Причины разработки локальных методов u-Pb датирования. Основные принципы и стандарты для реализации методов sims и la-icpms, сравнение методик.
Цирконометрия как подраздел геохронологии. Методы изучения внутреннего строения минералов. Основные типы зональности в цирконах.
• Уран изоморфно замещает цирконий. Достаточно высокая концентрация урана 200–5000 ррм. Умеренное содержание урана определяет отсутствие или слабую метамиктность минерала , следовательно, он хорошо удерживает радиогенный свинец ;
• Кристаллическая структура циркона отвергает свинец. Содержание нерадиогенного свинца обычно менее 0,5%. Величина отношения 206Pb/204Pb >10000.
• Температура закрытия U-Pb системы в цирконе более 800-900 оС, доступно датирование этапов магматизма и высокотемпературного метаморфизма.
• Циркон присутствует в большинстве магматических и метаморфических пород, а также является существенным компонентом тяжелой фракции терригенных осадков.
Цирконы ZrSiO4 несут не только геохронологическую информацию (U-Pb), но и важнейшую изотопно-геохимическую (Lu-Hf).
В этом минерале цирконий может изоморфно замещаться:
• Ураном-U-Pb геохронометр;
•Гафнием - генетическая метка, за счет крайне низкого значения 176Lu/177Hf, циркон–хранитель начального изотопного состава гафния в момент кристаллизации.
Циркон исключительно устойчивый минерал, и всегда присутствует в осадочных породах–детритовые цирконы. Геохронологическое и изотопно-геохимическое изучение детритовых цирконов дает уникальную информацию об эндогенных породах, которые полностью эрродированы, или захоронены на глубине или давно субдуцированы.
Графическое представление Аренса–Везерилла требуется коррекция на обыкновенный свинец по 204Pb: 206Pb* и 207Pb*
• Ненарушенность системы доказывается конкордантным значением возраста;
• Потеря радиогенного свинца выражается в дискордантности;
• Добавка нерадиогенного свинца (оцененного через интенсивность изотопа 204Pb) обнаруживается как линия смешения с обыкновенным свинцом, имеющим возраст образования Солнечной системы (4.55 млрд.лет).
Графическое представление Тера – Вассербурга
• Не требуется коррекции на обыкновенный свинец ;
• На график наносятся реально измеренные величины : 207Pb/206Pb и 238U/206Pb
Циркон очень устойчивый минерал. Его температура плавления более 1400оС, поэтому в породе, как правило, присутствует несколько генераций вещества циркона в пределах единичного кристалла .
• Захваченные или унаследованные ядра-затравки;
•Магматические;
•Метаморфические;
•Постмагматические– «гидротермально-метасоматические»
В большинстве случаев цирконы имеют сложную зональность .Размеры отдельных зон роста не превышает 10-30 микрон
Оптическое и BSE изображения показывают распределение включений и трещин, а CL изображение–распределение примесей, главная из которых уран, гасит свечение в катодных лучах. Т.е. более темные зоны богаче ураном
CL показывает строение минерала на глубину 2 мкм от поверхности
Выходной сигнал (изотопы Pb, U, других примесей циркона) SIMS. Принцип измерений с внешним стандартом. Допустимые величины содержания урана, обыкновенного свинца для корректной интерпретации данных.
Множественность генераций вещества циркона (и других минералов геохронометров) определило развитие локального метода изучения U-Pb системы. Наилучшие результаты достигнуты с использованием вторично-ионных масс- спектрометров SIMS, обеспечивающих локальность анализа около 10-15 мк. До 80% геохронологических данных в настоящее время получают этим методом, а классический ID-TIMS используется в специальных случаях.
Вторично – ионный зонд SIMS во многом аналогичен электронному
микрозонду , однако в отличие от него является разрушающим аналитическим методом, поскольку для масс-спектрометрического изотопного анализа требуется отобрать некоторое количество вещества.
Типичный кратер SIMS. Диаметр 12 мкм, глубина 1.5-2 мкм. Низкого (500) и высокого (6000) разрешения масс-спектрометры.
Однако при первых же попытках определить с помощью SHRIMP-II уран- свинцовые отношения в цирконе (именно эти отношения определяют возраст минерала), выяснилось, что уран вылетает из мишени в виде как металлических ионов,так и в виде окисных и двуокисных ионов в соотношении приблизительно:
UO2+/UO+/U+ ∼3:7:1, в то время как свинец вылетает почти нацело в металлической форме – Pb+. Поэтому, получаемые в результате прямых измерений
ионные отношения Pb+/U+ являются в сильнейшей степени искаженными по сравнению с истинными атомными уран-свинцовыми отношениями в исследуемом цирконе.
Таким образом, в силу вышесказанного, прямые измерения атомных отношений для определения возраста минерала оказываются бессмысленными. Поэтому единственной возможностью использовать уникальные аналитические возможности SHRIMP-II остается принцип стандарт-образец, развитый и успешно применяемый на обычных, используемых для элементного анализа ионных микрозондах-метод измерения с внешним стандартом.
Стандарты для SIMS обязательно должны быть той же кристаллической
матрицей , что и исследуемый образец, поскольку интенсивность втроично-ионной эмиссии различна для различных матриц. Таким образом, для изучения цирконов нужен стандартный циркон, монацитов–стандартный монацит, сфенов-стандартный сфен и т.д. В настоящее время существует не менее 10 сертифицированных стандартных циркона (Temora, 91500, CG-1, FC-1, Mud Tank, Sl-2, Plesovice, и др.)
Это однородные конкордантные цирконы с возрастом 400 –2000 млн.лет, в которых методом ID-TIMS определены параметры U-Pb и Lu-Hf систем (параллельно во многих лабораториях).
Стандартные цирконы состоят из одной генерации, не содержат посторонних минеральных включений, не трещиноваты, в них содержание обыкновенного свинца 206Pbc < 0.2%, и диапазон концентрации урана от 250 до 2500 ppm.
Поэтому , измерения сильно метамиктных, высокоурановых (>5000 ppm)
цирконов, при помощи SIMS, отягощены существенной систематической ошибкой, и не могут использоваться для интерпретации.
