變質(zhì)巖石學(xué)第五 鋯石年代學(xué)ppt課件

1、主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 概述概述 鋯石的構(gòu)成鋯石的構(gòu)成 鋯石鋯石U-Pb定年原理定年原理四四 鋯石鋯石U-Pb定年方法定年方法它的化學(xué)成分是它的化學(xué)成分是ZrSiO4，在，在Zr位置會(huì)有位置會(huì)有Hf, U, Th, Y等置換，等置換，Si位置會(huì)有少量位置會(huì)有少量P的置換。的置換。普通鋯石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =0.5 -2.0%, Th, U, HREE, P微量。鋯石普通無色透明，但常具淺棕，粉紅，有時(shí)深棕色。普通顏色深成因復(fù)雜，多為老鋯石或U、Th含量高的。其比重達(dá) 4.5-4.6，無磁性，是分選的有利條件。鋯石鋯石(zircon)是一個(gè)極其常見

2、的副礦物。是一個(gè)極其常見的副礦物。 鋯石是四方晶系礦物鋯石是四方晶系礦物巖漿結(jié)晶構(gòu)成：超基性酸性，構(gòu)成溫度很廣，鋯石飽和溫度計(jì)。蛻變作用： 蛻變重結(jié)晶； 蛻變增生； 熱液沉淀鋯石； 熱液蝕變鋯石。Smiling zircon背散射電子圖像BSE imaging)HF酸蝕刻法陰極發(fā)光電子成相CL imaging)巖漿結(jié)晶的蛻變結(jié)晶的巖漿結(jié)晶的InheritedovergrowthInheritedovergrowthInheritedmagmaticAlteration zircon深熔鋯石InheritedovergrowthInheritedovergrowthInheritedAltera

3、tion zircon深熔鋯石 同位素定年的根底是放射性衰變定律，經(jīng)過測定同位素定年的根底是放射性衰變定律，經(jīng)過測定母體及其衰變產(chǎn)生的子體同位素含量，就可以利用衰母體及其衰變產(chǎn)生的子體同位素含量，就可以利用衰變定律算出構(gòu)成以來的時(shí)間年齡。變定律算出構(gòu)成以來的時(shí)間年齡。 鋯石定年是利用了其中的鋯石定年是利用了其中的U和和Th同位素衰變成同位素衰變成Pb同同位素。位素。 235U207Pb, 238U 206Pb, 232Th 208Pb，其中間字體壽命短可以忽略，其中間字體壽命短可以忽略，因此，可將因此，可將206Pb、207Pb、208Pb視為直接由視為直接由238U、235U、232Th構(gòu)成

4、：構(gòu)成：它們的等時(shí)線方程：206Pb = 206Pbi + 238U(e238t 1) 207Pb = 207Pbi + 235U(e235t 1) 208Pb = 208Pbi + 232Th(e232t 1)方程兩邊除于非放射成因的穩(wěn)定同位素方程兩邊除于非放射成因的穩(wěn)定同位素204Pb，得到：，得到：) 1(238204238204206204206tiePbUPbPbPbPb) 1(235204235204207204207tiePbUPbPbPbPb) 1(232204232204208204208tiePbThPbPbPbPb 具有非常強(qiáng)的抗侵蝕才干，鋯石中的U-Pb體系封鎖溫度75

5、0 oC, 構(gòu)成后Pb的分散封鎖溫度可以高達(dá)900 oC，鋯石構(gòu)成廣，所以鋯石是目前測定巖漿結(jié)晶和峰期蛻變作用年齡最理想的礦物。 鋯石相對(duì)富含鋯石相對(duì)富含Th, U等放射性元素，而貧普通等放射性元素，而貧普通Pb，而且其溫度抗后期影響才干強(qiáng)，所以是定年的最正確而且其溫度抗后期影響才干強(qiáng)，所以是定年的最正確樣品。樣品。1. Isotope dilution thermal ionization mass spectrometry 同位素稀釋熱電離質(zhì)譜儀(ID TIMS)，也稱溶液法或稀釋 法。多顆粒，單顆粒，化學(xué)流程，離子交換柱分別2. Secondary Ion Mass Spectrosco

6、py二次離子探針法Sensitive High Resolution Ion Microprobe高靈敏度高分辨率二次離子探針質(zhì)譜計(jì)法：SHRIMP、Cameca)法 3. Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry 激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜計(jì)LAMICPMS將一個(gè)或幾顆鋯石溶解于氫氟酸或/硝酸，參與208Pb-235U混合稀釋劑，蒸干，再用硅膠磷酸溶液溶解，過離子交換柱分別U, Pb，將溶液滴在單錸帶絲上，在VG354型熱電離質(zhì)譜儀上用高靈敏度Daly檢測器進(jìn)展U, Pb同位素分析。TIMS U-Pb定年分析可以

7、給出206Pb/204Pb, 208Pb/206Pb, 以及普通鉛校正過的206Pb/238U，207Pb/235U，207Pb/206Pb比值。為了減少Pb喪失的影響和吸附的普通Pb, 通常在鋯石溶解前利用高壓氣體進(jìn)展磨蝕或用酸浸濾處置.TIMS缺乏:需求高規(guī)范的超凈實(shí)驗(yàn)室繁瑣的化學(xué)處置無法微區(qū)分析, 存在不同期鋯石混合的危險(xiǎn)時(shí)間長,價(jià)錢高優(yōu)點(diǎn):分析精度高SHRIMP是高靈敏高分辨率離子探針，從儀器類型看也有稱之為高分辨率高靈敏度二次離子質(zhì)譜儀。第一臺(tái)SHRIMP是于1980年在澳大利亞國立大學(xué)研制建成。由地球科學(xué)院的物理和同位素專家W Compston教授和他的博士生S Clement于1

8、973年開場立項(xiàng)研討，先后參與人員還包括F Burden(機(jī)械), N Schram(電子), D Millar(技術(shù)擔(dān)任人), G Newstead(磁鐵)和D Kerr(計(jì)算機(jī)控制)。第一次勝利的測試是用Ar+為一次離子源，對(duì)澳大利亞Broken Hill的方鉛礦進(jìn)展了S、Pb同位素分析，獲得了準(zhǔn)確的結(jié)果，這標(biāo)志著SHRIMP新技術(shù)的誕生。SHRIMP的勝利極大地推進(jìn)了地球科學(xué)的開展。高分辨率, 高靈敏度, 高精度, 微區(qū)原位此外，SHRIMP還可以進(jìn)展固體物質(zhì)微區(qū)的S、Pb、Ti、Hf和Mg同位素，以及REE含量的測定.SHRIMP的最大技術(shù)優(yōu)勢是礦物鋯石，獨(dú)居石、榍石、磷釔礦和磷灰石等

9、的微區(qū)原位(in situ)定年，不需化學(xué)處置，可對(duì)一個(gè)礦物的不同部位直接定年，普通束斑直徑是2030m左右，1-2m深?？梢詼y定非年年輕構(gòu)成的鋯石年齡(2 Ma). SHRIMP分析分析出206Pb/204Pb，206Pb/238U，207Pb/235U, 207Pb/206Pb和208Pb/232Th比值。將鋯石顆粒與標(biāo)樣置于同一環(huán)氧樹脂樣品柱中，磨蝕拋光至鋯石中心出露。鍍金后置于SHRIMP分析艙內(nèi)，用于分析。 這是一種新開展和建立起來的定年方法, 它是利用等離子體質(zhì)譜計(jì)(ICPMS)進(jìn)展U-Th-Pb同位素分析. 先將鋯石樣品用環(huán)氧樹脂澆鑄在一個(gè)樣品柱上(mount), 磨蝕和拋光至鋯

10、石中心出露, 無需噴炭或鍍金. 也無需將標(biāo)樣置于同一 mount中. 將這個(gè)mount和標(biāo)樣放置于同一樣品艙內(nèi). 用激光剝蝕鋯石使其氣化, 用Ar氣傳輸?shù)絀CP-MS中進(jìn)展分析.標(biāo)樣原位(in situ), 束斑直徑4060 mm; 深度30 mm廉價(jià)(100-120元/點(diǎn))準(zhǔn)確(能滿足大多數(shù)地質(zhì)上的定年需求)快速(5-8分鐘/點(diǎn)),同步檢測分析結(jié)果投入少 但是, LA- ICP-MS分析數(shù)據(jù)的精度低于TIMS和SHRIMP, 更重要的缺陷是它無法準(zhǔn)確測定204Pb, 由于此峰被Ar氣中普遍存在的Hg(202Hg)干擾了. 這樣就無法按傳統(tǒng)的方法對(duì)測得的Pb同位素進(jìn)展普通Pb的校正.LA-ICP-MS與離子探針方法鋯石定年結(jié)果比較澳大利亞國立大學(xué)規(guī)范鋯石澳大利亞國立大學(xué)規(guī)范鋯石哈佛大學(xué)規(guī)范鋯石哈佛大學(xué)規(guī)范鋯石遼南永勝霓霞正長巖遼南永勝霓霞正長巖 遼東飲馬灣山輝長巖遼東飲馬灣山輝長巖 北京東嶺臺(tái)組火山巖北京東嶺臺(tái)組火山巖遼南永勝霓霞正長巖遼南永勝霓霞正長巖 Xu et al.，2019. LithosSHRIMP和LA-ICPMS定年結(jié)果對(duì)比西北大學(xué)的LA-ICP-MS澳大利亞Macquarie大學(xué)的LA-ICP-MS南京大學(xué)地球科學(xué)系LA-ICPMS實(shí)驗(yàn)室DBG06 (1152 Ma)DBG06 (1162 M