工作笔记锆石定年.docx

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工作笔记锆石定年

工作笔记——锆石定年

工作笔记—锆石定年

2014年4月4日，于中国地质科学院地质所，经与多接受等离子质谱实验室联系，老师安排我做两天LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年实验。

一、工作内容

整个锆石定年过程大致包括锆石分选、样品制靶、锆石U-Pb测年、分析测试数据。

我们的实验工作主要为锆石U-Pb测年，包括装靶/换靶→定位→吹气→打点→调数据→吹气→打点。

仪器运行几乎是全自动控制，我们的主要任务就是选好要测试的锆石颗粒以及每颗锆石要测试的年龄位置。

此次实验样品采自塔里木盆地前寒武纪基底的碎屑岩、变质岩、岩浆岩，测试时使用锆石标样GJ1、SRM610/620和91500作为参考物质。

二、工作流程方法

（一）锆石分选

锆石采集之前要对采样区的岩石出露情况、风化、剥蚀程度，岩浆活动的期次、成分，变质作用的程度、期次以及岩石成因机制等进行比较全面的了解。

锆石的主要成分是硅酸锆，由于岩石酸性不同，不同类型岩石一般采集重量不同。

偏酸性的岩类一般含锆石相对多一些，而偏基性岩类含锆石则相对较少。

对于花岗岩、流纹岩等偏酸性岩石，采集3~4kg重的样品就行；对于闪长岩、安山岩等中性岩石，通常采集7~10kg；而对辉长岩、玄武岩等偏基性岩石，一般采集40~50kg。

对采集样品进行机械粉碎（以不破坏锆石晶体形态为标准）、淘洗、重力分选或磁选、双目镜下把锆石分选开来。

（二）样品制靶

在双目显微镜下挑选锆石颗粒粘到双面胶上，加注环氧树脂，待固化后，将靶内锆石打磨至原尺寸一半大小。

样品靶抛光后在显微镜下拍摄锆石反射光和折射光照片，在等离子质谱实验室拍摄阴极发光（CL）照片。

（三）锆石U-Pb测年

实验根据锆石CL照片、反射光和折射光照片选择锆石测试位置，利用激光器对锆石进行剥蚀。

每个实验样靶一般粘有6~8个样品，每个样品可以根据情况测试不同数量的样点，而样点多时一般分成几组进行打点。

样点分组时，每组前后都有四个标样，即两个GJ1、一个SRM610/620和一个91500，其中SRM620不能出现在总体样点的首位位置且只出现一次。

1.装靶

首先用酒精擦拭样靶，直到样品附近镜片透亮没有油花；其次Bypass→手动装靶/换靶，要求：

粘有锆石一面向上，刻有样靶号侧面对着操作人员，轻拿轻放、不可碰标靶→Purge,Online。

2.定位

点position进行定位，如果没有该样品名，position→选中样品行某位置→Add,输入样品名→settocurrentposition。

一个样品建立一个文件夹，其中包括一个excel表格和一个记事本格式输出结果。

可复制已经完成的excel，更改样品名称，然后根据样品数进行分组，注意标样SRM620前后都要有样点且只出现一次。

Edit→deleteallthedata，清空原有数据；sequence→TotalSample修改样点数→set；worksheet→（查看个数是否对）把前两行点了（由黄色底变白）→Save。

3.打点

LA-MC-ICP-MS束斑的直径只有40~50µｍ，一颗100~200µｍ大小的锆石，可以在不同的位置打点，进而获得该锆石形成过程中几个不同的年龄。

所以要严格按照照片上的位置，选择测试分析的点位。

Position→edit→选择样品号；Run→ok→找到样点→ready→20s,fire→60s,stop；半分后打另外一个样点，期间定位下一个要打的样点。

Position→选择样品号→Moveto→close,找到样点

4.输出数据

每做完一个样品，会自动弹出对话框，ok→File→Reportandexport...→export→ok。

桌面上找到记事本式输出结果→打开根据输出时间确认是否是本次输出结果，复制记事本到该样品名文件夹内→再次打开确认。

（四）分析测试数据

一般利用锆石U-Pb谐和图和锆石Pb/U年龄频谱分析结果。

三、方法原理

锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。

由于锆石常含有Th、U，故测定锆石中的Th/U的含量的由它们脱变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U的比值，可测定锆石及其母岩的绝对年龄。

由于Pb同位素很难进入锆石晶格，锆石结晶时的U与Pb发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb同位素定年。

LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年是用激光剥蚀锆石使其气化,用Ar气传输到ICP-MS中进行分析，获得锆石矿物中U、Pb放射性同位素组成并计算U-Pb放射性同位素年龄。

自然界U具有3个放射同位素，其质量分别是：

238U、235U、234U，234U是238U衰变的中间产物，238U和235U通过一系列中间子体产物的衰变，最后转变成稳定同位素206Pb和207Pb。

Th只有一个同位素232Th,属放射性同位素。

自然界存在的其他U、Th同位素都是短寿命的放射性同位素，数量极微。

Pb有四种同位素：

204Pb、206Pb、207Pb、208Pb，都是稳定同位素，其中仅204Pb是非放射成因铅，其余3个同位素既有放射成因组分，又有非放射成因组分，它们分别是238U、235U、232Th经一系列衰变后的最终产物。

U-Pb年龄测定基于238U和235U放射同位素的衰变过程。

U-Pb衰变体系以双重衰变为特征：

铀的两个放射性同位素235U和238U以不同衰变速率分别衰变成铅的两个稳定同位素207Pb和206Pb。

除了可以从测定207Pb/235U和206Pb/238U比值计算地质年龄外，还可以测定206Pb/207Pb比值计算另一年龄。

一个地质样品可以同时获得三个不同的年龄，可以进行结果可靠性的检验，进行体系内部的自检和校正。

若三组年龄一致，表明锆石中U-Pb体系启动后，一直保持封闭，没有发生铀和铅的得失，年龄结果是谐和的。

根据U-Pb同位素分析可以获得三组年龄：

206Pb/238U，207Pb/235U，和207Pb/206Pb，通过对比可获得更可信的年龄数据。

锆石是地质研究中最常用的进行同位素年龄测定的矿物，也是目前测定岩浆结晶和峰期变质作用年龄最理想的矿物，在花岗岩、碎屑岩中都有很多锆石。

通过测定锆石年龄，可以获得花岗岩、火山岩等火成岩形成年龄，从而了解取样区是否受到某构造事件的影响，也可以获得变质岩的变质作用年龄，以及碎屑沉积岩的年龄下限和碎屑物源等等。

岩浆锆石形成于基本可自由生成的岩浆悬浮环境，通常结晶为自形--半自形的柱状、双锥状，其内部通常具有与晶体生长边界基本一致的岩浆震荡环带结构，震荡环带的宽度与锆石结晶时熔浆的温度、元素扩散速率相关，高温条件下常常形成较宽的结晶环带，如橄长石、辉长石中的锆石；花岗岩等结晶温度相对低的中酸性岩中结晶锆石的震荡环带通常窄而密。

变质锆石是变质作用过程中矿物分解产生的Zr、Si重新结晶或在变质流体作用下形成的锆石，即它们都是具有复杂结构的锆石，可具有浑圆形、它形、半自形、自形等多种晶体形态。

变质锆石发育多晶面，没有锥面和柱面之分，常具圆化的外形，它实际上是多晶面造成的假象，且变质增生和变质重结晶的形成机理时期内不多呈现无分带，弱分带，云雾状分带、扇形分带、冷杉叶状分带、面状分带、斑杂状分带、海绵状分带和流动状分带。

流体改造结构，流体对锆石的改造作用在薄片中和阴极发光照片中都能清楚地鉴别出来。

锆石的内部主体呈三角形、港湾状等不规则的形态，锆石的边部常穿插至内部主体，形成各种形式的蚕食结构。

受流体改造的边部年龄，往往集中于一个十分狭小范围内，且受流体改造的边部，由于U含量低，不易再次产生放射性损伤，因而其年龄可记录最后一次低级地质事件。

碎屑岩锆石稳定性强，且U-Pb定年测定数据精度高，可以提供物源形成的准确年代，进而研究物源沉积时代和周边大地构造背景。

锆石磨蚀程度较高,椭圆形状锆石较多,磨圆度高,分选较好,表明其经历长距离搬运,距物源区较远；而锆石遭受一定的磨蚀,多保持较好的晶形,尖棱较多,磨圆度较低,分选较差,表明距物源较近。

四、主要收获

1.专业知识和操作能力

这次实验让我学习了解到了更多同位素年代学中锆石U-Pb定年的专业知识，为以后做锆石定年的深入学习打下了小小的基础。

同时在实验操作中将理论与实践相结合，既加深了理论认识，也不断增强了动手能力。

2.认真、细心

做任何事都逃不过认真二字。

生活中的事情、工作中的事情，特别是科学实验中少不了认真、细心。

因为科学是严谨的，有时细微的变化，比如锆石打点中激光fire快慢几秒、一颗锆石中不同的测试位置，对实验分析结果都是有影响的。

3.学习态度

正如人生态度决定人生道路一样，学习态度决定了学习的广度和深度。

三人行必有吾师、处处留心皆学问，学习、生活中只有多看多问，才能学到更多、掌握更多；勤思考、多做笔记，才能走的更远。

4.基本素质

会做会说会写。

做学问或研究，不仅要会做，还要会说会写，与他人进行交流，只有这样才可以学到更多，进而不断积累知识。

想要有更多的时间和精力学习，必须有良好的身体素质。

做实验或项目中有时需要长时间工作，所以只有有个良好的身体素质才能更好的工作。

五、存在问题及解决问题的想法

1.元素分馏

元素分馏是指所测定的同位素比值随时间而发生的变化。

它的产生有多种因素的影响，但主要是在激光剥蚀和元素在被电离化时产生。

不同类型激光（266、213、193、157nm）的分馏情况不同，激光器的类型及参数的选择是能否获得稳定的信号和尽可能克服元素分馏的重要步骤。

研究发现，束斑直径与分馏系数之间存在一定的函数关系，且这一关系式对某一仪器是固定的，而并不随测定物质的不同而有改变。

关于在特定仪器状态下元素分馏程度问题，部分学者认为，随激光剥蚀的不断进行，其分馏程度与时间呈线性关系。

但有的学者发现，当剥蚀深度达到一定比例后（与束斑直径大小相关），其分馏程度并不表现为随时间而逐渐增大，而是出现逆转而呈现降低的趋势。

这就要求在实际测定过程中，激光剥蚀的时间不能过长。

2.基体效应

大多数研究者在实际工作过程中，尽可能采用与未知样品相同或相近的标准锆石来进行各种类型的校正。

但在一定的仪器条件下，影响LA-MC-ICP-MS锆石定年的主要技术问题是元素的分馏。

而根据大多数研究结果，针对特定的仪器状态，元素的分馏主要与激光束斑的大小有关，而与测定物质的性质（锆石、玻璃或其它矿物）无关。

所以有些研究者认为LA-MC-ICP-MS可对多种矿物进行U-Pb定年，而不必过多考虑所使用的外部标准的性质。

可进行大量实验，来分析对其它矿物的U-Pb定年是否合适。

3.LC照片中颗粒锆石颜色常见内部浅边缘深

一般锆石晶体的颜色愈深，其U、Pb含量愈高，形成的时代相对老一些；反之，无色透明的自形晶体，其U、Pb含量相对较浅，形成时代相对较新一些。

此外锆石晶体的颜色与其结晶时的酸碱度也有一定关系。

可首先从以上两方面进行探讨研究。

4.如何区分变质增生与深熔增生

变质锆石内部通常见有极小的碎屑锆石晶核，在晶核之上形成增生，自晶核朝外发育众多的生长区，构成特征的环带结构，冷杉叶状环带、辐射状环带和面状的生长条带。

变质增生锆石具有多晶面状-不规则状-规则状外形，与原岩残留锆石之间有清晰的界限。

深熔锆石指深熔片麻岩形成过程中晶出的锆石，通常呈规则的长柱状或短柱状自形晶，少量的深熔锆石内部均匀，大部分锆石的共同特征是存在晶核和增生，二者之间界线清晰。

晶核可能是继承性的、原岩的锆石，增生则是深熔作用的结果。

典型的深熔锆石由晶核、具韵律环带的增生和边缘层组成，并可观察到边缘层朝内穿插的现象。