工作筆記——鋯石定年

1、工作筆記 鋯石定年2014年 4月 4 日，于中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)所，經(jīng)與多接受等離子質(zhì)譜實驗室聯(lián)系，老師安排我做兩天 LA-MC-ICP-MS告石U- P b定 年實驗。一、工作內(nèi)容 整個鋯石定年過程大致包括鋯石分選、樣品制靶、鋯石 U-P b 測年、分析測試數(shù)據(jù)。我們的實驗工作主要為鋯石U-P b測年，包括裝靶/換靶-定位-吹氣-打點-調(diào)數(shù)據(jù)-吹氣-打點。儀器運行幾 乎是全自動控制， 我們的主要任務(wù)就是選好要測試的鋯石顆粒以及每 顆鋯石要測試的年齡位置。 此次實驗樣品采自塔里木盆地前寒武紀(jì)基 底的碎屑巖、 變質(zhì)巖、巖漿巖，測試時使用鋯石標(biāo)樣 GJ1、 SRM610/620 和 91500 作

2、為參考物質(zhì)。二、工作流程方法（一）鋯石分選 鋯石采集之前要對采樣區(qū)的巖石出露情況、風(fēng)化、剝蝕程度， 巖漿活動的期次、成分，變質(zhì)作用的程度、期次以及巖石成因機(jī)制等 進(jìn)行比較全面的了解。鋯石的主要成分是硅酸鋯，由于巖石酸性不同，不同類型巖石 一般采集重量不同。 偏酸性的巖類一般含鋯石相對多一些， 而偏基性 巖類含鋯石則相對較少。對于花崗巖、流紋巖等偏酸性巖石，采集 34kg 重的樣品就行；對于閃長巖、安山巖等中性巖石，通常采集 710kg;而對輝長巖、玄武巖等偏基性巖石，一般采集 4050kg。對采集樣品進(jìn)行機(jī)械粉碎 （以不破壞鋯石晶體形態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)） 、淘 洗、重力分選或磁選、雙目鏡下把鋯石分選開來

3、。（二）樣品制靶 在雙目顯微鏡下挑選鋯石顆粒粘到雙面膠上，加注環(huán)氧樹脂， 待固化后， 將靶內(nèi)鋯石打磨至原尺寸一半大小。 樣品靶拋光后在顯微 鏡下拍攝鋯石反射光和折射光照片， 在等離子質(zhì)譜實驗室拍攝陰極發(fā) 光（CL）照片。（三）鋯石 U-P b 測年 實驗根據(jù)鋯石 CL 照片、反射光和折射光照片選擇鋯石測試位 置，利用激光器對鋯石進(jìn)行剝蝕。每個實驗樣靶一般粘有 68 個樣品，每個樣品可以根據(jù)情況測 試不同數(shù)量的樣點， 而樣點多時一般分成幾組進(jìn)行打點。 樣點分組時， 每組前后都有四個標(biāo)樣，即兩個GJ1、一個SRM610/62（:和一個91500, 其中SRM62不能出現(xiàn)在總體樣點的首位位置且只出現(xiàn)

4、一次。1. 裝靶 首先用酒精擦拭樣靶, 直到樣品附近鏡片透亮沒有油花； 其次 Bypass-手動裝靶/換靶，要求：粘有鋯石一面向上，刻有樣靶號側(cè) 面對著操作人員，輕拿輕放、不可碰標(biāo)靶t Purge ,Online。2. 定位點position 進(jìn)行定位，如果沒有該樣品名，position 選中 樣品行某位置Add,輸入樣品名set to curre nt position。一個樣品建立一個文件夾,其中包括一個 excel 表格和一個記事本格式輸出結(jié)果。可復(fù)制已經(jīng)完成的 excel ，更改樣品名稱， 然后根據(jù)樣品數(shù)進(jìn)行分組，注意標(biāo)樣SRM62C前后都要有樣點且只出現(xiàn)一次。Edit f delet

5、e all the data，清空原有數(shù)據(jù)；sequeneef Total Sample 修改樣點數(shù)f set; worksheet f （查看個數(shù)是否對） 把前兩行點了（由黃色底變白Save。3. 打點LA-MC-ICP-MS束斑的直徑只有 4050顆 100200 口m大小的鋯石，可以在不同的位置打點，進(jìn)而獲得該鋯石形成過程中 幾個不同的年齡。 所以要嚴(yán)格按照照片上的位置, 選擇測試分析的點 位。Position f edit f 選擇樣品號； Rurf okf 找到樣點f ready f 20s,fire f60s,stop ；半分后打另外一個樣點, 期間定位下一個要打 的樣點。Posi

6、tion f選擇樣品號f Move to f close,找到樣點4. 輸出數(shù)據(jù)每做完一個樣品,會自動彈出對話框,okf and export.fexport fok。桌面上找到記事本式輸出結(jié)果f打開根據(jù)輸出時間確認(rèn)是否是本次輸出結(jié)果，復(fù)制記事本到該樣品名文件夾內(nèi)f再次打開確認(rèn)。（四）分析測試數(shù)據(jù)一般利用鋯石 U-P b 諧和圖和鋯石 P b/U 年齡頻譜分析結(jié)果。三、方法原理鋯石的主要成分是硅酸鋯,化學(xué)分子式為 Z rSiO4 ,除主要含 鋯外，還常含鉿、稀土元素、鈮、鉭、釷等。由于鋯石常含有 T h、U， 故測定鋯石中的 T h/U 的含量的由它們脫變而成的幾種鉛同位素間 的比值以及它們與

7、 U 的比值，可測定鋯石及其母巖的絕對年齡。 由于 Pb同位素很難進(jìn)入鋯石晶格，鋯石結(jié)晶時的U與P b發(fā)生強(qiáng)烈分餾， 因此鋯石是良好的 U-P b 同位素定年。LA-MC-ICP-M鋯石U-P b定年是用激光剝蝕鋯石使其氣化，用 A r氣傳輸?shù)絀CP-MS進(jìn)行分析，獲得鋯石礦物中U、P b放射性同位 素組成并計算U-Pb放射性同位素年齡。自然界U具有3個放射同位 素，其質(zhì)量分別是：238u 235u 234u, 234u是238u衰變的中間產(chǎn)物，238u和U 通過一系列中間子體產(chǎn)物的衰變， 最后轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定同位素 Pb 和 207Pb。T h只有一個同位素232Th,屬放射性同位素。自然界存在的

8、其他 U、T h 同位素都是短壽命的放射性同位素，數(shù)量極微。 P b 有四種 同位素： 204Pb、206Pb、207Pb、208Pb ，都是穩(wěn)定同位素，其中僅 204Pb 是 非放射成因鉛， 其余3 個同位素既有放射成因組分， 又有非放射成因 組分，它們分別是238U 235U 232Th經(jīng)一系列衰變后的最終產(chǎn)物。U-P b 年齡測定基于238u和235u放射同位素的衰變過程。U-P b衰變體系以 雙重衰變?yōu)樘卣鳎衡櫟膬蓚€放射性同位素235u和238u以不同衰變速率 分別衰變成鉛的兩個穩(wěn)定同位素207Pb和206Pd除了可以從測定 207Pb/235U和206Pb/238U比值計算地質(zhì)年齡外

9、，還可以測定206Pb / 207Pb比 值計算另一年齡。 一個地質(zhì)樣品可以同時獲得三個不同的年齡， 可以 進(jìn)行結(jié)果可靠性的檢驗， 進(jìn)行體系內(nèi)部的自檢和校正。 若三組年齡一 致，表明鋯石中 U-P b 體系啟動后，一直保持封閉，沒有發(fā)生鈾和鉛 的得失，年齡結(jié)果是諧和的。根據(jù) U-P b同位素分析可以獲得三組年 齡：206Pb/238u, 207Pb/235u,和207Pb/206Pb，通過對比可獲得更可信的年 齡數(shù)據(jù)。鋯石是地質(zhì)研究中最常用的進(jìn)行同位素年齡測定的礦物， 也是目 前測定巖漿結(jié)晶和峰期變質(zhì)作用年齡最理想的礦物， 在花崗巖、 碎屑 巖中都有很多鋯石。通過測定鋯石年齡，可以獲得花崗巖、

10、火山巖等 火成巖形成年齡， 從而了解取樣區(qū)是否受到某構(gòu)造事件的影響， 也可 以獲得變質(zhì)巖的變質(zhì)作用年齡， 以及碎屑沉積巖的年齡下限和碎屑物巖漿鋯石形成于基本可自由生成的巖漿懸浮環(huán)境， 通常結(jié)晶為自 形- 半自形的柱狀、 雙錐狀， 其內(nèi)部通常具有與晶體生長邊界基本一 致的巖漿震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，震蕩環(huán)帶的寬度與鋯石結(jié)晶時熔漿的溫度、 元素擴(kuò)散速率相關(guān)， 高溫條件下常常形成較寬的結(jié)晶環(huán)帶， 如橄長石、 輝長石中的鋯石； 花崗巖等結(jié)晶溫度相對低的中酸性巖中結(jié)晶鋯石的 震蕩環(huán)帶通常窄而密。變質(zhì)鋯石是變質(zhì)作用過程中礦物分解產(chǎn)生的 Z r、Si 重新結(jié)晶或 在變質(zhì)流體作用下形成的鋯石， 即它們都是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的

11、鋯石， 可 具有渾圓形、它形、半自形、自形等多種晶體形態(tài)。變質(zhì)鋯石發(fā)育多 晶面，沒有錐面和柱面之分，常具圓化的外形，它實際上是多晶面造 成的假象，且變質(zhì)增生和變質(zhì)重結(jié)晶的形成機(jī)理時期內(nèi)不多呈現(xiàn)無分 帶，弱分帶，云霧狀分帶、扇形分帶、冷杉葉狀分帶、面狀分帶、斑 雜狀分帶、海綿狀分帶和流動狀分帶。流體改造結(jié)構(gòu)，流體對鋯石的改造作用在薄片中和陰極發(fā)光照片 中都能清楚地鑒別出來。 鋯石的內(nèi)部主體呈三角形、 港灣狀等不規(guī)則 的形態(tài)，鋯石的邊部常穿插至內(nèi)部主體，形成各種形式的蠶食結(jié)構(gòu)。 受流體改造的邊部年齡， 往往集中于一個十分狹小范圍內(nèi)， 且受流體 改造的邊部，由于 U 含量低，不易再次產(chǎn)生放射性損傷，

12、因而其年齡 可記錄最后一次低級地質(zhì)事件。碎屑巖鋯石穩(wěn)定性強(qiáng)，且 U-P b 定年測定數(shù)據(jù)精度高，可以提供 物源形成的準(zhǔn)確年代，進(jìn)而研究物源沉積時代和周邊大地構(gòu)造背景。 鋯石磨蝕程度較高 , 橢圓形狀鋯石較多 , 磨圓度高, 分選較好 , 表 明其經(jīng)歷長距離搬運 , 距物源區(qū)較遠(yuǎn)； 而鋯石遭受一定的磨蝕 , 多保 持較好的晶形 , 尖棱較多 , 磨圓度較低 , 分選較差 , 表明距物源較 近。四、主要收獲1. 專業(yè)知識和操作能力這次實驗讓我學(xué)習(xí)了解到了更多同位素年代學(xué)中鋯石 U-P b 定 年的專業(yè)知識， 為以后做鋯石定年的深入學(xué)習(xí)打下了小小的基礎(chǔ)。 同 時在實驗操作中將理論與實踐相結(jié)合， 既加

13、深了理論認(rèn)識， 也不斷增 強(qiáng)了動手能力。2. 認(rèn)真、細(xì)心 做任何事都逃不過認(rèn)真二字。生活中的事情、工作中的事情， 特別是科學(xué)實驗中少不了認(rèn)真、細(xì)心。因為科學(xué)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，有時細(xì)微 的變化，比如鋯石打點中激光 fire 快慢幾秒、一顆鋯石中不同的測試 位置，對實驗分析結(jié)果都是有影響的。3. 學(xué)習(xí)態(tài)度 正如人生態(tài)度決定人生道路一樣，學(xué)習(xí)態(tài)度決定了學(xué)習(xí)的廣度 和深度。三人行必有吾師、處處留心皆學(xué)問，學(xué)習(xí)、生活中只有多看 多問，才能學(xué)到更多、 掌握更多；勤思考、多做筆記， 才能走的更遠(yuǎn)。4. 基本素質(zhì) 會做會說會寫。做學(xué)問或研究，不僅要會做，還要會說會寫， 與他人進(jìn)行交流，只有這樣才可以學(xué)到更多，進(jìn)而不斷

14、積累知識。想要有更多的時間和精力學(xué)習(xí)，必須有良好的身體素質(zhì)。做實 驗或項目中有時需要長時間工作， 所以只有有個良好的身體素質(zhì)才能 更好的工作。五、存在問題及解決問題的想法1. 元素分餾元素分餾是指所測定的同位素比值隨時間而發(fā)生的變化。它的 產(chǎn)生有多種因素的影響， 但主要是在激光剝蝕和元素在被電離化時產(chǎn) 生。不同類型激光（266、213、193、157nm）的分餾情況不同，激光 器的類型及參數(shù)的選擇是能否獲得穩(wěn)定的信號和盡可能克服元素分 餾的重要步驟。 研究發(fā)現(xiàn)， 束斑直徑與分餾系數(shù)之間存在一定的函數(shù) 關(guān)系，且這一關(guān)系式對某一儀器是固定的， 而并不隨測定物質(zhì)的不同 而有改變。關(guān)于在特定儀器狀態(tài)下

15、元素分餾程度問題， 部分學(xué)者認(rèn)為， 隨激光剝蝕的不斷進(jìn)行， 其分餾程度與時間呈線性關(guān)系。 但有的學(xué)者 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剝蝕深度達(dá)到一定比例后（與束斑直徑大小相關(guān)） ，其分餾 程度并不表現(xiàn)為隨時間而逐漸增大，而是出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)降低的趨 勢。這就要求在實際測定過程中，激光剝蝕的時間不能過長。2. 基體效應(yīng)大多數(shù)研究者在實際工作過程中，盡可能采用與未知樣品相同 或相近的標(biāo)準(zhǔn)鋯石來進(jìn)行各種類型的校正。但在一定的儀器條件下， 影響LA-MC-ICP-MS鋯石定年的主要技術(shù)問題是元素的分餾。而根據(jù) 大多數(shù)研究結(jié)果， 針對特定的儀器狀態(tài)， 元素的分餾主要與激光束斑 的大小有關(guān)，而與測定物質(zhì)的性質(zhì)（鋯石、玻璃或其它礦物）無關(guān)。所以有些研究者認(rèn)為LA-MC-ICP-MS可對多種礦物進(jìn)行 U-P b定年, 而不必過多考慮所使用的外部標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)?？蛇M(jìn)行大量實驗，來分析對其它礦物的 U-P b 定年是否合適。3. LC照片中顆粒鋯石顏色常見內(nèi)部淺邊緣深一般鋯石晶體的顏色愈深，其 U P b含量愈高，形成的時代相 對老一些；反之，無色透明的自形晶體，其 U、 P b 含量相對較淺， 形成時代相對較新一些。 此外鋯石晶體的顏色與其結(jié)晶時的酸堿度也 有一定關(guān)系?？墒紫葟囊陨蟽煞矫孢M(jìn)行探討研究。4. 如何區(qū)分變質(zhì)增生與深熔增生變質(zhì)鋯石內(nèi)部通常見有極小的碎屑鋯石晶核，在晶核