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1、电子探针化学测年方法的应用摘要介绍含Th-U-Pb矿物电子探针化学测年方法的基本原理,并利用应用实例说明该方法在研究岩石形成年龄、构造热事件年代等方面的重要作用,最后简要评价该方法的优、缺点,并指出它的应用前景,认为电子探针化学测年方法将有可能在深源岩石包体年龄研究、含放射性元素矿床形成年代研究等方面大有作为,并使地质年代学研究更加精细化,有助于深入探讨复杂地质事件及其演化历程。关键词：电子探针化学测年方法；锆石；斜锆石；独居石；变质变形地质事件16前言电子探针技术主要用于材料微区化学成分定量测定及表面微形貌研究。1991年,
2、Suzuki和Adachi[1,2]将矿物微区化学成分含量(Th,U,Pb)与放射性元素(Th,U)衰变理论相结合,形成了独特的电子探针化学测年方法。他们对前寒武纪锆石、独居石等矿物进行了测年,取得了一定的效果。10多年来,不少地质工作者利用该方法解决地质年代问题,取得了大量成果[1~14],尤其在造山带研究中成果显著[1,2,4,6,11,14]。同时,该方法也在实践中不断完善、日趋成熟,已成为了微区测年、提供详细年龄资料的有力工具。1基本原理16天然形成的锆石、斜锆石、独居石等矿物中一般都含有一定量的天然放射性元素232T
3、h、235U、238U,它们经过一系列的A、B衰变后最终形成Pb的稳定同位素:在地质历史中,当上述放射系列建立起长期平衡时,就可把钍、铀同位素的衰变看作直接转化为相应的铅同位素。因此,三个独立的方程用来计算放射性成因的铅:式中N(232Th)、N(235U)、N(238U)为仍存的232Th、235U、238U原子数,K232、K235、K238为232Th、235U、238U的衰变常数。若普通铅含量忽略不计,同时假定矿物中Th-U-Pb体系为封闭体系,没有Pb等元素的损失或增加,并考虑到正常铀现今比值N(235U)/N(23
4、8U)=1/138,则矿物中铅原子数为将(1)式中Pb、Th、U的原子数换算成对应的氧化物PbO、ThO、UO的质量分数,有:16(2)式中M(PbO)、M(ThO)、M(UO)分别为氧化物PbO、ThO、UO的分子质量。每一单点的电子探针分析得到了一组氧化物含量数据,代入(2)式,就得到了一个化学年龄。这个年龄只是视年龄,对同成因的矿物微区采取多点分析,并利用等时线法可获得矿物微区的形成年龄[1,2]。具体做法:先将钍衰变效果虚拟折算成铀衰变效果(成铅量相等),构建出虚拟的UO含量(w(UO)),即(3)这样,理论上所有的分
5、析数据将落在直线w(PbO)=k#w(UO*2)上。然后通过实测多点分析数据,采用最小二乘回归法计算出该直线的斜率k。最后通过公式(4)计算出矿物形成的最终年龄T。(4)目前已有较成熟的计算程序对电子探针化学成分分析数据进行处理。实际上,矿物中可能含有一定量的初始铅,一般情况下,应做电子探针化学测年结果与其它方法得出的年龄结果的对比研究。2应用实例162.1岩石形成年龄研究用电子探针化学测年方法对产在变质岩、岩浆岩中的同源锆石、独居石、磷钇矿等矿物进行定年,得到这些矿物的结晶年龄,也就得到了岩石的大致形成年龄。许多学者用该方法
6、得到的研究结果与用其它方法得到的年龄结果是一致的[1~14]。最近,J.E.French等[13]利用该方法对产于镁铁质岩中的斜锆石进行了测年研究,取得了较好的效果。他们对5种来自不同地区的斜锆石分别进行了电子探针化学测年(EM)与同位素稀释法测年(IDTIMS),得到的结果具有一定的一致性。从表1可看出3种斜锆石两种方法得到的年龄值仅相差30~60Ma,另2种的年龄值电子探针化学年龄要比同位素稀释法年龄约大140Ma。这些分析数据也证明了电子探针化学测年方法能提供可靠的前寒武纪斜锆石年龄信息。由于许多镁铁质岩石中都含有斜锆石
7、,因此该方法有可能在今后确定镁铁质岩石形成年龄方面被广泛应用。2.2变质变形年代研究16电子探针具有高的空间分辨率(约1Lm),能对矿物颗粒做精细的化学成分扫描工作。矿物化学成分的环带结构也暗示着矿物形成年龄的环带分布。矿物形成后,许多情况下会受到后期的地质作用影响,发生重结晶、再生长。电子探针化学测年方法能描绘出矿物中不同部分的年龄结构,以分析地质事件的演化历史。鉴于此,该方法常用在变质变形年龄研究中,尤其在造山带构造热事件年代研究中取得了突出的成果[1,2,4,6,11,14]。M.L.Williams等[11]及C.F.
8、Kopf[12]对加拿大Saskatchewan北部Neil海湾地区古老变质岩中的独居石进行了研究。图1a示产在石榴石变斑晶中的独居石包体的结晶年龄域,图1b示基质中独居石晶体生长的年龄域。变质岩中的大多数独居石晶体都至少包含两个年龄域,众多的分析数据显示,除了更老的晶核外,
