沥青铀矿（GBW04420）的微区原位U-Pb定年分析

肖志斌 ，张然 ，叶丽娟 ，涂家润 ，耿建珍 ，郭虎 ，许雅雯 ，周红英 ，李惠民

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170；2.中国地质调查局华北地质科技创新中心，天津300170；3.中国地质调查局铀矿地质重点实验室，天津300170）

由于基体效应和元素间的分馏效应，外标物质成为影响微区原位U-Pb定年分析准确度和精密度的关键因素[1-9]。在实际研究需求中，合适的微区U-Pb定年标准物质极其匮乏，在铀矿物定年工作中更甚。GBW04420[10]是沥青铀矿铀铅同位素年龄国家标准物质，是TIMS法分析铀矿物铀铅含量和年龄的标准，最近在国内被大量应用于微区原位U-Pb定年分析[11-20]。作者近年来致力于研制合适的铀矿物标准物质，也对其进行了大量分析，发现其不适合于作为铀矿物微区原位U-Pb定年的标准物质。

1 电子探针化学定年法（EPMA CHIME）分析

这是最早用来对铀矿物进行微区原位U-Pb定年的方法，其优点是可以进行快速的原位微区无损分析，但是受限于电子探针的分析精度，还无法区分普通铅和放射成因铅。对含普通铅、体系不封闭及存在多个年龄域等原因，有不同数据处理方法或经验公式；这导致所分析的35个GBW04420数据点（数据作者另文发表）得到了不同的结果；Ranchin法[21]结果为 65.9±1.1 Ma、C-S 法[22]结果为 62.6±1.0 Ma、Bowles法[23]结果为70.5±1.2 Ma。

2 电子探针与质谱仪联用法（EMPA&SIMS/LA-MC-ICPMS）分析

Fayek等[24]于2000年建立了电子探针与二次离子探针联合使用U-Pb定年分析方法，并在阿萨巴斯卡盆地较老年龄的不整合型铀矿中获得了很好的结果。在次基础上，作者建立了电子探针与激光剥蚀多接受等离子质谱仪联合法[25]，并对GBW04420进行了分析（图1，数据作者另文发表）。此法从原理上避开了激光分析中的需要外部标准物质来校准同位素比值，解决了基体匹配的外标缺乏问题；但是受到电子探针分析极限的影响，适合老年龄或者铀矿这种高铀含量样品。

3 二次离子质谱法（SIMS）分析

图1 联用法GBW04420 U-Pb年龄谐和图Fig.1 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by EMPA&SIMS/LA-MC-ICPMS

Sharpe and Fayek[26,27]利用TIMS对三个铀矿物标样进行定值，针对PbO含量引起的基体效应，并基于U-Pb同位素比值与PbO含量之间的协变关系，建立有了三个铀矿物标样序列的SIMSU-Pb定年法。此法可以利用不同标样的U-Pb同位素比值与标样PbO百分含量之间的函数关系，来校正不同PbO含量的铀矿物定年结果；是目前非常完善的原位微区分析方法。骆金诚等[17]在加拿大曼尼托巴大学铀矿定年实验室利用此法对GBW04420进行了分析（图2a）。作者也利用此实验室的此法对其进行了分析（图2b，数据作者另文发表）。可以看到两次结果差距较大，几乎是倍数的关系；可能是因为年龄比较年轻，很小程度的Pb同位素误差就会带来很大的年龄误差。

4 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（ns/fsLA-MC/HR/Q-ICPMS）分析

此类方法是目前单矿物定年微区原位U-Pb定年中应用最广泛和最成熟的方法，Chipley et al.[28]和邹东风等[29]尝试了利用锆石标准91500来对铀矿物进行定年，但效果不甚理想。宗克清等[11]对此法进行了升级和优化，并采用了飞秒激光剥蚀系统，并加装了信号匀化装置，并认为GBW04420是一个可以用于铀矿原位微区U-Pb同位素准确分析的标准物质。作者对此法进一步升级优化[20]，在飞秒激光剥蚀系统的基础上，采用了多接收电感耦合等离子体质谱仪。飞秒系统的分析结果（图3）[20]明显优于纳秒系统的结果（图2）；但是颗粒之间存在年龄不均匀的现象。

图2 SIMS法GBW04420 U-Pb年龄谐和图（据参考文献[17]）Fig.2 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by SIMS

图3 fsLA-MC-ICPMS法GBW04420 U-Pb年龄谐和图（据参考文献[20]）Fig.3 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by fsLA-MC-ICPMS

5 同位素稀释热电离质谱法（IDTIMS）分析

这个标准在1995年[10]最初的定值和2013年的复核中使用的都是传统的ID-TIMS法，进行多颗粒溶解，实际上是不同颗粒间的平均数据；为此，作者建立了单颗粒铀矿物同位素稀释热电离质谱法[30]。分析结果显示颗粒之间均一性较差（图4），但是存在一定程度集中现象。

图4 单颗粒ID-TIMS法GBW04420 U-Pb年龄谐和图（据参考文献[30]）Fig.4 U-Pb Concordia plot of GBW04420 by single-grain ID-TIMS

6 结论

（1）GBW04420的U-Pb年龄存在两种可能性：一是大多数颗粒U-Pb年龄集中在～70 Ma；二是由于铅丢失的原因，落在一条不一致线上，其U-Pb年龄大于100 Ma。

（2）通过TIMS法的结果可以得出，如果用GBW04420作为标准物质，我们却不知道具体分析时选择的颗粒的真值，无法对颗粒年龄溯源，这就给结果带来了很大的的不确定性。

（3）通过以上分析，可以看出在使用GBW04420作为铀矿原位微区U-Pb同位素准确分析的标准物质时要慎重，数据结果需要进行详细分析；研制新的标准物质迫在眉睫。