锆石铀中普通铅对试验的影响

在使用SHRIMP进行锆石U－Pb同位素定年时，最常用的是根据204Pb实测值结合一定的普通铅组成来校正206Pb/238U、207Pb/235U、207Pb/206Pb年龄。普通铅是指锆石在结晶时带入的铅，对于大多数锆石样品，普通铅含量很低甚至近于0。但在实际锆石测年过程中，由于分析位置可能存在包体、裂隙、表面清洗不干净，或者普通铅204Pb峰位置的设置不当等原因，会导致测定的普通铅含量比实际含量偏高或偏低，最终影响实验数据偏离真实值。本文主要介绍锆石U－Pb同位素测年过程中，普通铅204Pb的校正原理、影响普通铅的因素、普通铅的测定方法，以及用实例说明普通铅测定结果偏高或偏低对最终实验结果的影响。

1普通铅的校正原理

锆石富含U、Th等放射性元素，衰变最终产生206Pb、207Pb、208Pb三种铅的稳定同位素。通过测定锆石样品中母体U、Th及其衰变产生的子体Pb同位素含量，根据放射性衰变定律计算出锆石经历的时间，即锆石形成以来的年龄。在使用上述公式计算锆石年龄时，需要先测得某一种铅同位素的全部含量(如206Pbt)，然后扣除在锆石形成时带入的初始铅含量(即普通铅206Pbo)，相减后计算出放射性成因铅含量(即206Pb*)。由于锆石中普通铅很低，在SHRIMP锆石U－Pb同位素测定中，最常用的是根据实测204Pb及Stacey－Kramers模式铅成分，进行普通铅校正［3］。因此，在SHRIMP锆石U－Pb同位素定年中提到的普通铅通常是指204Pb。具体校正方法如下［4－6］。假设待测锆石样品在形成后其U－Pb同位素体系是完全封闭的，并且对其中的普通铅做了合适的修正，则应该得到206Pb*/238U和207Pb*/235U一致的年龄。如果以207Pb*/235U为横坐标，206Pb*/238U为纵坐标作图，所有的锆石年龄点都将落在谐和线［1］上。

2普通铅204Pb的来源

尽管大多锆石样品在结晶时带入的普通铅是很少量的，但是要想得到准确的锆石年龄，普通铅的准确测定不容忽视，尤其是对于那些放射性成因铅很少的锆石样品，如低铀或年轻锆石，普通铅对它们的结果影响更大。在测定普通铅204Pb的过程中，除了锆石形成时存在的普通铅外，可能还有其他204Pb来源，如锆石在后期地质事件中加入的普通铅，锆石裂纹或包体中的普通铅，实验室污染(抛光、清洗、镀金等)带入的普通铅等［6］。此外，在调试SHRIMP仪器的实践中发现，一次离子的强度、密度、束斑形状，以及采集数据前的Raster清洗时间，有时也会影响普通铅的准确测定。如果一次离子强度过低，或一次离子束密度不均一，或束斑形状不规则，或清洗时间不够，都有可能引起普通铅204Pb的测定值偏高。

3普通铅204Pb的测定方法

为了测得204Pb的含量，需要在质量数204附近找到204Pb质量峰的正确位置，然后通过接收器在对应位置上接收离子数量。由于大多数锆石样品中普通铅204Pb含量很低，所以其峰形不明显或者没有峰(见图1)，很多时候计数为零，难以确定峰中心。为了得到较好的峰形，可以选择普通铅含量较高的长石［6］，或在高铀锆石裂隙，或在包体比较发育的部位扫描，有利于找到正确的204Pb峰位置(见图2)。需要注意的是，在普通铅204Pb附近有稀土元素原子团或离子团的干扰峰［8］。Ireland等［9］提出了锆石定年分析中204Pb存在干扰峰;Ireland等［9］在分析独居石的实验中，提出了204Pb受ThNdO2干扰峰的影响。为了防止204Pb受左侧峰拖尾叠加的影响，当实验中扫出普通铅204Pb的峰中心(图2竖直实线)后，需要人为地将204Pb的峰设在中心稍偏右的位置(图2竖直虚线)，可以有效地防止普通铅测定值偏高的结果。

4普通铅204Pb对实验结果的影响

在使用SHRIMP进行锆石U－Pb年龄测定过程中，对于U－Pb同位素体系封闭的锆石样品，如果普通铅204Pb测定不准确，会导致数据投影点偏离谐和线，如果实测值偏高，就会将放射性成因铅206Pb、207Pb过量扣除，导致数据投影点落在谐和线左侧，反之，数据点会落在谐和线右侧。显然，这样就致使年龄值偏高或偏低。下面用实例来说明。从锆石样品S1中，选择12个锆石颗粒进行年龄测定，每颗锆石测定一个位置点，每个点扫描5组数据，对应的普通铅204Pb计数列于表1(其他数据文中未列出)。实验使用了标准样品TEM(417Ma)［10］，普通铅由上面实测的204Pb校正，数据处理、年龄计算采用SQUID［11］及ISOPLOT程序［12］，锆石U－Pb谐和图和年龄值见图3。206Pb/238U的加权平均年龄为(150．6±1．9)Ma，MSWD=0．40。从表1可以看出，此样品的12个点在测试过程中，存在少量的普通铅，用204Pb校正后，所有数据投影点都落于谐和线或接近谐和线，说明普通铅204Pb计数是合理的，同时，也可认为没有额外普通铅混入。为了说明普通铅测定值偏高对锆石年龄的影响，修改表1中所有普通铅计数为原来的2倍，保持其他数据(本文未列出)不变，修改后的普通铅204Pb计数列于表2。修改后，用同样的标准样品进行204Pb校正，得到结果见图4a。206Pb/238U年龄加权平均值为(148．0±2．0)Ma，MSWD=0．3。很明显，当普通铅204Pb的值增大至2倍后，所有的数据投影点偏离谐和线往左移动(如图4a)，并且206Pb/238U年龄结果也比(150．6±1．9)Ma小;当204Pb计数增大至表1的3倍后(文中未列出)，所有的数据投影点都偏离谐和线(如图4b)，落于谐和线左侧。显然，这是由于计算过程中扣除了过量的普通铅造成的。导致204Pb计数偏高原因有多种，需要仔细分析，如204Pb峰位置不正确，有可能受到其他杂质峰的拖尾叠加，或者样品靶清洗不干净，有外界的204Pb混入等，从而导致实测值偏高。接下来，修改所有普通铅计数为0(表略)，即假设锆石样品S1中不存在任何普通铅，用同样的标准进行204Pb校正，得到结果见图5。计算得到的206Pb/238U年龄加权平均值变为(153．1±1．8)Ma，MSWD=0．55，可见人为消除所有的普通铅后，年龄比原来增大了2．5Ma，所有的数据投影点都偏离谐和线，落在了谐和线右侧，这是由于锆石样品本身存在很少量的普通铅204Pb含量，而处理过程中没有把这些普通铅扣除掉，才造成结果偏大。实际过程中如果出现此现象，很可能是因为普通铅204Pb峰位置偏离正确位置较远，且设定的峰位置处又不存在任何质量峰，导致测得204Pb计数比实际204Pb计数偏低，在校正过程中普通铅扣除不够。这样就致使所有投影点都落在谐和线右侧，得到的年龄结果比锆石样品真实年龄偏大。

5结语

对于U－Pb体系封闭的锆石样品，普通铅204Pb测定不准确，会导致数据投影点偏离谐和线。尤其对于年轻或铀含量低的锆石样品，如果204Pb测定值偏高，在数据处理中就会对放射性成因铅过量扣除，使得所有数据投影点会落在谐和线左侧，对应的年龄值偏低;反之，投影点会落在谐和线右侧，年龄值偏高。对于204Pb计数测定异常时，可以使用208Pb来校正实验数据。在SHRIMP锆石测年过程中，普通铅能否准确测定，受很多因素的影响，主要有测试位置的包体或裂纹、锆石靶表面的清洁程度、普通铅的峰位置等;另外，仪器的一次离子束强度、密度均匀性、束斑形状、清洗时间也会影响普通铅的测定。在仪器调试过程中，为了找到正确的204Pb峰位置，建议在高铀锆石上包体、裂隙较多的位置，或者选择普通铅含量较高的长石晶体进行扫描。此外，为了防止204Pb受左侧干扰峰拖尾叠加的影响，建议将204Pb的峰位置设定在峰中心稍偏右位置。