应用新型固体质谱计IsoProbe-T高精度地测定单颗粒锆石年龄

固体质谱计，以其高精度和可靠性度，在同位素年代学和同位素地球化学的研究领域的应用依然前景广阔。近年来，微量样品测试手段已经成为地质科学和环境科学等领域极其重要的研究方法，促使国际国内地球化学实验室对固体热电离质谱计更新换代。中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室于2004年引进英国GV公司的IsoProbe-T固体热电离质谱计，具有较宽质量谱带，装备多通道离子计数接收器，高灵敏度高精度，易于操作等特点。该类型仪器将是今后的同位素年代学和同位素地球化学研究的主导之一。该质谱计配置了9个法拉第接收器、１个戴利接收器和7个离子计数器（图1)。它的运行将有望大幅度地促进年代学和同位素地球化学在壳幔相互作用与深部物质成分、古大陆形成与演化、流体与成矿等主要领域研究工作的应用。本文主要介绍采用IsoProbe-T质谱计测定单颗粒错石U-Pb和Pb-Pb蒸发年龄方法和应用。传统的锆石Pb-Pb蒸发法定年原理是将锆石单颗粒包裹于铼灯丝中并加热，将锆石中铅蒸发至另一铼灯丝上，之后加热电离沉淀于该灯丝上的铅样品，采用单个离子计数器动态方式测量铅同位素组成，从而获得207Pb/206Pb比值和对应的年龄。这一方法技术简单但极为耗时。采用IsoProbe-T质谱计的多个离子计数器测量，可以克服耗时缺点。方法是将包裹于铼灯丝的锆石颗粒加热，采用静态方式直接测量蒸发出来的铅同位素组成，获得207Pb/206Pb年龄。该方法简便省时，同时可以直观地观测到锆石内部铅同位素组成的变化，如207Pb/206Pb比值，指示锆石中Th/U比值的变化，或207Pb/206Pb比值变化，直接反映出继承锆石的存在与否。离子计数器之间的效率差别可以采用测定铅标准溶液同位素比值来校正。尽管该方法不能与SHRIMP微区U-Pb定年媲美，却可以获得成因单一锆石高精度207Pb/206Pb年龄且节省经费。应用该方法测定内蒙古渣尔泰群沉积岩中碎屑错石，获得的年龄与采用传统错石Pb-Pb蒸发法和U-Pb稀释法获得的年龄一致，集中分布于2.4~2.5Ga.多个离子计数器测量技术也可以应用于单颖粒错石U-Pb年代学方法，该方法所获得的数据可靠性主要地取决于实验流程U和Pb本底情况。为了降低流程本底，笔者采用低本底的蒸汽法高温高压条件下溶解错石，（图2)。将错石和205Pb-235U混合稀释剂加于小溶样杯内，HF酸置于Teflon焖罐底部，在高温高压条件下加热，完全溶解错石。采用该溶样方法和高纯度水和试剂，获得小于5pg和10pg的全流程U和Pb本底。应用该方法测定了苏鲁地区南部海州群单颗粒锆石U-Pb年龄。3个云母石英片岩样品中的错石大部分具有振荡环带内部结构，指示岩浆成因，退晶化程度也较明显。采用铀-铅同位素稀释法和铅-铅蒸发法分析，获得错石年龄范围为801-787Ma。时代上，海州群云母石英片岩的原岩可与大别-苏鲁超高压变质带内超高压和高压变质岩的原岩对比，可能代表与晚元古代Rodima超大陆裂解有关的岩浆作用的产物。