2021-05-21 13:54:02, 分析中心 岛津企业管理(中国)有限公司/岛津(香港)有限公司
地质年代的测定是地质过程及动力学研究中的重要课题,离子探针质谱(SIMS)、激光显微探针等原位定年技术的引入,特别是高分辨SHRIMP以及激光剥蚀LA-ICPMS等测试技术的发展,极大地推动了地球动力学演化过程的研究。
相对于上述仪器,电子探针测年具有成本低、方便快捷、原位、无损等特点,由于电子探针电子束可以压缩至纳米级别,用于元素分析的特征X射线空间分辨率为微米级别,激发源比其它仪器高一个数量级,针对不均匀微区的定年,电子探针显然是更佳选择。
岛津EPMA-8050G场发射型电子探针
独居石电子探针测年由日本名古屋大学Suzuki等人首次依据经典等时线算法提出,国内学者等也进行了相关研究。
独居石,因经常呈单晶体而得名,是一种含有铈和镧的磷酸盐矿物,亦称磷铈镧矿,化学组成为(Ce,La,Nd,Th)PO4,是提炼铈、镧的主要矿物,主要产于伟晶岩、花岗岩及与之有关的期后矿床中,共生矿物可有氟碳铈矿、磷钇矿、锂辉石、锆石、绿柱石、磷灰石、金红石、钛铁矿、萤石、重晶石或铌铁矿等。
独居石定年的原理是以放射性核素衰变理论为基础,假设初始铅(非放射性成因铅)含量忽略不计,整个系统封闭,U、Th、Pb不对外发生迁移。在一定条件下通过电子探针测试矿物中的U、Th、Pb含量,经过数据处理计算进而得出矿物的年龄。显然,U、Th、Pb 的含量直接影响定年的计算结果,所以独居石的定年关键是如何提升元素的测试准确性。
由于稀土线系繁杂,不同元素之间的特征能量(特征波长)非常邻近,元素之间相互干扰非常严重的。下图可以看到, Gd Lα和Ce Lγ,以及Pr Lα和 La Lβ几乎完全重叠,故而无法使用常规的方法和默认的参数进行测试。
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岛津电子探针测试独居石地质定年技巧
定性分析测试时间可延长10至15min,照射束流200nA以上,以获得更高灵敏度的元素测试谱图,并做好特征峰位的解析。针对U、Th、Pb三个元素需要进行精细谱的扫描(使用状态分析模式)。
针对每一个元素,确认其特征峰位和两个背景峰位,避开干扰。特征峰有干扰的处理方式,可以选择副峰,其峰位测试时间相应地延长,或者依据稀土标样进行等比例的扣除。稀土元素均选择L线系(Lα或Lβ),U、Th、Pb使用M线系,测试时间可设置到50s以上。
主量元素可选择独居石标样,U、Th、Pb三元素推荐使用金属U、金属Th和PbS等标样。其他参数可根据试样和仪器情况实验研究,以确认最佳的测试参数。下表为某地采集的独居石试样,电子探针测试获得的微区定量结果。
表1 独居石EPMA定量测试结果(Wt%)
根据相关学者提出的简化计算方法,可估算出上述独居石矿物颗粒的地质年龄约894Ma(百万年)。
得益于岛津电子探针优异的谱峰分辨率及超高的灵敏度,可通过对独居石成分精确的定量分析得出矿物年龄,进而可对地球动力学演化过程的研究提供科学可靠的指导。
【参考文献】
[1] Suzuki K, Adachi M. Precambrian provenance and silurian metamorphism of the Tsubonosaxa paragneiss in the South Kitakani Terrene, Northeast Japan, revealed by the chemical Th-U-total Pb isochron ages of monazite, zircon and xenotime. Geochemical Journal, 1991, 25(5): 357-376
[2] 周剑雄,陈振宇,芮宗瑶. 独居石的电子探针钍-铀-铅化学测年[J].岩矿测试,2002,21(4):241~246
[3] 张昭明.电子探针在测定晶质铀矿年龄中的应用[J].放射性地质,1982,5: 408-411.
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撰稿人:赵同新、崔会杰
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