变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 锆石U-Pb年代学,Zircon Geochronology,第五章 锆石U-Pb年代学Zircon Geochrono,1,主 要 内 容,概述,锆石的形成,锆石U-Pb定年原理,四 锆石U-Pb定年方法,主 要 内 容,2,一 概述,它的化学成分是,ZrSiO,4,，,在,Zr,位置会有,Hf, U, Th, Y,等置换，,Si,位置会有少量,P,的置换。,一般锆石中含ZrO,2,= 65.9%, SiO,2,= 32%, HfO,2,=0.5 -2.0%, Th, U, HREE, P微量。,锆石一般无色透明，但常具浅棕，粉红，有时深棕色。一般颜色深成因复杂，多为老锆石或U、Th含量高的。其比重达 4.5-4.6，无磁性，是分选的有利条件。,锆石,(zircon),是一个极其常见的副矿物。,一 概述它的化学成分是ZrSiO4，在Zr位置会有Hf, U,3,锆石的结构,锆石是四方晶系矿物,锆石的结构锆石是四方晶系矿物,4,单偏光下,单偏光下,5,正交偏光下,正交偏光下,6,常呈矿物包裹体,常呈矿物包裹体,7,二 锆石的形成,岩浆结晶形成：超基性酸性，形成温度,很广，（锆石饱和温度计）。,变质作用：,变质重结晶；,变质增生；,热液沉淀锆石；,热液蚀变锆石。,二 锆石的形成岩浆结晶形成：超基性酸性，形成温度,8,锆石内部结构的观察,Smiling zircon,背散射电子图像（BSE imaging),HF酸蚀刻法,阴极发光电子成相（CL imaging),锆石内部结构的观察Smiling zircon背散射电子图像,9,岩浆成因锆石,岩浆成因锆石,10,变质成因,岩浆结晶的,变质结晶的,岩浆结晶的,变质成因岩浆结晶的变质结晶的岩浆结晶的,11,蜕晶化锆石(metamict zircon),蜕晶化锆石(metamict zircon),12,双层内部结构两期,Inherited,overgrowth,Inherited,overgrowth,Inherited,magmatic,Alteration zircon,深熔锆石,双层内部结构两期InheritedovergrowthIn,13,三层内部结构三期,Inherited,overgrowth,Inherited,overgrowth,Inherited,Alteration zircon,深熔锆石,三层内部结构三期InheritedovergrowthIn,14,三 锆石U-Pb定年原理,同位素定年的基础是,放射性衰变定律,，通过测定母体及其衰变产生的子体同位素含量，就可以利用衰变定律算出形成以来的时间（年龄）。,锆石定年是利用了其中的,U和Th同位素衰变成Pb同位素,。,三 锆石U-Pb定年原理 同位素定年的基础是放,15,定年基础,235,U,207,Pb,238,U ,206,Pb,232,Th ,208,Pb，其中间字体寿命短可以忽略，因此，可将,206,Pb、,207,Pb、,208,Pb视为直接由,238,U、,235,U、,232,Th形成：,它们的等时线方程：,206,Pb =,206,Pb,i,+,238,U(e,238t, 1),207,Pb =,207,Pb,i,+,235,U(e,235t, 1),208,Pb =,208,Pb,i,+,232,Th(e,232t, 1),定年基础235U207Pb, 238U 206Pb,16,方程两边除于非放射成因的稳定同位素,204,Pb，得到：,方程两边除于非放射成因的稳定同位素204Pb，得到：,17,锆石的优势,具有非常强的抗侵蚀能力，锆石中的U-Pb体系封闭温度750,o,C, 形成后Pb的扩散封闭温度可以高达900,o,C，锆石形成广，,所以锆石是目前测定岩浆结晶和峰期变质作用年龄最理想的矿物。,锆石相对富含Th, U等放射性元素，而贫普通Pb，而且其温度抗后期影响能力强,，所以是定年的最佳样品。,锆石的优势 具有非常强的抗侵蚀能力，锆石中的U-Pb体,18,四 锆石U-Pb定年方法,1.,Isotope dilution thermal ionization mass spectrometry,同位素稀释热电离质谱仪,(ID TIMS)，也称,溶液法或稀释,法,。多颗粒，单颗粒，化学流程，离子交换柱分离,2.,Secondary Ion Mass Spectroscopy,二次离子探针法,Sensitive High Resolution Ion Microprobe,高灵敏度高分辨率二次离子探针质谱计法：SHRIMP、Cameca)法,3.,Laser ablation-inductively coupled plasma-mass,spectrometry,激光剥蚀电感耦合等离子体质谱计,（LAMICPMS）,四 锆石U-Pb定年方法1. Isotope dilutio,19,（1）TIMS方法,将,一个或几颗锆石,溶解于氢氟酸或/硝酸,，加入,208,Pb-,235,U混合稀释剂，,蒸干,，再用硅胶磷酸,溶液溶解,，,过离子交换柱,分离U, Pb，将,溶液滴在单铼带丝上,，在VG354型热电离质谱仪上用高灵敏度Daly检测器进行U, Pb同位素分析。,TIMS U-Pb定年分析可以给出,206,Pb/,204,Pb,208,Pb/,206,Pb, 以及普通铅校正过的,206,Pb/,238,U，,207,Pb/,235,U，,207,Pb/,206,Pb比值。,为了减少Pb丢失的影响和吸附的普通Pb, 通常在锆石溶解前利用高压气体进行磨蚀或用酸浸滤处理.,（1）TIMS方法将一个或几颗锆石溶解于氢氟酸或/硝酸，加入,20,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,21,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,22,TIMS,TIMS,23,TIMS的优缺点,不足:,需要高标准的超净实验室,繁琐的化学处理,无法微区分析, 存在不同期锆石混合的危险,时间长,价钱高,优点:,分析精度高,TIMS的优缺点不足:优点:,24,（2）二次离子探针,（2）二次离子探针,25,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,26,SHRIMP是,高灵敏高分辨率离子探针,，从仪器类型看也有称之为,高分辨率高灵敏度二次离子质谱仪。,第一台SHRIMP是于1980年在澳大利亚国立大学研制建成。由地球科学院的物理和同位素专家W Compston教授和他的博士生S Clement于1973年开始立项研究，先后参加人员还包括F Burden(机械), N Schram(电子), D Millar(技术负责人), G Newstead(磁铁)和D Kerr(计算机控制)。,第一次成功的测试是用Ar+为一次离子源，对澳大利亚Broken Hill的方铅矿进行了S、Pb同位素分析，获得了精确的结果，这标志着SHRIMP新技术的诞生。,SHRIMP的成功极大地推动了地球科学的发展,。,SHRIMP是高灵敏高分辨率离子探针，从仪器类型看也有称之为,27,技术特点,:,高分辨率, 高灵敏度, 高精度, 微区原位,此外，SHRIMP还可以进行固体物质微区的S、Pb、Ti、Hf和Mg同位素，以及REE含量的测定.,SHRIMP的最大技术优势是矿物（锆石，独居石、榍石、磷钇矿和磷灰石等）的微区原位(in situ)定年，不需化学处理，可对一个矿物的不同部位直接定年，一般束斑直径是2030m左右，1-2,m,深。,可以测定非常年轻形成的锆石年龄(2 Ma).,技术特点:高分辨率, 高灵敏度, 高精度, 微区原位此外，S,28,SHRIMP样品,SHRIMP分析分析出,206,Pb/,204,Pb，,206,Pb/,238,U，,207,Pb/,235,U,207,Pb/,206,Pb和,208,Pb/,232,Th比值。,将,锆石颗粒与标样,置于同一环氧树脂样品柱中，磨蚀抛光至锆石核心出露。镀金后置于,SHRIMP,分析舱内，用于分析,。,SHRIMP样品SHRIMP分析分析出206Pb/204Pb,29,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,30,（3） LA-ICP-MS,这是一种新发展和建立起来的定年方法, 它是利用等离子体质谱计(ICPMS)进行U-Th-Pb同位素分析.,先将锆石样品用环氧树脂浇铸在一个样品柱上(mount), 磨蚀和抛光至锆石核心出露, 无需喷炭或镀金. 也无需将标样置于同一 mount中. 将这个mount和标样放置于同一样品舱内. 用激光剥蚀锆石使其气化, 用Ar气传输到ICP-MS中进行分析.,（3） LA-ICP-MS 这是一种新发展和建立起来,31,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,32,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,33,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,34,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,35,标样,标样,36,LA-ICP-MS特点,原位(in situ), 束斑直径4060,m,m; 深度30,m,m,廉价(100-120元/点),准确(能满足大多数地质上的定年需要),快速(5-8分钟/点),同步检测分析结果,投入少,但是, LA- ICP-MS分析数据的精度低于TIMS和SHRIMP, 更重要的缺陷是它无法准确测定,204,Pb, 因为此峰被Ar气中普遍存在的Hg(,202,Hg)干扰了. 这样就无法按传统的方法对测得的Pb同位素进行普通Pb的校正.,LA-ICP-MS特点原位(in situ), 束斑直径40,37,数据选择,常规LA-ICPMS测试结果,包含,207,Pb/,206,Pb，,207,Pb/,235,U，,206,Pb/,208,U和,208,Pb/,232,Th的比值和年龄,数据取舍：,10亿年，通常认为,207,Pb/,206,Pb更能反映古老年龄,数据选择常规LA-ICPMS测试结果,38,LA-ICP-MS与离子探针方法锆石定年结果比较,澳大利亚国立大学标准锆石,哈佛大学标准锆石,辽南永胜霓霞正长岩,辽东饮马湾山辉长岩,北京东岭台组火山岩,辽南永胜霓霞正长岩,LA-ICP-MS与离子探针方法锆石定年结果比较澳大利亚国立,39,Xu et al.，2019. Lithos,SHRIMP和LA-ICPMS定年结果对比,Xu et al.，2019. LithosSHRIMP和L,40,广州地球化学研究所LA-ICP-MS,广州地球化学研究所LA-ICP-MS,41,中国地质大学（武汉）LA-ICP-MS,中国地质大学（武汉）LA-ICP-MS,42,西北大学的LA-ICP-MS,西北大学的LA-ICP-MS,43,澳大利亚Macquarie大学的LA-ICP-MS,澳大利亚Macquarie大学的LA-ICP-MS,44,南京大学地球科学系,LA-ICPMS实验室,南京大学地球科学系,45,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,46,DBG06 (115,2 Ma),DBG06 (116,2 Ma),锆石定年,DBG06 (1152 Ma)DBG06 (1162 M,47,2442,54 Ma,234,2 Ma,2501,18Ma,227,2 Ma,244254 Ma2342 Ma250118Ma227,48,Surface 1,r,o,u,n,d,e,d,d,e,t,r,i,t,a,l,m,o,r,p,h,o,l,o,g,y,a,a,c,Surface 2 outline,Cavosie et al., 2019 GCA,不同粒径的锆石定年斑束设计,30微米,20微米,Surface 1rounded, detritalmorp,49,15,m,m,15,m,m,15,m,m,15,m,m,15,m,m,15,m,m,15,m,m,30,m,m,30,m,m,60,m,m,15 mm15 mm15 mm15 mm15 mm15 mm,50,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,51,变质岩石学-第五章-锆石年代学ppt课件,52,White and Ireland，2019. CG,White and Ireland，2019. CG,53,Xu et al.，2019. Lithos,Xu et al.，2019. Lithos,54,