一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法，包括：将氟碳铈矿样品和氟碳铈矿标准物质嵌入环氧树脂中制成样品靶，并将所述样品靶放入二次离子质谱仪的样品腔中；采用氧气等离子体离子源并以平行光方式聚焦至所述样品靶上的所述氟碳铈矿样品，以便产生所述氟碳铈矿样品的二次离子；使所述氟碳铈矿样品的二次离子经过所述二次离子质谱仪中的电场和磁场，以实现角度和速度双聚焦并到达离子信号检测系统；采用所述离子信号检测系统检测所述氟碳铈矿样品的二次离子中的原始铅钍比值，对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值；采用校正后的铅钍比值来计算所述氟碳铈矿样品的钍铅年龄。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法
本专利技术涉及一种地球化学领域，特别涉及一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法。
技术介绍
氟碳铈矿REE(CO3)F.CaCO3是一种轻稀土碳酸盐矿物，它是一种重要的稀土资源，为了更好的开发利用这种资源，需要对它的地质成因有深入的了解。而它的形成年代就是一个重要的成因要素。精确获得成矿年龄是研究成矿背景，对比已知地质事件的前提条件。国际上对氟碳铈矿的定年方法已经有同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)(文献1：Sal’nikovaetal.,Bastnaesite:APromisingU–PbGeochronologicalTool,2010)和激光剥蚀电感耦合等离子质谱法(LA-ICPMS)(文献2：Yangetal.,InsituU–PbdatingofbastnaesitebyLA-ICP-MS,2014)，这两种定年方法各有优缺点。同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)是最精确的定年方法，由于氟碳铈矿是一种固态粒状的矿物，因此可以把整个颗粒用酸在高温下溶解成溶液，然后测量溶液中的铀和铅含量，再计算年龄，这样得到的铀和铅的比值是整个颗粒(颗粒大约10-5g到10-3g)的信息，由于采集的样品量大，所以得到的年龄精确度很高，一般小于0.1％，比如可以得到氟碳铈矿年龄是200±0.2Ma(百万年)。但是同位素稀释热电离质谱法需要对整个氟碳铈矿颗粒进行溶解，因此得到的是整个氟碳铈矿的平均年龄，而实际上，由于氟碳铈矿的生长过程中可能经历蚀变，因此氟碳铈矿在大的尺度上并不具有相同的年龄，如果仅采用同位素稀释热电离质谱法来测量氟碳铈矿年龄，其所测得的平均年龄并不能反映氟碳铈矿在大的尺度上的真实年龄。激光剥蚀电感耦合等离子质谱法(LA-ICPMS)可以弥补以上缺憾，其可以在50微米的尺度内测定氟碳铈矿的真实年龄。例如，氟碳铈矿是从非常小的晶核开始生长的，如果生长慢的话，在一次地质事件中能长几十微米到几毫米，比如在五百个百万年(500Ma)左右长了三毫米，假如再过了200个百万年，又在原来的晶体上生长出新的晶体，那这后来生长的几毫米(300Ma)和开始的时候生长的几毫米(500Ma)的年龄信息并不相同，如果采用同位素稀释热电离质谱法，则可能得到的定年结果是400Ma，但是这与真实情况并不相符(真实的情况是分两次长大，一次300Ma，一次500Ma)，而如果用激光剥蚀电感耦合等离子质谱法，则可以在氟碳铈矿的核部尺度测到500±15Ma，边部尺度得到300±9Ma(激光剥蚀电感耦合等离子质谱法的精确度约3％)。但是现有的激光剥蚀电感耦合等离子质谱法测定氟碳铈矿年龄的方法是测定氟碳铈矿的铀铅年龄，可是由于氟碳铈矿含有较高的钍(Th)，而含有的铀(U)比较低，因此，现有的用激光剥蚀电感耦合等离子质谱法测定氟碳铈矿年龄的方法具有很大的误差。这是因为，在氟碳铈矿中，可以通过计算铀衰变成铅206Pb＝238U(eλ238t-1)来得到铀铅年龄t，也可以用钍衰变成铅208Pb＝232Th(eλ232t-1)来得到钍铅年龄t，这里，铀(238U)衰变成铅(206Pb)，钍(232Th)衰变成铅(208Pb)，是两个独立的衰变系列，精确测量任意一个就可以得到t。激光剥蚀电感耦合等离子质谱法采用的是测量铀铅年龄，其问题在于，钍含有两个同位素232Th和230Th，其中，利用232Th可以计算钍铅年龄，而230Th却会衰变成206Pb，这就造成了如果采用现有的用激光剥蚀电感耦合等离子质谱法来测量铀铅年龄，则测到的206Pb有一部分是230Th衰变来的，而不是铀(238U)衰变来的，因此现有方法难以区分哪一部分206Pb是230Th衰变来的，哪一部分206Pb是铀(238U)衰变来的，此时，如果钍含量低，则可以把所有的206Pb看成是铀(238U)衰变来的，而由钍衰变来的很少，对铀铅年龄的影响也不大。但是，如果钍含量偏高，还把所有的206Pb看成是铀(238U)衰变来的，那结果就是206Pb＝238U(eλ238t-1)中的206Pb比真实的由铀(238U)衰变来的206Pb更大，此时计算的年龄t也会偏大。这样的问题在以上文献2的现有的激光剥蚀电感耦合等离子质谱法中已经出现，其中DLC43的真实年龄应该是12Ma，但用现有的方法，计算出来的却是20Ma。因此现有的激光剥蚀电感耦合等离子质谱法(也即测定氟碳铈矿的铀铅年龄)虽然可以在小的尺度上测定氟碳铈矿的年龄，但是由于氟碳铈矿含有较高的钍(Th)，而含有的铀(U)比较低，因此现有方法测量氟碳铈矿的年龄的误差偏大。
技术实现思路
本专利技术的个实施例是提供了一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法。根据本公开的一个方面，提供了一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法，其特征在于，包括：将氟碳铈矿样品和氟碳铈矿标准物质嵌入环氧树脂中制成样品靶，并将所述样品靶放入二次离子质谱仪的样品腔中；采用氧气等离子体离子源并以平行光方式聚焦至所述样品靶上的所述氟碳铈矿样品，以便产生所述氟碳铈矿样品的二次离子；使所述氟碳铈矿样品的二次离子经过所述二次离子质谱仪中的电场和磁场，以实现角度和速度双聚焦并到达离子信号检测系统；采用所述离子信号检测系统检测所述氟碳铈矿样品的二次离子中的原始铅钍比值并根据所述原始铅钍比值与所述氟碳铈矿样品的二次离子中的比值之间的正相关关系，对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值其中u表示未知；采用校正后的铅钍比值并根据公式来计算所述氟碳铈矿样品的钍铅年龄tu，其中λ232是衰变常数。根据本公开的一个实施例，所述样品靶的表面还进行抛光和镀金处理，所述离子信号检测系统是电子倍增器；所述磁场的磁场强度被调节为使得所述氟碳铈矿样品的二次离子中的204Pb+，206Pb+，207Pb+，208Pb+，140Ce16O219F2+，232Th+，238U+，232Th16O+，238U16O+和232Th16O2+依次通过磁场到达所述离子信号检测系统。根据本公开的一个实施例，所述二次离子质谱仪的参数包括：平行光聚焦O2-的强度为8nA到10nA，一次离子束直径约为20*30μm，一次离子加速电压为-13KV，二次离子加速电压为+10KV，入口狭缝为60μm，对比度光阑为400μm，能量狭缝为60eV，出口狭缝为180μm，测量组数为7，单点分析精度为2.8％-3.5％，单点分析总时间约为15min，所述二次离子质谱仪的质量分辨率约为8000。根据本公开的一个实施例，所述原始铅钍比值与所述氟碳铈矿样品的二次离子中的比值之间的正相关关系满足以下公式2所表示的幂函数关系，其中A和E是常数：公式2。根据本公开的一个实施例，所述对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值，包括：采用与检测所述样品靶上的所述氟碳铈矿样品相同的方式来检测已知年龄的所述氟碳铈矿标准物质，以获得多组标准物质测量数据；根据所述多组标准物质测量数据中的与并按照公式2的幂函数关系进行拟合，从而得到常数A和常数E的值。根据本公开的一个实施例，所述对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值，包括：将未知年本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法，其特征在于，包括：将氟碳铈矿样品和氟碳铈矿标准物质嵌入环氧树脂中制成样品靶，并将所述样品靶放入二次离子质谱仪的样品腔中；采用氧气等离子体离子源并以平行光方式聚焦至所述样品靶上的所述氟碳铈矿样品，以便产生所述氟碳铈矿样品的二次离子；使所述氟碳铈矿样品的二次离子经过所述二次离子质谱仪中的电场和磁场，以实现角度和速度双聚焦并到达离子信号检测系统；采用所述离子信号检测系统检测所述氟碳铈矿样品的二次离子中的原始铅钍比值并根据所述原始铅钍比值与所述氟碳铈矿样品的二次离子中的比值之间的正相关关系，对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值其中u表示未知；采用校正后的铅钍比值并根据公式来计算所述氟碳铈矿样品的钍铅年龄tu，其中λ232是衰变常数。

【技术特征摘要】
1.一种基于二次离子质谱仪的测定氟碳铈矿样品的钍铅年龄的方法，其特征在于，包括：将氟碳铈矿样品和氟碳铈矿标准物质嵌入环氧树脂中制成样品靶，并将所述样品靶放入二次离子质谱仪的样品腔中；采用氧气等离子体离子源并以平行光方式聚焦至所述样品靶上的所述氟碳铈矿样品，以便产生所述氟碳铈矿样品的二次离子；使所述氟碳铈矿样品的二次离子经过所述二次离子质谱仪中的电场和磁场，以实现角度和速度双聚焦并到达离子信号检测系统；采用所述离子信号检测系统检测所述氟碳铈矿样品的二次离子中的原始铅钍比值并根据所述原始铅钍比值与所述氟碳铈矿样品的二次离子中的比值之间的正相关关系，对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值其中u表示未知；以及采用校正后的铅钍比值并根据公式来计算所述氟碳铈矿样品的钍铅年龄tu，其中λ232是衰变常数；其中，所述原始铅钍比值与所述氟碳铈矿样品的二次离子中的比值之间的正相关关系满足以下公式2所表示的幂函数关系，其中A和E是常数：其中，所述对所述原始铅钍比值进行校正以获得校正后的铅钍比值，包括：采用与检测所述样品靶上的所述氟碳铈矿样品相同的方式来检测已知年龄的所述氟碳铈矿标准物质，以获得多组标准物质测量数据；根据所述多组标准物质测量数据中的与并按照公式2的幂函数关系进行拟合，从而得到常数A和常数E的值；将未知年龄的所述氟碳铈矿样品的二次离子中的比值代入公式2的幂函数关系，并利用拟合得到的A和E的值计算出以下公式5所示的将所述已知年龄的所述氟碳铈矿标准物质的的推荐值与之比作为公式6所示的校...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌潇潇，李秋立，李献华，刘宇，唐国强，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11