CN106908510B - 一种测定锆石样品的铀铅年龄的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测定锆石样品的铀铅年龄的方法，所述方法包括如下步骤：将锆石样品和标准物质制成样品靶；进行激光剥蚀从而得到固溶胶；将固溶胶载入多接收电感耦合等离子体质谱仪离子源(等离子体)进行电离从而得到一次离子；使一次离子经过所述质谱仪的电场和磁场，实现能量和方向双聚焦并达到离子检测***；检测并计算锆石样品和锆石标准物质一次离子的原始铀铅比值；使用锆石标准铀铅比值对锆石样品原始铀铅比值进行校正从而获得锆石样品校正后的铀铅比值；使用校正后的铀铅比值计算锆石样品的铀铅年龄。本发明方法具有高精度和高灵敏度，对样品含量要求低，剥蚀深度浅，能够用于剥蚀直径小于10微米的空间高分辨锆石铀铅定年。
Description
技术领域
本发明涉及微区同位素组成分析方法，尤其涉及一种测定锆石样品的铀铅年龄的方法。
背景技术
锆石是自然界岩石中的一种重要副矿物，由于它具有较高的U、Pb含量使其成为U-Pb同位素地质年代学中最常研究的对象，并逐渐形成了一个应用前景极其广阔的分支学科-锆石学(zirconology)。特别是，将锆石U-Pb年龄与其微量元素和Hf、O等同位素结合，为探讨地质作用的时标及过程提供了重要地球化学参数。
根据所测样品的性质，目前在锆石U-Pb同位素地质年代学中主要采用微量锆石法、单颗粒锆石法和微区分析三种方法。但从分析的空间分辨率和使用的技术来看，上述方法基本可分为热电离质谱(TIMS)和微区原位(in situ)分析两类。其中TIMS分析精度最高，但缺点是得不到锆石年龄变化的空间信息。因此，锆石的微区原位分析构成近年来U-Pb同位素地质年代学的主导趋势，而就该技术本身而言，简便快速、高空间分辨率和高测定精度是主要发展方向。
天然锆石样品中许多具有核、幔和边的复杂环带结构，通常幔和边很窄(小于10微米)，对这些复杂环带进行高分辨U-Pb定年，可以揭示具有复杂环带锆石经历的复杂地质历史，因此高分辨微区定年技术对具有复杂结构的锆石定年具有非常重要的意义，可以得到锆石不同结构区域的多组年龄，这些年龄可能分别对应于锆石寄主岩石的原岩时代、变质事件时间(一期和/或多期)及源区残留锆石的年龄等。
在微区分析方法中，有两种锆石微区定年技术，离子探针(Secondary Ion MassSpectrometry，SIMS)和激光剥蚀等离子体质谱(laser ablation-inductively coupledplasma-mass spectrometry，LA-ICP-MS)。离子探针有SHRIMP和CAMECA两种。由于其可对锆石进行微区原位高精度定年，是目前研究复杂锆石年龄的最主要手段，并成为80年代以来地质科学创新成果的重大技术支撑。离子探针锆石U-Pb年代学研究和取得的成果不仅全面推动了地球科学的迅速发展，同时也带动了一系列同位素地球化学分析技术和方法的进步。
尽管运用离子探针可获得较高精度的年龄，但该仪器价格昂贵(每台3千万元人民币以上)，且全球数量有限，难以满足锆石U-Pb定年的需求。因此继离子探针之后，锆石的激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)定年技术的发展使锆石微区U-Pb年代学更加经济和简便。近十几年来，由于技术特别是激光技术的改进，提高了U-Pb年龄精度，锆石的LA-ICP-MS测定方法得到快速普及。
在目前的锆石LA-ICP-MS U-Pb测年中，使用的仪器主要是各种类型的四极杆(或磁式)单接收质谱，该仪器具有扫描快速的特点，但在同位素分析方面有明显的局限性，如丰度灵敏度低和非平顶峰等，因此导致分析精度通常为3-5％，空间分辨率不高，通常为30-80微米(剥蚀坑直径)，同时由于采用从低质量端到高质量端或者相反顺序扫描技术，需要总的测定时间更长，通常的剥蚀深度为20微米左右。总的说来，激光剥蚀四极杆(或磁式)单接收等离子体质谱锆石U-Pb定年技术存在的问题：(1)由于采用了顺序扫描技术，因而接收效率较低，比如U-Pb定年中接收202Hg，204(Hg+Pb)，206Pb，207Pb，208Pb，232Th和238U离子流，和多接收器同时接收技术相比，理论上需要消耗7倍的时间，相应的剥蚀深度增加7倍。因此导致纵向分辨率低，通常为20微米左右。(2)由于仪器灵敏度较低，所以，在相同信号强度条件下，需要更多的剥蚀物质，即在相同的剥蚀条件下需要更大的剥蚀面积，因此导致横向空间分辨率差，通常剥蚀直径为30-80微米，对个别高含量样品可以达到20微米左右。然而，天然锆石样品的环带宽度绝大多数小于该分辨率。
在这种背景下，运用配有激光器的多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)成为目前锆石U-Pb定年研究中的重要技术，它不仅提高了分析速度，同时也改善了分析精度，显示出很好的分析潜力和应用前景。由于锆石中铅含量较低，因此只能适合于离子计数器检测，所以目前该技术采用离子计数器接收204Pb，206Pb，207Pb和208Pb，用法拉第杯接收238U(如：侯可军等，LA-MC-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年技术，矿床地质，第28卷第4期第481-492；Scott Johnston等，Small-volume U–Pb zircon geochronology by laser ablation-multicollector-ICP-MS，Chemical Geology 259(2009)218–229)，以下简称为混合接收模式，在该模式下，采用单点剥蚀，206Pb/238U同位素比值的测量精度为2-4％(2S)，空间分辨率为横向直径15微米左右，剥蚀深度4-10微米左右。然而，采用激光剥蚀多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)进行锆石U-Pb定年技术目前存在以下问题：(1)采用离子计数器接收202Hg，204(Hg+Pb)，206Pb，207Pb和208Pb，用法拉第杯接收238U的混合接收模式，由于法拉第杯的灵敏度差，对5mV以下的信号，测量精度极差，导致无法适用于剥蚀直径小于10微米的U-Pb定年分析；事实上，很多环带结构锆石样品的环带宽度都小于10微米。并且，有些样品的锆石颗粒本身就小于10微米，比如超基性岩和陨石样品中的锆石颗粒；(2)天然锆石样品中的U-Pb含量变化较大，有高有低，对信号强度小于5mV的低U含量样品，U-Pb定年的年龄精度差。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种测定锆石样品的铀铅年龄的新方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将锆石样品和锆石标准物质分别嵌入环氧树脂中以制成样品靶；
(2)利用激光束分别对所述样品靶中锆石进行激光剥蚀，从而得到固溶胶；
(3)利用载气将所述固溶胶载入多接收电感耦合等离子体质谱仪的等离子体离子源中进行电离，从而得到一次离子；
(4)使所述一次离子经过所述质谱仪中的电场和磁场从而实现能量和方向双聚焦；
(5)使用离子计数器检测经过双聚焦的所述一次离子并计算所述锆石样品和所述锆石标准物质的一次离子的原始铀铅比值；
(6)使用所述锆石标准物质的已知的标称铀铅比值和所测得的原始铀铅比值对所述锆石样品的所述原始铀铅比值进行校正，从而获得所述锆石样品的校正后的铀铅比值；
(7)使用所述校正后的铀铅比值计算所述锆石样品的铀铅年龄。
本发明人经过实验发现，在信号强度相同的情况下，离子计数器的测量精度相对于法拉第杯具有明显的优势，换言之，在保持相同的测量精度条件下，采用离子计数器可以测量更低的浓度。如果浓度相似，在激光剥蚀条件下，意味着需要的剥蚀物质更少，即：可以采用更小的剥蚀面积或剥蚀深度，从而提高微区分析的空间分辨率。而且经过进一步的实验发现，在使用离子计数器和法拉第杯同时接收206Pb和238U离子流的混合接收模式中，由于法拉第杯测定的238U信号到达峰值时明显滞后于离子计数器测定的206Pb信号，这种滞后效应使得测量的206Pb与238U的同位素比值变化加大，进而严重影响U-Pb定年的结果精度。如果使用多个离子计数器同时接收206Pb和238U离子流，测得的206Pb和238U信号变化完全同步！意味着测量的206Pb与238U的同位素比值变化小，精度高，即，在相同激光进样条件下，采用离子计数器接收模式获得U-Pb定年精度显著地比混合接收模式高。于是，本发明人提供了一种具有高精度和高灵敏度，对样品含量要求低，剥蚀深度浅，能够用于剥蚀直径小于10微米的空间高分辨锆石铀铅定年。
附图说明
图1显示了溶液进样条件下离子计数器和法拉第杯测量小信号的精度比较。
图2显示了在激光剥蚀进样条件下离子计数器和法拉第杯接收的信号比较。
图3显示了在本发明的一个具体实施方式中使用的激光剥蚀***与多接收电感耦合等离子体质谱仪的连接方式。
图4显示了激光剥蚀深度实验结果。
图5显示了离子计数器之间的动态线性范围：0～720,000cps。
图6显示了用激光原位多接收电感耦合等离子体质谱空间高分辨锆石U-Pb定年技术测定的标准锆石年龄，在误差范围内与文献参考值完全一致。
图7显示了采自大别超高压变质片麻岩样品中具有复杂环带锆石年龄分布图，红色区域为本次分析的激光剥蚀区域，年龄单位为Ma，误差为2s。
图8显示了锆石样品的核、幔和边部的年龄协和图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如上所述，本发明提供了一种测定锆石样品的铀铅年龄的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将锆石样品和锆石标准物质分别嵌入环氧树脂中以制成样品靶；
(2)利用激光束分别对所述样品靶进行激光剥蚀，从而得到固溶胶；
(3)利用载气将所述固溶胶载入多接收电感耦合等离子体质谱仪(例如NeptunePlus型多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune Plus MC-ICP-MS，生产商：ThermoFisher Scientific，Germany))的离子源中电离，从而得到一次离子；
(4)使所述一次离子经过所述质谱仪中的电场和磁场从而实现能量和方向双聚焦；
(5)使用离子计数器检测经过双聚焦的所述一次离子并计算所述锆石样品和所述锆石标准物质的一次离子的原始铀铅比值；
(6)使用所述锆石标准物质的已知的标称铀铅比值和所测得的原始铀铅比值对所述锆石样品的所述原始铀铅比值进行校正，从而获得所述锆石样品的校正后的铀铅比值；
(7)使用所述校正后的铀铅比值计算所述锆石样品的铀铅年龄。
所述锆石标准物质可以选自由Phalaborwa、91500、GJ-1、Temora、Plěsovice、Qinghu和SK10-2组成的锆石标准物质。在制备时，可以将锆石标准物质嵌于例如2.54厘米(1英寸)或1.77厘米(半英寸)的环氧树脂样品靶中，将待测的未知锆石样品置于同一个或另一个环氧树脂样品靶中，由此制得样品靶。
所述激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱仪可以使用例如Neptune Plus型多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune Plus MC-ICP-MS，生产商：Thermo FisherScientific，Germany)，其可以配备有至少六个离子计数器，例如7个离子计数器IC4，IC5，IC3A，IC2，IC1B1，IC6和IC7，这些离子计数器分别用于同时接收202Hg，204(Pb+Hg)，206Pb，207Pb，208Pb，232Th和238U离子流。所述质谱仪还可以配备微区原位取样设备，例如Analyte G2型193nm准分子激光剥蚀***(生产商：Photon Machines，USA)。在进样时，可以在利用作为载气的氦气将激光剥蚀的样品固溶胶载入等离子体离子源之前，加入2-4毫升/分钟的氮气，再通过一个同心混匀器加入作为补给气的氩气。在一个具体的实施方式中，本发明方法采用的仪器组建方式如图3所示，包括193纳米准分子激光剥蚀***(型号：Analyte G2)、多接收电感耦合等离子体质谱仪(型号:Neptune PLUS)和气路连接部。其中，193纳米准分子激光剥蚀***包括激光衰减器1、激光均化器2、光栅3、ATL193nm准分子激光发生器4、和剥蚀池6以及光路上的反射镜M1、M2和M3，待检测的锆石样品5放置在剥蚀池6中；多接收电感耦合等离子体质谱仪包括扇形电场7、等离子体(离子源)8、扇形磁场9和离子计数器10。载气氦气(He)、补给气(Ar)和氮气(N2)利用连接气路上的同轴混匀器11混合。
在一些实施方式中，所述激光束为193纳米(波长)激光束；所述激光束的束斑直径被设置为5微米。
在一些实施方式中，所述载气为氦气，补给气为氩气，并且在所述固溶胶被载入离子源之前向所述固溶胶混入氮气。
在一些实施方式中，所述样品靶的尺寸为2.54厘米(1英寸)或1.77厘米(半英寸)。
在一些实施方式中，所述激光剥蚀的激光脉冲数量为8至45个，例如8、14、19、25、30、35、40和45个；剥蚀深度为1至5.4微米，例如为0.96、1.68、2.28、3、3.6、4.2、4.8和5.4微米。优选的是，所述激光剥蚀的激光脉冲数量为8至25个，剥蚀深度为1至3微米。最优选的是，所述激光剥蚀的激光脉冲数量为19个，剥蚀深度为2.28微米。
在一些实施方式中，所述质谱仪配备有微区原位取样设备(例如Analyte G2型193nm准分子激光剥蚀***(生产商：Photon Machines，USA))和至少六个离子计数器。
8、根据权利要求7所述的方法，在一些实施方式中，所述质谱仪配备有分别用于同时接收202Hg、204(Pb+Hg)、206Pb、207Pb、208Pb、232Th和238U离子流的7个离子计数器，例如为Neptune Plus型多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune Plus MC-ICP-MS，生产商：Thermo Fisher Scientific，Germany)配备的7个离子计数器IC4，IC5，IC3A，IC2，IC1B1，IC6和IC7。
在一些实施方式中，所述激光剥蚀***的参数可以采用如下设置：激光束的束斑直径设置为5微米，剥蚀频率为4赫兹，能量密度为4焦耳/平方厘米。
在一些实施方式中，所述质谱仪的测定参数可以采用如下设置：积分时间0.131秒，积分150次，激光剥蚀开始之前10秒用于测定背景强度，开启激光对样品进行剥蚀6秒，激光脉冲数为25，剥蚀深度小于3微米。
在一些实施方式中，使用NIST610标准玻璃样品来校正锆石样品中的U、Th和Pb含量，使用标准锆石来校正锆石样品的207Pb/206Pb，207Pb/235U和206Pb/238U同位素比值，同位素比值校正采用如下公式进行：
其中，和分别为锆石样品测定的同位素比值和校正后的同位素比值，为标准锆石的同位素比值推荐值，和分别为在锆石样品前后两次测定标准锆石的同位素比值，tsam、和分别为锆石样品及其前后两次测定标准锆石的时间；
同位素比值分馏校正计算中的误差传递公式为：
其中，和分别为锆石样品测定的同位素比值和校正后的同位素比值，为标准锆石的同位素比值推荐值，和分别为在锆石样品前后两次测定标准锆石的同位素比值；
和分别为样品的不确定度、标准锆石推荐值的不确定度、在样品前后两次测定标准锆石的不确定度；tsam、和分别为锆石样品及其前后两次测定标准锆石的时间。
实施例
下文将通过举例方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1离子计数器与法拉第杯测定小信号的能力比较实验(本实验采用的仪器为Neptune Plus MC-ICP-MS，生产商：Thermo Fisher Scientific，Germany)
本实验以表1所示的激光剥蚀锆石条件对含有不同浓度(参见图1)的铅溶液进行实验，先分别用离子计数器IC3和IC2同时测量206Pb和207Pb(离子计数器模式接收模式)，不同浓度的铅溶液测得的同位素比值的精度结果参见图1，以空心圆圈表示，IC3测得的206Pb离子流强度在圆圈旁边标示，单位是cps；然后分别用法拉第杯L1和离子计数器IC1同时测量206Pb和207Pb(混合接收模式)，测量结果参见图1，以实心圆圈表示，L1测得的206Pb离子流强度在圆圈旁边标示，单位是mV。实验结果证明，在测量小信号(小于10mV)时，在信号强度相同的情况下，离子计数器的测量精度相对于法拉第杯具有明显的优势。换言之，在保持相同的测量精度条件下，采用离子计数器可以测量更低的浓度。如果溶度相似，在激光剥蚀条件下，意味着需要的剥蚀物质更少，即：可以采用更小的剥蚀面积，从而提高微区分析的空间分辨率。
实施例2多离子计数器接收模式与离子计数器-法拉第杯混合接收模式的比较实验
本实验在与实施例1相同的激光剥蚀锆石条件下，先分别用离子计数器IC3和法拉第杯L4同时接收206Pb和238U离子流，得到的信号变化在图2a中示出。从该图中可以看出，法拉第杯L4测定的238U信号到达峰值时明显滞后于离子计数器IC3测定的206Pb信号，这种滞后效应使得测量的206Pb与238U的同位素比值变化加大，进而严重影响U-Pb定年的结果精度。然后分别用离子计数器IC3和IC7同时接收206Pb和238U离子流，得到的信号变化在图2b示出，从图中可以看出测得的206Pb和238U信号变化完全同步，意味着测量的206Pb与238U的同位素比值变化小，精度高。也就是说，在相同激光进样条件下，采用离子计数器接收模式获得U-Pb定年精度比混合接收模式更高。
实施例3
基于上述实验1和2的结果，设计了以下技术方案来解决目前激光剥蚀原位微区U-Pb定年技术中存在的主要问题。
样品准备：在本实验中，使用7个如下标准锆石：Phalaborwa、91500、GJ-1、Temora、Plěsovice、Qinghu和SK10-2。这7个锆石颗粒嵌于2.54厘米(1英寸)的环氧树脂样品靶中，未知样品置于同一个或另一个环氧树脂样品靶中，抛光后用扫描电镜拍摄阴极发光图像，以辨别锆石矿物颗粒的核、幔和边结构关系。
仪器组建：测定所用质谱仪：Neptune Plus型多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune Plus MC-ICP-MS，生产商：Thermo Fisher Scientific，Germany)，配备有7个离子计数器IC4，IC5，IC3A，IC2，IC1B1，IC6和IC7，分别用于同时接收202Hg，204(Pb+Hg)，206Pb，207Pb，208Pb，232Th和238U离子流(参见表1)。微区原位取样设备：Analyte G2型193nm准分子激光剥蚀***(生产商：Photon Machines，USA)。氦气将激光剥蚀的样品固溶胶载入等离子体之前，加入2-4毫升/分钟的氮气之后，再通过一个同心混匀器加入补给气(氩气，加入量以信号强度最优为准)，实验中采用的仪器组建方式如图3所示。
剥蚀深度:为了获得最佳的剥蚀深度，设计了以下实验：将激光剥蚀束斑设置为直径5微米，以标准锆石GJ-1为样品，以标准锆石91500为标准，分别用8、14、19、25、30、35、40和45个激光脉冲进行U-Pb定年实验，对应的剥蚀深度分别为0.96、1.68、2.28、3、3.6、4.2、4.8和5.4微米，获得的U-Pb定年结果列于图4。实验结果表明，采用8-45个脉冲范围内，对应的剥蚀深度为1-5.4微米，均能获得与参考值在误差范围内完全一致的年龄结果，其中采用19个脉冲数，剥蚀深度为2.28微米，获得的U-Pb年龄精度最好，之后随着剥蚀深度的增加，年龄精度逐渐变差。结果说明，采用8-25个脉冲数，剥蚀深度1-3微米，可以获得小于0.42％的高精度年龄数据。
仪器调试：在样品分析之前，对离子计数器的暗噪声和平台电压及其动态线性范围进行测定，离子计数器之间的动态线性范围：0～720,000cps，见图5，并对产额和死时间进行校正。调节等离子体参数，从而获得最佳的灵敏度。之后，将质谱仪转接到激光剥蚀***，将激光束斑直径设置为5微米，用氦气为载气，氩气为补给气，在样品载入等离子体之前混入少量氮气可以显著提高灵敏度(连接方式见图3)，用NIST610玻璃优化激光进样条件，同时，监控238U和232Th的信号强度和优化剥蚀过程中产生的质量分馏，优化后的仪器工作参数列于表1。
表1多接收电感耦合等离子体质谱仪(型号：Neptune PLUS)和193纳米激光剥蚀***(型号：Analyte G2)仪器参数
测定方法：激光剥蚀***参数：激光束斑直径设置为5微米，剥蚀频率为4赫兹，能量密度为4焦耳/平方厘米。一次点剥蚀分析中质谱仪的测定参数为：积分时间0.131秒，积分150次，激光剥蚀开始之前10秒用于测定背景强度，然后，开启激光对样品进行剥蚀约6秒左右，激光脉冲数为25左右，剥蚀深度小于3微米。
以氦气作为激光剥蚀物质载气，在经过三个汞过滤器过滤后，测得202Hg、204(Hg+Pb)、206Pb、207Pb和208Pb的背景强度分别为2460，539，35，30和60cps，而232Th和238U背景强度均小于5cps。离子计数器之间的校正、质量分馏校正和剥蚀过程中产生的分馏校正都通过标准-样品间插法(SSB)来完成。
每个分析流程以一个NIST610标准玻璃点剥蚀分析开始，再进行2个标准锆石点剥蚀分析，然后，每5个样品点剥蚀分析之后进行2个标准样品点剥蚀分析，分析流程结束之前再进行一个NIST610标准玻璃样品点剥蚀分析。经计时，一个分析流程进行30个样品点剥蚀分析，所需分析时间仅仅为50分钟左右。NIST610标准玻璃用于锆石样品中的U，Th和Pb含量校正，标准锆石用来校正锆石样品的207Pb/206Pb，207Pb/235U和206Pb/238U同位素比值。同位素比值校正采用的公式如下：
和分别为样品测定的同位素比值和校正后的同位素比值，为标准锆石的同位素比值推荐值，和分别为在样品前后两次测定标准锆石的同位素比值，tsam、和分别为样品及其前后两次测定标准锆石的时间(实际计算中以分析次序代表时间变化)，校正采用的软件为ICPMSDataCal9.0(由中国地质大学刘勇胜教授编写)，U-Pb年龄的权重平均值计算和协和图采用的软件为Isoplot3.0(Kenneth R.Ludwig编，2012)。
同位素比值分馏校正计算中的误差传递公式为：
和分别为样品的不确定度、标准锆石推荐值的不确定度、在样品前后两次测定标准锆石的不确定度。校正采用的软件为ICPMSDataCal9.0(由中国地质大学刘勇胜教授编写)，U-Pb年龄的权重平均值计算和协和图采用的软件为Isoplot3.0。
方法检验：用标准锆石91500作为校正标准，把GJ-1标准锆石作为样品，按照上述方法在三个月内进行了6次测定；用标准锆石GJ-1作为校正标准，把标准锆石Phalaborwa、Temora、Plěsovice、Qinghu和SK10-2作为样品，同样按照上述方法在三个月内进行测定，测定结果列于图6。测定结果表明，用本发明人研发的空间高分辨测定方法测得的锆石年龄与文献参考值在误差范围内是完全一致的，U-Th-Pb的含量测定结果在误差范围内与文献结果也完全一致，30次重复测量权重平均值的精度小于1％(2s)，单点剥蚀测量的精度为1-4％(2s)。结果表明，本发明方法将激光剥蚀原位微区U-Pb定年技术的空间分辨率提高到5.8×7.4微米(横向)，剥蚀深度小于3微米，不仅不损失精度，而且相比现有技术采用大剥蚀束斑(比如：直径30微米)获得的结果精度还略有提高。相比昂贵的离子探针技术而言，该方法高效而实用，易于普及。
用原子力显微镜对剥蚀坑进行扫面分析结果表明，在激光束斑直径设置为5微米，激光能量密度为4焦耳/平方厘米，脉冲数为25的条件下，获得剥蚀坑的形状为5.8×7.4微米椭圆形，剥蚀深度为3微米左右。
实施例4
采用与实施例3相同的方法研究采自大别山地区的超高压变质片麻岩研究中，目的是确定该岩石是否经历了超高压变质作用，以及超高压变质时代。结果发现，该片麻岩样品中的锆石具有明显的核、幔和边的结构，幔和边都很窄(图7)，通常小于10微米，采用目前现有的激光剥蚀原位微区定年技术无法对该锆石样品进行U-Pb定年分析，采用本发明方法获得了很好的年代学数据。数据结果表明，幔部和边部都是变质锆石，代表了两期变质作用，这两期变质作用发生的时间间隔很近，为230Ma(百万年)左右，核部为岩浆锆石，记录了两期岩浆事件，发生的时间分别为840Ma和750Ma左右(图8)。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种测定锆石样品的铀铅年龄的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将锆石样品和锆石标准物质分别嵌入环氧树脂中以制成样品靶；
(2)利用激光束分别对所述样品靶中锆石进行激光剥蚀，从而得到固溶胶；
(3)利用载气将所述固溶胶载入多接收电感耦合等离子体质谱仪的等离子体离子源中进行电离，从而得到一次离子；
(4)使所述一次离子经过所述质谱仪中的电场和磁场从而实现能量和方向双聚焦；
(5)使用离子计数器检测经过双聚焦的所述一次离子并计算所述锆石样品和所述锆石标准物质的一次离子的原始铀铅比值；
(6)使用所述锆石标准物质的已知的标称铀铅比值和所测得的原始铀铅比值对所述锆石样品的所述原始铀铅比值进行校正，从而获得所述锆石样品的校正后的铀铅比值；
(7)使用所述校正后的铀铅比值计算所述锆石样品的铀铅年龄。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述激光束为193纳米激光束；
所述激光束的束斑直径被设置为5微米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载气为氦气，补给气为氩气，并且在所述固溶胶被载入等离子体之前向所述固溶胶混入2-4毫升/分钟的氮气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样品靶的尺寸为2.54厘米或1.77厘米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述激光剥蚀的激光脉冲数量为8至45个，剥蚀深度为1至5.4微米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述激光剥蚀的激光脉冲数量为8至25个，剥蚀深度为1至3微米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述激光剥蚀的激光脉冲数量为19个，剥蚀深度为2.28微米。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述质谱仪配备有微区原位取样设备和至少6个离子计数器。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述质谱仪配备有分别用于同时接收202Hg、204(Pb+Hg)、206Pb、207Pb、208Pb、232Th和238U离子流的7个离子计数器。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述激光剥蚀的参数采用如下设置：激光束的束斑直径设置为5微米，剥蚀频率为4赫兹，能量密度为4焦耳/平方厘米；
所述质谱仪的测定参数采用如下设置：积分时间0.131秒，积分150次，激光剥蚀开始之前10秒用于测定背景强度，开启激光对样品进行剥蚀6秒，激光脉冲数为25，剥蚀深度小于3微米。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
使用NIST610标准玻璃样品来校正锆石样品中的U、Th和Pb含量，使用标准锆石来校正锆石样品的207Pb/206Pb，207Pb/235U和206Pb/238U同位素比值，同位素比值校正采用如下公式进行：
其中，和分别为锆石样品测定的同位素比值和校正后的同位素比值，为标准锆石的同位素比值推荐值，和分别为在锆石样品前后两次测定标准锆石的同位素比值，tsam、和分别为锆石样品及其前后两次测定标准锆石的时间；
同位素比值分馏校正计算中的误差传递公式为：
其中，和分别为锆石样品测定的同位素比值和校正后的同位素比值，为标准锆石的同位素比值推荐值，和分别为在锆石样品前后两次测定标准锆石的同位素比值； 和分别为样品的不确定度、标准锆石推荐值的不确定度、在样品前后两次测定标准锆石的不确定度；tsam、和分别为锆石样品及其前后两次测定标准锆石的时间。
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