锆石U-Pb定年工作原理及方法
锆石U_Pb同位素定年的原理_方法及应用_高少华
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。
关键词： 锆石； U-Pb 同位素； 原理； 定年方法； 地质应用
收稿日期： 2013 － 04 － 11； 修订日期： 2013 － 05 － 30 作者简介： 高少华（ 1986 － ） ，男，在读硕士，专业方向： 沉积盆地物源分析研究。
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江西科学
2013 年第 31 卷
1 锆石的地球化学特征和内部结构
1． 1 锆石的地球化学特征 锆石 的 氧 化 物 中 ω （ ZrO2 ） 占 67． 2% 、ω
Abstract： This article discusses geochemical characteristics and internal structure of zircon，the principle of zircon U-Pb isotopic dating，the advantages and disadvantages of dating method and the application of geological problems through consulting a large number of Chinese and foreign literature and combined with the author's experiments． The results show that magmatic zircon and metamorphic zircon in geochemical and internal structure have different characteristics． Principle is that by using of the U-Pb decay equation getting three independent ages of 206 Pb / 238 U、207 Pb / 235 U and 207 Pb / 206 Pb． Dating methods have advantages and disadvantages，please accord to the quantity，size，internal structure and factors such as accuracy of sorting out the zircons from samples，selecting dating methods flexibly． Zircon U-Pb age is often used in the analysis of the sedimentary basin provenance，in the age constraint of some rock and metallogenic chronology and ductile shear zone． The dating results are reasonable explanation to combined with the geological background． Key words： Zircon，U-Pb isotope，The principle，Dating method，The geological applications
U-Pb同位素测年方法及应用综述
U-Pb同位素测年方法及应用综述U-Pb同位素测年方法是一种重要的地球科学测年方法，它是基于铀和钍系放射性衰变序列的原理，利用锆石等矿物中的铀和钍元素与其衰变产物的比值来确定矿物的年龄。
本文将对U-Pb同位素测年方法及其应用进行综述。
铀和钍元素的衰变系列分别为：U-238到Pb-206，U-235到Pb-207和Th-232到Pb-208。
这些元素的衰变产物中的铅同位素是非常稳定的，因此可以用来测定矿物的年龄。
通常使用的是含有铀和钍的晶体矿物，如锆石、独居石和黑云母等。
在这些矿物中，铀和钍元素的比值通常很小，但是它们的衰变产物——铅元素的量却很大，因此可以测定矿物中的铀和钍元素浓度、铅元素浓度和铀、钍元素与其衰变产物铅元素的比例，以确定矿物的年龄。
1. 从样品中提取含有铀和钍元素的晶体矿物；2. 测定矿物中铀、钍和铅元素的浓度；4. 利用铀和钍元素与其衰变产物铅元素之间的关系，计算出矿物的年龄。
U-Pb同位素测年方法广泛应用于地球科学中的各个领域，包括地质学、古生物学、构造地质学、矿床学等。
地质学中，U-Pb同位素测年方法是研究岩石和矿物年龄的重要方法。
它可以用来确定岩浆岩、变质岩和沉积岩的形成年龄，以及变质、岩浆作用的时代和历史，从而揭示地球的演化。
此外，U-Pb同位素测年方法也可以用于研究地球化学过程，比如地球的演化和作用，岩石圈和地幔的构成等。
古生物学中，U-Pb同位素测年方法可以用于确定化石的年龄，特别是对于古生物学研究中的发掘和分类很有帮助。
古生物学家可以根据化石的年龄对不同时期的生物群落做出更准确的判断。
例如，古生物学家可以基于U-Pb同位素测年方法确定某一古生物时期的地质年龄，从而推断该时期的生物分布和生态环境。
构造地质学中，U-Pb同位素测年方法可以用于确定岩石的形成和变形的时间，为地壳和板块构造演化提供重要的证据。
它不仅可以确定岩石和构造事件的年代，还可以研究不同形态的岩石和构造作用的组合和关系。
锆石U-Pb定年2
208
等时线方程
理论上, 上述等时线也能象Rb-Sr和Sm-Nd体系一样 进行岩石定年。但是，U、Th、Pb的活动性相当大， 使得U-Pb等时线定年受到很大的限制。
锆石的优势
锆石中含有的U、Th却很少含Pb，如果假设锆石形 成时不含Pb，即测定的所有Pb为放射成因。
由上式可得： 206Pb / 238U = e238t -1 207Pb / 235U = e235t -1
如果测定的锆石在形成后对U-Pb同位素是封闭的， 则可以得到两个相同的年龄。 在 207Pb/235U为横坐标， 206Pb/238U为纵坐标的二 维图上，不同的年龄点构成了一条一致曲线。
高灵敏度高分辨率离子探针质谱计(SHRIMP)法
2. Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱计（LAM ICPMS） 3. 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 4. Single zircon evaporation, using thermal ion mass
SHRIMP样品
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分析分析出206Pb/204Pb，206Pb/238U， 207Pb/235U, 207Pb/206Pb和208Pb/232Th比值。
SHRIMP成果
第一代SHRIMP I的工作主要是在八十年代，揭示了最老 的地壳物质是形成于4.1~4.2Ga，早于以前认为的3.8Ga。 后来在2001年这一年龄又提前到4.4Ga(Wilde et al, 2001)。 在我国华北，TIMS和蒸发法得到的是3.3~3.5 Ga, SHRIMP研究发现了≥3.8 Ga的地壳物质(Liu, 1992)。 我国工作者得到的最年轻的是青藏高原碱性玄武岩的加权 平均年龄是3.82±0.08 Ma (MSWD = 1.16)，不一致曲线与 谐和线的交点是3.80±0.11 Ma (MSWD = 1.15)(万渝生等， 2004)。 世界上获得的最年轻的是美国Oregon州的一个晚更新世的 花岗闪长岩(112 ±24 Ka, Bacon et al, 2000)
锆石U-Pb同位素定年方法分析研究
锆石U-Pb同位素定年方法分析研究摘要本文主要阐述了对锆石U-Pb进行同位素测年体系的常用方法，并对各方法自身的特点进行了较为详细的介绍与对比。
关键词锆石U-Pb；同位素定年法；分析研究0 引言近年来，随着同位素地质年代学的飞速发展，锆石U-Pb法一直是地质学者讨论地质事件时代的重要方法之一，以下分别对各种其U-Pb同位素测年法进行分析。
1 单颗粒微量热电离质谱法目前应用最广泛的锆石定年方法是微量和单颗粒热电离质谱法，在近几年人们试着利用样品量达亚微克级的逐步溶解技术和单颗粒锆石碎片技术对其加以改进。
单颗粒锆石热电离质谱法是锆石定年技术的进展之一，该方法具有高精度、要求样品量少，所以作为基准的锆石U-Pb定年方法。
这中方法上存在着局限性：单颗粒微量热电离质谱法前期处理过程比较复杂，耗费时间，在实验流程本底要求特别低，一般整个流程铅、铀空白分别为0.03ng~0.05ng、0.002ng~0.004ng；该方法存在着最大缺陷是不能对复杂锆石内部微区U/Pb和207Pb/206Pb的年龄信息进行准确测定。
2 单颗粒锆石蒸发法在80年代单颗粒锆石蒸发法才发展起来的，这种方法不采用化学处理。
单颗粒锆石蒸发法主要是应用锆石逐层蒸发法，采用热离于发射质谱计直接对单颗粒锆石207Pb/206Pb年龄进行测定，获得207Pb/206Pb年龄信息。
它能够揭示锆石内部的信息，此种方法已在我国广泛推广和应用，并且取得不少成果。
该方法有一定的局限性：该方法只能提供207Pb/206Pb年龄，对U/Pb年龄不能测定，不能有效判断U-Pb同位素体系是否封闭；由于精度差不能精确的对地质事件定年，只能在初选样品的时候用该方法。
3 单颗粒锆石U-Pb同位素稀释测定法该方法是将一个岩石中的锆石按照晶形和颜色分开，加入稀释剂对U，Pb 同位素进行测定，在根据不一致线对岩石年龄进行确定。
这种方法由于操作方法简单，受到地质工作者的青睐，在我国得到了广泛推广和应用，也取得了显着成果。
考古学中的锆石定年技术
考古学中的锆石定年技术考古学是一门研究人类历史文化遗存的科学，旨在通过对各个历史时期的文物、人类遗址和物质文化遗存等的研究，探讨人类社会的演变和发展。
而锆石定年技术则是考古学中的一种用于确定古代文化遗存时代的重要手段。
下面本文将详细阐述锆石定年技术在考古学中的应用和意义。
一、锆石定年技术的原理及方法锆石定年技术，是利用锆石中的天然放射性元素，通过测量其衰变产物的量来确定其年龄。
具体来说，就是利用锆石中U元素的放射性衰变将U元素变成Pb元素的过程，来确定锆石时间的方法。
锆石定年是基于锆石中存在缺陷位点导致的掺杂和不稳定核素的半衰期测量得到的年代数据。
锆石定年技术主要有两种方法：一种是利用共聚焦激光剥蚀质谱(CLA)扫描锆石，另一种是利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)扫描锆石。
这两种方法都是利用现代仪器测量锆石中含有的钍、铀、铅等元素的比例，然后通过计算它们的半衰期来确定年龄。
二、锆石定年技术在考古学中的应用锆石定年技术在考古学中有着广泛的应用，可以用于不同类型的文物、石器、土壤等样品的年代测定。
以下是一些常见的应用：1.考古遗址的年代测定考古学家通过在考古遗址中发现的不同文物、器物等，可以了解到不同历史时期的人类生活和社会文化。
而通过利用锆石定年技术，可以精确地确定这些文物和器物的年代，从而有效地推测出考古遗址的实际年代。
2.地层学的年代测定锆石定年技术也可以应用于地层学中，通过采集地质样品进行测量，获得该地质样品所在的地层年代数据。
这对于了解地壳构造、地貌演化以及地震活动等方面都有着重要的意义。
3.古生物学的年代测定古生物学是一门关于古代生物的学科。
利用锆石定年技术，可以测定一些古代动植物化石的年龄，从而确定它们出现和灭绝的历史时期，为了解生物演化提供了有力的支持。
三、锆石定年技术的意义1.精确测定年代与传统的考古学方法相比，锆石定年技术可以更加精准地测定古代文物、地质样品和古生物化石的年代。
锆石定年如何判断年龄
锆石定年如何判断年龄
锆石定年是一种地质学方法，用于确定岩石和地质事件的年龄。
下面是一些常见的锆石定年方法和原理：
1. U-Pb定年：这种方法利用锆石中的铀和铅同位素来确定岩石的年龄。
铀会逐渐衰变成铅，而铅的比重和铀不同，因此可以通过测量锆石中铀和铅的比例来计算岩石的年龄。
2. Lu-Hf定年：这种方法利用锆石中的铥和铪同位素来确定岩石的年龄。
铥的衰变速率非常缓慢，而铪在地壳中比较稳定，因此可以通过测量锆石中的铥和铪的比例来计算年龄。
3. SHRIMP技术：这是一种高精度的锆石定年方法，利用电子探针测量锆石中的微量元素和同位素组成。
通过测量锆石中的微量元素和同位素的比例，可以得出更准确的年龄。
需要注意的是，锆石定年方法只能确定岩石形成的时间，而无法提供岩石之后的历史信息。
同时，锆石定年也存在一定的误差范围，因此在应用时需要注意合理解释和处理数据。
U-Pb同位素测年方法及应用综述
U-Pb同位素测年方法及应用综述作者：梁丽萍高苑苑来源：《青年生活》2019年第19期摘要：U-Pb同位素定年技术是应用最广的重要经典同位素定年技术之一，具有其他许多同位素测年技术无法相比的优点。
本文介绍了U-Pb同位素体系测年的基本原理和样品要求，并整理了U-Pb法同位素定年常用矿物用有锆石、斜锆石、金红石、磷灰石、锡石。
最后对U-Pb同位素测年方法进行了整体介绍。
关键词：U-Pb;测年一基本原理和前提1.1基本原理同位素地质年龄测定依据元素放射性衰变的原理。
放射性是指原子核自发地放射各种射线（粒子）的现象。
在磁场中研究放射性的性质时，发现射线是由α、β、γ等3种射线组成的。
α射线是高速运动的粒子流，粒子由2个质子和2个中子组成，实际上就是He原子核。
β射线是高速运动的电子流。
γ射线是波长很短的电磁波。
能自发地放射各种射线的同位素称为放射性同位素。
放射性同位素放射出α或β射线而发生核转变的过程称放射性衰变，衰变前的放射性同位素为母体，衰变过程中产生的新同位素叫子体。
若放射性母体经过一次衰变就转变为另一种稳定的子体，称为单衰变。
1.2前提由于各同位素体系的放射性同位素具有不同的衰变速率（或半衰期不同）和不同的地球化学特征，这使得每个同位素体系定年都具有独特优点和适用范围。
但是，作为同位素体系定年的基本前提和限制条件是相同的，即：（1）用来测定地质年齡的放射性同位素有适宜的半衰期T1。
与测定的对象年龄相比，不宜过大，也不宜过小，且半衰期和衰变常数能被准确测定。
（2）能够准确测定母体同位素组成和每个同位素的相对丰度。
无论是在自然界的矿物、岩石中，还是在人工合成物中，这个相对丰度应该是固定不变的，即是一个常数。
（3）母体同位素衰变的最终产物必须是稳定同位素，用当前的仪器设备和技术水平能准确测定出母子体含量及同位素组成。
（4）岩石及矿物自形成后处于封闭体系，没有母子体的加入或丢失。
（5）在岩石或矿物形成过程中和形成以后，同位素体系从开放体系过渡到封闭体系，所经历的时间相对于封闭体系所维持的时间是短暂的，从部分封闭到完全封闭所经历的时间可忽略不计。
锆石测年基本原理
一、基本原理1、锆石的物理性质锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。
由于锆石常含有Th 、U ，故测定锆石中的Th/U 的含量的由它们脱变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U 的比值，可测定锆石及其母岩的绝对年龄。
由于Pb 同位素很难进入锆石晶格，锆石结晶时的U 与Pb 发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb 同位素定年。
此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的形象十分普遍，结合微区定年法就可以反映与锆石生长历史相对应的地质演化过程。
锆石同时还是很可靠的“压力仓”，能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。
锆石晶体呈四方双锥状、柱状、板状。
锆石颜色多变，与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。
解理不完全；断口不平坦或贝壳状。
硬度7.5-8。
相对密度4.4-4.8，性脆。
当锆石含有较高量的Th 、U 等放射性元素时，据放射性，常引起非晶质化，与普通锆石相比，透明度下降；光泽较暗淡；相对密度和相对硬度降低；折射率下降且呈均质体状态。
锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。
宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为“高型”、“中间型”、“低型”三种。
锆石属四方晶系。
晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形，集合体呈粒状。
强的晶格能和对Pb 的良好保存性，丰富的、可精确分析的U 含量和低的、可忽略的普通Pb 含量是其特点。
锆石U-Pb 体系是目前已知矿物同位素体系封闭温度最高的，锆石中Pb 的扩散封闭温度高达900℃，是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象。
另外，锆石中含有较高的Hf 含量，大多数锆石中含有0.5－2%的Hf ，而Lu 的含量较低，由176Lu 衰变成的176Hf 极少。
因此，锆石的176Hf/176Lu 可以代表锆石形成时的176Hf/177Hf 初始比值，从而为讨论其成因提供重要信息。
锆石测年基本原理
锆石测年基本原理一、基本原理1、锆石的物理性质锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。
由于锆石常含有Th、U，故测定锆石中的Th/U的含量的由它们脱变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U的比值，可测定锆石及其母岩的绝对年龄。
由于Pb同位素很难进入锆石晶格，锆石结晶时的U与Pb发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb同位素定年。
此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的形象十分普遍，结合微区定年法就可以反映与锆石生长历史相对应的地质演化过程。
锆石同时还是很可靠的“压力仓”，能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。
锆石晶体呈四方双锥状、柱状、板状。
锆石颜色多变，与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。
解理不完全；断口不平坦或贝壳状。
硬度7.5-8。
相对密度4.4-4.8，性脆。
当锆石含有较高量的Th、U等放射性元素时，据放射性，常引起非晶质化，与普通锆石相比，透明度下降；光泽较暗淡；相对密度和相对硬度降低；折射率下降且呈均质体状态。
锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。
宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为“高型”、“中间型”、“低型”三种。
锆石属四方晶系。
晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形，集合体呈粒状。
强的晶格能和对Pb的良好保存性，丰富的、可精确分析的U含量和低的、可忽略的普通Pb 含量是其特点。
锆石U-Pb体系是目前已知矿物同位素体系封闭温度最高的，锆石中Pb的扩散封闭温度高达900℃，是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象。
另外，锆石中含有较高的Hf含量，大多数锆石中含有0.5－2%的Hf，而Lu的含量较低，由176Lu衰变成的176Hf极少。
因此，锆石的176Hf/176Lu可以代表锆石形成时的176Hf/177Hf初始比值，从而为讨论其成因提供重要信息。
LA-MC-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年技术
2009年8月Aug.,2009 矿 床 地 质 M IN ERA L DEPOSIT S第28卷 第4期28(4):481～492文章编号:0258-7106(2009)04-0481-12LA-M C-ICP-M S锆石微区原位U-Pb定年技术侯可军1,李延河1,田有荣2(1中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037;2赛默飞世尔科技(上海)有限公司,北京 100007)摘 要 利用激光多接收等离子体质谱(LA-M C-ICP-M S)技术对30～1065M a的系列锆石进行了详细的定年研究。
包含离子计数器的多接收系统使得不同质量数的同位素信号可以同时静态接收,并且不同质量数的峰基本上都是平坦的,进而可以获得高精度的数据,均匀锆石颗粒207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U比值的测试精度(2σ)均为2%左右,对锆石标准的定年精度和准确度在1%(2σ)左右;不同质量数同位素信号的同时静态接收使得剥蚀时间缩短,剥蚀深度变浅,相比LA-ICP-M S方法,提高了激光剥蚀的空间分辨率。
对5个锆石标准和2个实际样品的测试表明,206Pb/238U年龄测定误差在1%(2σ)以内,定年结果在误差范围内与前人报道值完全一致,测试精度达到国际同类实验室先进水平。
关键词 地球化学;锆石;LA-M C-ICP-M S;U-Pb年代学中图分类号:P597+.3 文献标志码:AIn situ U-Pb zircon dating using laser ablation-multi ion counting-ICP-MSHOU KeJun1,LI YanHe1and TIAN YouRong2(1M RL Key L aboratory of M etallogeny and M ineral Assessment,I nstitute of Mineral Resources,Chinese Academyof Geological Sciences,Beijing100037,China;2Thermo Fisher Scientific(Shanghai)Co.,Ltd,Beij ing100007,China)AbstractHigh resolution in situ U-Pb zircon geochronology on zoned g rains can obtain isotope signatures from multi-ple grow th or thermal events.We present a method using laser ablation-multicollector-inductively coupled plas-ma-mass spectrometry(LA-MC-ICP-MS)to overcome com plications associated w ith intricately zoned zircon crystals through in situ sampling of zircon volumes as small as12μm,25μm and40μm in diameter by about10μm in depth.High precision U-Pb age of a series of zircon standard covering a w ide age range of30to1065Ma w as acquired using LA-MC-ICP-MS.The precision of measured Pb/U ratios in homogeneous zircon is about2% (2σ),resulting in routinely achieved precision of U-Pb ages obtained by ex ternal calibration of～1%(2σ)or bet-ter.All masses of interest can be simultaneously recorded w ith a multi-ion counting system(M IC)operating in static mode,and the sho rt ablation required to achieve such precision results in spatial resolution that is superior to comparable U-Pb zircon analy ses by single collector ICP-M S.The resulting present U-Pb age for five zircon reference samples and tw o geological samples show an excellent agreement with the previously reported ID-TIMS o r SH RIM P data.Key words:geochemistry,zircon,LA-MC-ICP-MS,U-Pb geochronology本研究得到国土资源部公益性行业科研专项经费(200811114)、国土资源大调查项目(1212010816039)和公益性科研院所基本科研业务费(K2007-2-3,Yw f060712)的联合资助第一作者简介 侯可军,1981年生,男,硕士,从事同位素地球化学研究。
锆石U—Pb同位素定年的原理、方法及应用研究
锆石U—Pb同位素定年的原理、方法及应用研究本文在研究中主要围绕锆石开展，在分析其化学特征的基础上，对U-Pb同位素定年的主要原理进行判断，提出定年的实际方法，并分析U-Pb同位素定年在韧性剪切带定年以及分析沉积盆地物源等方面的应用。
标签：U-Pb定年；锆石；方法；运用0 前言作为月岩、变质岩、岩浆岩以及沉积岩中的重要矿物，锆石在成分上涉及到较多微量元素、放射性元素。
而且该矿物本身具有较为稳定的物化性质，分布极为广泛，加上其自身封闭温度较高，不仅是矿物定年中的最佳选择，也能被应用于地质学中。
因此，本文对U-Pb同位素定年相关研究，具有十分重要的意义。
1 锆石化学特征及其U-Pb同位素定年原理关于锆石，其在不同类型岩石内所体现的微量元素、常量元素等较为不同，且锆石成因不同，其中的U、Th等含量也存在一定差异，且两种含量在比值上变化较为明显，如对于变质锆石U与Th含量的都较少，比值可保持在0.1以内，而岩浆锆石，U与Th含量较高，比值超出0.4。
需注意由于较多岩浆中涵盖的组分较为特殊，所以在锆石成因判断中并不能完全依靠Th/U比值。
假若从稀土元素看，锆石中有较多花岗岩、镁铁质岩等存在，具有较高的丰度。
而对于U-Pb 同位素进行定年，其实际原理主要表现在对母体进行测定的基础上，将其中因衰变而带来的子体同位素含量变化进行测定，结合放射性衰变定律，使同位素自形成起的年龄得以推算出来。
在测定过程中，由于有U、Th都存在于锆石中，而且贫普通Pb，本身具有较为明显的抗后期影响优势，此时便需对Th、U衰变为Pb的情况分析，完成整个定年过程。
需注意的是对于1000-1200Ma的年轻锆石，测试过程中可直接引入206Pb/238U，原因在于年轻锆石不存在较多放射成因铅，而在放射成因铅较多的锆石中，可采取的定年方式为207Pb/206Pb[1]。
2 U-Pb同位素定年的主要方法分析从现行定年中采用的方法看，常见的主要以LA-ICP-MS、SIM以及ID-TIMS 等方法，这些方法用于U-Pb同位素定年中有各自的优势与弊端。
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
锆石U-Pb同位素定年是一种广泛使用的放射性同位素定年方法，应用于地质科学中，用于测定岩石、矿物的年龄。
以下是其原理、方法和应用：
原理
锆石晶体中自然存在的微量铀和钍，通过自然放射性衰变过程，最终分别转变为稳定的铅同位素。
锆石U-Pb同位素定年，即利用锆石中铀和铅之间的放射性衰变关系，测定锆石的年龄。
具体来说，是利用锆石晶体中铀（^238U）自然放射性衰变成铅（^206Pb），以及钍（^232Th）自然放射性衰变成铅（^208Pb）的过程中释放出的α粒子造成的连锁反应计算锆石形成的时间。
方法
锆石U-Pb同位素定年的方法通常有两种：碰撞法和非碰撞法。
碰撞法利用离子束将样品表面剥蚀，将离子轰击区域的同位素进行测量。
非碰撞法则是利用激光将样品表面打在一个小点上，使表面物质的离子化并被聚焦和加速，最终进行同位素测量。
应用
锆石U-Pb同位素定年可用于测定岩石和矿物的年龄、形成时期等，并广泛应用于地质学、矿床学、构造地质学等领域。
例如，在岩石学中，可以通过锆石U-Pb同位素定年来了解岩石的形成历史和演化过程；在矿床学中，可以通过锆石U-Pb同位素定年来确定矿床形成的年龄和矿床类型；在构造地质学中，可以通过同位素定年来研究大地构造演化过程等方面。
同时，锆石U-Pb同位素定年也可以与其他定年方法相结合，以提高年代学的精度和可靠性。
锆石UPb同位素定年的原理 方法及应用
总之，LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年技术是一种非常重要的地质学技术， 它可以提供更多、更准确的地质年代和地质信息，有助于深入了解地球的历史和 演化过程。
参考内容三
引言
LAICPMS锆石UPb定年方法是一种高精度的铀铅测年方法，被广泛应用于地质 学、地球化学和考古学等领域。为了评估该方法的准确度和精密度，以及探讨不 同实验室之间的结果差异，我们组织了本次多实验室对比分析。本次演示旨在介 绍LAICPMS锆石UPb定年方法的基本原理和流程，分析各实验室的分析结果，讨论 结果差异的原因，并总结本次对比分析的结论。
4、实验室操作：实验室内操作的规范性和熟练程度可能影响分析结果的稳 定性。
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虽然锆石UPb同位素测年方法具有很高的精度和可靠性，但目前仍存在一些 问题需要进一步研究和解决。例如，UPb同位素测年过程中可能受到多种因素的 影响，如样品处理过程中造成的元素损失、不同成因锆石之间的差异等。此外， 对于不同成因的锆石，其UPb同位素组成特征可能存在较大差异，这也会对年龄 测定结果的准确性产生影响。
参考内容二
LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年技术的主要优势在于其高精度和高灵敏度。 该技术可以在锆石微区尺度上进行分析，以获取更准确的地质年代信息。此外， 该技术还可以分析锆石中不同矿物的化学成分，从而推断出更多的地质信息。
在实践中，LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年技术的应用范围非常广泛。它可 以应用于研究地壳演化历史、古气候变化、地磁反转和生物演化历史等领域。例 如，通过分析锆石中不同矿物的化学成分，可以推断出古代气候的特征，比如温 度、湿度和风等；通过分析锆石中不同矿物的UPb含量，可以确定地壳构造的演 化过程；通过分析地磁场的变化，可以推断出古生物演化历史；通过分析岩浆熔 融历史，可以推断出地壳运动历史等。
SIMS锆石U-Pb定年方法-中国科学院地质与地球物理研究所
SIMS锆石U-Pb定年方法用于U-Pb年龄测定的样品（号码）用常规的重选和磁选技术分选出锆石。
将锆石样品颗粒和锆石标样Plésovice (Sláma et al., 2008) (或TEMORA, Black et al., 2004）和Qinghu (Li et al., 2009）粘贴在环氧树脂靶上，然后抛光使其曝露一半晶面。
对锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图象分析，以检查锆石的内部结构、帮助选择适宜的测试点位。
样品靶在真空下镀金以备分析。
U、Th、Pb的测定在中国科学院地质与地球物理研究所CAMECA IMS-1280二次离子质谱仪（SIMS）上进行，详细分析方法见Li et al. (2009)。
锆石标样与锆石样品以1:3比例交替测定。
U-Th-Pb同位素比值用标准锆石Plésovice (337Ma, Sláma et al., 2008（或TEMORA (417Ma, Black et al., 2004)）校正获得，U含量采用标准锆石91500 (81 ppm, Wiedenbeck et al., 1995) 校正获得，以长期监测标准样品获得的标准偏差（1SD = 1.5%, Li et al., 2010）和单点测试内部精度共同传递得到样品单点误差，以标准样品Qinghu (159.5 Ma, Li et al., 2009) 作为未知样监测数据的精确度。
普通Pb校正采用实测204Pb值。
由于测得的普通Pb含量非常低，假定普通Pb主要来源于制样过程中带入的表面Pb污染，以现代地壳的平均Pb同位素组成(Stacey and Kramers, 1975)作为普通Pb组成进行校正。
同位素比值及年龄误差均为1σ。
数据结果处理采用ISOPLOT软件（文献）。
参考文献Black, L.P., Kamo, S.L., Allen, C.M., Davis, D.W., Aleinikoff, J.N., Valley, J.W., Mundil, R., Campbel, I.H., Korsch, R.J., Williams, I.S., Foudoulis, Chris., 2004.Improved 206Pb/238U microprobe geochronology by the monitoring of atrace-element-related matrix effect; SHRIMP, ID-TIMS, ELA-ICP-MS andoxygen isotope documentation for a series of zircon standards. Chem. Geol.,205: 115-140.Jiří Sláma, Jan Košler, Daniel J. Condon, James L. Crowley, Axel Gerdes, John M.Hanchar, Matthew S.A. Horstwood, George A. Morris, Lutz Nasdala, Nicholas Norberg, Urs Schaltegger, Blair Schoene, Michael N. Tubrett , Martin J.Whitehouse, 2008. Plešovice z ircon —A new natural reference material for U–Pb and Hf isotopic microanalysis. Chemical Geology 249, 1–35Li, Q.L., Li, X.H., Liu, Y., Tang, G.Q., Yang, J.H., Zhu, W.G., 2010. Precise U-Pb and Pb-Pb dating of Phanerozoic baddeleyite by SIMS with oxygen floodingtechnique. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 25, 1107-1113.Li, X.-H., Y. Liu, Q.-L. Li, C.-H. Guo, and K. R. Chamberlain (2009), Precise determination of Phanerozoic zircon Pb/Pb ageby multicollector SIMS without external standardization, Geochem. Geophys. Geosyst., 10, Q04010,doi:10.1029/2009GC002400.Ludwig, K.R., 2001. Users manual for Isoplot/Ex rev. 2.49. Berkeley Geochronology Centre Special Publication. No. 1a, 56 pp.Stacey, J.S., Kramers, J.D., 1975. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model. Earth Planet. Sci. Lett., 26, 207-221.Wiedenbeck, M., Alle, P., Corfu, F., Griffin, W.L., Meier, M., Oberli, F., V onquadt, A., Roddick, J.C., Speigel, W., 1995. Three natural zircon standards for U-Th-Pb,Lu-Hf, trace-element and REE analyses. Geostand. Newsl. 19: 1-23.SIMS U-Pb dating methodsSamples XXX for U-Pb analysis were processed by conventional magnetic and density techniques to concentrate non-magnetic, heavy fractions. Zircon grains, together with zircon standard 91500 were mounted in epoxy mounts which were then polished to section the crystals in half for analysis. All zircons were documented with transmitted and reflected light micrographs as well as cathodoluminescence (CL) images to reveal their internal structures, and the mount was vacuum-coated with high-purity gold prior to secondary ion mass spectrometry (SIMS) analysis.Measurements of U, Th and Pb were conducted using the Cameca IMS-1280 SIMS at the Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences in Beijing. U-Th-Pb ratios and absolute abundances were determined relative to the standard zircon 91500 (Wiedenbeck et al., 1995), analyses of which were interspersed with those of unknown grains, using operating and data processing procedures similar to those described by Li et al. (2009). A long-term uncertainty of 1.5% (1 RSD) for 206Pb/238U measurements of the standard zircons was propagated to the unknowns (Li et al., 2010), despite that the measured 206Pb/238U error in a specific session is generally around 1% (1 RSD) or less. Measured compositions were corrected for common Pb using non-radiogenic 204Pb. Corrections are sufficiently small to be insensitive to the choice of common Pb composition, and an average of present-day crustal composition (Stacey and Kramers, 1975) is used for the common Pb assuming that the common Pb is largely surface contamination introduced during sample preparation. Uncertainties on individual analyses in data tables are reported at a 1 level; mean ages for pooled U/Pb (and Pb/Pb) analyses are quoted with 95% confidence interval. Data reduction was carried out using the Isoplot/Ex v. 2.49 program (Ludwig, 2001).。
锆石U-Pb定年2资料
2. ID TIMS方法
将一个或几颗锆石溶解于氢氟酸或/硝酸，加入208Pb-235U 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。
ID TIMS U-Pb定年分析可以给出206Pb/204Pb, 208Pb/206Pb, 以及普通铅校正过的206Pb/238U，207Pb/235U，207Pb/206Pb 比值。
206 204
Pb Pb
i
238
U (e238t 204 Pb
1)
207Pb 204Pb
207Pb 204Pb
i
235U 204Pb
(e235t
1)
208Pb 204Pb
208Pb 204Pb
i
232Th (e232t 204Pb
1)
等时线方程
理论上, 上述等时线也能象Rb-Sr和Sm-Nd体系一样 进行岩石定年。但是，U、Th、Pb的活动性相当大， 使得U-Pb等时线定年受到很大的限制。
深熔锆石
magmatic
Inherited overgrowth
Inherited overgrowth
Alteration zircon
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
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.
2. Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱计（LAM
工作笔记——锆石定年
工作笔记——锆石定年工作笔记—锆石定年2014年4月4日，于中国地质科学院地质所，经与多接受等离子质谱实验室联系，老师安排我做两天LA-MC-ICP-MS锆石U- P b 定年实验。
一、工作内容整个锆石定年过程大致包括锆石分选、样品制靶、锆石U-P b 测年、分析测试数据。
我们的实验工作主要为锆石U-P b测年，包括装靶/换靶→定位→吹气→打点→调数据→吹气→打点。
仪器运行几乎是全自动控制，我们的主要任务就是选好要测试的锆石颗粒以及每颗锆石要测试的年龄位置。
此次实验样品采自塔里木盆地前寒武纪基底的碎屑岩、变质岩、岩浆岩，测试时使用锆石标样GJ1、SRM610/620和91500作为参考物质。
二、工作流程方法（一）锆石分选锆石采集之前要对采样区的岩石出露情况、风化、剥蚀程度，岩浆活动的期次、成分，变质作用的程度、期次以及岩石成因机制等进行比较全面的了解。
锆石的主要成分是硅酸锆，由于岩石酸性不同，不同类型岩石一般采集重量不同。
偏酸性的岩类一般含锆石相对多一些，而偏基性岩类含锆石则相对较少。
对于花岗岩、流纹岩等偏酸性岩石，采集3~4kg重的样品就行；对于闪长岩、安山岩等中性岩石，通常采集7~10kg；而对辉长岩、玄武岩等偏基性岩石，一般采集40~50kg。
对采集样品进行机械粉碎（以不破坏锆石晶体形态为标准）、淘洗、重力分选或磁选、双目镜下把锆石分选开来。
（二）样品制靶在双目显微镜下挑选锆石颗粒粘到双面胶上，加注环氧树脂，待固化后，将靶内锆石打磨至原尺寸一半大小。
样品靶抛光后在显微镜下拍摄锆石反射光和折射光照片，在等离子质谱实验室拍摄阴极发光（CL）照片。
（三）锆石U-P b测年实验根据锆石CL照片、反射光和折射光照片选择锆石测试位置，利用激光器对锆石进行剥蚀。
每个实验样靶一般粘有6~8个样品，每个样品可以根据情况测试不同数量的样点，而样点多时一般分成几组进行打点。
样点分组时，每组前后都有四个标样，即两个GJ1、一个SRM610/620和一个91500，其中SRM620不能出现在总体样点的首位位置且只出现一次。
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“同位素年代学＝提供年龄数据”。
许多地质学家的想法,一种错误的认识！
同位素年代学需要同位素和地质两方面 的知识结构。
年龄表
数据内容 数据排列顺序 有效位数 样品多时，最好一个样品有一个表头 表注 >1.2Ga (or >1.4 Ga)锆石，尽可能用 7/6年龄，而不是上交点年龄
科学性和有利于读者阅读
鲁西地区新太古代晚期岩浆事件 （Wan et al., 2010）
鲁西地区新太古代早期岩浆事件 （万渝生未发表）
滹沱群底砾岩中石英岩砾石的碎屑锆石阴极发光图像 （万渝生等，2010）
万东 渝焦 生群 等浅 ，变 质 碎 屑 ）沉 积 岩 中 碎 屑 锆 石 特 征
( 2010
长城系
所有数据
鞍山地区古元古代变质辉长岩的斜锆石 和锆石阴极发光图像（董春艳等，2012）
鞍山地区古元古代变质辉长岩的斜锆石 和锆石二次电子图像（董春艳等，2012）
鞍山地区古元古代变质辉长岩的斜锆石 和锆石年龄图（董春艳等，2012）
鲁西新太古代变质辉石岩的锆石阴极发光和年龄图 （万渝生等，未发表）
大青山地区变质超基性岩石的锆石阴极发光和年龄图 （Wan et al., 2013）
锆石U-Pb定年
万渝生
为什么锆石U-Pb定年可信?
1、U-Pb体系 2、锆石
Zircons are forever!
锆石是最理想的测年对象
最常见副矿物，广泛存在于不同地质体中 抗风化能力强 无或很低的普通铅，而U含量适当 U-Pb同位素体系保存良好 可判断体系是否封闭 应用CL等方法，可对锆石进行成因研究 SHRIMP等原位分析方法应用
胶东中生代玲珑超单元二长花岗岩中锆石阴极发光图像
岩浆锆石内部结构演化示意图
XL2-8
甘肃祁连兴隆山群拉班玄武岩的锆石年龄 （徐学义等，2008）
甘肃祁连兴隆山群拉班玄武岩（XL2-8）的锆石阴极发光图像 （徐学义等，2008）
290 Ma
289 Ma
塔里木盆地二叠纪玄武岩的锆石阴极发光图像和年龄 (Yu Xin et al., 2011)
APT image of Y and Pb clusters in 4.4 Ga zircon (Valley et al., 2013) APT: atom-probe tomography, 原子探针断层扫描技术
酸性火山灰 Xenocrystal zircons
1.68 Ma
Kurtan site, Armenian Highland (Presnyakov et al., 2012)
残余锆石2.48-2.57 Ga
幔部锆石 2.45Ga
边部锆石 2.40Ga
大青山石榴黑云母花岗岩锆石CL和年龄谐和图 （董春艳等，2008；Wan et al., 2009）
西藏南部淡色花岗岩的锆石阴极发光图像（于俊杰等，2011）
河南下汤地区古元古代黑云磁铁斜长片麻岩 锆石阴极发光图像（黄道袤等，2014）
扫描组数 未知样分析数
在目的和经费、时间上达到平衡和协调
定年注意事项
仪器稳定性，对于十分重要的样品，仪 器不稳定，宁可不作 结合地质背景和目的，定年前对锆石图 像作充分的研究，初步确定定年锆石 在锆石阴极发光图上清楚准确标出分析 位置和年龄 根据8U年龄关系(Williams and Hergt)
变质锆石可划分为变质新生锆石（变质增生 边或以单独颗粒形式存在）和重结晶锆石（可进 一步划分为固态重结晶和流体参与下的重结晶， 也可进一步划分为部分重结晶和完全重结晶）两 大类。一些情况下，它们之间难以明确区分。
其它（造岩）矿物分解产生的Zr、Si等组份 的成核和结晶、锆石从变质流体（和深熔岩浆） 中晶出、原有锆石的溶解-再沉淀、交代置换和 元素扩散等是变质新生锆石形成和原有锆石改造 的重要机制。
年龄测定从<1百万年到44亿年
其他测年矿物：独居石，磷灰石、蛋白石、 榍石、金红石、钙钛矿、磷钇矿
4323 Ma 碎屑锆石 from Jack Hills
CL
BSE
4.374 Ga 3.400 Ga
Jack Hills 4.4 Ga 碎屑锆石图像和年龄 （Valley et al., 2013） The APT 207Pb/206Pb ratio of 1.2 defines the slope of the heavy dashed line originating from the crystallization age of 4374 Ma. The lower intercept of this line with the curved concordia line (solid) is in agreement with the 3400Ma age of the overgrowth and links the formation of Pb clusters to the reheating event.
锆石同位素年代学研究注意问题 1）必须以野外地质为基础，充分了解测年样品的地 质特征、形成背景和岩石成因，为年龄解释提供可靠的地 质依据。采集尽可能新鲜的岩石样品 2）采集样品必须有经纬度坐标记录，相关野外地质 记录，特别是采集样品野外露头的照片记录
3）进行年龄测定的样品，都应有岩石岩相学研究， 保留岩石样品标本和锆石副样，以便必要时复查 4）进行年龄测定的样品，应完成相应的常量、微量 和稀土元素分析，必要时进行Nd等同位素分析 5）锆石测年之前，应进行锆石透射光、反射光、背 散射、阴极发光研究，为测年和年龄解释提供依据。根据 锆石内部结构，结合地质体产状，80-90％的锆石成因可 以得到确认 6）应特别注意锆石分选过程中的污染问题
蓟县系 清白口系
华北克拉通十三陵地区中新元古代积岩碎屑锆石 年龄直方图 （Wan et al., 2011)
所有锆石定年结果
所有锆石定年结果
Grey color: discordance = 10-15%; all other data < 10% discordant.
华北克拉通古元古代变质碎屑沉积岩的锆石年龄（Wan et al., 2006）
变质岩石中出现多组年龄的原因
可能原因 １）原岩为碎屑沉积岩，但只存在一组年龄锆 石也可能为碎屑沉积岩； ２）原岩为岩浆岩，除岩浆锆石外，还存在残 余和捕获锆石，也有可能所有的都为残余或捕获锆 石； ３）原岩凝灰岩中可出现火山锆石和碎屑锆石； ４）变质锆石和其它锆石； ５）样品不是一种单一岩石； ６）更为复杂情况。 注意不同年龄是存在于不同锆石颗粒或在同一 锆石颗粒中，不同年龄的锆石特征是否相同。 注意选样过程中出现的偏差。
大青山地区古元古代变质辉长岩的锆石 阴极发光图像（Wan et al.，2013）
大青山地区古元古代变质辉长岩的锆石 年龄图（Wan et al.，2013）
大青山地区新太古代变质辉长岩的锆石 阴极发光图像（Ma et al.，2012）
大青山地区新太古代变质辉长岩的锆石 年龄图（Ma et al.，2012）
Kurtan site, Armenian Highland (Presnyakov et al., 2012)
使用标准锆石 监视测年过程中仪器状态 Pb/U比值校正，确定未知样品年龄 确定Pb-Pb（207Pb/206Pb）年龄可靠性，有无铅丢失
U-Pb定年参数的选择
标准与未知样测定比例
1.2（2.67Ga）
1.1（2.48Ga）
大青山地区麻粒岩中的锆石（万渝生等，未发表）
冀东黄柏峪角闪片麻岩锆石阴极发光和年龄图（Liu et al., 2014）
冀东黄柏峪石榴黑云片麻岩锆石阴极发光和年龄图（Liu et al., 2014）
冀东黄柏峪地区变质沉积岩锆石年龄直方图（Liu et al., 2014）
呼和浩特地区古元古代变质沉积岩 锆石阴极发光图像（万渝生等，未发表）
大别超高压变质带榴辉岩中石英脉的 热液锆石阴极发光图像(Wu YB et al., 2009)
Th/U<0.1 有绿泥石、铝直闪石、镁铁闪石包体 1.85 Ga
鞍山弓长岭富铁矿边部富石榴石蚀变岩 （李厚民等，2014）
变质锆石
年龄与地质观察出现矛盾
主要原因 １）测年方法不同，或同一方法是在不同实验 室或不同时间完成的，有的数据质量不高； ２）年龄在误差范围内实际上是一致的； ３）地质关系不清楚，不是在同一露头取样； ４）某些年龄数据的地质解释存在问题，例如 辉绿岩脉中所测锆石为捕获成因； ５）地质观察不正确。
出现“异常”的可能原因
包括定年在内的锆石研究，目的 是地质应用。锆石成因及锆石在不同 作用过程中的特征及变化规律（物理 的，化学的、同位素的）是关键 根据目的，开展综合研究，充分 挖掘锆石所藴藏的重要信息
SiO2=52% K2O=10%
华北克拉通中元古代盖层大红峪组碱性玄武岩 的锆石阴极发光图像（李怀坤）
鲁西济宁岩群变质酸性火山岩的锆石阴极发光图像 （万渝生等，2012）
样品问题，例如选样时的污染，甚至不 同样品置换
定年问题，例如峰中心错误
锆石成因解释问题 地质认识问题，。。。
“异常”不是异常
出现“异常”现象
切忌把“新成果”马上发表（>4.0 Ga 锆石中的金刚石和石墨） 查明原因，从最可能的地方查起 必要重复
“异常”既可是重大发现，也可能是“笑话”
西澳Jack Hills碎屑锆石(after Menneken et al, 2007)
Comparison of SHRIMP II (a) and laser ablation ICP-MS data (b) shown in concordia diagrams for zircons from massive charnockite sample NGB-1B, Nagercoil Block, southern India (Kreoner et al., 2014)