磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年直接校準(zhǔn)方法研究

趙令浩， 詹秀春， 曾令森， 胡明月， 孫冬陽(yáng)， 袁繼海

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局元素微區(qū)與形態(tài)分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心， 北京 100037；2.自然資源部深部動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 北京 100037)

近年來(lái)，含鈾礦物(包括鋯石、斜鋯石、榍石、磷灰石、獨(dú)居石、褐簾石、磷釔礦、鈣鈦礦，甚至錫石、黑鎢礦、石榴子石、碳酸鹽、黑云母等)U-Pb年代學(xué)快速發(fā)展，為建立地質(zhì)體的時(shí)空演化構(gòu)架、追溯地質(zhì)演化歷史提供了強(qiáng)有力的手段，已經(jīng)成為現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)研究的支柱學(xué)科[1-9]。

磷灰石[Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)]是地球上普遍的一種磷酸鹽礦物，在各種類(lèi)型的巖石中都廣泛存在[10-11]。磷灰石中富集多種重要微量元素(S、Sr、U、Th、REE等)，且具有高含量F、OH、Cl等揮發(fā)份[12]，是地質(zhì)定年和示蹤的理想礦物[13]。磷灰石可同時(shí)開(kāi)展U-Pb定年(Tc=570～350℃)、裂變徑跡定年(Tc=110～60℃)和(U-Th)/He定年(Tc=80～40℃)，構(gòu)成了中-低溫連續(xù)的熱年代學(xué)體系，可全面、連續(xù)地解析地質(zhì)體深層地殼-淺表作用的構(gòu)造熱年代史。因此，開(kāi)展磷灰石地球化學(xué)信息研究可以為解決地質(zhì)問(wèn)題提供豐富有力的信息[11, 14-18]，尤其是在相對(duì)缺少理想定年礦物的基性巖和礦床中[19-23]，磷灰石成為解決地質(zhì)年代問(wèn)題的關(guān)鍵礦物。

相對(duì)于鋯石、榍石、獨(dú)居石等副礦物，磷灰石的鈾含量較低，且普通鉛含量相對(duì)較高，因此磷灰石U-Pb年齡準(zhǔn)確測(cè)定難度更高。目前，磷灰石U-Pb定年一般采用同位素稀釋-熱電離質(zhì)譜法(ID-TIMS)和原位微區(qū)分析方法(SIMS、LA-ICP-MS)。其中，LA-ICP-MS技術(shù)的高空間分辨率特征可以更有效地提取磷灰石不同階段生長(zhǎng)信息，并且高效快捷，成為當(dāng)前磷灰石U-Pb定年的主導(dǎo)技術(shù)[1-2, 9, 24]。但LA-ICP-MS磷灰石U-Pb定年分析面臨幾個(gè)主要的挑戰(zhàn)：①元素分餾效應(yīng)對(duì)同位素比值測(cè)定的影響；②普通鉛的準(zhǔn)確扣除；③磷灰石低U、Pb含量對(duì)分析空間分辨率的影響。對(duì)于元素分餾效應(yīng)主要采用基體匹配的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)，例如鋯石U-Pb定年中常采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500、GJ-1等。相對(duì)于鋯石，磷灰石形成時(shí)常包含普通鉛，導(dǎo)致礦物顆粒內(nèi)U-Pb同位素比值不均一。因此，在磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年過(guò)程中常先扣除標(biāo)準(zhǔn)樣品的普通鉛影響，然后用于校準(zhǔn)未知樣品的同位素比值。例如，Thomson等(2012)[24]采用LA-MC-ICP-MS結(jié)合204Pb普通鉛扣除法進(jìn)行磷灰石U-Pb定年；Chew等(2014)[2]提出采用不同普通鉛校正法扣除標(biāo)準(zhǔn)樣品中普通鉛，該方法適用于榍石、磷灰石、金紅石等多種含普通鉛副礦物U-Pb定年，目前在副礦物L(fēng)A-ICP-MS U-Pb定年中被廣泛應(yīng)用[18]。盡管該方法可以有效地解決含普通鉛副礦物U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)樣品短缺問(wèn)題，但成分均一的基體匹配的標(biāo)準(zhǔn)樣品仍是最佳選擇，可以有效地降低數(shù)據(jù)處理難度，提高分析效率，有利于分析方法的推廣和應(yīng)用。

目前，磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年研究應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)樣品包括Madagascar[24]、McClure Mountain[24-25]、Tory Hill-apt[3]和Durango[26]等，其中Madagascar磷灰石根據(jù)晶體年齡差別可以分為MAD1(482～487Ma)和MAD2(473～475Ma)[24]。前人研究表明以上磷灰石U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)樣品均含有普通鉛，但U-Pb年齡穩(wěn)定，目前對(duì)于這些樣品的U-Pb同位素比值均一性缺少相應(yīng)的研究。本文采用高靈敏度LA-ICP-MS對(duì)MAD2磷灰石樣品進(jìn)行了多次U-Pb同位素分析，監(jiān)測(cè)該樣品U-Pb同位素比值均一性，探討其直接用于磷灰石LA-ICP-MS U-Pb同位素比值校準(zhǔn)的可行性(無(wú)需扣除普通鉛)，在此基礎(chǔ)上建立了磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年和數(shù)據(jù)處理方法，準(zhǔn)確測(cè)定了McClure Mountain、Tory Hill-apt、Durango和房山巖體花崗閃長(zhǎng)巖中磷灰石U-Pb年齡。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品及處理

本實(shí)驗(yàn)中采用的磷灰石樣品包括Madagascar磷灰石[20]、McClure Mountain磷灰石[25]、Tory Hill-apt磷灰石[3]、Durango磷灰石[26]，文獻(xiàn)中已針對(duì)這些磷灰石樣品進(jìn)行了詳細(xì)的礦物學(xué)和年代學(xué)研究，可有效地驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。其中，本實(shí)驗(yàn)中采用的Madagascar磷灰石晶體呈淺綠色，直徑約1cm。

樣品19FS-01和19FS-03采自北京房山巖體官地采石場(chǎng)，巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，前人已對(duì)該巖體進(jìn)行了大量的同位素年代學(xué)和地質(zhì)學(xué)研究。本實(shí)驗(yàn)中分選這2件樣品中的鋯石、榍石和磷灰石分別進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb定年，三種礦物具有不同U-Pb體系封閉溫度，其定年結(jié)果可有效地限定巖石樣品的熱演化歷史。

實(shí)驗(yàn)中將分選出的單礦物顆粒粘在PVC模具底部，然后向模具中注入環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑。待充分固化后對(duì)樣品靶表面進(jìn)行打磨、拋光，直至樣品露出光潔表面。采用掃描電鏡拍攝樣品背散射(BSE)和陰極發(fā)光(CL)圖片，觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。在LA-ICP-MS測(cè)試前用無(wú)水乙醇擦拭樣品表面，避免樣品表面污染。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1儀器參數(shù)及分析方法

磷灰石、榍石和鋯石U-Pb定年在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局元素微區(qū)與形態(tài)分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用Thermo Scientific Element XR高分辨扇形磁場(chǎng)質(zhì)譜儀和ESI NWR 193激光器。激光剝蝕系統(tǒng)以He作為傳輸載氣，同時(shí)增加除Hg裝置，以降低He氣中204Hg干擾。激光斑束直徑根據(jù)不同樣品需求分別設(shè)置為25μm、30μm和40μm，頻率為10Hz，輸出能量約為7mJ；ICP-MS分析采用低分辨模式，測(cè)試前使用NIST612進(jìn)行儀器信號(hào)調(diào)諧(激光斑束30μm掃線)，232Th和238U信號(hào)大于2×105cps，氧化物產(chǎn)率ThO+/Th+<0.2%。

U-Pb定年分析檢測(cè)202Hg、204Pb、206Pb、207Pb、208Pb、232Th、238U等7個(gè)同位素：設(shè)置206Pb、207Pb和238U檢測(cè)時(shí)間為24ms，其余同位素檢測(cè)時(shí)間為16ms，以保證206Pb、207Pb和238U信號(hào)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。考慮到不同樣品中U、Th、Pb含量差異及儀器檢測(cè)模式信號(hào)范圍，設(shè)置202Hg、204Pb、207Pb、208Pb信號(hào)采集采用Counting模式，206Pb、232Th、238U信號(hào)采集采用Analog模式，每日實(shí)驗(yàn)前校正質(zhì)譜檢測(cè)模式轉(zhuǎn)換系數(shù)。詳細(xì)儀器和方法參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 LA-ICP-MS儀器參數(shù)和工作條件

樣品分析：采用單點(diǎn)剝蝕，氣體背景采集時(shí)間20s，激光剝蝕礦物樣品信號(hào)采集時(shí)間40s，吹掃時(shí)間20s。分析8個(gè)或10個(gè)樣品點(diǎn)插入U(xiǎn)-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)樣品2點(diǎn)和質(zhì)量監(jiān)控樣品2點(diǎn)，磷灰石標(biāo)準(zhǔn)樣品采用Madagascar磷灰石[24-25]，房山巖體樣品中鋯石U-Pb定年采用標(biāo)準(zhǔn)樣品91500[27]和Ple?ovice[28]，榍石U-Pb定年[8]采用標(biāo)準(zhǔn)樣品BLR-1[29]和OLT-1[30]。

1.2.2數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、年齡計(jì)算和圖譜繪制分別應(yīng)用GLITTER[31]和Isoplot/EX v3.71[32]完成。磷灰石采用207Pb法進(jìn)行普通鉛校正。具有相同年齡和初始普通鉛比值的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)在Tera-Wasserburg圖解[33]上形成線性良好的擬合線，其與U-Pb演化線的下交點(diǎn)，即為本組樣品的年齡；擬合線與縱坐標(biāo)交點(diǎn)為本組樣品的初始207Pb/206Pb比值。將該初始207Pb/206Pb比值和交點(diǎn)年齡代入到地殼鉛同位素演化模式[34]，計(jì)算樣品中普通鉛和放射成因鉛比例，校正普通鉛對(duì)206Pb的影響，獲得準(zhǔn)確的206Pb/238U年齡，計(jì)算所有分析點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡。準(zhǔn)確地測(cè)試與合理的Pb同位素校正，獲得的下交點(diǎn)年齡與206Pb/238U加權(quán)平均年齡在誤差范圍內(nèi)一致，可以代表樣品的形成年齡。本文中所有年齡值和同位素比值誤差均為2σ。

3 結(jié)果與討論

3.1 Madagascar磷灰石U-Pb同位素比值均一性

Madagascar磷灰石被廣泛用作LA-(MC)-ICP-MS U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)樣品，數(shù)據(jù)處理中常采用204Pb法扣除普通鉛[20]。相對(duì)于多接收質(zhì)譜，單接收LA-ICP-MS儀器難以準(zhǔn)確測(cè)定204Pb，因此Madagascar磷灰石是否適用于LA-ICP-MS磷灰石U-Pb定年以及相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方案仍缺少評(píng)估。因此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)Madagascar磷灰石樣品進(jìn)行多次LA-ICP-MS U-Pb同位素分析，探討該樣品U-Pb同位素比值均一性及直接用作磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年同位素比值標(biāo)準(zhǔn)樣品而無(wú)需普通鉛校正的可行性。

Thomson等(2012)[20]報(bào)道了Madagascar磷灰石ID-TIMS測(cè)試結(jié)果，數(shù)據(jù)表明該磷灰石顆粒內(nèi)部U-Pb年齡和206Pb/204Pb比值一致性較好，而不同巖體冷卻速率差異造成了顆粒間206Pb/238U年齡表現(xiàn)出一定差別，并據(jù)此分為兩組MAD1和MAD2，年齡分別為482～487Ma和473～475Ma。Xu等(2018)[35]測(cè)定了Madagascar磷灰石143Nd/144Nd比值，結(jié)果表明MAD1和MAD2具有明顯不同的143Nd/144Nd組成，比值分別為0.511328±0.000033和0.511295±0.000030。

本實(shí)驗(yàn)中采用的Madagascar磷灰石晶體呈淺綠色，直徑約1cm，與Thomson 等(2012)為同批次樣品，盡管未進(jìn)行ID-TIMS分析，但原位Nd同位素分析結(jié)果表明該磷灰石143Nd/144Nd比值為0.511296±0.000014(n=13)，與Xu等(2018)[35]測(cè)定MAD2的143Nd/144Nd比值一致。

為探討MAD2磷灰石樣品U-Pb同位素均一性，本研究對(duì)該樣品顆粒進(jìn)行多次LA-ICP-MS U-Pb同位素和微量元素含量分析，并采用NIST610校準(zhǔn)207Pb/206Pb比值，采用MAD2的ID-TIMS年齡校準(zhǔn)206Pb/238U年齡，結(jié)果如圖1所示。多次實(shí)驗(yàn)中隨測(cè)監(jiān)控樣品NIST612的207Pb/206Pb和206Pb/238U加權(quán)平均值分別為0.9053±0.0040和0.2489±0.0025(n=94，圖1中的a，b)，與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致，表明了多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(a)和(b)為多次實(shí)驗(yàn)質(zhì)量監(jiān)控樣品NIST612 207Pb/206Pb和206Pb/238U比值； (c)和(d)為磷灰石MAD2校準(zhǔn)207Pb/206Pb和206Pb/238U比值；(e)和(f)為MAD2磷灰石Tera-Wasserburg圖解和206Pb/238U加權(quán)平均年齡(限于繪圖軟件數(shù)據(jù)上限，隨機(jī)選擇200點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制圖e)。圖1 Madagascar磷灰石(MAD2) LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果Fig.1 U-Pb isotope ratios for Madagascar apatite (MAD2) measured by LA-ICP-MS; (a) and (b) 207Pb/206Pb and 206Pb/238U ratios of monitoring sample NIST612; (c) and (d) calibrated 207Pb/206Pb and 206Pb/238U ratios of apatite MAD2; (e) and (f) Tera-Wasserburg diagram and the weighted average age of apatite MAD2

分析數(shù)據(jù)表明，本實(shí)驗(yàn)采用的磷灰石MAD2顆粒U和Pb含量范圍分別為23.0×10-6～24.5×10-6和12.8×10-6～14.5×10-6，平均值分別為23.8×10-6和13.5×10-6；207Pb/206Pb比值范圍為0.0849～0.1074，加權(quán)平均值為0.0943±0.0006(n=273)；206Pb/238U比值范圍為0.0726～0.0879，加權(quán)平均值為0.0794±0.0004(n=273)。MAD2同位素比值服從正態(tài)分布特征(圖1中c，d)。在Tera-Wasserburg圖解上，由于樣品點(diǎn)集中，無(wú)法進(jìn)行線性擬合，因此采用地殼鉛同位素演化模式計(jì)算，固定上交點(diǎn)207Pb/206Pb比值為0.868，獲得下交點(diǎn)年齡為474±3Ma(圖1e)。采用207Pb法計(jì)算獲得單點(diǎn)普通Pb占比約4%～8%，扣除普通鉛干擾后獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為471±3Ma(圖1f)，與ID-TIMS法測(cè)定MAD2的年齡(473～475Ma)在誤差范圍內(nèi)一致[20]。

本文分析結(jié)果表明，盡管MAD2含有少量的普通鉛，其U-Pb年齡不諧和，但顆粒內(nèi)部U、Pb含量均一性較好，且207Pb/206Pb比值穩(wěn)定。MAD2的206Pb/238U比值存在一定波動(dòng)，波動(dòng)特征存在階段性，與監(jiān)控樣品NIST612的206Pb/238U波動(dòng)趨勢(shì)一致，說(shuō)明206Pb/238U波動(dòng)可能是受不同測(cè)試批次儀器狀態(tài)影響。盡管如此，除極少數(shù)分析點(diǎn)206Pb/238U比值偏差較大外，大多數(shù)分析點(diǎn)206Pb/238U比值在2σ誤差范圍內(nèi)一致。

因此，本文采用的磷灰石MAD2顆粒207Pb/206Pb和206Pb/238U比值均一性較好，可以直接用于LA-ICP-MS磷灰石U-Pb定年同位素比值校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)處理中無(wú)需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品普通鉛扣除。

以下實(shí)驗(yàn)中以MAD2為標(biāo)準(zhǔn)樣品，采用本文測(cè)定的同位素比值，分別測(cè)定McClure Moutain、Tory Hill-apt和Durango磷灰石，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法和本文提出的校準(zhǔn)方案的準(zhǔn)確性。

3.2 McClure Moutain磷灰石U-Pb定年結(jié)果

McClure Moutain磷灰石(MMapt)樣品分選自科羅拉多正長(zhǎng)巖，樣品呈顆粒狀，粒徑大于100μm。該巖石樣品中的角閃石MMHb-1被廣泛用作40Ar/39Ar定年標(biāo)準(zhǔn)樣品，年齡為519.4±2.5Ma[25]。磷灰石ID-TIMS年齡為523.5±2.1Ma[24-25]，與角閃石40Ar/39Ar年齡一致，印證了角閃石Ar-Ar體系與磷灰石U-Pb具有相近的同位素封閉溫度(約500℃[36])。

MMapt U-Pb定年共測(cè)定32點(diǎn)，所有測(cè)定點(diǎn)在Tera-Wasserburg圖解上形成了線性良好的擬合線(圖2中a，b)，根據(jù)地殼鉛同位素演化模式，固定上交點(diǎn)207Pb/206Pb=0.872，獲得下交點(diǎn)年齡521±5Ma(MSWD=1.7)。采用207Pb法扣除單點(diǎn)普通鉛影響，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為521±5Ma，與推薦值523.5±2.1Ma在誤差范圍內(nèi)一致。

盡管MMapt磷灰石顆粒間U-Pb同位素比值不一致，但U-Pb年齡穩(wěn)定，且普通鉛含量差異較大，在Tera-Wasserburg圖解上易形成線性良好的擬合線。因此該樣品適用于用作LA-(MC)-ICP-MS定年標(biāo)準(zhǔn)樣品，在LA-ICP-MS分析中采用該樣品校正磷灰石同位素比值需要先扣除普通鉛。

3.3 Tory Hill-apt-1磷灰石U-Pb定年結(jié)果

Tory Hill-apt-1磷灰石(TH-apt-1)采自加拿大Ontario地區(qū)[3]，呈淺綠色，該樣品ID-TIMS U-Pb年齡為1021±3Ma，初始207Pb/206Pb比值為0.92±0.16。

以MAD2為標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定Tory Hill-apt-1磷灰石U-Pb年齡，32個(gè)測(cè)定點(diǎn)在Tera-Wasserburg圖解上形成了線性良好的擬合線(圖2中c，d)，固定上交點(diǎn)207Pb/206Pb=0.92，獲得下交點(diǎn)年齡1022±16Ma(MSWD=0.29)。采用207Pb法扣除普通鉛，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為1021±16Ma，與推薦值1021±3Ma一致。

TH-apt-1磷灰石具有較好的U-Pb同位素比值均一性。相對(duì)于MAD，TH-apt-1磷灰石U、Pb含量和同位素年齡更高，因此TH-apt-1磷灰石也可能適合直接用作磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年標(biāo)準(zhǔn)樣品。

3.4 Durango磷灰石U-Pb定年結(jié)果

Durango磷灰石為黃綠色氟磷灰石，被廣泛地用作磷灰石裂變徑跡和(U-Th)/He定年標(biāo)準(zhǔn)樣品，其結(jié)晶年齡為31.4Ma[26]。該樣品中鈾含量低(<12×10-6)，且年齡年輕，積累放射性207Pb極低，Durango磷灰石U-Pb測(cè)年對(duì)儀器和方法提出了較高的要求。

本文對(duì)Durango磷灰石U-Pb定年采用40μm激光斑束，共測(cè)定16點(diǎn)，其中14個(gè)有效測(cè)定點(diǎn)在Tera-Wasserburg圖解上形成了線性良好的擬合線(圖2中e, f)，固定上交點(diǎn)207Pb/206Pb=0.838，獲得下交點(diǎn)年齡31.0±1.1Ma(MSWD=1.5)。采用207Pb法扣除單點(diǎn)普通鉛，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為30.7±1.5Ma，與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致。

(a)和(b)為McClure Mountain磷灰石； (c)和(d)為T(mén)ory Hill-apt-1磷灰石； (e)和(f)為Durango磷灰石；(b)、(d)、(f)為207Pb法普通鉛校正206Pb/238U加權(quán)平均年齡。圖2 磷灰石樣品LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果Fig.2 U-Pb dating of apatite by LA-ICP-MS with MAD2 apatite as the external standard. (a) and (b) McClure Mountain apatite; (c) and (d) Tory Hill-apt-1 apatite; (e) and (f) Durango apatite; (b), (d) and (f) 207Pb-corrected age

3.5 地質(zhì)應(yīng)用——房山巖體花崗閃長(zhǎng)巖副礦物U-Pb定年

房山巖體位于華北克拉通的北緣，其中—新生代剝露過(guò)程與構(gòu)造演化歷史可以為華北克拉通構(gòu)造演化提供有力證據(jù)，一直是國(guó)內(nèi)外地學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。前人針對(duì)房山巖體開(kāi)展了大量的地質(zhì)年代學(xué)和熱年代學(xué)研究，包括鋯石、榍石、磷灰石U-Pb定年、角閃石和黑云母Ar-Ar定年以及鋯石、榍石、磷灰石裂變徑跡及(U-Th)/He研究，厘清了房山巖體形成后的熱演化過(guò)程。蔡建輝等(2005)[37]采用SHRIMP測(cè)定房山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石年齡為130.7Ma，證明了房山巖體主體巖石形成于早白堊世；Sun等(2010)[38]對(duì)房山巖體樣品中的榍石和磷灰石進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb定年分析，獲得年齡分別為129Ma和135Ma，與鋯石U-Pb年齡基本一致，但實(shí)驗(yàn)中采用鋯石91500為標(biāo)準(zhǔn)樣品，因此榍石和磷灰石年齡在一定程度上可能受到基體效應(yīng)的影響；Sun等(2012)[6]采用榍石標(biāo)準(zhǔn)樣品再次對(duì)房山巖體榍石進(jìn)行U-Pb定年，獲得年齡為131～133Ma，略高于非基體匹配定年結(jié)果。另外，目前中國(guó)K-Ar和Ar-Ar年代學(xué)標(biāo)準(zhǔn)樣品ZBH-15(黑云母)[39]和ZBJ(角閃石)[40]均采自房山巖體，其Ar-Ar年齡分別為132.7Ma和132.8Ma。礦物U-Pb定年和Ar-Ar定年結(jié)果表明，房山巖體形成于早白堊世，約130Ma，其后經(jīng)歷了快速冷卻過(guò)程。

相對(duì)于鋯石和榍石U-Pb定年結(jié)果，目前房山巖體的磷灰石U-Pb定年結(jié)果較少，且已有數(shù)據(jù)可能受到基體效應(yīng)影響，因此本文對(duì)房山巖體樣品中鋯石、榍石和磷灰石樣品同時(shí)進(jìn)行U-Pb定年。樣品19FS-01和19FS-03采自房山巖體官地采石場(chǎng)，巖性為花崗閃長(zhǎng)巖，分選其中的鋯石、榍石和磷灰石制靶進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb定年，結(jié)果如圖3所示。

圖3 房山花崗閃長(zhǎng)巖樣品19FS-01、19FS-03中鋯石、榍石和磷灰石定年結(jié)果Fig.3 U-Pb dating of zircon, titanite and apatite in granodiorite sample 19FS-01 and 19FS-03 from Fangshan Pluton

19FS-01：巖漿鋯石U-Pb諧和年齡和206Pb/238U加權(quán)平均年齡均為132±1Ma(圖3中a，b)。榍石樣品中含有較高的普通鉛，因此在Tera-Wasserburg圖解上，榍石點(diǎn)均位于縱軸附近，獲得下交點(diǎn)年齡為132±61Ma，受高普通鉛影響誤差較大；采用207Pb法扣除普通鉛后獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為132±12Ma(圖3中c，d)。磷灰石樣品在Tera-Wasserburg圖解上形成良好的擬合線，上下交點(diǎn)年齡分別為4995±160Ma和131±5Ma，扣除普通鉛后206Pb/238U加權(quán)平均年齡為131±1Ma(圖3中e，f)。

19FS-03：鋯石U-Pb諧和年齡和206Pb/238U加權(quán)平均年齡均為130±1Ma(圖3中g(shù),h)；榍石樣品普通鉛含量較低，獲得下交點(diǎn)年齡為131±1Ma，采用207Pb法扣除單點(diǎn)普通鉛后獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為132±1Ma(圖3中i,j)；磷灰石樣品普通鉛含量變化較大，形成良好的擬合線(MSWD=1.1)，上下交點(diǎn)年齡分別為5053±17Ma和131±6Ma，扣除普通鉛后獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為131±4Ma(圖3中k,l)。

以上數(shù)據(jù)表明，房山花崗閃長(zhǎng)巖19FS-01和19FS-03中的鋯石、榍石和磷灰石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致，限定了一個(gè)狹窄的年齡范圍131～132Ma，與Sun等(2012)[6]根據(jù)房山巖體鋯石和榍石U-Pb年齡限定范圍130～133Ma完全一致。磷灰石U-Pb封閉溫度550～450℃，與角閃石Ar-Ar體系封閉溫度相當(dāng)。19FS-01和19FS-03中磷灰石年齡均為～131Ma，與角閃石ZHJ的Ar-Ar年齡～132Ma一致。房山花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石、榍石和磷灰石的U-Pb定年結(jié)果表明，巖體溫度從～800℃降低至～500℃大約經(jīng)歷了2～3Ma，支持前人認(rèn)為的該巖體在早白堊世經(jīng)歷了快速冷卻過(guò)程。

4 結(jié)論

對(duì)磷灰石樣品MAD2進(jìn)行多次分析，結(jié)果表明晶體內(nèi)部具有較好的U-Pb同位素均一性和穩(wěn)定性，207Pb/206Pb=0.0943±0.0006，206Pb/238Pb=0.0794±0.0004，可以直接用于校準(zhǔn)磷灰石LA-ICP-MS U-Pb定年同位素比值。本研究以磷灰石MAD2為標(biāo)準(zhǔn)樣品，直接校準(zhǔn)測(cè)定了磷灰石樣品McClure Mountain、Tory Hill-apt-1和Durango的U-Pb年齡分別為521±5Ma、1021±16Ma和30.7±1.5Ma，與推薦值在誤差范圍內(nèi)一致；測(cè)定了房山巖體花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石、榍石和磷灰石三種副礦物U-Pb年齡范圍為131～132Ma，與前人研究成果一致，支持該巖體在早白堊世經(jīng)歷了快速冷卻過(guò)程。以上結(jié)果表明了本文建立的LA-ICP-MS U-Pb定年方法和同位素比值校準(zhǔn)方案的有效性和準(zhǔn)確性。

相對(duì)于采用非基體匹配校準(zhǔn)計(jì)算分餾系數(shù)方法和扣除標(biāo)準(zhǔn)樣品普通鉛的數(shù)據(jù)處理方法，本文采用Madagascar磷灰石直接校準(zhǔn)磷灰石U-Pb同位素比值獲得樣品U-Pb年齡精準(zhǔn)度與其他方法一致，但本文方法有效地降低了數(shù)據(jù)處理難度，有利于分析方法的推廣和應(yīng)用。需要指出的是，由于Madagascar磷灰石顆粒間存在U-Pb同位素比值差異，因此需針對(duì)作為標(biāo)準(zhǔn)樣品的Madagascar磷灰石進(jìn)行詳細(xì)的均一性分析、精確的定值分析(ID-TIMS)，有助于進(jìn)一步降低分析誤差。

致謝：感謝Trinity College Dublin的David Chew博士提供McClure Mountain磷灰石樣品；感謝兩位審稿人對(duì)本文審閱提出的寶貴修改意見(jiàn)。