通鉛高的不足, 目前發(fā)現(xiàn)的低普通鉛組成礦物只有鋯石、斜鋯石、鈦鋯釷礦、鈣鋯鈦礦、獨(dú)居石和磷釔礦6種礦物。故獨(dú)居石是適合進(jìn)行U-Pb定年的礦物。(3)獨(dú)居石的 U-Pb體系封閉溫度稍低于鋯石, 但明顯高于磷灰石、榍石等副礦物, 可以結(jié)合同一巖體中不同礦物的封閉溫度來研究巖體的冷卻史。(4)獨(dú)居石廣泛存在于中酸性巖漿巖和變質(zhì)巖中, 在一些沉積巖中也存在, 不論巖漿成因或變質(zhì)成因的獨(dú)居石, 其同位素年齡的地質(zhì)意義都較為清楚(Ksienzyk et al., 2012; Ondrejka et al., 2012; Wawrzenitz et al.,2012)。因此獨(dú)居石 U-Pb定年方法具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí), 獨(dú)居石還是Sm/Nd同位素體系定年方法的重要對象(Evans et al., 1996; 劉玉龍等, 2005;McFarlane et al., 2007)。

但獨(dú)居石U-Pb定年也存在一些難題: (1)普通鉛的扣除, 如果設(shè)法用離子計(jì)數(shù)器準(zhǔn)確測定204Pb, 則可以有效地扣除普通鉛, 減少普通鉛的干擾。(2)一些具有復(fù)雜演化歷史的獨(dú)居石存在不同的成分區(qū)域,只能通過微區(qū)原位測定技術(shù)對其進(jìn)行U-Pb定年, 但它所要求的小束斑定年技術(shù)對微區(qū)原位測定方法提出了較高要求(Zhu et al., 1997; Bingen et al., 1998)。(3)缺乏合適的獨(dú)居石標(biāo)樣一直是制約獨(dú)居石微區(qū)原位定年技術(shù)發(fā)展的最直接因素。目前, 國際上已開發(fā)出的比較理想的獨(dú)居石標(biāo)樣除本文前面討論的44069外, 其他都是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部標(biāo)樣(Zhu et al., 1998;Paquette et al., 2007), 許多標(biāo)樣難以滿足大量的測試需求。因此, 開發(fā)令人滿意的標(biāo)樣是未來獨(dú)居石微區(qū)原位U-Pb定年的重要任務(wù)。

4 結(jié)論

1)獨(dú)居石微區(qū)原位 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素測年方法可以給出較高精度的準(zhǔn)確年齡信息, 而且此方法測定過程簡便快速, 所需的儀器設(shè)備比SIMS法要簡單、便宜得多, 運(yùn)行成本也低得多。對獨(dú)居石樣品 AL01、BL02測得的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值分別為(288.3±1.1) Ma (n=19)、(446.8±2.3) Ma (n=41); CL03樣品的U-Pb等時(shí)線年齡(396.8±8.8) Ma (n=55), 得到了很好的年齡結(jié)果。

2)對于不同的獨(dú)居石樣品, 要合理地選擇普通鉛的扣除方法。對普通鉛含量低的樣品可以采用207Pb校正法來扣除普通鉛, 而對普通鉛含量稍高的樣品采用等時(shí)線法扣除普通鉛效果較好。

3)為了降低基體效應(yīng)的影響, 應(yīng)選擇與基體匹配的外部標(biāo)準(zhǔn)。尋找和制備合適的獨(dú)居石標(biāo)樣是獨(dú)居石微區(qū)原位定年的重要保障。

耿建珍, 李懷坤, 張健, 周紅英, 李惠民. 2011. 鋯石 Hf同位素組成的 LA-MC-ICP-MS測定[J]. 地質(zhì)通報(bào), 30(10):1508-1513.

李懷坤, 耿建珍, 郝爽, 張永清, 李惠民. 2009. 用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICPMS)測定鋯石 U-Pb同位素年齡的研究[J]. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 28(S1): 77.

李懷坤, 朱士興, 相振群, 蘇文博, 陸松年, 周紅英, 耿建珍, 李生, 楊鋒杰. 2010. 北京延慶高于莊組凝灰?guī)r的鋯石U-Pb定年研究及其對華北北部中元古界劃分新方案的進(jìn)一步約束[J]. 巖石學(xué)報(bào), 26(7): 2131-2140.

李惠民, 李懷坤, 陳志宏, 相振群, 陸松年, 周紅英, 宋彪. 2007.基性巖斜鋯石U- Pb同位素定年3種方法之比較[J]. 地質(zhì)通報(bào), 26(2): 128-135.

劉玉龍, 陳江峰, 李惠民, 錢卉, 肖國望, 張臺榮. 2005. 白云鄂博礦床白云石型礦石中獨(dú)居石單顆粒 U-Th-Pb-Sm-Nd定年[J]. 巖石學(xué)報(bào), 21(3): 881-888.

宋天銳. 1999. 大連地區(qū)前寒武紀(jì)沉積巖中發(fā)現(xiàn)自生獨(dú)居石及其意義[J]. 沉積學(xué)報(bào), 17(增刊): 663-667.

萬渝生, 劉敦一, 簡平. 2004. 獨(dú)居石和鋯石SHRIMP U-Pb定年對比[J]. 科學(xué)通報(bào), 49(12): 1185-1190.

吳昌華, 李惠民, 鐘長汀, 陳強(qiáng)安. 1998. 內(nèi)蒙古黃土窯孔茲巖系的鋯石與金紅石年齡研究[J]. 地質(zhì)論評, 44(6): 618-626.

周紅英, 耿建珍, 崔玉榮, 李懷坤, 李惠民. 2012. 磷灰石微區(qū)原位 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素定年[J]. 地球?qū)W報(bào), 33(6):857-864.

周紅英, 李惠民. 2008. 金紅石U-Pb同位素稀釋法定年技術(shù)的改進(jìn)[J]. 巖石礦物學(xué)雜志, 27(1): 77-80.

周紅英, 劉敦一, NEMCHIM A, 萬渝生. 2007. 鞍山地區(qū)3.8 Ga變質(zhì)石英閃長巖遭受3.0 Ga構(gòu)造熱事件疊加——來自磷灰石SHRIMP U-Th-Pb定年證據(jù)[J]. 地質(zhì)論評, 53(1): 120-125.

ANDERSEN T. 2002. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report204Pb[J]. Chemical Geology, 192(1-2):59-79.

BINGEN B, VAN BREEMEN O. 1998. U-Pb monazite ages in amphibolite to granulite-facies orthogneiss reflect hydrous mineral breakdown reactions: Sveconorwegian Province of SW Norway[J].Contributions to Mineralogy and Petrology, 132(4): 336-353.

CATANZARO E J. 1967. Absolute isotopic abundance ratios of three common lead reference samples[J]. Earth and Planetary Science Letters, 3: 343-346.

CHAMBERLAIN K R, SCHMITT A K, SWAPP S M, HARRISON T M, SWOBODA-COLBERG N, BLEEKER W, PETERSON T D, JEFFERSON C W, KHUDOLEY A K. 2010. In situ U-Pb SIMS (IN-SIMS) micro-baddeleyite daing of mafic rocks:Method with examples[J]. Precambrian Research, 183(3):379-387.

DANI?íK M, PFAFF K, EVANS N J, MANOLOUKOS C,STAUDE S, MCDONALD B J, MARKL G. 2010. Tectonothermal history of the Schwarzwald Ore District (Germany):An apatite triple dating approach[J]. Chemical Geology,278(1-2): 58-69.

DEWOLF C P, BELSHAW N, O’NIONS R K. 1993. A metamorphic history from micron-scale207Pb-206Pb chronometry of Archean monazite[J]. Earth and Planetary Science Letters,120(3-4): 207-220.

EVANS J, ZALASIEWICZ J, FLETCHER I, RASMUSSEN B,PEARCE N. 2002. Dating diagenetic monazite in mudrocks:Constraining the oil window?[J] Journal of the Geological Society, 159: 619-622.

EVANS J, ZALASIEWICZ J. 1996. U-Pb, Pb-Pb and Sm-Nd dating of Authigenic monazite: Implications for the diagenetic evolution of the Welsh Basin[J]. Earth and Planetary Science Letters,144(3-4): 421-433.

GENG Jian-zhen, LI Huai-kun, ZHANG Jian, ZHOU Hong-ying, LI Hui-min. 2011. Zircon Hf isotope analysis by means of LA-MC-ICP-MS. Geological Bulletin of China[J]. 30(10):1508-1513(in Chinese with English abstract).

KSIENZYKA A K, JACOBS J, BOGERB S D, KO?LER J,SIRCOMBE K N, WHITEHOUSE M J. 2012. U-Pb ages of metamorphic monazite and detrital zircon from the Northampton Complex: evidence of two orogenic cycles in Western Australia[J]. Precambrian Research, 198-199: 37-50.

LI Huai-kun, GENG Jian-zhen, HAO Shuang, ZHANG Yong-qing,LI Hui-min. 2009. Zircon U-Pb dating technique using LA-MC-ICPMS[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 28(S1): 77(in Chinese).

LI Huai-kun, ZHU Shi-xing, XIANG Zhen-qun, SU Wen-bo, LU Song-nian, ZHOU Hong-ying, GENG Jian-zhen, LI Sheng,YANG Feng-jie. 2010. Zircon U-Pb dating on tuff bed from Gaoyuzhuang Formation in Yanqing, Beijing: Further constraints on the new subdivision of the Mesoproterozoic stratigraphy in the northern North China Craton[J]. Acta Petrologica Sinica, 26(7): 2131-2140(in Chinese with English abstract).

LI Hui-min, LI Huai-kun, CHEN Zhi-hong, XIANG Zhen-qun, LU Song-nian, ZHOU Hong-ying, SONG Biao. 2007. Comparison of three methods for baddeleyite U- Pb isotope dating of basic rocks[J]. Geological Bulletin of China, 26(2): 128-135(in Chinese with English abstract).

LI N, CHEN Y J, FLETCHER I R, ZENG Q T. 2011. Triassic mineralization with Cretaceous overprint in the Dahu Au-Mo deposit, Xiaoqinling gold province: Constraints from SHRIMP monazite U-Th-Pb geochronology[J]. Gondwana Research,20(2-3): 543-552.

LI Q L, LI X H, WU F Y, YIN Q Z, YE H M, LIU Y, TANG G Q,ZHANG C L. 2012. In-situ SIMS U-Pb dating of phanerozoic apatite with low U and high common Pb[J]. Gondwana Research, 21(4): 745-756.

LI Q L, LIN W, SU W, LI X H, SHI Y H, LIU Y, TANG G Q. 2011.SIMS U-Pb rutile age of low-temperature eclogites from southwestern Chinese Tianshan, NW China[J]. Lithos,122(1-2): 76-86.

LI X H, LIANG X R, SUN M, GUAN H, MALPAS J G. 2001. Precise206Pb-238U age determination on zircons by laser ablation microprobe-inductively coupled plasma-mass spectrometry using continuous linear ablation[J]. Chemical Geology,175(3-4): 209-219.

LIU Yu-long, CHEN Jiang-feng, LI Hui-min, QIAN Hui, XIAO Guo-wang, ZHANG Tai-rong. 2005. Single-grain U-Th-Pb-Sm-Nd dating of monazite from dolomite type ore of the Bayan Obo deposit[J]. Acta Petrologia Sinica, 21(3):881-888(in Chinese with English abstract).

LUDWIG K R. 2001. User’s Manual for Isoplot /Ex (rev. 2.49): A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel[M]. Berkely:Geochronology CenterSpecial Publication: 1-55.

MCFARLANE C R M, MCCULLOCH M T. 2007. Coupling of in-situ Sm-Nd systematics and U-Pb dating of monazite and allanite with applications to crustal evolution studies[J].Chemical Geology, 245(1-2): 45-60.

ONDREJKA M, UHEr P, PUTI? M, BROSKA I, BA?íK P,KONE?NY P, SCHMIEDT I. 2012. Two-stage breakdown of monazite by post-magmatic and metamorphic fl uids: An example from the Veporic orthogneiss, Western Carpathians,Slovakia[J]. Lithos, 142-143: 245-255.

PAQUETTE J L, GONCALVES P, DEVOUARD B, NICOLLET C.2004. Micro-drilling ID-TIMS U-Pb dating of single monazites: A new method to unravel complex poly-metamorphic evolutions. Application to the UHT granulites of Andriamena(North-Central Madagascar)[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 147(1): 110-122.

PAQUETTE J L, TIEPOLO M. 2007. High resolution (5 μm)U-Th-Pb isotope dating of monazite with excimer laser ablation (ELA)-ICPMS[J]. Chemical Geology, 240(3-4): 222-237.PARRISH R R. 1990. U-Pb dating of monazite and its application to geological problems[J]. Canada Journal of Earth Science[J].27(11): 1431-1450.

PETERMAN E M, MATTINSON J M, HACKER B R. 2012.Multi-step TIMS and CA-TIMS monazite U-Pb geochronology[J]. Chemical Geology, 312-313: 58-73.

RUBATTO D, WILLIAMS I S, BUICK I S. 2001. Zircon and monazite response to prograde metamorphism in the Reynolds Range, central Australia[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 140(4): 458-468.

SONG Tian-rui. 1999. Discovery of authigenic rare earth mineral-monazite in Precambrian sedimentary rock of Dalian area and its significance[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 17(S1):663-667(in Chinese with English abstract).

STACEY J S, KRAMERS J D. 1975. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model[J]. Earth and Planetary Science Letters, 26(2): 207-221.

STERN R A, BERMAN R G. 2000. Monazite U-Pb and Th-Pb geochronology by ion microprobe, with an application to in situ dating of an Archean metasedimentary rock[J]. Chemical Geology, 172: 113-130.

STOREY C D, JEFFRIES T E, SMITH M. 2006. Common lead-corrected laser ablation ICP-MS U-Pb systematics and geochronology of titanite[J]. Chemical Geology, 227(1-2):37-52.

SUZUKI K, ADACHI M, NURAKI T. 1996. CHIME ahe dating of monazites from metamorphic rocks and granitic rocks of the Ryoke belt in the Iwakwni are, Southwest Japan[J]. Island Arc,5(1): 43-55.

SUZUKI K, ADACHI M, TANAKA T. 1991. Middle Precambrian provenance of Jurassic sandstone in the Mino Terrane, central Japan: Th-U-total Pb evidence from an electron microprobe monazite study[J]. Sediment Geology, 75(1-2): 141-147.

WAN Yu-sheng, LIU Dun-yi, JIAN Ping. 2004. SHRIMP U-Pb dating of monazite and zircon[J]. Chinese Science Bulletin,49(12): 1185-1190(in Chinese).

WAWRZENITZ N, KROHE A, RHEDE D, ROMER R L. 2012.Dating rock deformation with monazite: The impact of dissolution recipitation creep[J]. Lithos, (134-135): 52-74.

WU Chang-hua, LI Hui-min, ZHONG Chang-ting, CHEN Qiang-an.1998. The ages of zircon and rutile (cooling) from khondalite in Huangtuyao, Inner Mongolia[J]. Geological Review, 44(6):618-626(in Chinese with English abstract).

WU F Y, YANG Y H, MITCHELL R H, LI Q L, YANG J H,ZHANG Y B. 2010. In situ U-Pb age determination and Nd isotopic analysis of perovskites from kimberlites in southern Africa and Somerset Island, Canada[J]. Lithos, 115(1-4):205-222.

ZHOU Hong-ying, GENG Jian-zhen, CUI Yu-rong, LI Huai-kun, LI Hui-min. 2012. In Situ U-Pb Dating of Apatite Using LA-MC-ICP-MS [J]. Acta Geoscientica Sinica, 33(6):857-864(in Chinese with English abstract).

ZHOU Hong-ying, LI Hui-min. 2008. The improvement of the rutile isotope dilution U-Pb dating methodology[J]. Acta Petrologica and Mineralogica, 27(1): 77-80(in Chinese with English abstract).

ZHOU Hong-ying, LIU Dun-yi, NEMCHIM A, WAN Yu-sheng.2007. 3.0 Ga thermo-tectonic events suffered by the 3.8 Ga meta-quartz-diorite in the Anshan area: constraints from apatite SHRIMP U-Pb dating[J]. Geological Review, 53(1):120-125(in Chinese with English abstract).

ZHU X K, O’NIONS R K, BELSHAW N S, GIBB A J. 1997. Significance of in situ SIMS chronometry of zoned monazite from the Lewisian granulites, northwest Scotland[J]. Chemical Geology, 135(1-2): 35-53.

ZHU X K, O’NIONS R K, GIBB A J. 1998. SIMS analysis of U-Pb isotopes in monazite: matrix effects[J]. Chemical Geology,144(3-4): 305-312.

In Situ LA-MC-ICP-MS U-Pb Isotopic Dating of Monazite

CUI Yu-rong, ZHOU Hong-ying, GENG Jian-zhen, LI Huai-kun, LI Hui-min
Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources, China Geological Survey, Tianjin300170

Characterized by rich U, Th and low initial Pb content, monazite is an ideal object for U-Pb and Th-Pb isotopic dating. Due to the existence of monazite in a variety of rocks, the U-Th-Pb dating of monazite has a broad application prospect. A new method is reported in this paper. The monazite samples were analyzed by using 193 nm ArF excimer laser ablation system coupled with NEPUNE multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometer. The monazite samples AL01, BL02 and CL03 were dated by this method. The weighted average206Pb/238U ages of AL01 and BL02 were (288.3±1.1) Ma (n=19) and (446.8±2.3) Ma (n=41) respectively,and the isochron age of CL03 was (396.8±8.8) Ma (n=55), showing satisfactory results.

monazite; in situ; LA-MC-ICP-MS; U-Pb isotopic dating

P578.921; P597.2

A

10.3975/cagsb.2012.06.04

本文由國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“非鋯石類富鈾礦物U-Pb同位素定年方法研究”(編號: 200911043-15)資助。

2012-09-20; 改回日期: 2012-10-17。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

崔玉榮, 女, 1984年生。助理工程師。主要從事同位素地球化學(xué)專業(yè)研究。E-mail: cyr007@mail.ustc.edu.cn。