變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件

1、第五章 鋯石U-Pb年代學(xué)Zircon Geochronology第五章 鋯石U-Pb年代學(xué)Zircon Geochrono主 要 內(nèi) 容 概述 鋯石的形成 鋯石U-Pb定年原理四 鋯石U-Pb定年方法主 要 內(nèi) 容一 概述它的化學(xué)成分是ZrSiO4，在Zr位置會有Hf, U, Th, Y等置換，Si位置會有少量P的置換。一般鋯石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =0.5 -2.0%, Th, U, HREE, P微量。鋯石一般無色透明，但常具淺棕，粉紅，有時深棕色。一般顏色深成因復(fù)雜，多為老鋯石或U、Th含量高的。其比重達 4.5-4.6，無磁性，是分選的有利

2、條件。鋯石(zircon)是一個極其常見的副礦物。 一 概述它的化學(xué)成分是ZrSiO4，在Zr位置會有Hf, U鋯石的結(jié)構(gòu)鋯石是四方晶系礦物鋯石的結(jié)構(gòu)鋯石是四方晶系礦物單偏光下單偏光下正交偏光下正交偏光下常呈礦物包裹體常呈礦物包裹體二 鋯石的形成巖漿結(jié)晶形成：超基性酸性，形成溫度很廣，（鋯石飽和溫度計）。變質(zhì)作用： 變質(zhì)重結(jié)晶； 變質(zhì)增生； 熱液沉淀鋯石； 熱液蝕變鋯石。二 鋯石的形成巖漿結(jié)晶形成：超基性酸性，形成溫度鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察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)鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察Smiling zir

3、con背散射電子圖像巖漿成因鋯石巖漿成因鋯石變質(zhì)成因巖漿結(jié)晶的變質(zhì)結(jié)晶的巖漿結(jié)晶的變質(zhì)成因巖漿結(jié)晶的變質(zhì)結(jié)晶的巖漿結(jié)晶的蛻晶化鋯石(metamict zircon)蛻晶化鋯石(metamict zircon)雙層內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩期InheritedovergrowthInheritedovergrowthInheritedmagmaticAlteration zircon深熔鋯石雙層內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩期InheritedovergrowthIn三層內(nèi)部結(jié)構(gòu)三期InheritedovergrowthInheritedovergrowthInheritedAlteration zircon深熔鋯石三層內(nèi)部結(jié)構(gòu)三

4、期InheritedovergrowthIn三 鋯石U-Pb定年原理 同位素定年的基礎(chǔ)是放射性衰變定律，通過測定母體及其衰變產(chǎn)生的子體同位素含量，就可以利用衰變定律算出形成以來的時間（年齡）。 鋯石定年是利用了其中的U和Th同位素衰變成Pb同位素。 三 鋯石U-Pb定年原理 同位素定年的基礎(chǔ)是放定年基礎(chǔ)235U207Pb, 238U 206Pb, 232Th 208Pb，其中間字體壽命短可以忽略，因此，可將206Pb、207Pb、208Pb視為直接由238U、235U、232Th形成：它們的等時線方程：206Pb = 206Pbi + 238U(e238t 1) 207Pb = 207Pbi

5、+ 235U(e235t 1) 208Pb = 208Pbi + 232Th(e232t 1)定年基礎(chǔ)235U207Pb, 238U 206Pb, 方程兩邊除于非放射成因的穩(wěn)定同位素204Pb，得到：方程兩邊除于非放射成因的穩(wěn)定同位素204Pb，得到：鋯石的優(yōu)勢 具有非常強的抗侵蝕能力，鋯石中的U-Pb體系封閉溫度750 oC, 形成后Pb的擴散封閉溫度可以高達900 oC，鋯石形成廣，所以鋯石是目前測定巖漿結(jié)晶和峰期變質(zhì)作用年齡最理想的礦物。 鋯石相對富含Th, U等放射性元素，而貧普通Pb，而且其溫度抗后期影響能力強，所以是定年的最佳樣品。鋯石的優(yōu)勢 具有非常強的抗侵蝕能力，鋯石中的U-P

6、b體四 鋯石U-Pb定年方法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，離子交換柱分離2. Secondary Ion Mass Spectroscopy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)譜計法：SHRIMP、Cameca)法 3. Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometr

7、y 激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜計（LAMICPMS）四 鋯石U-Pb定年方法1. Isotope dilutio（1）TIMS方法將一個或幾顆鋯石溶解于氫氟酸或/硝酸，加入208Pb-235U混合稀釋劑，蒸干，再用硅膠磷酸溶液溶解，過離子交換柱分離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檢測器進行U, Pb同位素分析。TIMS U-Pb定年分析可以給出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丟失的影響和吸附的普通Pb, 通常在鋯石溶解前利用

8、高壓氣體進行磨蝕或用酸浸濾處理.（1）TIMS方法將一個或幾顆鋯石溶解于氫氟酸或/硝酸，加入變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件TIMSTIMSTIMS的優(yōu)缺點不足:需要高標(biāo)準(zhǔn)的超凈實驗室繁瑣的化學(xué)處理無法微區(qū)分析, 存在不同期鋯石混合的危險時間長,價錢高優(yōu)點:分析精度高TIMS的優(yōu)缺點不足:優(yōu)點:（2）二次離子探針（2）二次離子探針變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件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 Compst

9、on教授和他的博士生S Clement于1973年開始立項研究，先后參加人員還包括F Burden(機械), N Schram(電子), D Millar(技術(shù)負責(zé)人), G Newstead(磁鐵)和D Kerr(計算機控制)。第一次成功的測試是用Ar+為一次離子源，對澳大利亞Broken Hill的方鉛礦進行了S、Pb同位素分析，獲得了精確的結(jié)果，這標(biāo)志著SHRIMP新技術(shù)的誕生。SHRIMP的成功極大地推動了地球科學(xué)的發(fā)展。SHRIMP是高靈敏高分辨率離子探針，從儀器類型看也有稱之為技術(shù)特點:高分辨率, 高靈敏度, 高精度, 微區(qū)原位此外，SHRIMP還可以進行固體物質(zhì)微區(qū)的S、Pb、T

10、i、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，獨居石、榍石、磷釔礦和磷灰石等）的微區(qū)原位(in situ)定年，不需化學(xué)處理，可對一個礦物的不同部位直接定年，一般束斑直徑是2030m左右，1-2m深?？梢詼y定非常年輕形成的鋯石年齡(2 Ma). 技術(shù)特點:高分辨率, 高靈敏度, 高精度, 微區(qū)原位此外，SSHRIMP樣品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，磨蝕拋光至鋯石核心出露。鍍金后置于SHRIMP分析艙內(nèi)

11、，用于分析。SHRIMP樣品SHRIMP分析分析出206Pb/204Pb變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件（3） LA-ICP-MS 這是一種新發(fā)展和建立起來的定年方法, 它是利用等離子體質(zhì)譜計(ICPMS)進行U-Th-Pb同位素分析. 先將鋯石樣品用環(huán)氧樹脂澆鑄在一個樣品柱上(mount), 磨蝕和拋光至鋯石核心出露, 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中進行分析.（3） LA-ICP-MS 這是一種新發(fā)展和建立起來變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石

12、年代學(xué)課件變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件標(biāo)樣標(biāo)樣LA-ICP-MS特點原位(in situ), 束斑直徑4060 mm; 深度30 mm廉價(100-120元/點)準(zhǔn)確(能滿足大多數(shù)地質(zhì)上的定年需要)快速(5-8分鐘/點),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, 因為此峰被Ar氣中普遍存在的Hg(202Hg)干擾了. 這樣就無法按傳統(tǒng)的方法對測得的Pb同位素進行普通Pb的校正.LA-ICP-MS特點原位(in situ), 束斑直徑40數(shù)據(jù)選擇常規(guī)LA-ICP

13、MS測試結(jié)果包含207Pb/206Pb， 207Pb/235U， 206Pb/208U和 208Pb/232Th的比值和年齡數(shù)據(jù)取舍：10億年，通常認為207Pb/206Pb更能反映古老年齡數(shù)據(jù)選擇常規(guī)LA-ICPMS測試結(jié)果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)標(biāo)準(zhǔn)鋯石哈佛大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)鋯石遼南永勝霓霞正長巖 遼東飲馬灣山輝長巖 北京東嶺臺組火山巖遼南永勝霓霞正長巖 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Xu et al.，2019. LithosSHRIMP和LA-ICPMS定年結(jié)果對比Xu et al.，2019. LithosSHRIMP和L廣

14、州地球化學(xué)研究所LA-ICP-MS廣州地球化學(xué)研究所LA-ICP-MS中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）LA-ICP-MS中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）LA-ICP-MS西北大學(xué)的LA-ICP-MS西北大學(xué)的LA-ICP-MS澳大利亞Macquarie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實驗室南京大學(xué)地球科學(xué)系變質(zhì)巖石學(xué)-第五章-鋯石年代學(xué)課件DBG06 (1152 Ma)DBG06 (1162 Ma)鋯石定年DBG06 (1152 Ma)DBG06 (1162 M244254 Ma2342 Ma250118Ma2272 Ma244254 Ma2342 Ma250118Ma227Surface 1rounded, detritalmorphologyaacSurface 2 outlineCavosie et al., 2019 GCA不同粒徑的鋯石定年斑束設(shè)計30微米20微米Surface 1roun