LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of monzogranite of Harshatewula area in South Gobi province, Mongolia, and its geological significance
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摘要:
对蒙古国南戈壁Harshatewula地区二长花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb精确定年。结果表明, 该岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为326.4± 1.1Ma, 成岩时代为早石炭世。本次所测岩体年龄是迄今为止该区获得的较为可靠的直接测年数据, 为北山构造带、哈尔力克-大南湖岛弧带与蒙古戈壁-天山古生代岛弧岩浆岩带为一条古生代岛弧岩浆岩带的认识提供了年龄依据, 对该区构造地质演化研究具有重要意义。
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关键词:
- 锆石 /
- 二长花岗岩 /
- Harshatewula /
- 蒙古国
Abstract:High precision LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Harshatewula monzogranites was conducted. The analyses indi-cate that the intrusion was formed at 327.0± 2.1Ma, belonging to Early Carboniferous. The age is a relatively reliable and directly mea-sured datum which provides the evidence for the existence of an island arc magmatite belt composed of Beishan tectonic belt, Har-like-Dananhu islandarc belt and Gobi-Tianshan island arc magmatite belt. This result has great significance for the understanding of the tectonic-geological evolution in this area.
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Keywords:
- zircon /
- monzogranite /
- Harshatewula /
- Mongolia
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锡石是锡多金属矿床中重要的矿石矿物，属于金红石族，当含有较高的U、Pb含量时，可以作为U-Pb和Pb-Pb同位素年龄测定的对象。利用锡石U-Pb同位素定年直接测定锡多金属矿床的成矿（锡矿化）时代，是非常有潜力的直接测定矿床成矿时代的方法。早在1992年便有人尝试利用热电离质谱（TIMS）法进行锡石U-Pb同位素年龄测定[1]，以确定锡多金属矿床的成矿（锡矿化）时代。TIMS法是矿物U-Pb同位素年龄测定的经典方法，测定精度较高，是比较可靠的锡石U-Pb同位素测年方法[2-3]。但是，用传统的TIMS法进行锡石U-Pb同位素年龄测定时，需要进行非常复杂、费时的化学前处理工作，效率很低，直接影响了该方法的推广应用。近年来陆续有文献[4-10]报道了利用新发展起来的激光烧蚀电感耦合等离子体质谱仪（以下简称LA-ICP-MS）技术直接进行锡石微区原位U-Pb同位素及微量元素测定的新方法，并对这一新方法的优点、局限性等关键性问题进行了初步探讨[11-12]。其中，非放射成因初始普通铅的合理扣除和元素分馏效应的校正问题，是获得准确的LA-ICP-MS锡石U-Pb同位素年龄的关键问题。
与锆石相比，锡石的非放射成因初始普通铅含量较高，且分布不均一，同一锡石样品中不同锡石颗粒或同一锡石颗粒中不同晶域的非放射成因初始普通铅含量都可能有较大差异。用LAICP-MS法直接进行锡石的原位U-Pb同位素年龄测定时，应尽可能挑选锡石中非放射成因初始普通铅含量较低的颗粒或晶域进行测定，尽可能采用非放射成因初始普通铅含量较低的数据进行年龄计算。在难以通过其他方法准确测定锡石中非放射成因初始普通铅的同位素组成，难以准确扣除单次测定的非放射成因初始普通铅时，用UPb或Pb-Pb等时线法或谐和图法整体性扣除多次测定的非放射成因初始普通铅，并计算锡石的U-Pb或Pb-Pb同位素年龄，不失为准确扣除非放射成因初始普通铅并获得准确的锡石U-Pb同位素年龄的好方法。
近年来部分地质工作者在报道和使用锡石及其他一些类似的非锆石类含铀矿物U-Pb同位素年龄数据时[13-21]，由于对矿物微区原位U-Pb同位素年龄测定时的初始普通铅合理扣除，以及元素分馏效应的校正问题存在不同的认识，导致对数据处理方法和测定结果的理解产生分歧，甚至导致一些论文和数据资料的发表受阻。本文主要根据笔者的研究成果，结合近年来文献报道的资料，以及一些具体的例子，对锡石微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素定年中初始普通铅扣除的2种主要方法，即谐和图法和等时线法的原理、效果、方法的优点和局限性、针对具体样品选择扣除方法的基本原则等问题进行深入讨论，并对类似的非锆石类含铀矿物微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄测定中的初始普通铅扣除方法进行探讨。希望能对广大地质工作者利用LA-ICP-MS锡石U-Pb同位素定年技术测定各种锡多金属矿床成矿时代的工作有所帮助。
1. 测试方法及样品
1.1 测试仪器及方法
测试工作均在中国地质调查局天津地质矿产研究所同位素实验室进行，所用仪器为一套激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪（LA-MCICP-MS）。该套系统的多接收器电感耦合等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune，其离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦设计，并采用动态变焦使质量色散达到17%；仪器配有9个法拉第杯接收器和4个离子计数器接收器，除了中心杯和离子计数器外，其余8个法拉第杯配置在中心杯的两侧，并以马达驱动进行精确的位置调节，4个离子计数器捆绑在L4法拉第杯上。激光器为美国ESI公司生产的UP193-FX ArF准分子激光器，激光波长193nm，脉冲宽度5ns，束斑直径在2μm、10μm、20μm、35μm、50μm、75μm、76μm、100μm、150μm等数值中选择，脉冲频率1~200Hz连续可调。
具体的测试方法为：首先对待测锡石制靶、抛光、照相。其中包括对靶上样品进行显微镜下的反射光和透射光照相及阴极发光成像[22]，根据透射光和反射光及锡石阴极发光照片，选择锡石的合适晶域进行测定。在上机测试时，利用193nm激光器对锡石进行剥蚀，通常采用的激光剥蚀斑束为35μm、50μm或75μm，激光能量密度为10~13J/cm2，频率为8~10Hz（表 1），激光剥蚀物质以氦为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散，使质量数相差很大的U、Pb同位素可以同时接收，从而进行锡石U-Pb同位素微区原位测定。采用实验室锡石工作标样作为外部标准锡石。测定前先用锆石标样作为一次标准校准仪器状态，然后再用实验室锡石工作标样作为二次标准与所测定的锡石样品交替进行测定。根据经验，每测定5~10次样品，需测定3~5次工作标样。数据处理方面，采用中国地质大学刘勇胜博士研发的ICPMSData-Cal程序[23]和Ludwig的Isoplot程序[24]进行数据处理。利用NIST610作为外标计算锡石样品的Pb、U、Th含量。
表 1 锡石LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素测定的接收器配置及相关仪器参数Table 1. Machine conditions and protocols for cassiterite LA-MC-ICP-MS U-Pb analysisL4 L3 L2 L1 C H1 H2 H3 H4 204Pb 207Pb206Pb 208Pb 208Pb 2019.26 232Th 238U 冷却气体 16L/min 辅助气体 0.75L/min 裁气(氩） 0.968L/min 载气(氦） 0.86L/min RF功率 1251W 积分时间 0.131s 样品信号采集时间 60s(15~20s空白） 激光能量密度 10~13J/cm2 剥蚀斑径 32pm、50pm或75pm 激光频率 8~10Hz 1.2 测试样品
本次共选取了2件测试样品，第1件为中国湖南芙蓉锡矿的一个锡石样品（编号：AY-4）。有关该锡石样品的地质背景、精确的热电离质谱法UPb同位素定年结果和微区原位LA-ICP-MS UPb同位素定年结果及定年结果的地质解释等资料见参考文献[5]。在对此样品进行测试时，选取已获得精确TIMS法年龄结果的锡石样品（编号：WCP2-2，其TIMS法所得的年龄结果为157.8Ma）作为工作标样，并对AY-4获得的数据进行校正。第2件测试样品为采自中国湖南省永州市金洞管理区老寨岭矿区锡矿的一个锡石样品（编号：LZ-07）。有关该锡石样品的地质背景、定年结果的地质解释等另文报道。在对该样品进行测试时，选取锡石AY-4作为标准样品并对LZ-07获得的数据进行校正。选择AY-4作为锡石标样，是因为在目前分析研究的众多锡石样品中，AY-4是其中U、Pb含量较高、较为稳定，样品量较大，并且也获得了非常精确的TIMS法年龄结果的一个锡石样品（TIMS法所得的年龄为158.2Ma）。该锡石样品目前已成为本实验室最为常用的锡石工作标样之一。
2. 测试结果及讨论
对所选锡石样品的测试数据，分别用谐和图法和等时线法进行非放射成因初始普通铅的扣除、元素分馏效应的校正等数据处理，并计算年龄结果。在对测试结果进行比较和讨论之前，首先对用谐和图法和等时线法进行非放射成因初始普通铅扣除和元素分馏效应校正的原理、效果、方法的优点和局限性进行简要的讨论。
2.1 扣除非放射成因初始普通铅的谐和图法和等时线法简介
2.1.1 谐和图法
谐和图是显示U-Pb同位素定年数据并对其进行图解法计算年龄的图件，常用的有传统的谐和图（Concordia diagram）和Tera-Wasserburg的谐和图（Tera-Wasserburg diagram，有的中文文献[25]称之为逆谐和图）。U-Pb同位素定年技术是应用最广的同位素定年技术之一，具有其他许多同位素测年技术无法相比的优点。其中最突出的优点在于可以同时利用2个同位素衰变系列（即238U-206Pb和235U-207Pb衰变系列）进行测年，获得3个独立的同位素年龄（即206Pb/238U年龄、207Pb/235U年龄和207Pb/206Pb年龄），因而测年结果可以进行内部校正。这一优点源于U-Pb同位素定年的基本原理：矿物中的U同位素（238U和235U）经放射性衰变生成稳定同位素（206Pb和207Pb）。通过对试样中母体同位素（238U和235U）和子体同位素（206Pb和207Pb）含量及Pb同位素比值的测定，即根据放射性衰变定律，计算试样形成封闭体系以来的时间，即矿物形成以来的年龄, 包括206Pb/238U年龄、207Pb/235U年龄和207Pb/206Pb年龄。如果这3个年龄在测定误差范围内一致，说明矿物形成以来其U-Pb同位素系统是封闭的，其U-Pb同位素年龄是谐和的，这3个年龄中的任何一个都可以代表矿物形成的年龄；否则说明矿物形成以来U-Pb同位素系统是开放的，其U-Pb同位素年龄是不谐和的，需要进行内部校正才能获得正确的矿物形成年龄。通常采用传统的谐和图或Tera-Wasser-burg谐和图来进行这样的校正，这在锆石U-Pb同位素年龄测定的数据处理和年龄计算中已被广泛采用。传统的谐和图或Tera-Wasserburg谐和图中的谐和曲线（Concordia curve）是3个表面年龄在测定误差范围内相一致的点的轨迹，也就是说，在谐和曲线上的所有点，3个表面年龄在测定误差范围内是一致的。通常将样品的实际测定数据进行非放射成因初始普通铅扣除和元素分馏效应校正后再投点在谐和图中。如果样品的实际测定数据点偏离谐和曲线，说明样品的U-Pb同位素系统是开放的，其U-Pb同位素年龄是不谐和的，需要进行内部校正才能获得正确的矿物形成年龄。这样的内部校正通常包括一组测定数据点拟合成的不一致线与谐和曲线的上交点和下交点年龄。
用谐和图法进行非放射成因初始普通铅扣除，是将未经非放射成因初始普通铅扣除的实际测定数据直接投点在谐和图（通常用Tera-Wasserburg的谐和图）中，并假定样品的实际测定数据点偏离谐和曲线的主要原因是非放射成因普通铅的加入。对同一矿物样品的不同颗粒或同一颗粒的不同晶域进行测定，得到的多个数据点如果都偏离谐和曲线，但是在谐和图中能够沿一条直线分散排列，便可以假定测定的矿物样品具有相同的U-Pb同位素年龄，只是其中的普通铅相对含量不同。将这样的多个数据点连成一条直线，这一直线与谐和曲线的下交点，便是该矿物样品扣除普通铅后（普通铅含量为零）的U-Pb同位素年龄。由于扣除普通铅后的U-Pb同位素年龄是谐和年龄，即其206Pb/238U年龄、207Pb/235U年龄和207Pb/206Pb年龄这3个年龄在测定误差范围内一致，而207Pb/206Pb年龄是不存在元素分馏效应的，因此采用206Pb/238U年龄或207Pb/235U年龄也就基本扣除了元素分馏效应。亦即，采用谐和图法进行非放射成因初始普通铅扣除时，可以同时扣除元素分馏效应。这一方法在计算一些普通铅含量稍高的锆石样品年龄时得到了较好的应用。有文献[26]报道，对于普通铅含量较高（普通铅含量为总铅含量的5%~40%）的锆石采用谐和图法进行非放射成因初始普通铅扣除，获得青藏高原年轻碱性玄武岩精确锆石U-Pb同位素年龄（3.8Ma）。但是对于普通铅含量更高（普通铅含量为总铅含量的50%以上）的锡石、磷灰石等矿物，用谐和图法进行非放射成因初始普通铅扣除有时会导致较大的年龄误差。
2.1.2 等时线法
等时线法最初用于Rb-Sr同位素年龄的计算。因为在岩石或矿物结晶时，总有一定数量的普通锶进入其中，给准确测定样品中放射成因锶的含量造成很大困难，因此通常采用等时线法来计算岩石或矿物的Rb-Sr同位素年龄。后来许多学者提出采用与Rb-Sr等时线相类似的图解法，即采用206Pb/204Pb-238U/204Pb、207Pb/204Pb-235U/204Pb、208Pb/204Pb-232Th/204Pb和206Pb/204Pb-207Pb/204Pb等时线图研究一组同时、同源样品的U-Pb同位素年龄，如果这组样品保持封闭的U-Pb同位素体系，并具有相同的初始值，就可以获得相应的等时线，该等时线的斜率代表样品的年龄[27]。Brian等[1]最初用热电离质谱（TIMS）法进行锡石U-Pb同位素年龄测定时，采用等时线法，用206Pb/204Pb-238U/204Pb等时线图成功获得了较年轻，且普通铅含量较高的锡石U-Pb同位素年龄[28]。
在锡石微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄测定中，因为204Pb信号很小，加上使用的载气（氦气）中往往含有204Hg，204Hg信号对204Pb信号产生干扰，204Pb信号很难测准，故一般不测204Pb。锡石样品普通铅含量较高而且不均匀，颗粒与颗粒之间差异很大，用208Pb扣除法也不能很好地扣除普通铅。而207Pb的信号约是204Pb的15倍，比较容易测准，加上238U含量为235U含量的137.88倍，对于较年轻（如小于400Ma）且普通铅含量较高的锡石，由235U衰变形成的放射成因207Pb*很少，当207Pb*含量占207Pb总量少于2%时，207Pb主要为普通铅中的207Pb，放射成因207Pb*可以忽略不计，那么206Pb/204Pb-238U/204Pb等时线图可以改为206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线图，用于研究年龄较轻（如小于400Ma）且普通铅含量较高的锡石微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄。对于普通铅含量较低的锡石样品，由于207Pb含量较低，207Pb信号较小，不易测准，用206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线图获得的等时线年龄误差较大。另外，206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线图只适用于计算较年轻（如小于400Ma）的锡石样品U-Pb同位素年龄，不适用于计算较老（如大于400Ma）的锡石样品的UPb同位素年龄，因为随着锡石样品年龄的增大，其中放射成因207Pb*的含量也会增大，放射成因207Pb*影响就不能忽略不计，而放射成因207Pb*的影响的增大会导致206Pb/207Pb-238U/207Pb等时线图获得的等时线年龄误差增大。
与谐和图法普通铅扣除不同，用等时线法扣除普通铅时并没有考虑元素分馏效应的影响，因此对于用等时线法扣除普通铅后得到的等时线年龄，需要再进行元素分馏效应的校正，才能获得准确的U-Pb同位素年龄。
2.2 测试样品AY-4的数据及结果
测试样品AY-4时选取WCP2-2作为锡石标样，WCP2-2的LA-ICP-MS测试数据见表 2，年龄结果见图 1和图 2，其中图 1为用谐和图法扣除普通铅得到的结果，图 2为用等时线法扣除普通铅得到的结果。
表 2 锡石WCP2-2 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素测试数据Table 2. LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic data for cassiterite WCP2-2样品号及测试点 同位素比值 238U/206Pb err% 206Pb/207Pb err% 38U/207Pb err% WCP2-2.1 11.30 8.05 1.53 2.06 17.33 8.05 WCP2-2.2 11.08 4.08 1.51 0.91 16.70 4.08 WCP2-2.3 12.15 3.08 1.56 0.78 18.98 3.08 WCP2-2.4 19.90 2.42 1.97 1.00 39.23 2.42 WCP2-2.5 8.72 3.37 1.43 0.60 12.46 3.37 WCP2-2.6 33.67 2.70 3.49 1.85 117.46 2.70 WCP2-2.7 3.79 0.99 1.28 0.13 4.83 0.99 WCP2-2.8 21.86 3.09 2.11 1.35 46.11 3.09 WCP2-2.9 45.40 5.99 14.82 5.67 672.83 5.99 WCP2-2.10 4.44 1.86 1.29 0.18 5.73 1.86 WCP2-2.11 23.25 2.30 2.12 1.08 49.35 2.30 WCP2-2.12 1.16 5.28 1.21 0.09 1.41 5.28 WCP2-2.13 28.64 3.96 2.81 2.29 80.58 3.96 WCP2-2.14 9.94 3.26 1.47 0.66 14.60 3.26 WCP2-2.15 33.59 1.49 3.55 0.99 119.29 1.49 WCP2-2.16 4.20 3.68 1.33 0.70 5.57 3.68 WCP2-2.17 3.49 2.96 1.26 0.21 4.39 2.96 WCP2-2.18 43.60 3.43 10.85 3.19 472.98 3.43 WCP2-2.19 43.24 2.81 9.15 2.47 395.75 2.81 WCP2-2.20 6.17 0.93 1.35 0.24 8.33 0.93 WCP2-2.21 19.70 3.97 1.95 1.55 38.44 3.97 WCP2-2.22 2.79 0.87 1.25 0.09 3.49 0.87 WCP2-2.23 15.72 5.11 1.73 1.64 27.21 5.11 WCP2-2.24 18.47 2.45 1.87 0.91 34.59 2.45 WCP2-2.25 4.28 2.22 1.29 0.21 5.52 2.22 WCP2-2.26 7.98 2.22 1.4 0.37 11.15 2.22 WCP2-2.27 9.41 7.20 1.44 1.32 13.56 7.2 WCP2-2.28 33.71 2.92 3.73 2.03 125.81 2.92 WCP2-2.29 23.03 5.56 2.18 2.5 50.31 5.56 WCP2-2.30 37.12 1.30 4.73 1.04 175.47 1.3 WCP2-2.31 22.46 2.16 2.12 0.97 47.74 2.16 WCP2-2.32 2.30 2.23 1.23 0.11 2.84 2.23 WCP2-2.33 39.28 6.12 6.27 5.11 246.3 6.12 WCP2-2.34 18.90 1.04 1.92 0.41 36.32 1.04 WCP2-2.35 14.19 1.51 1.64 0.43 23.25 1.51 WCP2-2.36 4.65 2.41 1.29 0.43 5.99 2.41 WCP2-2.37 2.98 1.76 1.25 0.1 3.73 1.76 WCP2-2.38 20.59 4.22 1.98 1.69 40.76 4.22 WCP2-2.39 5.23 1.86 1.31 0.19 6.85 1.86 WCP2-2.40 16.57 3.56 1.75 1.19 28.97 3.56 WCP2-2.41 46.85 2.67 19.01 2.56 890.66 2.67 WCP2-2.42 7.03 0.88 1.36 0.18 9.57 0.88 WCP2-2.43 28.75 3.26 2.77 1.9 79.74 3.26 WCP2-2.44 13.59 5.76 1.65 1.74 22.38 5.76 WCP2-2.45 23.55 2.14 2.25 1.06 53.1 2.14 WCP2-2.46 15.12 3.03 1.72 0.99 25.99 3.03 WCP2-2.47 9.71 8.85 1.45 1.59 14.07 8.85 WCP2-2.48 25.29 2.56 2.42 1.34 61.3 2.56 WCP2-2.49 40.70 2.37 6.65 1.96 270.76 2.37 根据实测的锡石标样WCP2-2的数据结果及其TIMS法所得的年龄结果157.8Ma，计算出不同方法扣除普通铅得到的不同的校正系数K值（K=TIMS法年龄结果/实测年龄结果）。用谐和图法扣除普通铅得到的校正系数K值，K1=157.8/136.6=1.16；用等时线法扣除普通铅得到的校正系数K值，K2=157.8/128.3=1.23。用谐和图法扣除普通铅得到的校正系数K值与用等时线法扣除普通铅得到的K值不同，是因为用谐和图法进行非放射成因初始普通铅扣除时，同时也扣除了元素分馏效应，其校正系数K值仅包括对仪器测定系统误差的校正；而用等时线法扣除普通铅时，并没有扣除元素分馏效应，对于用等时线法扣除普通铅后得到的等时线年龄，需要再进行元素分馏效应的校正，才能获得准确的U-Pb同位素年龄，其校正系数K值不仅包括对仪器测定系统误差的校正，还包括对元素分馏效应的校正。因此，用谐和图法扣除普通铅得到的校正系数K值小于用等时线法扣除普通铅得到的校正系数K值。根据计算得到的不同的校正系数K值，对测试样品AY-4测得的数据进行校正，校正后的数据见表 3，处理后的年龄结果见图 3和图 4，其中图 3为用谐和图法扣除普通铅得到的处理结果，图 4为用等时线法扣除普通铅得到的处理结果。
表 3 锡石AY-4 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素校正后的数据Table 3. LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic corrected data for cassiterite AY-4样品测试点 同位素比值 谐和图法系数
K1=157.8/136.6238U/206Pb err% 207Pb/206Pb err% 等时线法系数
K2=157.8/128.3206Pb/207Pb err% 238U/207Pb err% AY-4.1 1.16 25.16 1.88 0.33 1.02 1.23 72.71 1.88 3.08 1.02 AY-4.2 1.16 37.82 1.12 0.07 1.11 1.23 485.02 1.12 13.65 1.11 AY-4.3 1.16 37.48 2.03 0.10 1.80 1.23 369.52 2.03 10.49 1.8 AY-4.4 1.16 36.63 2.01 0.12 1.80 1.23 287.28 2.01 8.35 1.8 AY-4.5 1.16 15.03 2.32 0.50 1.26 1.23 28.22 2.32 2.00 1.26 AY-4.6 1.16 35.14 1.50 0.12 1.23 1.23 277.96 1.50 8.42 1.23 AY-4.7 1.16 29.45 1.38 0.23 1.17 1.23 119.07 1.38 4.30 1.17 AY-4.8 1.16 38.63 1.54 0.06 1.40 1.23 597.65 1.54 16.47 1.4 AY-4.9 1.16 15.03 0.65 0.49 0.45 1.23 28.71 0.65 2.03 0.45 AY-4.10 1.16 28.20 3.74 0.23 2.76 1.23 117.06 3.74 4.42 2.76 AY-4.11 1.16 21.31 5.07 0.43 2.86 1.23 46.46 5.07 2.32 2.86 AY-4.12 1.16 39.19 2.30 0.07 2.31 1.23 559.52 2.30 15.20 2.31 AY-4.13 1.16 9.14 7.12 0.55 1.94 1.23 15.73 7.12 1.83 1.94 AY-4.14 1.16 37.32 2.92 0.09 2.76 1.23 398.44 2.92 11.37 2.76 AY-4.15 1.16 39.58 0.98 0.05 0.99 1.23 691.61 0.98 18.60 0.99 AY-4.16 1.16 35.58 1.21 0.14 1.02 1.23 236.17 1.21 7.07 1.02 AY-4.17 1.16 36.97 4.42 0.08 3.41 1.23 435.51 4.42 12.54 3.41 AY-4.18 1.16 18.20 3.67 0.44 1.97 1.23 38.81 3.67 2.27 1.97 AY-4.19 1.16 31.15 5.95 0.21 3.98 1.23 140.49 5.95 4.80 3.98 AY-4.20 1.16 36.33 1.83 0.14 1.54 1.23 0.17 19.10 1.15 1.29 AY-4.21 1.16 13.09 4.92 0.47 2.33 1.23 239.58 1.83 7.02 1.54 AY-4.22 1.16 34.89 1.90 0.15 1.53 1.23 25.89 4.92 2.11 2.33 AY-4.23 1.16 34.00 2.72 0.17 2.41 1.23 212.63 1.90 6.49 1.53 AY-4.24 1.16 22.52 1.38 0.39 0.82 1.23 189.14 2.72 5.92 2.41 AY-4.25 1.16 31.49 2.65 0.21 1.88 1.23 54.51 1.38 2.58 0.82 AY-4.26 1.16 17.86 5.32 0.41 2.41 1.23 144.10 2.65 4.87 1.88 AY-4.27 1.16 33.81 1.48 0.18 1.16 1.23 40.71 5.32 2.43 2.41 AY-4.28 1.16 31.76 2.64 0.22 2.01 1.23 176.00 1.48 5.54 1.16 AY-4.29 1.16 30.30 1.65 0.25 1.20 1.23 137.49 2.64 4.61 2.01 AY-4.30 1.16 14.89 4.58 0.50 1.71 1.23 114.41 1.65 4.02 1.2 AY-4.31 1.16 25.55 2.10 0.34 1.36 1.23 28.14 4.58 2.01 1.71 AY-4.32 1.16 17.09 2.29 0.50 0.91 1.23 71.03 2.10 2.96 1.36 AY-4.33 1.16 34.43 2.26 0.15 1.83 1.23 32.11 2.29 2.00 0.91 2.3 测试锡石样品LZ-07的数据及结果
测试锡石样品LZ-07时选取AY-4作为锡石标样（为了便于区分，在以下AY-4作为标样使用时名称改用ay-4），ay-4测试数据见表 4，年龄结果见图 5和图 6，其中图 5为用谐和图法扣除普通铅得到的处理结果，图 6为用等时线法扣除普通铅得到的处理结果。
表 4 锡石ay-4 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素测试数据Table 4. LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic data for cassiterite ay-4样品号及测试点 同位素比值 238U/206Pb err% 206Pb/207Pb err% 238U/207Pb err% ay-4.1 39.50 0.62 531.93 7.74 13.61 7.33 ay-4.2 36.81 1.65 265.23 10.66 7.59 9.03 ay-4.3 39.45 0.91 606.49 10.05 15.42 10.01 ay-4.4 40.73 0.16 761.54 2.48 18.70 2.45 ay-4.5 40.16 0.51 542.88 6.58 13.57 6.42 ay-4.6 30.27 1.87 111.60 5.71 3.72 5.05 ay-4.7 38.34 0.92 478.88 10.56 12.47 10.65 ay-4.8 32.00 1.55 244.37 10.33 7.98 6.32 ay-4.9 35.52 2.74 332.73 23.38 10.88 12.70 ay-4.10 29.99 1.25 135.90 3.80 4.60 2.78 ay-4.11 36.72 1.39 377.03 12.65 10.92 9.39 ay-4.12 36.84 1.34 396.03 13.21 11.46 9.85 ay-4.13 34.24 1.62 221.07 9.41 6.80 6.43 ay-4.14 37.57 0.54 433.53 6.63 11.65 6.12 ay-4.15 27.27 4.03 86.97 10.90 3.35 5.72 ay-4.16 26.75 2.44 86.55 6.42 3.4 3.84 ay-4.17 37.03 0.55 325.13 4.2 8.78 4.16 ay-4.18 18.77 5.45 49.18 11.56 2.67 6.78 ay-4.19 23.9 3.69 89.16 14.52 3.77 12.09 ay-4.20 29.76 3.96 144.11 16.45 5.72 9.1 ay-4.21 34.13 0.89 289.78 6.42 8.52 6.13 ay-4.22 33.64 1.02 225.88 5.47 6.79 4.86 ay-4.23 24.53 3.15 71.92 8.11 2.98 5.35 ay-4.24 38.65 0.47 487.8 4.98 12.64 4.88 ay-4.25 36.93 0.82 308.1 6.64 8.47 5.7 ay-4.26 32.41 0.82 145.79 3.12 4.51 2.57 ay-4.27 36.49 1.87 246.2 11.32 7.19 7.77 ay-4.28 40.2 0.16 691.2 3.04 17.2 2.99 ay-4.29 36.26 0.73 292.97 6.99 8.23 6.06 ay-4.30 35.65 1.27 246.42 8.5 7.11 7.05 根据实测的锡石标样ay-4的数据结果及TIMS法所得的年龄结果158.2Ma，对测试样品LZ-07所测得的数据进行校正，校正后的数据见表 5，其中用谐和图法扣除普通铅得到的校正系数K值，K1=158.2/157.7=1.003；用等时线法扣除普通铅得到的校正系数K值，K4=158.2/147.2=1.07。处理后的年龄结果见图 7和图 8，其中图 7为用谐和图法扣除普通铅得到的处理结果，图 8为用等时线法扣除普通铅得到的处理结果。
表 5 锡石LZ-07 LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素校正后的数据Table 5. LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic corrected data for cassiterite LZ-07样品号及测试点 同位素比值 谐和图法系数
K3=158.2/157.7238U/206Pb err% 207Pb/206Pb err% 等时线法系数
K4=158.2/147.2206Pb/207Pb err% 238U/207Pb err% LZ-07.1 1.003 24.28 0.92 0.10 8.22 1.07 212.94 9.05 9.59 8.22 LZ-07.2 1.003 25.69 1.36 0.08 11.44 1.07 283.16 11.6 11.84 11.44 LZ-07.3 1.003 11.59 0.59 0.54 0.43 1.07 20.11 0.96 1.86 0.43 LZ-07.4 1.003 25.72 1.58 0.12 10.41 1.07 207.04 10.76 8.65 10.41 LZ-07.5 1.003 27.22 0.51 0.08 4.98 1.07 309.39 5.02 12.18 4.98 LZ-07.6 1.003 27.10 1.34 0.09 13.45 1.07 295.61 13.62 11.71 13.45 LZ-07.7 1.003 3.03 4.52 0.80 5.20 1.07 3.59 4.2 1.25 5.2 LZ-07.8 1.003 27.04 0.59 0.08 6.10 1.07 301.33 6.4 11.96 6.1 LZ-07.9 1.003 27.46 0.47 0.08 4.61 1.07 326.39 4.82 12.77 4.61 LZ-07.10 1.003 26.10 0.84 0.13 4.17 1.07 188.88 4.35 7.76 4.17 LZ-07.11 1.003 27.05 1.00 0.10 11.71 1.07 247.59 11.87 9.83 11.71 LZ-07.12 1.003 23.54 1.00 0.20 5.11 1.07 108.87 5.16 4.95 5.11 LZ-07.13 1.003 25.15 0.68 0.16 3.49 1.07 142.49 3.81 6.08 3.49 LZ-07.14 1.003 9.31 2.33 0.60 1.12 1.07 14.52 3.17 1.67 1.12 LZ-07.15 1.003 27.22 1.19 0.09 10.85 1.07 277.55 11.14 10.97 10.85 LZ-07.16 1.003 28.09 0.43 0.07 6.09 1.07 381.31 6.17 14.56 6.09 LZ-07.17 1.003 27.09 0.69 0.10 4.91 1.07 245.48 5.61 9.81 4.91 LZ-07.18 1.003 27.59 0.47 0.10 3.71 1.07 269.14 3.92 10.47 3.71 LZ-07.19 1.003 27.50 0.39 0.08 5.19 1.07 341.15 5.22 13.29 5.19 LZ-07.20 1.003 4.20 6.33 0.81 6.77 1.07 5.01 4.79 1.24 6.77 LZ-07.21 1.003 28.26 0.35 0.09 2.67 1.07 308.2 3 11.71 2.67 LZ-07.22 1.003 25.75 0.99 0.16 5.66 1.07 152.45 6.15 6.39 5.66 LZ-07.23 1.003 25.26 1.90 0.15 7.86 1.07 145.64 10.14 6.52 7.86 2.4 数据处理结果的比较和讨论
从以上2种不同方法进行普通铅扣除得到的最终数据结果可以看出，AY-4采用谐和图法处理所得年龄结果为160.0±3.5Ma，采用等时线法处理所得年龄结果为159.9±1.9Ma；LZ-07采用谐和图法处理所得年龄结果为223.1±3.3Ma，采用等时线法处理所得年龄结果为223.0±4.2Ma。也就是说，对于较年轻（如小于400Ma）的锡石样品，同一个样品的同一组测定数据，用2种不同方法进行普通铅扣除得到的结果在误差范围内完全一致。但是，对于普通铅含量较高的锡石样品（普通铅含量为总铅含量的50%以上），如样品AY-4, 用谐和图法扣除普通铅得到的年龄结果误差稍大，而用等时线法扣除普通铅得到的年龄结果误差较小；对于普通铅含量较低的锡石样品（普通铅含量为总铅含量的50%以下），如样品LZ-07, 用等时线法扣除普通铅得到的年龄结果误差较大，而用谐和图法扣除普通铅得到的年龄结果误差较小。
有关文献[20]报道，可用微区原位LA-ICP-MSU-Pb同位素定年法测定一个年龄稍大的锡石样品U-Pb同位素年龄。该样品用谐和图法扣除普通铅后得到的年龄为433±19Ma （图 9），而本文采用等时线法对该样品的数据扣除普通铅后得到的年龄为427±13Ma （图 10）。虽然用2种不同方法进行普通铅扣除得到的结果在误差范围内完全一致，但是用等时线法扣除普通铅得到的年龄结果误差较小，而用谐和图法扣除普通铅得到的年龄结果误差较大。可见，即便对于年龄稍大于400Ma的锡石样品，如果普通铅含量较高，即普通铅含量大于总含量的50%以上时，用等时线法扣除普通铅得到的年龄结果误差小于用谐和图法扣除普通铅得到的年龄结果误差。
3. 结论
在实际工作中，为了解决特定的地质年代学问题，在锡石微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素定年中进行初始普通铅扣除时，最好根据具体样品分选出的锡石数量、粒度大小、年龄范围、U和Pb含量、普通铅相对含量、测年精度要求等因素，结合需要解决的地质年代学问题的目标要求，灵活地选择普通铅扣除方法。如果从样品中分选得到的适合测定的锡石数量较多、粒度较大、年龄较小（寒武纪之后的锡石）、U-Pb含量和普通铅相对含量都较高，则可以考虑用等时线法进行普通铅扣除；如果从样品中分选得到的锡石数量较少、粒度较小、年龄较大（寒武纪之前的锡石）、U-Pb含量和普通铅相对含量都较低，用谐和图法扣除普通铅较好；或在用等时线法进行扣除的基础上，再选择性地采用谐和图法扣除普通铅，2种方法相互校正，以提高校正的准确度和可靠性。
本次研究及近年来文献报道的资料表明，用于锡石微区原位LA-ICP-MS U-Pb同位素定年中初始普通铅扣除的2种方法各有优点及局限性。在实际工作中，根据具体样品中分选出的锡石的年龄范围、总的U和Pb含量、普通铅相对含量、测年精度要求等因素，灵活地选择初始普通铅扣除方法，对于获得比较精确的结果非常重要。
致谢: 野外工作期间得到蒙古地质调查局、蒙古地质科学院Tomurtogoo O, Tushigmaa Ch, Altankhundaga B等专家的协助，测试过程中中国地质调查局天津地质调查中心耿建珍工程师给予支持，在此一并表示感谢。 -
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图 1 蒙古南戈壁Harshatewula地区地质简图
1—古元古代石英岩-大理岩-斜长角闪岩地层；2—志留纪陆源碎屑岩组合；3—泥盆纪中基性火山岩地层；4—石炭纪陆源碎屑岩地层；5—二叠纪火山岩-火山沉积岩地层；6—中生代碎屑沉积岩地层；7—二长花岗岩；8—正长花岗岩；9—中生代花岗岩；10—断裂；11—国界；12—采样点
Figure 1. Simplified geological map of Harshatewula area, Mongolia
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图 2 蒙古Harshatewula地区二长花岗岩锆石阴极发光图像
Figure 2. CL images of monzogranite in Harshatewula area, Mongolia
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图 3 蒙古Harshatewula地区二长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图
Figure 3. Zircon LA-ICP-MS U-Pb concordia plots for monzogranite on the periphery of Harshatewula Mongolia
表 1 蒙古Harshatewula地区二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析测试结果
Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb analytical data for zircons from monzogranite in Harshatewula area, Mongolia
样品号 含量/10-6 同位素比值 年龄/Ma MND112
TW1Pb U Th/U 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ 232Th/238U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 1 10 164 1.21 0.0518 0.0004 0.3849 0.0142 0.0539 0.0019 0.0122 0.0001 1.2081 0.0053 326 2 331 12 366 80 2 9 168 0.79 0.0523 0.0003 0.3897 0.0138 0.0541 0.0019 0.0122 0.0001 0.7892 0.0014 329 2 334 12 373 81 3 9 158 0.96 0.0523 0.0004 0.3824 0.0188 0.0530 0.0026 0.0131 0.0001 0.9595 0.0044 329 2 329 16 329 110 4 6 102 0.74 0.0519 0.0005 0.3826 0.0275 0.0534 0.0039 0.0125 0.0003 0.7439 0.0041 326 3 329 24 346 165 5 8 129 1.06 0.0521 0.0004 0.3578 0.0205 0.0498 0.0029 0.0128 0.0001 1.0643 0.0093 328 2 311 18 185 137 6 10 166 0.93 0.0520 0.0003 0.3784 0.0145 0.0528 0.0020 0.0126 0.0001 0.9295 0.0025 327 2 326 12 319 86 7 7 111 0.91 0.0521 0.0004 0.3738 0.0331 0.0521 0.0047 0.0146 0.0003 0.9076 0.0030 327 3 322 29 289 207 8 4 67 0.66 0.0525 0.0005 0.3729 0.0382 0.0515 0.0055 0.0124 0.0004 0.6628 0.0022 330 3 322 33 263 244 9 7 132 0.81 0.0520 0.0004 0.3806 0.0187 0.0531 0.0026 0.0131 0.0002 0.8106 0.0052 327 2 328 16 334 109 10 8 138 0.87 0.0520 0.0004 0.3812 0.0180 0.0532 0.0025 0.0125 0.0002 0.8693 0.0030 327 2 328 15 337 106 11 6 118 0.66 0.0523 0.0004 0.3782 0.0207 0.0525 0.0029 0.0130 0.0003 0.6597 0.0021 328 3 326 18 307 124 12 7 124 0.72 0.0520 0.0005 0.3832 0.0213 0.0535 0.0029 0.0125 0.0002 0.7176 0.0040 327 3 329 18 349 125 13 5 85 0.98 0.0519 0.0004 0.3815 0.0314 0.0534 0.0044 0.0122 0.0002 0.9802 0.0050 326 3 328 27 344 185 14 9 164 1.01 0.0513 0.0003 0.3725 0.0161 0.0527 0.0023 0.0115 0.0001 1.0131 0.0028 323 2 322 14 314 98 15 8 145 0.69 0.0519 0.0004 0.3769 0.0183 0.0526 0.0025 0.0120 0.0002 0.6862 0.0025 326 2 325 16 313 108 16 9 162 1.01 0.0521 0.0004 0.3802 0.0177 0.0530 0.0025 0.0124 0.0001 1.0133 0.0046 327 2 327 15 327 105 17 11 217 0.33 0.0516 0.0003 0.3894 0.0109 0.0548 0.0016 0.0105 0.0001 0.3169 0.0009 324 2 334 9 402 64 18 55 884 1.53 0.0516 0.0004 0.3803 0.0043 0.0534 0.0006 0.0111 0.0000 1.5301 0.0118 324 2 327 4 348 24 19 10 177 0.90 0.0518 0.0003 0.3947 0.0150 0.0553 0.0021 0.0110 0.0001 0.8962 0.0019 325 2 338 13 425 85 20 10 204 0.06 0.0521 0.0003 0.3719 0.0142 0.0517 0.0019 0.0111 0.0001 0.0628 0.0001 328 2 321 12 274 86 
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吴泰然, 何国琦.阿拉善地块北缘的蛇绿混杂岩带及其大地构造意义[J].现代地质, 1992, 6(3):286-296. 吴泰然, 何国琦.内蒙古阿拉善地块北缘的构造单元划分及各单元的基本特征[J].地质学报, 1993, 67(2):97-108. 王廷印, 高军平, 王金荣等.内蒙古阿拉善北部地区碰撞期和后造山期岩浆作用[J].地质学报, 1998, 72(2):126-137. 李俊建, 张峰, 任军平, 等.中蒙边界地区构造单元划分[J].地质通报, 2015, 34(4):636-662. Hu Z C, Gao S, Liu Y S, et al. Signal Enhancement in Laser Ablation ICP-MS by Addation of Nitrogen in the Central Channel Gas[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2008, 23:1093-1101. Hu Z C, Gao S, Liu Y S, et al. Signal Enhancement in Laser Ablation ICP-MS by Addation of Nitrogen in the Central Channel Gas[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2008, 23:1093-1101.
李怀坤, 耿建珍, 郝爽, 等.用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)测定锆石U-Pb同位素年龄的研究[J].矿物学报, 2009, 1(增刊):77. Claesson S V, Vertin H D, Ayanova B. U-Pb zircon ages from a De-vonian carbonatite dyke, Kola peninsula, Russia:a record of geologi-cal evolution from the Archaen the Palaeozoic[J]. Lithos, 2000, 51:95-108. Claesson S V, Vertin H D, Ayanova B. U-Pb zircon ages from a De-vonian carbonatite dyke, Kola peninsula, Russia:a record of geologi-cal evolution from the Archaen the Palaeozoic[J]. Lithos, 2000, 51:95-108.
杨岳清, 赵金花, 孟贵祥, 等.内蒙古北山地区斑岩型钼矿的成岩成矿时代和形成环境探讨[J].地球学报, 2013, 34(4):401-412. 周涛发, 袁峰, 张达玉, 等.新疆东天山觉罗塔格地区花岗岩类年代学、构造背景及其成矿作用研究[J].岩石学报, 2010, 26(2):478-502. 江思宏, 聂凤军.北山地区花岗岩类的40Ar/39Ar同位素年代学研究[J].岩石学报, 2006, 22(11):2719-2732. 王德贵, 李丽群, 李刚.东天山大盐池东花岗闪长岩锆石SHRIMP U-Pb测年[J].地质通报, 2006, 25(8):960-963. 吴华, 李华芹, 陈富文, 等.东天山哈密地区赤湖钼铜矿区斜长花岗斑岩锆石SHRIMP U-Pb年龄[J].地质通报, 2006, 25(5):549-553. Yarmolyuk V V, Kovalenko V I, Sal'nikova E B, et al. Geochro-nology of igneous rocks and formation of the Late Paleozoic south Mongolian active margin of the Siberian continent[J]. Stratigraphy and Geological Correlation, 2008, 16(2):162-181. Yarmolyuk V V, Kovalenko V I, Sal'nikova E B, et al. Geochro-nology of igneous rocks and formation of the Late Paleozoic south Mongolian active margin of the Siberian continent[J]. Stratigraphy and Geological Correlation, 2008, 16(2):162-181.
James H S, Blight A, Crowley G Q, et al. Granites of the Southern Mongolia Carboniferous Arc:New geochronological and geochem-ical constraints[J]. Lithos, 2010, 116:35-52. James H S, Blight A, Crowley G Q, et al. Granites of the Southern Mongolia Carboniferous Arc:New geochronological and geochem-ical constraints[J]. Lithos, 2010, 116:35-52.
Lamb M A, Badarch G. Paleozoic sedimentary basins and volcanic arc systems of southern Mongolia:New geochemical and petro-graphic constraints[C]//Hendrix M S, Davis G A. Geological Soci-ety of America (GSA), Boulder, CO, 2001:117-149. Lamb M A, Badarch G. Paleozoic sedimentary basins and volcanic arc systems of southern Mongolia:New geochemical and petro-graphic constraints[C]//Hendrix M S, Davis G A. Geological Soci-ety of America (GSA), Boulder, CO, 2001:117-149.
Batkhishig B, Noriyoshi T, Greg B. Magmatism of the Shuteen complex and Carboniferous subduction of the gurvansaikhan ter-rane, South Mongolia[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2010, 37(5/6):399-411. Batkhishig B, Noriyoshi T, Greg B. Magmatism of the Shuteen complex and Carboniferous subduction of the gurvansaikhan ter-rane, South Mongolia[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2010, 37(5/6):399-411.
Badarch G. Tectonics of south Mongolia[C]//Geodynamics and Metallogeny of Mongolia with a special emphasis on copper and gold deposits, 2005:119-130. Badarch G. Tectonics of south Mongolia[C]//Geodynamics and Metallogeny of Mongolia with a special emphasis on copper and gold deposits, 2005:119-130.
Ruzhentsev S V, Badarch G. The Elgen Ula antiform, southern Go-bi, Mongolia[J]. Doklady Academy Nauk SSSR, 1998, 302(4):929-933. Ruzhentsev S V, Badarch G. The Elgen Ula antiform, southern Go-bi, Mongolia[J]. Doklady Academy Nauk SSSR, 1998, 302(4):929-933.
Badarch G, Orolmaa D. Overview of the Geology and Tectonic evolution of Southern Mongolia[J]. Mongolian Geoscientist, 1998, 10:10-16. Badarch G, Orolmaa D. Overview of the Geology and Tectonic evolution of Southern Mongolia[J]. Mongolian Geoscientist, 1998, 10:10-16.
郑荣国, 吴泰然, 张文, 等.阿拉善地块北缘雅干花岗岩体地球化学、地质年代学及其对区域构造演化制约[J].岩石学报, 2013, 29(8):2665-2675. 王廷印, 刘金坤, 王士政, 等.阿拉善北部中蒙边界地区晚古生代拉伸作用及构造岩浆演化[J].中国区域地质, 1993, 4:317-327. 王廷印, 王士政, 王金荣.阿拉善地区古生代陆壳的形成和演化[M].兰州:兰州大学出版社, 1994. Geological Information Center of MRAM. Geological Map of Mongolia Ulaanbaatar, 1998.
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