瀝青鈾礦（GBW04420）的微區(qū)原位U-Pb定年分析

肖志斌 ，張然 ，葉麗娟 ，涂家潤(rùn) ，耿建珍 ，郭虎 ，許雅雯 ，周紅英 ，李惠民

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津300170；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300170）

由于基體效應(yīng)和元素間的分餾效應(yīng)，外標(biāo)物質(zhì)成為影響微區(qū)原位U-Pb定年分析準(zhǔn)確度和精密度的關(guān)鍵因素[1-9]。在實(shí)際研究需求中，合適的微區(qū)U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)極其匱乏，在鈾礦物定年工作中更甚。GBW04420[10]是瀝青鈾礦鈾鉛同位素年齡國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，是TIMS法分析鈾礦物鈾鉛含量和年齡的標(biāo)準(zhǔn)，最近在國(guó)內(nèi)被大量應(yīng)用于微區(qū)原位U-Pb定年分析[11-20]。作者近年來致力于研制合適的鈾礦物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，也對(duì)其進(jìn)行了大量分析，發(fā)現(xiàn)其不適合于作為鈾礦物微區(qū)原位U-Pb定年的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

1 電子探針化學(xué)定年法（EPMA CHIME）分析

這是最早用來對(duì)鈾礦物進(jìn)行微區(qū)原位U-Pb定年的方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行快速的原位微區(qū)無損分析，但是受限于電子探針的分析精度，還無法區(qū)分普通鉛和放射成因鉛。對(duì)含普通鉛、體系不封閉及存在多個(gè)年齡域等原因，有不同數(shù)據(jù)處理方法或經(jīng)驗(yàn)公式；這導(dǎo)致所分析的35個(gè)GBW04420數(shù)據(jù)點(diǎn)（數(shù)據(jù)作者另文發(fā)表）得到了不同的結(jié)果；Ranchin法[21]結(jié)果為 65.9±1.1 Ma、C-S 法[22]結(jié)果為 62.6±1.0 Ma、Bowles法[23]結(jié)果為70.5±1.2 Ma。

2 電子探針與質(zhì)譜儀聯(lián)用法（EMPA&SIMS/LA-MC-ICPMS）分析

Fayek等[24]于2000年建立了電子探針與二次離子探針聯(lián)合使用U-Pb定年分析方法，并在阿薩巴斯卡盆地較老年齡的不整合型鈾礦中獲得了很好的結(jié)果。在次基礎(chǔ)上，作者建立了電子探針與激光剝蝕多接受等離子質(zhì)譜儀聯(lián)合法[25]，并對(duì)GBW04420進(jìn)行了分析（圖1，數(shù)據(jù)作者另文發(fā)表）。此法從原理上避開了激光分析中的需要外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來校準(zhǔn)同位素比值，解決了基體匹配的外標(biāo)缺乏問題；但是受到電子探針分析極限的影響，適合老年齡或者鈾礦這種高鈾含量樣品。

3 二次離子質(zhì)譜法（SIMS）分析

圖1 聯(lián)用法GBW04420 U-Pb年齡諧和圖Fig.1 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by EMPA&SIMS/LA-MC-ICPMS

Sharpe and Fayek[26,27]利用TIMS對(duì)三個(gè)鈾礦物標(biāo)樣進(jìn)行定值，針對(duì)PbO含量引起的基體效應(yīng)，并基于U-Pb同位素比值與PbO含量之間的協(xié)變關(guān)系，建立有了三個(gè)鈾礦物標(biāo)樣序列的SIMSU-Pb定年法。此法可以利用不同標(biāo)樣的U-Pb同位素比值與標(biāo)樣PbO百分含量之間的函數(shù)關(guān)系，來校正不同PbO含量的鈾礦物定年結(jié)果；是目前非常完善的原位微區(qū)分析方法。駱金誠(chéng)等[17]在加拿大曼尼托巴大學(xué)鈾礦定年實(shí)驗(yàn)室利用此法對(duì)GBW04420進(jìn)行了分析（圖2a）。作者也利用此實(shí)驗(yàn)室的此法對(duì)其進(jìn)行了分析（圖2b，數(shù)據(jù)作者另文發(fā)表）?？梢钥吹絻纱谓Y(jié)果差距較大，幾乎是倍數(shù)的關(guān)系；可能是因?yàn)槟挲g比較年輕，很小程度的Pb同位素誤差就會(huì)帶來很大的年齡誤差。

4 激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ns/fsLA-MC/HR/Q-ICPMS）分析

此類方法是目前單礦物定年微區(qū)原位U-Pb定年中應(yīng)用最廣泛和最成熟的方法，Chipley et al.[28]和鄒東風(fēng)等[29]嘗試了利用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500來對(duì)鈾礦物進(jìn)行定年，但效果不甚理想。宗克清等[11]對(duì)此法進(jìn)行了升級(jí)和優(yōu)化，并采用了飛秒激光剝蝕系統(tǒng)，并加裝了信號(hào)勻化裝置，并認(rèn)為GBW04420是一個(gè)可以用于鈾礦原位微區(qū)U-Pb同位素準(zhǔn)確分析的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。作者對(duì)此法進(jìn)一步升級(jí)優(yōu)化[20]，在飛秒激光剝蝕系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用了多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。飛秒系統(tǒng)的分析結(jié)果（圖3）[20]明顯優(yōu)于納秒系統(tǒng)的結(jié)果（圖2）；但是顆粒之間存在年齡不均勻的現(xiàn)象。

圖2 SIMS法GBW04420 U-Pb年齡諧和圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[17]）Fig.2 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by SIMS

圖3 fsLA-MC-ICPMS法GBW04420 U-Pb年齡諧和圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[20]）Fig.3 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by fsLA-MC-ICPMS

5 同位素稀釋熱電離質(zhì)譜法（IDTIMS）分析

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在1995年[10]最初的定值和2013年的復(fù)核中使用的都是傳統(tǒng)的ID-TIMS法，進(jìn)行多顆粒溶解，實(shí)際上是不同顆粒間的平均數(shù)據(jù)；為此，作者建立了單顆粒鈾礦物同位素稀釋熱電離質(zhì)譜法[30]。分析結(jié)果顯示顆粒之間均一性較差（圖4），但是存在一定程度集中現(xiàn)象。

圖4 單顆粒ID-TIMS法GBW04420 U-Pb年齡諧和圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[30]）Fig.4 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by single-grain ID-TIMS

6 結(jié)論

（1）GBW04420的U-Pb年齡存在兩種可能性：一是大多數(shù)顆粒U-Pb年齡集中在～70 Ma；二是由于鉛丟失的原因，落在一條不一致線上，其U-Pb年齡大于100 Ma。

（2）通過TIMS法的結(jié)果可以得出，如果用GBW04420作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，我們卻不知道具體分析時(shí)選擇的顆粒的真值，無法對(duì)顆粒年齡溯源，這就給結(jié)果帶來了很大的的不確定性。

（3）通過以上分析，可以看出在使用GBW04420作為鈾礦原位微區(qū)U-Pb同位素準(zhǔn)確分析的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)要慎重，數(shù)據(jù)結(jié)果需要進(jìn)行詳細(xì)分析；研制新的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)迫在眉睫。