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杨明等-JAAS：LA-SF-ICP-MS准确测定黑钨矿U-Pb年龄
钨是重要的关键性金属资源之一，广泛用于电器、电子、化工及军事工业等领域。我国钨矿资源丰富，是世界上重要的钨金属资源基地，其中华南地区(赣南-粤北-湘南)是我国钨矿成矿带重要产区。准确限定钨矿床的成矿时代，对于充分了解其矿床成因、精细成矿过程、矿床分布规律以及进一步指导矿床的寻找和勘查均起着至关重要的作用。黑钨矿[(Fe,Mn)WO4]作为钨最主要赋存矿物之一，广泛存在于各类岩浆或热液钨矿床中，对其开展年代学研究可以给出更可靠的钨矿成矿年代。
20世纪80年代初的研究表明，黑钨矿通常含有一定量U，是U-Pb定年的良好对象。由于方法技术不成熟，黑钨矿U-Pb定年研究一直发展缓慢。2006年德国地学研究中心（GFZ）通过对美国科罗拉多Sweet Home Mine黑钨矿的同位素稀释法-热电离质谱(ID-TIMS)U-Pb定年工作，首次成功报道有意义的黑钨矿U-Pb年龄。但是黑钨矿中U含量通常不高（2~50ppm），普通铅组成变化范围大，且通常含有富U（铌钽矿等）、富普通铅（白钨矿、方铅矿、闪锌矿等）的包裹体。由于ID-TIMS是一种整体分析方法，大量包裹体的存在严重影响分析结果，且还涉及繁琐的化学前处理，成功率低，导致该方法的推广和使用受到极大限制，目前仅有少量的ID-TIMS黑钨矿U-Pb年龄数据都来自德国地学研究中心。
最新研究表明，激光微区原位等离子质谱（LA-ICP-MS）可以进行黑钨矿U-Pb年龄测定，但目前仍处于起步阶段，仍有许多问题亟待解决，如：（1）微区原位黑钨矿U-Pb标准物质的缺乏，目前还没有国际通用的标准；（2）同质异位素的干扰，如钨氧化物对Hg与Pb的干扰；（3）对于普通铅含量高的样品，采用哪种普通铅校正方案；（4）不同黑钨矿系列的矿物端元（钨铁矿-钨锰铁矿-钨锰矿）之间是否存在基体效应；（5）黑钨矿U-Pb体系的封闭温度。
针对上述科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室博士生杨明与导师杨岳衡正高级工程师及其合作者（德国地学研究中心、南京大学和中国科学技术大学），基于LA-SF-ICP-MS，在高灵敏度锥组合的基础上（Wu et al, 2020, IJMS），建立了激光黑钨矿微区原位分析方法，并成功研发了国际上首个黑钨矿U-Pb定年微区分析标样（图1），考察了钨的氧化物对202Hg、204Hg和204Pb的同质异位素干扰（图1），探讨了黑钨矿系列矿物基体效应对U-Pb定年的影响（图2-图4），首次报道了黑钨矿U-Pb体系的封闭温度（图1）。对年龄跨度为1790-26Ma的典型黑钨矿样品（来自瑞典、美国、法国、英国、德国、卢旺达和中国），都获得了可靠的年龄结果，充分证明该方法的可行性与可靠性，为我国正在开展的关键金属钨成矿年代学研究提供了技术支撑。
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图1 (a) ID-TIMS测定YGX-2113黑钨矿标样U-Pb谐和图；(b) 黑钨矿U-Pb体系封闭温度；(c & d) 钨氧化物对Hg与Pb的同质异位素干扰
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图2 LA-SF-ICP-MS测定Bagge (a)与Sewa (b)黑钨矿的T-W图解与207Pb校正的206Pb/238U年龄；以及MTM (c)与YGX-2107 (d)黑钨矿U-Pb谐和图
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图3 LA-SF-ICP-MS测定XHS16 (a)与DP-12 (b) 黑钨矿U-Pb谐和图；以及Panasqueira (c)与Cornwall (d) 钨铁矿U-Pb谐和图
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图4 LA-SF-ICP-MS测定HTD (a)和SHM (b)钨锰矿T-W图与207Pb校正206Pb/238U年龄
成果作为封面文章发表于英国皇家化学学会出版的原子光谱学权威期刊Journal of Analytical Atomic Spectrometry。（Yang M, Yang Y H,* Wu S T, Romer R L, Che X D,Zhao Z F, Li W S, Yang J H. Wu F Y, Xie L W, Huang C, Zhang D, Zhang Y.Accurate and precise in situ U–Pb isotope dating of wolframite series mineralsvia LA-SF-ICP-MS[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2020, 35:2191-2203. DOI:10.1039/D0JA00248H ）。该成果受国家自然科学基金杰出青年基金资助。![]()
被JAAS选为封面文章
校对：张腾飞
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