鲁瑶、张亮亮等：锆石激光剥蚀反向深度剖面方法及应用 【JAAS】

发布时间：2024-03-01     作者：    阅读：104次

 在碰撞带等构造活跃区，由于多期次的岩浆作用、变质作用和构造活动，形成了大量具有复杂核边结构的锆石。这些复杂结构锆石对研究岩石成因、深部动力学过程、区域演化历史、古地理重建以及盆地演化均具有非常重要的作用。

 针对具有复杂核边结构锆石的高分辨率原位微区技术，目前常用的原位U-Pb定年方法包括二次离子探针（SIMS）和激光等离子体质谱（LA-SF/Q/MC-ICP-MS）方法。SIMS方法的最小分析束斑~3 μm，对样品的损耗低，但对仪器的要求较高，并且时间和经济成本较高；LA-SF/Q/MC-ICP-MS的分析束斑最小可达5 μm，灵敏度高，分析速度快，但是束斑减小导致的信号强度降低会使分析精度下降，且很难同时获得可靠的微量元素信息。近年来发展的深度剖面LA-ICPMS方法（Depth profiling），即不打磨抛光锆石，而是直接从外向内剥蚀锆石，其纵向分辨率可达0.6μm。然而，由于深度剖面LA-ICPMS方法不打磨抛光锆石，因此实验前无法看到锆石内部结构，当样品中具有核边结构的锆石比例较低时，深度剖面LA-ICPMS方法则会造成获取目标锆石的成功率低（浪费大量单一年龄锆石的数据）、时间和经济成本高（因测样量较大）等缺点。

针对以上问题，我校科学研究院朱弟成教授团队硕士研究生鲁瑶，在张亮亮副研究员和刘力特任教授的共同指导下，利用矿物激光微区分析实验室（Milma Lab）的LA-ICPMS仪器，建立了一种对具有复杂结构锆石进行原位U-Pb定年的新方法——反向深度剖面LA-ICPMS定年法（Reverse depth profiling），用于专门获取具有复杂核边结构锆石的年龄和微量元素深度剖面数据。

 该方法开发后，首先应用于喜马拉雅淡色花岗岩锆石的研究中。反向深度剖面获得的具有核-边年龄结构的锆石比例比传统深度剖面获得的比例高约40%。同样，该方法还在西藏亚东地区石榴石花岗片麻岩锆石的研究中取得了明显的效果，在前人研究的基础上不仅得到了新生的锆石800 Ma的²⁰⁶Pb/²³⁸U均值年龄，还新发现了一期~1800 Ma的核部锆石年龄域。部分具有核边结构的锆石，其核部的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为~1800 Ma，边部年龄为~800 Ma。该方法显著提高了年龄信息的准确获取概率，有效地提高了数据使用效率，为锆石原位U-Pb定年工作提供了新的分析手段和思路。

 图1 （a）传统深度剖面LA-ICPMS法的锆石侧视图；（b）传统激光剥蚀法的锆石俯视图和侧视图；（c）反向深度剖面 LA-ICPMS法的锆石侧视图；（d）反向深度剖面 LA-ICPMS法的锆石俯视图和侧视图。蓝色和橙色区域分别对应锆石的核部年龄结构和边部年龄结构。

 图2 不同年龄结构锆石的年龄剖面选取：（a）单一年龄结构的锆石具有平稳的年龄信号；（b）具有明显的核-边年龄结构的锆石具有高低不平的年龄平台；（c）具有多年龄结构的锆石具有多个年龄平台。

 图3 （a）亚东含石榴石花岗片麻岩锆石边部U-Pb年龄的谐和图和均值年龄图；（b）通过反向深度剖面得到的KDE和直方图；（c）年龄~ 800 Ma的锆石球粒陨石归一化稀土元素图。（d）年龄~ 1800 Ma锆石球粒陨石归一化稀土元素图。

上述成果受国家自然科学基金项目(42103021，42121002，41973052)联合资助，发表于分析化学领域国际知名期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上： Yao Lu (鲁瑶), Liang-Liang Zhang*(张亮亮), Li Liu*(刘力), Di-Cheng Zhu(朱弟成), Jin-Cheng Xie(谢锦程), and Qing Wang(王青), Zircon LA-ICPMS reverse depth profiling analysis method and Geological application, 2024, Journal of Analytical Atomic Spectrometry.

 全文链接: https://doi.org/10.1039/D3JA00309D