金红石U-Pb同位素定年标准物质

金红石微区原位U-Pb同位素定年研究是一个新的测年研究领域和趋势, 无论是金红石SIMS还是LA- (MC) -ICPMS U-Pb同位素直接测年, 方法简便快速, 但对同类矿物标样的要求十分严格而苛刻。为解决标样缺乏的问题, 亟需研制金红石微区原位U-Pb同位素定年的标准物质。

通过进行高精度的金红石ID-TIMS U-Pb同位素测定 (周红英等, 2008) , 可以对微区原位LA- (MC) -ICPMS U-Pb同位素测定结果进行有效的检验。ID-TIMS定年技术, 是研制和确定相应的矿物测年标样, 进行同位素分馏校正, 消除不同矿物引起的基体效应的重要手段。

制约一个金红石样品是否可成为U-Pb同位素定年标准物质的关键因素包括:①金红石晶体的完善程度——晶体裂隙少、内部结构均匀、包裹体少及受后期地质事件影响轻;②金红石U含量和放射成因Pb含量适当;③金红石U-Pb同位素年龄的均一性, 这是至关重要的。本文介绍山西代县、安徽大别山的2个金红石U-Pb同位素定年标准物质。

金红石样品12DX01-2为红黄色、半透明、半自形或它形粒状, 粒径多为300-600μm, 最大为1.0mm左右。

对金红石样品12DX01-2采用LA-MC-ICPMS进行了U-Pb同位素测定, 结果显示该样品的U-Pb同位素年龄基本均一, 获得了Pb/U表面年龄加权平均值:1761±28 Ma (95%置信度, MSWD=3.2, n=28, 1σ) 。采用ID-TIMS获得Pb/Pb表面年龄加权平均值:1806±2 Ma (95%置信度, MSWD=2.3, n=6, 1σ) ;不一致线的上交点年龄:1808±7 Ma (MSWD=0.20, n=6, 1σ) , 6个数据点的Pb/Pb在567-1405区间 (周红英等, 2013) , U含量在3.0-5.3μg/g, Pb含量在1.0-7.8μg/g。

另外, 同时对采自山西代县金红石矿带的羊延寺矿区的一个样品TJR-1进行了对比研究。金红石样品TJR-1呈深玫瑰红色、半透明、半自形或它形粒状, 粒径300-600μm。TJR-1的LA-MC-ICPMSU-Pb等时线年龄:1772±23 Ma (MSWD=0.95, n=26, 1σ) 。

Shi Guanghai等 (2012) 获得的山西代县洪塘矿区金红石SIMS U-Pb测年的Pb/Pb表面年龄加权平均值为1780±10 Ma (95%置信度, MSWD=1.06, n=30, 2σ) , 谐和线年龄为1777±10 Ma (95%置信度, MSWD=0.31, n=30, 2σ) 。

安徽大别山五庙榴辉岩中金红石样品13DB05为红黄色、半透明、半自形或它形粒状, 粒径多为200-600μm。

对金红石样品13DB05采用LA-MC-ICPMS进行了U-Pb同位素测定, 结果显示该样品的U-Pb同位素年龄基本均一, 获得了Pb/U表面年龄加权平均值:206.1±1.7 Ma (95%置信度, MSWD=3.8, n=48, 1σ) 。采用ID-TIMS获得Pb/U表面年龄加权平均值:212.3±1.5 Ma (95%置信度, MSWD=5.8, n=4, 1σ) , 4个数据点的Pb/Pb在63.32-84.69区间, U含量在~5.0μg/g, Pb含量在~0.3μg/g。

在对金红石样品进行LA-MC-ICPMS U-Pb同位素测定时使用和金红石矿物同族的锡石 (Sn O2) 工作标样AY-4 (天津地质矿产研究所同位素实验室研制, U含量~30μg/g, 158.2±0.4 Ma, ID-TIMS, 李惠民等, 2009;Yuan et al., 2011) 作为外标, 利用LA-MC-ICPMS测定AY-4的U-Pb同位素年龄是159.6±2.2 Ma (95%置信度, MSWD=4.5, n=17, 1σ) 。金红石和锡石均为氧化物型含铀矿物, 它们同为四方晶系, 成分单一, 并且都属于金红石族矿物, 尽管化学成分不同, 但是在研究过程中发现金红石和锡石之间似乎存在着一定的相关性, 两种矿物之间的基体效应不明显 (崔玉荣等, 2015, 待刊) , 究竟能否用相同年龄段的金红石标样和锡石标样互相替代还需要进行深入系统的研究。

在中国科学院地质与地球物理研究所获得了金红石样品12DX01-2、13DB05的LA-MC-ICPMS U-Pb同位素测年结果:Pb/U表面年龄加权平均值分别是:1761±13 Ma (95%置信度, MSWD=4.4, n=40, 1σ) ;208.4±2.4 Ma (95%置信度, MSWD=4.0, n=40, 1σ) , 与前述的作者所在实验室的测定结果在误差范围内基本一致。

在中国科学院地质与地球物理研究所使用的国外金红石标样R10, U含量高达30μg/g左右, U-Pb同位素年龄1090±6 Ma (Luvizotto et al., 2009) , 与它的TIMS U-Pb同位素年龄1095 Ma基本一致 (Luvizotto et al., 2009;Zack et al., 2011) 。

在中国科学院地质与地球物理研究所测定的金红石标样R10数据是:Pb/U表面年龄加权平均值:1090±2 Ma (95%置信度, MSWD=1.8, n=14, 测定12DX01-2时) ;1090±2 Ma (95%置信度, MSWD=0.114, n=14, 测定13DB05时) 。在作者所在的实验室对金红石标样R10测得的数据是:Pb/U表面年龄加权平均值:1090±15 Ma (95%置信度, MSWD=3.0, n=9) 。由于后者测定的数据点比前者测定的相对少些, 误差相比之稍大些, 但上述两个实验室所测定的金红石标样R10都与Luvizotto等 (2009) 和Zack等 (2011) 的结果在误差范围内一致。

在作者所在的实验室以金红石标样R10为标样, 对金红石样品12DX01-2、13DB05进行LA-MC-ICPMS U-Pb同位素测年, 获得了Pb/U表面年龄加权平均值分别是:1776±9 Ma (95%置信度, MSWD=0.90, n=22, 1σ, LA-MC-ICPMS) ;209.4±2.7 Ma (95%置信度, MSWD=0.29, n=43, 1σ, LA-MC-ICPMS) 。

在中国科学院地质与地球物理研究所获得了金红石样品12DX01-2、13DB05的LA-MC-ICPMS U-Pb同位素测年结果:Pb/U表面年龄加权平均值分别是:1774±3 Ma (95%置信度, MSWD=1.2, n=32, 1σ) ;208.4±2.1 Ma (95%置信度, MSWD=3.9, n=32, 1σ) 。Gao Xiaoying等 (2013) 报道的安徽南大别-苏鲁造山带青龙山超高压石英岩中金红石U-Pb同位素年龄是205.2±1.6 Ma (LA-MC-ICPMS) 。

可见, 通过微区原位LA-MC-ICPMS的比对检测以及ID-TIMS分析, 对上述2件可能的金红石标样获得了在误差范围之内非常接近或基本一致U-Pb同位素测年结果。

对山西代县、安徽大别山的金红石样品进行了U-Pb同位素LA-MC-ICPMS测年研究, 获得非常重要的数据资料。对金红石12DX01-2、13DB05两个样品进行了U-Pb同位素年龄均一性检测, 这两个样品U-Pb同位素年龄均一、普通铅含量较低、U含量适中, 通过ID-TIMS U-Pb同位素测年进行了最终定值, 基本确定了金红石U-Pb同位素定年标准物质2件:山西代县洪塘矿区的角闪辉石片麻岩中金红石样品, 标识为:12DX01-2, U含量在3.0-5.3μg/g, Pb含量在1.0-7.8μg/g, 呈红黄色、半透明、半自形或它形粒状, 粒径多为300-600μm, 最大为1.0 mm, Pb/Pb表面年龄加权平均值:1806±2Ma (95%置信度, MSWD=2.3, n=6, 1σ, ID-TIMS) ;安徽大别五庙榴辉岩中金红石样品, 标识为:13DB05, U含量在~5.0μg/g, Pb含量在~0.3μg/g, 呈红黄色、半透明、半自形或它形粒状, 粒径多为200-600μm, Pb/U表面年龄加权平均值:212.3±1.5 Ma (95%置信度, MSWD=5.8, n=4, 1σ, ID-TIMS) , 上述每件皆为至少20 g。

二次离子质谱法 (SIMS) 可通过准确测定Pb, 进行普通铅的校正, 对低U含量样品可采取加长积分时间方式, 测定U含量为几个μg/g的金红石等含铀矿物。因此, 在今后的深入研究中, 可以利用SIMS法 (Li Qiuli et al., 2011, 2012;李秋立等, 2013) 对上述样品做进一步的分析测试研究。

总之, 上述山西代县12DX01-2、安徽大别山13DB05金红石样品, 有望成为金红石微区原位U-Pb同位素年龄测定的标样。

参考文献

[]崔玉荣, 周红英, 耿建珍, 李国占, 郝爽, 李惠民.2015.氧化物型含铀矿物LA-ICPMS U-Pb年龄测定中的基体效应及其校正方法.地质通报, 待刊.

[]李惠民, 郝爽, 耿建珍, 李怀坤, 张永清, 周红英.2009.用激光烧蚀多接收器等离子体质谱 (LA-MC-ICPMS) 直接原位测定锡多金属矿床中的锡石U-Pb同位素年龄.矿物学报, 29:313.

[]李秋立, 杨亚楠, 石永红, 林伟.2013.榴辉岩中金红石U-Pb定年:对大陆碰撞造山带形成和演化的制约.中国科学, 58 (23) :2279~2284.

[]周红英, 李惠民.2008.金红石U-Pb同位素稀释法定年技术的改进.岩石矿物学杂志, 27 (1) :77~80.

[]周红英, 李怀坤, 崔玉荣, 耿建珍, 张健, 李惠民.2013.金红石U-Pb同位素定年技术研究.地质学报, 87 (9) :1439~1446.

[]Gao Xiaoying, Zheng Yongfei, Xia Xiaoping, Chen Yixiang.2014.U-Pb ages and trace elements of metamorphic rutile from ultrahigh-pressure quartzite in the Sulu orogen.Geochimica et Cosmochimica Acta, 143:87~114.

[]Li Qiuli, Lin Wei, Su Wen, Li Xianhua, Shi Yonghong, Liu Yu, Tang Guoqiang.2011.SIMS U-Pb rutile age of low-temperature eclogites from southwestern Chinese Tianshan, NW China.Lithos, 122:76~86.

[]Li Qiuli, Li Xianhua, Wu Fuyuan, Yin Qingzhu, Ye Haimin, Liu Yu, Tang Guoqiang, Zhang Chuanlin.2012.In-situ SIMS U-Pb dating of phanerozoic apatite with low U and high common Pb[J].Gondwana Research, 21:745~756.

[]Luvizotto G L, Zack T, Meyer H P, Ludwig T, Triebold S, Kronz A, Münker C, Stockli D F, Prowatke S, Klemme S, Jacob D E, Eynatten H.2009.Rutile crystals as potential trace element and isotope mineral standards for microanalysis.Chemical Geology, 261:34~369.

[]Shi Guanghai, Li Xianhua, Li Qiuli, Chen Zhenyu, Deng Jun, Kang Zhijuan, Pang Ercheng, Jia Xiuming.2012.Ion Microprobe U-Pb Age and Zr-in-Rutile Thermometry of Rutiles from the Daixian Rutile Deposit in the Hengshan Mountains, Shanxi Province, China.Economic Geology, 107:525~535.

[]Yuan Shunda, Peng Jiantang, Hao Shuang, Li Huimin, Geng Jianzhen, Zhang Dongliang.2011.In situ LA-MC-ICP-MS and ID-TIMS U-Pb geochronology of cassiterite in the giant Furong tin deposit, Hunan Province, South China:New constraints on the timing of tin-polymetallic mineralization.Ore Geology Reviews, 43:235~242.

[]Zack T, Stockli D F, Luvizotto G L, Barth M G, Belousova E, Wolfe M R, Hinton R W.2011.In situ U-Pb rutile dating by LA-ICPMS:208Pb correction and prospects for geological applications[J].Contrib Mineral.Petrol., 162:515~530.