應用離子探針shrimp測定鋯石鈾-鉛年齡時的選點

應用離子探針shrimp測定鋯石鈾-鉛年齡時的選點

鋯是各種巖石中的常見礦物。由于其高穩(wěn)定性，普通鉛含量低，u、th等放射性元素豐富，離子擴散率低，密封溫度高，因此被廣泛用于測定u-pb的年齡。隨著同位素質譜技術的發(fā)展,激光剝蝕等離子體質譜技術(LA-ICP-MS)在原位測定U-Pb年齡方面不斷成熟,加上成本相對較低,已成為鋯石U-Pb測年的常規(guī)儀器。而具有更高靈敏度、更高精度的二次離子探針質譜儀(SHRIMP),克服了激光剝蝕技術對樣品破壞大、樣品數(shù)量較大、單點精度較低等缺點,被越來越廣泛地用作鋯石U-Pb定年的工具,尤其對于測定珍稀鋯石、復雜鋯石、小顆粒鋯石的年齡具有重要的意義。正是由于這兩種技術的廣泛使用,使得對單顆粒鋯石原位微區(qū)定年成為地學界研究的熱點,極大地提高了我國同位素地質年代學的研究水平。目前,陰極發(fā)光電子圖像是一種比較有效的用來揭示鋯石內部結構的方法,可以提供鋯石成因類型及相應巖體經歷的演化歷史等信息。陰極發(fā)光強弱主要取決于鋯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,陰極發(fā)光越弱,陰極發(fā)光圖像顏色越黑,反之則越亮。對于不同的地質環(huán)境或地質作用下結晶形成的鋯石,往往表現(xiàn)為不同的陰極發(fā)光特征,或在同一顆鋯石的不同晶域表現(xiàn)為不同的陰極發(fā)光特征,由此為鋯石微區(qū)年齡測定中分析位置的選擇提供了重要的依據(jù)。為了得到正確的年齡信息,鋯石選點在實驗中顯得尤為重要,特別是對于那些經歷多期地質作用、具有復雜結構的鋯石,如果在測試過程中選點不當,將會得到很多沒有地質意義的混合年齡,不僅浪費了時間和資金,甚至會給地質研究產生誤導等不利影響。因此,本文主要結合鋯石陰極發(fā)光圖像,介紹在用離子探針SHRIMP測定鋯石U-Pb年齡時鋯石選點的一些實用技巧。1鋯石形態(tài)特征對于具有單一成因的鋯石,除了巖漿成因外,也有變質等其他成因形成,它們的明顯特點是陰極發(fā)光圖像顏色均一。判別不同成因鋯石的一個簡單方法,就是根據(jù)鋯石幾何外形的規(guī)則度,一般巖漿鋯石自形程度較高,單晶體常呈柱狀習性,以四方柱及四方雙錐的聚形為特征,表現(xiàn)在外觀上晶棱鋒銳、清晰(如圖1a、圖1b);而變質鋯石多呈半自形至它形,最顯著的特征是多晶面發(fā)育,常具圓化的外形(如圖1c)。圖1a、圖1b中的鋯石均是巖漿鋯石,它們是在巖漿活動過程中結晶形成的,因其不同的寄主巖石成分、巖漿溫度、結晶速度等,結晶形成了不同的鋯石形態(tài)及陰極發(fā)光圖像特點,如圖1a的震蕩環(huán)帶特征,圖1b的長柱狀或針狀特征。由于這類鋯石成因簡單,年齡單一,所以在測試過程中只要選擇震蕩環(huán)帶位置或陰極發(fā)光顏色均一的位置即可。2增強面為復合核的鋯石的年齡研究核邊類型鋯石的明顯特征是核部殘留有繼承鋯石,從陰極發(fā)光圖像上看核邊具有明顯的邊界及不同的陰極發(fā)光強度,如圖2a中的后期巖漿鋯石,內部的繼承核具有較弱的陰極發(fā)光(呈黑色),后期的巖漿增生邊的陰極發(fā)光較亮;圖2b是典型的變質鋯石陰極發(fā)光圖像,變質增生邊的陰極發(fā)光明顯比核部的陰極發(fā)光強;而圖2c的繼承核具有很強的陰極發(fā)光,這些核部的U含量很低。對于測試此類鋯石,分析者需要結合地質背景,明確研究的對象是核部還是邊部,如果為了獲得外面的增生邊時代,在測試過程中盡量選擇增生邊較寬并且靠外部的位置,防止測試過程中因跨上內部核而得到沒有地質意義的混合年齡,如圖2a的白圈選點位置將得到后期巖漿的結晶年齡;對于測試核部年齡也一樣,優(yōu)先選擇那些核較大的位置(如圖2b白圈)進行分析測試,確保得到核部準確的年齡信息。在使用SHRIMP進行鋯石微區(qū)測年過程中,為了保證離子信號的強度和數(shù)據(jù)的精密度,常用的一次離子束斑大小在20～30μm,對于某些特殊要求,最小可達10μm左右。但實際中有時需要分析增生邊非常窄的變質鋯石(如圖1c),由于外側白色增生邊寬度不夠,目前很難去測定它們的年齡。3生長速率的影響在分析U含量較低、年齡年輕并且各部分具有相同成因的鋯石樣品時,如圖3幾種類型的鋯石,它們之間有一個共同特征,就是鋯石的不同部位具有不同的陰極發(fā)光強度,這是由于鋯石結晶過程中,生長介質中ZrSiO4的過飽和度和一些特殊的微量元素豐度的差異,引起鋯石各個晶面生長速率不同所形成的。在分析此類鋯石時,為了得到準確的206Pb/238U年齡,建議選擇在陰極發(fā)光顏色較深的位置進行測定(如圖3中白圈表示),因為這些較黑的位置具有相對較高的U、Th含量,衰變的產物206Pb、207Pb、208Pb也較多,測試過程中206Pb計數(shù)相對較高,得到的206Pb/238U年齡更準確,單點誤差更小,更符合實際的需要。4鋯石顯微結構及顯微圖像在應用SHRIMP進行鋯石測年過程中,經常用到3種圖像:陰極發(fā)光圖像、反射光圖像及透射光圖像,它們分別從不同的角度反映了鋯石的一些特征,其中陰極發(fā)光圖像顯示了鋯石表面U、Th以及其他微量元素含量的變化,十分有效地揭示鋯石內部顯微結構;反射光圖像反映鋯石的近表面特征;透射光圖像反映可見光穿透鋯石晶體后顯示的特征。顯然,圖4a、圖4b中有很多黑色條紋和斑點,反映了鋯石表面或內部含有較多的裂紋和包裹體。在實驗選點過程中,除了主要參考鋯石陰極發(fā)光圖像外,還要參考鋯石的反射光圖像和透射光圖像,盡量避開鋯石反射光圖像上的裂紋或包裹體,并適當參考透射光圖像。對于那些透射光照片中有很多麻點、裂隙或包體的(如圖4b),盡量不選擇。5通過測量地質意義的年齡(1)測定鋯石U-Pb年齡之前,根據(jù)透反射光圖像及陰極發(fā)光圖像,仔細研究鋯石的顯微結構,初步判斷鋯石的成因,為得到有地質意義的年齡提供前提條件。(2)在進行鋯石測年選點過程中,主要根據(jù)陰極發(fā)光圖像確定