離子探針u-pb定年技術(shù)在鋯石u-pb定年中的應(yīng)用

離子探針u-pb定年技術(shù)在鋯石u-pb定年中的應(yīng)用

0鋯石u-pb定年方法的應(yīng)用鋯是使用最廣泛的定年礦物。這不僅是鋯是不同巖石類(lèi)型中最常見(jiàn)的副礦，而且由于其穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，幾乎可以記錄巖石的許多演化過(guò)程，從最初的形成到最終結(jié)束。經(jīng)歷復(fù)雜演化過(guò)程的巖石中的鋯石所承載的地質(zhì)記錄也必然是復(fù)雜的,不僅表現(xiàn)在存在不同成因類(lèi)型的顆粒,而且在同一顆粒中也可以有多期演化的產(chǎn)物(如具有核、幔、邊結(jié)構(gòu)的鋯石)。傳統(tǒng)的鋯石U-Pb定年方法需要溶解整顆或多顆鋯石,加入精確標(biāo)定的U-Pb稀釋劑,通過(guò)熱電離質(zhì)譜法(ID-TIMS)精確測(cè)試U、Pb含量和Pb同位素比值,進(jìn)而計(jì)算年齡,可以給出非常高的測(cè)試精度,然而卻帶來(lái)多期或多成因組分混合的可能性,為年齡的解釋帶來(lái)困難。在顯微照片以及表面圖像(如陰極發(fā)光(CL)、背散射(BSE)圖像等)的指導(dǎo)下進(jìn)行單礦物微區(qū)分析是解析復(fù)雜演化歷史的必要手段。目前常用的鋯石微區(qū)U-Pb定年方法主要是離子探針(SIMS)和激光等離子體質(zhì)譜(LA-Q/MC-ICPMS)。研究者對(duì)于微區(qū)的一般理解體現(xiàn)在分析區(qū)域大小上,即束斑直徑大小,在這方面上述兩種方法的常規(guī)分析區(qū)別不大,SIMS的束斑一般為10~30μm,LA-Q/MC-ICPMS的束斑一般為30~40μm,兩者的主要區(qū)別在取樣深度上,即樣品取樣體積的不同。常規(guī)分析條件下,LA-Q/MC-ICPMS方法取樣深度大約20~30μm,而離子探針?lè)椒ǖ娜由疃燃s為1μm。鋯石表面圖像(CL/BSE)反映的深度通常為1~2μm,因此離子探針?lè)椒ㄋ鶞y(cè)試的部分就是表面圖像所反映的情況,而激光方法所測(cè)試部分則可能隨深度變化而不同于表面圖像所體現(xiàn)的情況。因此,在進(jìn)行同一樣品兩種以上方法測(cè)試結(jié)果聯(lián)用時(shí)需要考慮這一點(diǎn)(如O同位素+U-Pb年齡+Hf同位素+微量元素)。離子探針?lè)治龇椒ǖ脑貦z出限非常低(一般為ppm~ppb級(jí)),空間分辨率可達(dá)亞微米級(jí),深度分辨率可達(dá)納米級(jí),可以分析元素周期表中絕大多數(shù)金屬和非金屬元素的豐度和同位素組成。因其高空間分辨率、高靈敏度的優(yōu)異性能,SIMS在微尺度分析測(cè)試精度方面保持著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),從而能夠有效揭示樣品在微尺度保存的豐富信息,在地質(zhì)年代學(xué)、地球早期演化、地球深部動(dòng)力學(xué)、巖石圈演化、天體化學(xué)與比較行星學(xué)、礦產(chǎn)資源和全球變化等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。國(guó)內(nèi)大型二次離子質(zhì)譜儀器的不斷引進(jìn)(北京離子探針中心的SHRIMPII和SHRIMPIIe-MC、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所CamecaIMS1280、CamecaIMS1280HR和NanoSIMS50L),大大提高了國(guó)內(nèi)原位微區(qū)研究分析的能力。鋯石U-Pb定年作為離子探針主要應(yīng)用之一,對(duì)于地球演化和地球動(dòng)力學(xué)的研究至關(guān)重要。為增進(jìn)研究人員對(duì)該研究手段的了解,筆者結(jié)合幾年來(lái)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),從離子探針儀器基本原理、儀器測(cè)試過(guò)程和數(shù)據(jù)誤差分析等多方面介紹離子探針?shù)喪疷-Pb定年技術(shù)及其新進(jìn)展。1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的應(yīng)用離子探針全稱(chēng)為二次離子質(zhì)譜儀(SecondaryIonMassSpectrometry)。離子探針的基本工作原理是當(dāng)固體樣品在真空中被帶有幾千eV能量的一次離子束轟擊時(shí),一次粒子通過(guò)復(fù)雜的碰撞過(guò)程將其部分能量傳導(dǎo)給樣品表面,導(dǎo)致樣品表面的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,逸出帶有樣品表面信息的碎片和粒子以及在碰撞中被樣品彈回的一部分一次離子,其中小部分粒子(0.01%~10%)被電離,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為粒子濺射。被電離的粒子稱(chēng)為二次離子,通過(guò)樣品表面的高壓加速后,進(jìn)入質(zhì)譜儀按照荷質(zhì)比實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜分離。通過(guò)接收器測(cè)量,與標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)比后可得到樣品表面的元素含量、同位素豐度和比值、深度剖析信息及二次離子圖像(圖1)。目前應(yīng)用在地球科學(xué)領(lǐng)域的高精度定量離子探針是以電磁鐵作為質(zhì)量分析器的磁式離子探針,最常用的大型離子探針主要有澳大利亞ASI公司生產(chǎn)的SHRIMP(SensitiveHighResolutionIonMicroProbe)系列和法國(guó)Cam-eca公司生產(chǎn)的IMS1270/1280(HR)系列兩種類(lèi)型,隨著儀器的改進(jìn)和升級(jí)換代,目前這兩種類(lèi)型的儀器在功能上已越來(lái)越相似。離子探針?lè)治鰳悠分薪饘匐x子等正電性離子時(shí)一般采用負(fù)電性一次離子激發(fā)樣品,可以獲得更高的離子產(chǎn)率,而分析負(fù)電性離子則采用正電性一次離子激發(fā)樣品。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期大量的試驗(yàn),目前離子探針裝備的一次離子源為雙等離子體氧源和蒸發(fā)性銫源,分別以高純氧氣和碳酸銫棒為原材料,其中氧源可提供O２＋、O－、O２－三種離子,銫源提供Cs＋離子。曾有多種模式試圖建立粒子濺射和二次離子發(fā)射過(guò)程的定量化模型,但至今尚沒(méi)有一種完美描述該機(jī)制的精確理論模型。從實(shí)際工作中觀察到,同一基體樣品中不同元素具有不同的離子產(chǎn)率,相同元素在不同基體中離子產(chǎn)率也不同,離子探針的定量分析需要以與未知樣品具有相同化學(xué)成分和相同晶體結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)樣品,在相同的儀器工作條件下分析建立校正曲線(xiàn)。因此,離子探針定量分析成功應(yīng)用的基石是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。離子探針技術(shù)在鋯石U-Pb定年方面的應(yīng)用已經(jīng)有30余年歷史,目前已經(jīng)積累了較多的鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品,如常見(jiàn)的91500［１］,TEMORA［２］,SL13［３］,Plesovice［４］,M257［５］以及我們自主研發(fā)的Qinghu［６－７］和Penglai［８］等,這也是鋯石微區(qū)分析方法得以迅速普及的重要原因之一。2離子檢測(cè)u-pb的年度分析流程2.1最佳混合式離子探針采用二次離子吹氧的方法將同質(zhì)異素離子和離子基U-Pb定年以放射性衰變定律為理論基礎(chǔ)。2３８U、２３５U分別以特定的速率衰變?yōu)榉€(wěn)定的２０６Pb、2０７Pb,半衰期分別為4.4683Ga、0.7038Ga。根據(jù)衰變方程可知,只要準(zhǔn)確獲得樣品的２０６Pb/２３８U、2０７Pb/２３５U、２０７Pb/２０６Pb比值,就可計(jì)算出樣品U-Pb年齡(包括２０６Pb/２３８U年齡和２０７Pb/２３５U年齡)和Pb-Pb年齡(２０７Pb/２０６Pb年齡)。離子探針U-Pb定年測(cè)試就是要精確獲得樣品的２０６Pb/２３８U、２０７Pb/２３５U、2０８Pb/２３２Th和２０７Pb/２０６Pb比值用以計(jì)算相應(yīng)年齡值。元素含量雖然并非年齡計(jì)算必需參數(shù),但U含量和Th/U比值有助于分析鋯石成因,因此也是必選的測(cè)量參數(shù)。離子探針?shù)喪疷-Pb同位素分析需要測(cè)量基體元素信號(hào)(一般是Zr的氧化物)以確定所測(cè)顆粒為ZrSiO４基體,需要測(cè)量U和Pb的相關(guān)信號(hào)以獲得Pb/U比值和Pb同位素比值。因U、Pb為正電性離子,樣品表面高壓需加正高壓以使正離子獲得能量而進(jìn)入質(zhì)譜系統(tǒng),一次離子則通常選擇負(fù)電性離子。雖然O２＋一次離子強(qiáng)度可以是O－或O２－的近10倍,但其激發(fā)的Pb＋產(chǎn)率只相當(dāng)于O２－的5%［９］,而且大幅增加了樣品消耗深度(達(dá)到8μm)。SHRIMP系列儀器較Cameca公司系列儀器磁體尺寸大將近一倍,在相同一次離子束強(qiáng)度條件下,鋯石Pb＋靈敏度上分別可達(dá)到18cps/ppm/nA和12cps/ppm/nA。對(duì)于CamecaIMS1270/1280(HR)離子探針,通過(guò)向樣品表面吹入少量高純氧氣(oxy-genflooding)可以將鋯石Pb＋離子產(chǎn)率提高2倍以上［７，１０－１１］,將斜鋯石Pb＋離子產(chǎn)率提高7倍以上(圖2)［１２］;對(duì)于SHRIMP系列儀器,這種吹氧措施僅能使Pb＋產(chǎn)率增加約20%［１３］,其原因目前尚不清楚。CamecaIMS-1270/1280/1280HR型離子探針進(jìn)行鋯石/斜鋯石U-Pb定年一般都采用向樣品表面吹氧的措施以增加Pb＋產(chǎn)率,提高測(cè)試精度。二次離子包括簡(jiǎn)單的單原子離子和大量復(fù)雜的多原子離子團(tuán),如２０４Pb＋質(zhì)量數(shù)為203.973,鋯石中的Si和Hf在二次離子激發(fā)過(guò)程中可以形成１７６Hf２８Si＋離子團(tuán),質(zhì)量數(shù)為203.9183,儀器質(zhì)量分辨率需要達(dá)到約3800才能將二者完全分開(kāi),重稀土Er、Yb、Lu可結(jié)合Si或O會(huì)構(gòu)成干擾Pb離子的多元離子,儀器質(zhì)量分辨率需達(dá)到5000以上才能將其分開(kāi)。因此為了精確測(cè)量某一個(gè)信號(hào),必須在二次離子的傳輸過(guò)程中將干擾離子剔除掉。離子探針通過(guò)調(diào)節(jié)二次離子通道中的物理狹縫改變質(zhì)量分辨率,狹縫關(guān)閉的越小,分辨率越高,但是二次離子損失的也越多,即傳輸效率越低。由于大型離子探針?biāo)?dú)有的大半徑磁場(chǎng)設(shè)計(jì),使其在保證高質(zhì)量分辨率的同時(shí)還能保證高的傳輸效率。CamecaIMS1280HR離子探針在傳輸效率為50%條件下質(zhì)量分辨率可以達(dá)到23000。通過(guò)分析可能帶來(lái)干擾的同質(zhì)異位素離子或離子團(tuán),就可以計(jì)算出SIMS分析所需的質(zhì)量分辨率條件,然后精確定位待測(cè)離子信號(hào)峰的位置。２３８U的半衰期大致相當(dāng)于地球年齡,即使最老的樣品也只２３８U衰變?yōu)椋玻埃禤b,因此鋯石中大多都是U含量大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Pb含量,因此精確測(cè)量Pb/U比值重要的是Pb信號(hào)的精確測(cè)定。鋯石U-Pb定年所需測(cè)量信號(hào)中(表1),２０４Pb是唯一非放射性成因的Pb同位素,是普通Pb校正的首選。但是,２０４Pb信號(hào)強(qiáng)度非常低,一般離子計(jì)數(shù)低于0.5cps(countpersecond),對(duì)其峰位置的精確定位是準(zhǔn)確測(cè)定2０４Pb的關(guān)鍵。在鋯石測(cè)試中,Zr作為主量元素,即使豐度非常低的９４Zr也可以獲得足夠高的９４Zr２１６O＋(203.806)信號(hào)峰,可以對(duì)此峰進(jìn)行精確定位,然后根據(jù)它與２０４Pb(203.973)的固定質(zhì)量差(0.167)計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度差,只需進(jìn)行固定量的磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)就可以確定２０４Pb信號(hào)峰的精確位置。這種小質(zhì)量差內(nèi)通過(guò)精確定位大信號(hào)離子峰,再偏轉(zhuǎn)到小信號(hào)離子峰的方法在Cameca離子探針儀器分析中經(jīng)常使用。二次離子被樣品表面的高壓加速后,經(jīng)過(guò)質(zhì)量分析器(包括靜電分析器和磁場(chǎng))到達(dá)接收器。根據(jù)質(zhì)荷比二次離子已經(jīng)被磁場(chǎng)色散,特定質(zhì)荷比的離子進(jìn)入接收器進(jìn)行測(cè)量。CamecaIMS1280(HR)型離子探針接收器分為兩部分:單接收器系統(tǒng)和多接收器系統(tǒng)。單接收系統(tǒng)配有一個(gè)電子倍增器和兩個(gè)法拉第杯,用于測(cè)量不同強(qiáng)度的信號(hào)。多接收器具有5個(gè)可移動(dòng)的接收位置,可接收約17%質(zhì)量范圍的信號(hào),每個(gè)接收位置上可以根據(jù)需要配置電子倍增器或者法拉第杯。鋯石U-Pb定年需要測(cè)量從基體信號(hào)峰９２Zr２１６O＋(196)到２３８U２１６O(270),質(zhì)量范圍達(dá)到35%以上,超過(guò)了多接收器的質(zhì)量接收范圍,所以,一般采用單接收器系統(tǒng)通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度逐個(gè)接收相應(yīng)質(zhì)荷比的離子。由于單接收器分析模式需逐個(gè)測(cè)試單一離子信號(hào),所以對(duì)于一次離子束的穩(wěn)定性要求較高。簡(jiǎn)單總結(jié),CamecaIMS1280/1280HR型離子探針常規(guī)鋯石U-Pb定年分析采用O２－作為一次離子束,分析束斑為20~30μm,向樣品表面吹氧以增加Pb離子產(chǎn)率,儀器質(zhì)量分辨率設(shè)置為7000(50%峰高)以排除主要同質(zhì)異位素的干擾(如HfSi、YO２等)［６，１４］,采用單接收系統(tǒng)以跳峰方式循環(huán)測(cè)量所需信號(hào)(表1)。2.2鋯石u-th-pb年齡年代學(xué)在離子探針二次離子激發(fā)過(guò)程中,元素或同位素并不是按照樣品中固有的比例離子化。例如,鋯石中的U經(jīng)一次離子O２－轟擊離子化后形成UO２＋/UO＋/U＋比例為3∶6∶1,而Pb幾乎全部離子化為Pb＋［１４］。不同元素離子化效率的差異、同一元素離子化后不同離子形式所占比例的不同以及各種離子傳輸效率的差別,導(dǎo)致二次離子質(zhì)譜接收器所測(cè)得的Pb＋/U＋和樣品真實(shí)的Pb/U值不同,稱(chēng)為儀器分餾效應(yīng),該效應(yīng)會(huì)因所分析樣品的基體(晶體結(jié)構(gòu)或化學(xué)成分)不同而表現(xiàn)出明顯的變化,被稱(chēng)為基體效應(yīng)［１５］。例如,CamecaIMS1280實(shí)測(cè)的鋯石２０６Pb＋/２３８U＋比值是其真實(shí)２０６Pb/２３８U比值的2~4倍,鈣鈦礦中這一比值為30~60［１６］,金紅石中可達(dá)7~200倍［１７］,對(duì)于斜鋯石,樣品表面吹氧氣和不吹氧氣條件這一比值差別很大,分別為7~10和0.5~0.8［１２］。由于基體效應(yīng)的存在,微區(qū)原位分析必須采用與未知樣品晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成相同且擬分析元素或同位素組成均一的樣品作為標(biāo)準(zhǔn)樣品,來(lái)校正未知樣品的元素含量和同位素比值。理想的單礦物U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)保持U-Th-Pb體系封閉,沒(méi)有明顯的晶格損傷,年齡范圍適中,可以精確測(cè)量其U-Pb年齡和Pb-Pb年齡。標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)法一般是已知標(biāo)準(zhǔn)樣品推薦參數(shù)值,在相同儀器條件下分析標(biāo)準(zhǔn)樣品獲得測(cè)量參數(shù)與推薦值的比例關(guān)系,然后應(yīng)用到未知樣品的測(cè)量值中計(jì)算其真實(shí)值。對(duì)鋯石U-Pb定年的Pb/U比值測(cè)定有如下關(guān)系:式中:un代表未知樣品;std代表標(biāo)準(zhǔn)樣品;Pb均為放射性成因Pb。鋯石中普通Pb含量通常非常低,即使不扣除普通Pb對(duì)最終年齡結(jié)果也影響甚微,但對(duì)于其他具有較高普通Pb含量的單礦物定年應(yīng)特別注意［１６，１８］。公式(1)的成立需要一個(gè)前提條件,即僅在相同的UｘO＋/U＋(x=1或2)情況下,未知樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品真實(shí)Pb/U比值的比例等于其相應(yīng)實(shí)測(cè)２０６Pb＋/2３８U＋之間的比例才成立。由于在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中未知樣品的UｘO＋/U＋比值與標(biāo)準(zhǔn)樣品的UｘO＋/U＋比值不一定完全相同,所以需要計(jì)算在給定未知樣品UｘO＋/U＋比值條件下標(biāo)準(zhǔn)樣品的Pb＋/U＋比值,即確定樣品的Pb＋/U＋與UｘO＋/U＋之間的函數(shù)關(guān)系式。Andersen和Hinthrone［１９］最早發(fā)現(xiàn)同一年齡的鋯石樣品Pb＋/U＋與UO＋/U＋之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系。在離子探針U-Th-Pb年代學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中,描述Pb＋/U＋與UｘO＋/U＋的代數(shù)關(guān)系有線(xiàn)性［２０］、指數(shù)［１９］、多項(xiàng)式［２１］等多種,直至現(xiàn)今廣為采用的冪函數(shù)關(guān)系［２２］。Pb＋/U＋與UｘO＋/U＋之間的冪函數(shù)關(guān)系式如下:式中a、b為常量。公式(2)等號(hào)左右兩邊分別取對(duì)數(shù)后則變?yōu)橐粋€(gè)線(xiàn)性關(guān)系表達(dá)式。如果幾個(gè)標(biāo)樣在同一條件下交互分析,就會(huì)出現(xiàn)圖3所示的幾條直線(xiàn),且應(yīng)該是相互平行的。由于單次分析樣品的測(cè)試數(shù)量是有限的,不同次測(cè)試所擬合的校正曲線(xiàn)斜率(公式(2)中b)必有一定的差異,這就需要實(shí)驗(yàn)室通過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣品以確定最佳擬合曲線(xiàn)方程。在SHRIMP定年的Pb/U分餾校正中,通常采用Pb＋/U＋與UO＋/U＋的冪函數(shù)關(guān)系式,冪指數(shù)或公式(2)求對(duì)數(shù)后的直線(xiàn)斜率為2［２２］。CamecaIMS1270/1280/1280HR型離子探針?shù)喪疷-Pb定年測(cè)試中通常Pb＋/U＋與UO２＋/U＋的冪函數(shù)關(guān)系式［７，１１，２３－２４］,該函數(shù)的冪指數(shù)或公式(2)求對(duì)數(shù)后的直線(xiàn)斜率為1.3［６－８］。通常單次測(cè)試中標(biāo)準(zhǔn)樣品與未知樣品以1∶3比例交替測(cè)試,使標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)能夠監(jiān)測(cè)到整個(gè)測(cè)試過(guò)程。結(jié)合公式(1)和(2),可以求得未知樣品的2０６Pb/２３８U比值為離子探針測(cè)試Pb同位素分餾不超過(guò)0.2%/amu［１３］,即在測(cè)試精度范圍觀測(cè)不到明顯的Pb同位素分餾,因此,測(cè)試２０７Pb＋/２０６Pb＋無(wú)需進(jìn)行分餾校正［７，１１，１３］。因?yàn)椋玻常窾/２３５U現(xiàn)今值為常數(shù)137.88,所以樣品２０７Pb/２３５U比值可以通過(guò)２０６Pb/２３８U和２０７Pb/2０６Pb比值計(jì)算得來(lái):在相同的測(cè)試條件下,若標(biāo)準(zhǔn)樣品與未知樣品基體信號(hào)(如鋯石９２Zr２１６O＋)相當(dāng),并且標(biāo)準(zhǔn)樣品中U含量已知,未知樣品的U含量可以通過(guò)下式獲得:式中Matrix＋代表基體信號(hào)強(qiáng)度。(Matrix＋/U＋)ｓｔｄ的計(jì)算與Pb/U分餾校正中(Pb＋/U＋)ｓｔｄ的計(jì)算類(lèi)似。Matrix＋/U＋與U２O＋/U＋之間的關(guān)系既可以采用冪函數(shù)關(guān)系［２５］也可以采用線(xiàn)性關(guān)系［１７］。CamecaIMS1280/1280HR離子探針通常采用Matrix＋/U＋與U２O＋/U＋之間線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系計(jì)算樣品U含量,公式如下:式中a、b分別為擬合直線(xiàn)斜率與截距。綜合公式(5)和(6)即可獲得未知樣品２３８U含量雖然２３２Th/２３８U并不包含年齡信息,但在鋯石成因解釋中具有重要參考價(jià)值。對(duì)于一個(gè)封閉體系式中λ２３２、λ２３８分別為２３２Th、２３８U的衰變常數(shù)。式中(eλ232ｔ-1)/(eλ238ｔ-1)自地球年齡到現(xiàn)今變化幅度只有0.246到0.319,獲得２０６Pb/２３８U年齡,就可以結(jié)合２０８Pb/２０６Pb的測(cè)定值計(jì)算得到Th/U比值,但這種計(jì)算Th/U比值的方法的前提是樣品U-Th-Pb體系保持封閉。在待測(cè)樣品U-Th-Pb體系封閉與否無(wú)法確定的情況下,可以通過(guò)U-Th-Pb體系保持封閉的標(biāo)準(zhǔn)樣品計(jì)算出樣品真實(shí)２３２Th/２３８U比值相對(duì)于實(shí)測(cè)２３２Th１６Oｘ＋/２３８UOｘ＋(x=1或2)比值的分餾系數(shù)(fＴｈ－Ｕ),然后fＴｈ－Ｕ與未知樣品２３２Th１６Oｘ＋/2３８UOｘ＋相乘即可獲得其２３２Th/２３８U比值。標(biāo)準(zhǔn)樣品Th/U比值與其實(shí)測(cè)２３２Th１６Oｘ＋/２３８UOｘ＋具有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,可以用公式表述為據(jù)此可以計(jì)算出fＴｈ－Ｕ。根據(jù)Th/U比值和U含量獲得Th含量。樣品Pb含量可以根據(jù)２０６Pb/２３８U和２３８U含量計(jì)算得來(lái):Pbppm=２０６Pbppm+２０７Pbppm+２０８Pbppm+２０４Pbppm;2.3外來(lái)人量法測(cè)量法放射性同位素定年是建立在放射成因子體和母體間的衰變定律基礎(chǔ)上的,而在樣品測(cè)試過(guò)程中不可避免地會(huì)有非放射成因子體同位素的存在。在U-Pb定年體系中,所有非放射成因的鉛稱(chēng)為普通鉛,包括體系封閉時(shí)的初始鉛、微裂隙中鉛、微包裹體中鉛以及樣品制備階段污染鉛。雖然在離子探針采集樣品信號(hào)前對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行的“表面清洗”(presputter)能夠有效清除樣品表面的大部分混入鉛,但測(cè)試獲得的樣品鉛仍是由放射性成因鉛和普通鉛兩部分組成,而計(jì)算年齡所需的是放射性成因鉛,因此要獲得準(zhǔn)確的U-Pb、Th-Pb和Pb-Pb年齡,普通鉛校正是必不可少的。普通鉛組成的估計(jì)是進(jìn)行普通鉛校正的前提。初始鉛同位素組成可以通過(guò)測(cè)量與未知樣品同源且達(dá)到同位素平衡的具高普通鉛組成的礦物(如斜長(zhǎng)石、方鉛礦等)或者在已知礦物年齡估計(jì)值的情況下由地球Pb組成演化曲線(xiàn)獲得［２６］。對(duì)于普通Pb極低的鋯石,普通Pb組成的選擇對(duì)定年結(jié)果影響甚微。普通鉛校正簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是計(jì)算普通鉛占總測(cè)試鉛的比例,然后按比例扣除。常用的方法是定義變量f２０６=２０６Pb普通/２０６Pb實(shí)測(cè),即普通２０６Pb占總２０６Pb的比例。則有:其中＊代表放射性成因。由２０６Pb＊/２３８U和２０７Pb＊/2０６Pb＊即可分別求得U-Pb和Pb-Pb年齡。因此,進(jìn)行普通鉛校正就歸結(jié)為計(jì)算f２０６。f２０６可以分別通過(guò)對(duì)測(cè)量的２０４Pb、２０７Pb、和２０８Pb計(jì)算獲得。２０４Pb為非放射性成因,實(shí)測(cè)２０４Pb全部為普通２０４Pb。利用２０４Pb進(jìn)行普通鉛校正的公式為2０４Pb校正方法因其假設(shè)前提條件最少,所以在進(jìn)行普通鉛校正時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇。其缺點(diǎn)在于２０４Pb豐度最低且易受同質(zhì)異位素干擾而測(cè)試精度低。這在f２０６極低的礦物測(cè)試中影響很小,但在f２０６高的礦物測(cè)試中,２０４Pb校正法通常不宜采用［１８］。2０８Pb校正方法可以理解為通過(guò)普通２０８Pb的量計(jì)算普通２０６Pb,實(shí)際樣品中因含有２３２Th衰變而來(lái)的２０８Pb,因此需要對(duì)這部分放射成因的２０８Pb進(jìn)行扣除。利用２０８Pb進(jìn)行普通鉛校正的公式為其中(２０８Pb/２０６Pb)＊可以根據(jù)樣品的估計(jì)年齡和實(shí)測(cè)２３２Th/２３８U比值由公式(8)計(jì)算。從公式(8)可計(jì)算得到,當(dāng)Th/U比值在7左右時(shí),(２０８Pb/２０６Pb)＊會(huì)非常接近(２０８Pb/２０６Pb)普通(約2.1),導(dǎo)致２０８Pb校正公式中分母可能無(wú)限小,從而帶來(lái)無(wú)限大誤差。因此,２０８Pb校正法僅適用于Th/U比值低的樣品,理想情況是樣品不含Th,則公式中放射成因比值項(xiàng)為0,公式簡(jiǎn)化為類(lèi)似于２０４Pb校正的公式。此外,２０８Pb校正方法假定了樣品中U-Th-Pb體系一直保持封閉狀態(tài),而實(shí)際上,由Th衰變而來(lái)的放射成因２０８Pb較由U衰變來(lái)的２０６Pb和２０７Pb更易于丟失,即樣品中Th-Pb體系較U-Pb體系更易于開(kāi)放,從而導(dǎo)致計(jì)算不準(zhǔn)確。第三種普通鉛校正方法是利用２０７Pb,其計(jì)算公式與利用２０８Pb進(jìn)行普通鉛校正類(lèi)似,即:其中(２０７Pb/２０６Pb)＊根據(jù)樣品的估計(jì)年齡由以下公式估算。公式中λ２３５為２３５U衰變系數(shù)。(２０７Pb/２０６Pb)＊顯生宙以來(lái)數(shù)值小且變化很小(0.058~0.046),因而２０７Pb校正方法適用于年輕樣品,但要求樣品U-Pb體系封閉。同源且U-Pb體系保持封閉的一組樣品,如果其f２０６變化范圍比較大,其測(cè)試數(shù)據(jù)在２３８U/2０６Pb為橫軸、２０７Pb/２０６Pb為縱軸的Terra-Wasserburg諧和圖中應(yīng)落在一條直線(xiàn)上(圖4直線(xiàn)CR),這條線(xiàn)與縱軸的交點(diǎn)即為樣品普通鉛的同位素組成2０７Pb/２０６Pb普通,與圖中諧和線(xiàn)的下交點(diǎn)即為樣品形成年齡。由相似三角形的比例關(guān)系,可得到這就是利用２０７Pb進(jìn)行普通鉛校正的圖形等價(jià)形式。因此,２０７Pb校正等價(jià)于在Tera-Wasserburg圖解中使樣品普通鉛組成(C)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(M)連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)與諧和線(xiàn)相交,獲得的交點(diǎn)(R)對(duì)應(yīng)的年齡即為樣品２０７Pb校正的２０６Pb/２３８U年齡(圖4)。3最小不確定度誤差的物理學(xué)定義為測(cè)試值與真值之差,然而真值是無(wú)法測(cè)定的,所以我們通常講的誤差實(shí)際是測(cè)試值與統(tǒng)計(jì)平均值之差,實(shí)際上是偏差。一個(gè)合理的數(shù)據(jù)表達(dá),不僅表現(xiàn)在最終的測(cè)定數(shù)值,其誤差同樣重要。低估測(cè)試誤差可能導(dǎo)致測(cè)試者誤以為年齡一致的數(shù)據(jù)之間存在差別,甚至導(dǎo)致將部分測(cè)試數(shù)據(jù)歸為離群數(shù)據(jù)。相反,過(guò)高估計(jì)測(cè)試誤差可能會(huì)掩蓋樣品年齡之間的真實(shí)差異。質(zhì)譜儀器測(cè)量精度有一個(gè)理論上的最小不確定度,即離子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差,某個(gè)離子信號(hào)的相對(duì)誤差理論值為總計(jì)數(shù)平方根的倒數(shù),因此一對(duì)離子比值(M/N)的理論誤差為可見(jiàn),信號(hào)越強(qiáng)、積分時(shí)間越長(zhǎng),儀器接收到的總計(jì)數(shù)就越多,理論上誤差越小。但是因?yàn)槎喾N不確定因素的影響,測(cè)量誤差會(huì)明顯大于理論誤差,而趨近理論誤差是測(cè)試的終極目標(biāo)。根據(jù)離子探針測(cè)試過(guò)程可知,２０７Pb/２３５U并非直接測(cè)量值,而是通過(guò)２０７Pb/２０６Pb、２０６Pb/２３８U和２３８U/２３５U(137.88)相乘計(jì)算得來(lái),因而２０７Pb/２３５U不具有獨(dú)立性,２０７Pb/２３５U誤差(２０７Pb/２３５U)ｅｒｒ由２０７Pb/２０６Pb誤差(２０７Pb/２０６Pb)ｅｒｒ和２０６Pb/２３８U誤差(２０６Pb/２３８U)ｅｒｒ傳遞而來(lái),因此與２０６Pb/２３８U誤差具有相關(guān)性,以ρ代表相關(guān)系數(shù),其計(jì)算公式為可以看出,２０７Pb/２０６Pb誤差越小,ρ越接近于1,即相關(guān)性越強(qiáng)。在Wetherill諧和圖(以２０７Pb/２３５U和2０６Pb/２３８U為軸)［２７］上投點(diǎn)時(shí)要用到ρ值,表現(xiàn)在單點(diǎn)的誤差橢圓上,ρ越接近1,橢圓長(zhǎng)軸方向延長(zhǎng)線(xiàn)越接近原點(diǎn),ρ越小,橢圓長(zhǎng)軸方向越平。２０７Pb/２０６Pb和２０６Pb/２３８U是獨(dú)立測(cè)量,主要對(duì)這兩項(xiàng)進(jìn)行誤差分析。3.1２pb-pb年齡測(cè)定2３８U和２３５U以不同的衰變速率分別衰變?yōu)?０６Pb和２０７Pb,從而使得放射成因的２０７Pb/２０６Pb同位素比值可以獨(dú)立計(jì)算年齡,稱(chēng)為Pb-Pb年齡。２３８U的半衰期接近地球年齡,２３５U的半衰期大體相當(dāng)于２３８U的1/6,因此地球形成至今,２３８U衰變了約一半,而２３５U僅剩原來(lái)的約1/2６,現(xiàn)今的２３８U/２３５U約為137.88。越老的樣品,放射成因的２０７Pb/２０６Pb越高;越年輕的樣品,放射成因的２０７Pb/２０６Pb比值越低,顯生宙(542Ma)以來(lái)放射成因的２０７Pb/２０６Pb變化范圍只有0.058到0.046,可見(jiàn)放射成因的２０７Pb量已經(jīng)非常低,這是精確測(cè)定Pb-Pb年齡的主要難點(diǎn)。U-Pb體系的衰變常數(shù)(λ２３５和λ２３８)是所有衰變體系中測(cè)定最為準(zhǔn)確的,２３８U衰變常數(shù)2σ誤差為0.107%,２３５U衰變常數(shù)2σ誤差為0.136%［２８］,在Pb-Pb年齡的計(jì)算中,衰變常數(shù)的誤差所占比例很低,通?？梢院雎浴b-Pb年齡誤差主要來(lái)自Pb同位素比值測(cè)量誤差和普通Pb校正誤差,具體而言是２０７Pb/２０６Pb和２０４Pb/２０６Pb測(cè)試誤差和普通Pb組成的誤差。由于Pb原子量很高,Pb同位素的儀器分餾非常小(小于0.2%)［１３］,相對(duì)于比值測(cè)試誤差和普通Pb校正誤差而言可不予考慮。在剔除了干擾離子影響后,Pb同位素測(cè)試誤差應(yīng)該趨近離子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差。如果測(cè)試誤差遠(yuǎn)大于離子計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差,則最大的可能性是測(cè)試區(qū)域存在兩種以上成分的混合,這樣的測(cè)點(diǎn)應(yīng)予剔除。Li等［７］對(duì)離子探針Pb-Pb年齡計(jì)算過(guò)程中普通Pb造成誤差的影響進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估,鋯石中普通Pb通常非常低,２０６Pb/２０４Pb誤差取決于２０４Pb計(jì)數(shù),誤差一般大于20%,在２０６Pb/2０４Pb>10000的情況下,普通Pb組成變化所帶來(lái)的年齡影響可忽略。除去衰變常數(shù)誤差、Pb同位素分餾誤差、普通Pb組成不確定誤差,對(duì)于Pb-Pb年齡影響最大的是２０７Pb/２０６Pb比值的測(cè)試誤差和普通Pb校正量。例如,1%的２０７Pb/２０６Pb比值誤差,所帶來(lái)的Pb-Pb相對(duì)年齡誤差隨年齡不同差異顯著,例如100Ma的樣品誤差為23Ma(相對(duì)誤差為23%),而45億年樣品則誤差為15Ma(相對(duì)誤差為0.3%)。對(duì)于年輕樣品,普通Pb的校正量帶來(lái)Pb-Pb年齡的變化非常巨大,例如對(duì)一個(gè)200Ma的樣品,即使２０６Pb/２０４Pb=10000,考慮到２０６Pb/２０４Pb的測(cè)試誤差(例如30%),經(jīng)過(guò)普通Pb校正則可以造成Pb-Pb年齡變化50~90Ma,相對(duì)誤差達(dá)到20%;而對(duì)于2000Ma樣品,相同情況下變化僅為15~30Ma,相對(duì)誤差小于1%。因此,一般認(rèn)為離子探針Pb-Pb年齡僅適宜于老的樣品,至少是前寒武紀(jì)的樣品。對(duì)于顯生宙樣品,如果必須進(jìn)行Pb-Pb定年并獲得較小的年齡誤差,則需要大幅提高Pb同位素測(cè)試精度。3.2２標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)量出現(xiàn)了大量的外部重現(xiàn)性,這也是測(cè)量結(jié)果隨離子探針?shù)喪疷-Pb分析只給出表觀的Pb＋/U＋比值,較實(shí)際的Pb/U比值偏大2~4倍,所以離子探針U-Pb定年不是直接測(cè)定Pb/U比值,而是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣品比對(duì)法,用以校正分餾巨大的表觀Pb/U比值。測(cè)試結(jié)果的誤差評(píng)估一般有兩個(gè)途徑,一是追溯計(jì)算過(guò)程中逐步傳遞的誤差;二是直接由最終結(jié)果來(lái)分析結(jié)果的重現(xiàn)性。理論上講,結(jié)果的重現(xiàn)性是最重要的,但對(duì)計(jì)算過(guò)程逐步傳遞誤差的分析可以了解造成結(jié)果誤差的主要來(lái)源。對(duì)于單次測(cè)量而言,Pb/U比值誤差由計(jì)算過(guò)程中各變量誤差傳遞而來(lái),主要是Pb/U比值測(cè)試精度、Pb/U分餾校正誤差以及普通鉛校正誤差。對(duì)一般鋯石而言,普通Pb非常低,例如當(dāng)２０６Pb/２０４Pb=10000時(shí),普通鉛的２０６Pb/２０４Pb比值雖然不能確切知道,但以地球鉛兩階段演化模型［２４］計(jì)算所得的Pb同位素比值賦予±2的誤差基本可以涵蓋絕大多數(shù)樣品的普通鉛２０６Pb/２０４Pb的變化范圍。普通Pb組成變化對(duì)最終結(jié)果所帶來(lái)的影響仍小于0.02%,所以可以不予考慮。部分測(cè)點(diǎn)可能由于測(cè)試區(qū)域微包裹體、微裂隙、顆粒小或分析區(qū)域超出顆粒范圍等原因?qū)е路浅５偷模玻埃禤b/２０４Pb,造成基體成分與鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品不一致,這樣的測(cè)點(diǎn)往往表現(xiàn)為離群值,應(yīng)予以剔除。Pb/U分餾校正是標(biāo)樣比對(duì)法,根據(jù)公式1,主要是計(jì)算出在未知樣品UOｘ＋/U＋(x=1或2)比值條件下標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)該具有的Pb＋/U＋比值,需要在與未知樣品相同儀器條件下多次測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣品以擬合出校正曲線(xiàn)來(lái)求得。以標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)點(diǎn)本身作為未知樣品,利用自身擬合的曲線(xiàn)來(lái)校正分餾,可以獲得一系列校正后的Pb/U比值,這一系列比值的標(biāo)準(zhǔn)偏差則代表了標(biāo)準(zhǔn)樣品分餾校正所需傳遞的誤差。在20~30μm常規(guī)分析條件下,鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品Pb/U比值外部重現(xiàn)性一般在0.5%~1.5%。離子探針測(cè)試未知樣的Pb＋/U＋和UOｘ＋/U＋(x=1或2)精度基本相當(dāng)于或略高于計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差。對(duì)于U-Pb年齡更為適用的<10億年的樣品,２０６Pb＊/２３８U都小于0.2,從離子探針信號(hào)強(qiáng)度上看,Pb信號(hào)強(qiáng)度明顯低于U信號(hào)強(qiáng)度,因而Pb/U比值測(cè)試精度主要取決于Pb信號(hào)強(qiáng)度高低。由樣品U含量和大致樣品年齡即可計(jì)算出２０６Pb含量,再由Pb離子化產(chǎn)率(一般為24cps/ppm/nA)和儀器一次離子束強(qiáng)度就可以計(jì)算得到２０６Pb應(yīng)具有的信號(hào)強(qiáng)度,設(shè)計(jì)適宜的積分時(shí)間就可以獲得理想的測(cè)試精度。如具有100×10－６U含量的100Ma鋯石樣品,則含有1.6×10－６２０６Pb＊,在10nAO２－作為一次離子束激發(fā)樣品的儀器條件下可以獲得約380cps信號(hào)強(qiáng)度,要獲得小于1%的測(cè)試精度,則至少需要10000個(gè)總計(jì)數(shù),因此需要10000/380=26.3s積分時(shí)間,分解到7個(gè)測(cè)試循環(huán)中,每次需約積分4s。由于一組樣品采用同一條件分析,積分時(shí)間固定,權(quán)衡數(shù)據(jù)精度和測(cè)試效率后,分析條件設(shè)定為對(duì)絕大多數(shù)樣品儀器測(cè)試精度保證優(yōu)于1%,只有U含量非常低或非常年輕的樣品點(diǎn)誤差會(huì)相應(yīng)偏大。按照Pb/U比值的計(jì)算公式,僅傳遞公式中所涉及的幾項(xiàng)誤差,最后的單個(gè)測(cè)試點(diǎn)表面精度一般低于1%。事實(shí)上單個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)果通常在1%精度內(nèi)并不能重現(xiàn),說(shuō)明傳遞計(jì)算公式所涉及的誤差并不全面,例如測(cè)試環(huán)境引起的誤差并未考慮在內(nèi)。討論數(shù)據(jù)最重要的是多次測(cè)量的重現(xiàn)性,因此,需要監(jiān)測(cè)離子探針測(cè)量數(shù)據(jù)長(zhǎng)期的外部重現(xiàn)性。每個(gè)特定研究樣品的年齡只是某次或某天的一次測(cè)量的結(jié)果,一般都不會(huì)在更換測(cè)試條件后重復(fù)測(cè)量。因此長(zhǎng)期外部重現(xiàn)性工作需由實(shí)驗(yàn)室以某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品作為未知樣品長(zhǎng)期測(cè)試完成。我們?cè)赨-Pb定年制靶過(guò)程中,除未知樣品外,都加入了兩個(gè)鋯石標(biāo)準(zhǔn)樣品(目前一般為Plesovice和Qinghu),其中一個(gè)作為分餾校正標(biāo)樣(Plesovice)以獲得校正曲線(xiàn),另外一個(gè)則作為未知樣分析(Qinghu),以監(jiān)測(cè)最終結(jié)果的可靠性。我們統(tǒng)計(jì)了連續(xù)半年內(nèi)以Plesovice鋯石作為分餾校正標(biāo)樣,Qinghu鋯石標(biāo)樣(U-Pb年齡=(159.5±0.2)Ma［６－７］)作為未知樣的160次測(cè)量共1374個(gè)單點(diǎn)數(shù)據(jù)的２０６Pb/２３８U年齡結(jié)果(圖5)。1374個(gè)鋯石單點(diǎn)測(cè)試２０６Pb/２３８U年齡1σ標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%,160個(gè)單次測(cè)量平均值的2σ標(biāo)準(zhǔn)偏差為1%。這個(gè)結(jié)果表明,即使在不同儀器條件下,單個(gè)鋯石測(cè)點(diǎn)年齡結(jié)果95%置信度區(qū)間內(nèi)只能在1.5%范圍內(nèi)重現(xiàn)(1σ),而多個(gè)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)平均后的離子探針U-Pb年齡結(jié)果在95%置信度區(qū)間內(nèi)可以在1%范圍內(nèi)重現(xiàn)(2σ)。這些數(shù)據(jù)告訴我們,某個(gè)單點(diǎn)測(cè)試的U-Pb表觀年齡數(shù)據(jù)可以有高達(dá)6%的極差變化,即兩顆鋯石表觀U-Pb年齡在6%范圍內(nèi)不宜于討論差異。多個(gè)測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)平均值會(huì)大幅降低平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差,某次測(cè)量會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)點(diǎn)多而使得最終定年結(jié)果統(tǒng)計(jì)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于1%,但仍應(yīng)按照1%的不確定度來(lái)理解離子探針數(shù)據(jù)結(jié)果的誤差。4我國(guó)子探針?shù)喪痷-pb年齡測(cè)定結(jié)果高分辨率大型離子探針?shù)喪疷-Pb定年技術(shù)從SHRIMPI開(kāi)始距今已經(jīng)有30多年的歷史,澳大利亞國(guó)立大學(xué)的SHRIMP實(shí)驗(yàn)室奠定了微區(qū)原位離子探針?shù)喪疷-Pb年代學(xué)的基礎(chǔ)。2001年我國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)大型離子探針SHRIMPII,成立了北京離子探針中心。10多年來(lái),這臺(tái)SHRIMPII對(duì)促進(jìn)了我國(guó)鋯石U-Pb同位素地質(zhì)年代學(xué)技術(shù)進(jìn)步、推動(dòng)我國(guó)固體地球科學(xué)的發(fā)展發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用。2008年中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所引進(jìn)了我國(guó)第一臺(tái)CamecaIMS1280型離子探針,開(kāi)展了更高精度和更高空間分辨率的鋯石定年新技術(shù)研發(fā)工作,取得了一些重要的進(jìn)展。4.1次離子束-核磁共振Pb-Pb定年需要高精度的Pb同位素分析,傳統(tǒng)的單接收器跳峰測(cè)試方法受積分時(shí)間、一次離子束穩(wěn)定性、磁場(chǎng)穩(wěn)定性等多方面影響,難以獲得顯生宙以來(lái)樣品的高精度Pb-Pb年齡。Pb-Pb定年計(jì)算只涉及Pb離子信號(hào),其質(zhì)量范圍很小,因此可以采用多接收器同時(shí)接收所需的Pb離子信號(hào)(２０４Pb、２０６Pb、2０７Pb、２０８Pb),較單接收方式在相同測(cè)試時(shí)間內(nèi)大大提高了對(duì)單個(gè)離子信號(hào)的積分時(shí)間。同時(shí)因?yàn)橐淮坞x子束的波動(dòng)對(duì)各個(gè)信號(hào)的影響相同,所以可降低一次離子束波動(dòng)對(duì)Pb同位素比值的影響。此外,CamecaIMS1280/1280HR型離子探針可采用核磁共振技術(shù)大幅提高磁場(chǎng)穩(wěn)定性,進(jìn)而提高分析精度。Li等［７］采用這一組合將２０７Pb/２０６Pb比值測(cè)試精度提高到0.2%以?xún)?nèi),從而首次獲得了中生代鋯石樣品高精度的Pb-Pb年齡。因僅涉及Pb同位素測(cè)量,不受基體效應(yīng)的影響,該方法不僅適用于鋯石,也可以應(yīng)用到其他礦物［１２，２９］,但考慮到普通Pb校正對(duì)Pb-Pb年齡的巨大影響,該方法僅適用于低普通Pb的樣品。對(duì)于晚中生代以來(lái)的樣品,Pb-Pb比值變化范圍非常小,微區(qū)分析方法尚不易獲得可靠的Pb-Pb年齡,年齡結(jié)果主要采用U-Pb年齡。4.2小束斑的定年分析一次離子聚焦在樣品表面的大小即研究者最為關(guān)心的分析束斑,通常情況下用均勻照明模式的一次離子束轟擊樣品表面,形成平底坑,以保證二次離子激發(fā)過(guò)程中Pb/U分餾的穩(wěn)定性。在一次離子通道的聚焦透鏡設(shè)計(jì)上相當(dāng)于將光源物像聚焦到無(wú)窮遠(yuǎn)處,最后的束斑大小取決于運(yùn)行通道上限制一次離子通過(guò)的一個(gè)物理孔大小。由于一次離子是有質(zhì)量的高能粒子,會(huì)逐步消耗物理孔邊緣,導(dǎo)致物理孔逐漸增大,因此這種模式通常適用于大于10μm的束斑分析,否則消耗過(guò)快,不能保證分析束斑大小的穩(wěn)定性。對(duì)于微小或具有復(fù)雜環(huán)帶鋯石,特別是隕石中鋯石或斜鋯石,其粒徑大多在5μm或更小,需要更小的束斑才能進(jìn)行有效的分析,因此開(kāi)展小束斑的定年分析成為重要需求。CamecaIMS1280(HR)離子探針具有另外一種一次離子聚焦模式,稱(chēng)為高斯模式,即聚焦到樣品表面的一次離子能量分布呈現(xiàn)為中間強(qiáng)、邊緣低的高斯分布模式,在樣品表面形成碟狀坑。這種模式有效避免了物理器件的過(guò)快消耗,對(duì)于小于10μm的分析則宜采用這種模式。Liu等［３０］采用高斯模式在<5μm尺度進(jìn)行了鋯石U-Pb定年分析,證明了在一定的一次離子