微量原位分析仪器SHRIMP的产生与锆石同位素地质年代学
一、LA-ICPMS锆石U-Pb测年技术
U-Th-Pb法定年的主要矿物
开展其它单矿物测年最大的制约因素：匹配的国际标准
锆石的主要应用
最常见副矿物，广泛存在于不同地质体中，抗风化能力强。 U-Pb：最理想的测年对象 Hf：HfO2高达 % ，Hf同位素示踪 O： ZrSiO4,锆石O同位素示踪 Ti：锆石Ti温度计 Y和REE：判断寄主岩石的类型（岩浆锆石），可以指示 锆石的形成环境（变质锆石）。 Ce3+/Ce4+：氧逸度计 锆石——地学研究最重要的矿物 Zirconology(锆石学)
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LA-ICP-MS能够作什么？
• • • • • • • 同位素比值分析（精度低） 元素含量分析（主、微量） 整体分析(低空间分辨率， 剥蚀直径0. 1 ～4mm， 剥蚀量为1 μg ～0. 1g) 微区分析（高空间分辨， 剥蚀直径1 ～100 μm， 剥蚀量为1pg ～1μg) 空间分辨分析（高、低空间分辨） 深度分析 扫面分析（Mapping）
残留的锆石核形状不规则， 与环带有熔蚀边，
打点时要避 开裂隙和包 体
可能是古老的核
可能不是古老的核
岩浆锆石一般都打环带比较好的边部，如果有核，核部年龄代表 岩浆结晶前残留基底的时代，边部年龄代表岩浆结晶的年龄。 打点时绝对禁止核边混合
锆石CL图像特征
对于碎屑锆石，要多打不同类 • 较规则的外形 型的锆石 • CL较亮，无分带、弱分带或斑杂状分带 • 重结晶区域常常切割岩浆环带、无明显界限
LA-ICPMS锆石U-Pb测年技术
主要内容
一、 LA-ICP-MS介绍 二、锆石U-Pb年代学 三、激光剥蚀样品制备（靶） 四、激光剥蚀数据处理
一、 LA-ICP-MS介绍
LA-ICPMS是什么
• 激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪——Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry（缩写为LA-ICPMS） • 基本原理：将激光微束聚焦于样品表面使之熔蚀 气化,由载气将样品微粒送入等离子体中电离,再经 质谱系统进行质量过滤,最后用接收器分别检测不 同质荷比的离子。
锆石SHRIMP定年原理和方法
锆石SHRIMP定年原理和方法锆石分选采用常规重力分选和显微镜下手工挑选的方法进行，具体是将岩石样品粉碎成60目左右，通过淘洗和使用重液等物理方法分离锆石，然后在双目镜下精选、剔除杂质。
然后将其与标准锆石（TEM，417 Ma）一起粘贴，制成环氧树脂样品靶，打磨抛光并使其露出中心部位，进行反射光透射光和阴极发光显微照相，阴极发光图像用以确定单颗粒锆石晶体的形态、结构特征以及标定测年点。
最后，用超声波在去离子水中清洗约10分钟后，镀金膜并上机测年。
在分析中，采用跳峰扫描记录Zr2O+、204Pb+、背景值、206Pb+、207Pb+、208Pb+、U+、ThO+和UO+等9个离子束峰值，每5次扫描记录一次平均值：一次离子为4.5nA，10kV的O-2，离子束直径约25~30um：质量分辨率约5400（1％峰高）：应用SL13（572Ma，U=238×10-6）标定样品的U、Th及Pb含量，用TEM（417Ma）标定样品的年龄。
为了尽量降低锆石表面普通Pb和镀金过程中的污染，测定过程中先将束斑在120um 范围内扫描 5 分钟，具体测试条件及流程见Compston等（1992）、Williams（1998）、宋彪（2002）等。
数据处理采用SQUID1.0和ISOPLOT 程序，普通Pb一般根据实测204Pb及Cumming等(1975)模式铅成分校正：单个测试数据误差和206Pb/238U 年龄的加权平均值误差均为95％置信度误差(1σ)，对年轻的岩浆锆石，采用206Pb/238U 年龄；对较老的继承锆石，采用207Pb/206Pb 年龄。
206Pb/238U 年龄的加权平均值,即谐和年龄，用谐和图表示，谐和图是锆石同位素地质年代学最常用的图解，它是以207Pb／235U 和206Pb/238U 为坐标，t为参数的超越方程(207Pb/235U=te*λ－1和206Pb/238U =t eλ－1，其中λ*和λ分别是235U 和238U的衰变常数)的轨迹――谐和线。
锆石同位素年代学
初始离子 (O-/Cs+) ±10kV
二次离子
中子/分子 (> 90%) 离子化原子/分子 二次电子 反弹的一次离子
样品 ±10kV
Sample
简化工作原理图
二次离子的引出
二次离子的运移
静电场使不同能量的离子偏转和聚焦
SIMS特点
优点： 精度高，分辨率高，测试所需的样品量极少
缺点： 价格昂贵
“中产阶层”的微区探针 (E)LA-ICP-MS ?
(Excimer) Laser Ablation Inductively Coupled
Plasma Mass Spectrometry
常规ICP-MS的工作原理
双离子源多接收器高灵敏度高分辨率二次离子质谱仪
法国CAMECA 公司
1970’s — IMS 3/4/5/6/7f系列 1990’s — IMS 1270 / NanoSIMS 50 目前产品: IMS 1280 (HR); NanoSIMS 50L
Cameca IMS 1280 中国：2007年引入Cameca IMS 1280, 2010年 NanoSIMS
(MCP)
L o w e stm a s tra je cto ry
离子信号
C o le cto r
m o tio n a xis
L '2
F in n ig a n
L2
ch a m b e r
Wirn g
直接成像 ch a m b e r
CASIMS 中国科学院地质与地球物理研究所离子探针实验室 Chinese Academy of Sciences SIMS
微理原位分析仪器SHRIMP的产生与锆石同位素地质年代学
维普资讯
第 １期
宋 彪 等 ， 量 原位 分 析 仪 器 Ｓ Ｉ 微 ＨＲ ＭＰ的 产 生 与 锆 石 同 位 素 地 质 年 代 学
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质年 代 学 家而 言 ， 是拥 有 一 种 用 于解 决 同位 素 就 地 质 学 问题 的微 区原位 分 析 仪器 。
Ｓ Ｉ ＨＲ ＭＰ专 门 为 同位 素 地 质 学 和 地 球 化 学 （ 包括 宇 宙 同位 素 年代 学 、 宙 地 球 化 学 ） 计 ， 宇 设
可 以进 行 ２ ０微 米 范 围 内 的原 位 （ —ｓｔ ） 位 ｉ ｎ ｉ 同 ｕ
范 围 内 的混 合信 息 。在对 事 物认 识 的初 期 ， 品 样 的 不 均一 性 或许 对 结 论 的 正 确 性 没 有 太 大 的 影
Ｍ ａ ． ０２ ｒ ２０
微 量原 位分 析仪器 Ｓ ＨＲＩ Ｐ 的 产 生 与 Ｍ 锆 石 同 位 素 地 质 年 代 学
宋 彪 ，张 玉 海 ，刘 敦 一
（ 京 离 子 探 针 中 心 ， 国地 质 科 学 院 地 质 研 究 所 ， 京 １ ０ ３ ） 北 中 北 ０ ０ ７
摘要 ： 文对 Ｓ 本 ＨＲＩ ＭＰ 的 产 生 基 础 进 行 了 分 析 ， ｓ ＲＩ Ｐ产 生 过 程 及 设 计 思 想 、 术 特 征 进 行 了 介 绍 ， 对 Ｈ Ｍ 技 阐 述了 Ｓ Ｉ ＨＲ ＭＰ在 同位 素 地 质 学 、 其 是 锆 石 同位 素 地 质 年 代 学 的应 用 和 贡 献 。 尤 关 键 词 ：ＨＲＩ Ｓ ＭＰ 原 位 分 析 ； 量 ； 器 ； 微 仪 同位 素地 质 年 代 学
管很 微 量 ） 环 境 的 污 染 ， 能 保 持 测 定 对 象 原 对 又
锆石U-Pb同位素定年的原理、方法及应用
锆石U-Pb同位素定年的原理、方法及应用高少华;赵红格;鱼磊;刘钊;王海然【摘要】通过查阅大量中外文献,结合作者实验经过,对锆石的地球化学特征和内部结构,锆石U-Pb同位素定年的原理、定年方法的优缺点及地质应用等问题进行了讨论.结果表明,岩浆锆石与变质锆石在地化和内部结构方面具有不同的特征；定年的原理是利用U-Pb衰变方程得到206 pb/238U、207 pb/235U和207pb/206Pb 3个独立年龄；定年方法各有优缺点,应用时应根据从样品中分选出的锆石数量、粒度、内部结构、定年精度等因素,灵活选择；锆石U-Pb年龄常用于沉积盆地物源分析、岩体的年代约束及成矿年代学与韧性剪切带定年中,应用时要结合地质背景,对定年结果进行合理解释.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2013(031)003【总页数】7页(P363-368,408)【关键词】锆石;U-Pb同位素;原理;定年方法;地质应用【作者】高少华;赵红格;鱼磊;刘钊;王海然【作者单位】西北大学地质学系,陕西西安710069;西北大学地质学系,陕西西安710069;西北大学地质学系,陕西西安710069;西北大学地质学系,陕西西安710069;西北大学地质学系,陕西西安710069【正文语种】中文【中图分类】P597+.31.1 锆石的地球化学特征锆石的氧化物中ω(ZrO2)占67.2%、ω (SiO2)占32.8%，ω(HfO2)占0.5%～2.0%，P、Th、U、Y、REE以微量组分出现。
锆石的常量元素、微量元素在不同类型的岩石中具有一定规律［3，8］，岩浆锆石具有晶体核部到边缘或环带内侧到外侧ZrO2/HfO2减小，而HfO2、UO2+ThO2增大;变质锆石与之相反［9］。
成因不同的锆石具有不同Th、U含量及Th/U比值［10］:岩浆锆石Th、U含量较高、Th/U比值较大(一般＞0.4);变质锆石Th、U含量低、Th/U比值小(一般＜0.1)［11，12］。
锆石成因矿物学与同位素研究综述
锆石成因矿物学与同位素研究综述作者：郑改红张藤藤来源：《科学导报·学术》2019年第49期摘 ;要：锆石是一种常见的副矿物，广泛存在于岩浆岩，变质岩和沉积岩中，具有高度稳定性的矿物，具有稳定的晶体结构，在经历风化、搬运、剥蚀等各种地质过程中内部结构不容易发生蚀变从而使其保存下来。
近年来越来越多的学者对锆石进行研究。
不同成因类型岩石中的锆石具有不同的结构特征，对锆石成因类型的准确判断是正确理解锆石U-Pb年龄意义的关键。
通过对锆石微量元素，稀土元素和同位素特征进行研究，再结合锆石的阴极发光图像（CL）、背散射电子图像（BSE）等，能够指示岩石的来源和成因。
关键词：锆石;结构特征;U-Pb定年由于锆石在各类岩石中广泛存在，是一种非常好的定年矿物。
锆石的U-Pb定年方法目前应用最广泛的仪器是激光剥蚀等离子体质谱法（LA-ICPMS），本文主要研究由于不同的形成环境而导致不同结构特征的锆石石并结合原位微区测试技术对微量元素和同位素进行研究，从而推测其生长环境，形成过程，指示其来源和成因。
对所测出来的锆石年龄进行解释时，应该结合其矿物学的结构特征。
1 不同成因锆石的结构特征进行锆石定年首先要区分锆石的种类，区分岩浆锆石，变质锆石，热液锆石的主要方法就是观察样品的内部结构。
在对锆石内部结构进行研究时一般会用HF酸蚀刻图像、背散射（BSE）图像、阴极发光电子（CL）图像等来观察其内部结构。
2 锆石的化学成分特征及在岩石成因中的应用根据锆石的U和Th的含量不同来判别锆石的类型，锆石的Th/U比值被用作判断其成因的标志，如果Th/U 比值>0.10就认为它是岩浆锆石，反之，则认为是变质锆石，尽管大部分变质锆石的Th/U含量低，但还是有一些变质锆石的Th/U含量大于0.10，如重结晶锆石和高温变质作用中的锆石其Th/U往往偏大。
影响锆石中Th和U的含量的原因比较复杂，其中包括整个环境中的Th、U含量，以及这两种元素进入不同矿物的能力不同锁导致。
锆石特征及地质应用研究综述
锆石特征及地质应用研究综述摘要就前人对锆石的特征以及地质方面应用的研究进行总结性的论述。
从锆石的微区原位测试方法，年代学，微量元素，稀土元素，同位素等特征入手，综合其他特征，突出说明锆石在地质研究中的重要性。
关键词锆石年代学微量元素稀土元素同位素锆石（英文名称：zircon）是一种硅酸盐矿物，它是提炼金属锆的主要矿石。
锆石广泛存在于酸性火成岩，也产于变质岩变质岩和其他沉积物中。
锆石的化学性质很稳定，所以在河流的砂砾中也可以见到宝石级的锆石。
锆石有很多种，不同的锆石会有不同的颜色，如红、黄、橙、褐、绿或无色透明等等。
经过切割后的宝石级锆石很像是钻石。
锆石可耐受3000℃以上的高温，因此可用作航天器的绝热材料。
针对用于锆石等副矿物测试的离子、激光、电子和质子探针等几种微区原位测试手艺各自的地质及特点，锆石U-Pb 实现了对统一锆石颗粒内部不合成因的锆石域进行原位春秋的分析,给出了有关寄主岩石的源岩、地质演化历史等首要信息,为地质过程的邃密春秋框架的成立供给了有用的路子。
锆石微量元素、同位素特征是译解岩石来历和成因的指示器。
锆石Hf 同位素已成功地用于地球早期历史、岩浆来历、壳幔彼此传染打动、区域大陆地壳增添的研究等;锆石氧同位素组成能有用地约束壳幔彼此传染打动和示踪岩浆来历等。
随着能够显示矿物内部复杂化学分区的成像手艺和高分辩率的微区原位测试手艺的成长和普遍应用,研究颗粒锆石等副矿物微区的化学成分、春秋、同位素组成及其地质应用等已成为国际地质学界研究的热点。
锆石U2Pb 法是今朝应用最普遍的同位素地质年月学编制,锆石的化学成分、Hf 和O 同位素组成普遍应用于岩石成因、壳幔彼此传染打动、区域地壳演化的研究等,对地球上古老锆石的化学成分和同位素的研究是追朔地球早期历史的有用工具。
1 微区原位测试手艺锆石等副矿物在地质学中的普遍应用与近年来原位分析测试手艺的快速成长密不成分。
代写论文今朝已普遍应用的微区原位测试手艺首要有离子探针、激光探针和电子探针等。
同位素地质年代学中主要定年方法概述
同位素地质年代学的定年方法概述一些元素(K,Rb,Re,Sm,Lu,U和Th)的自然长寿命放射性同位素,衰变为另种元素稳定同位素的作用,广泛应用于岩石和矿物的年龄测定。
这种测年提供了关于地球地质历史的信息,并已用于标定地质年代表。
地质过程时间维的确定是一项重要而复杂的研究任务。
准确标定某一地质体的年代是区域地质学、地球化学、矿床学和大地构造学研究中不可缺少的内容,对于区域地史演化规律的研究和找矿方向的确定,都具有十分重要的理论和实际意义。
可以说，现代岩石学在很大程度上已经离不开同位素地质学的研究。
在上一世纪60-80年代Sr、Nd、Pb 等同位素地质理论蓬勃发展并逐渐成熟的形势下，Re-Os、Lu-Hf等新的同位素体系也在快速发展。
近年来,由于各种新型同位素分析仪器的开发利用和分析测试技术方法上的迅猛发展,例如新一代高精度、高灵敏度、多接收表面热电离质谱仪(TIMS TRITON)、多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和高灵敏度高分辨率离子探针质谱（SHRIMP）技术的开发和利用,大大拓宽了各种同位素新技术方法在地球科学各个领域中的应用,并取得了一系列令人瞩目的新发现和新认识。
目前,地质体的定年主要采用的是K-Ar法、40Ar-39Ar法、U-Pb法、Pb-Pb法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等,已经获得了非常丰富的资料。
然而,由于地质作用过程的复杂性、多期性和测年方法及测试对象的局限性,对已经获得的年龄数据,不同的学者往往有不同的地质解释。
因此,开展同位素定年方法学中的适用性和局限性有关问题的研究,不仅有助于重新认识、评价和应用已有的资料,而且有利于今后工作中同位素定年方法的改进。
一、K-Ar法和40Ar-39Ar法常规的K-Ar法定年主要建立在两个基本的假设条件之上。
①矿物或岩石形成以后,对钾和氩保持封闭体系,既没有钾和氩的加入,也没有钾和氩的逃逸。
②矿物或岩石中不含有大气氩;如果含有氩,则只能由大气混染造成,可以进行常规法定年的大气混染校正(穆治国,1990)。