杨明等-GGR: 褐帘石激光原位U-Th-Pb定年和Sm-Nd同位素分析

褐帘石隶属于绿帘石族矿物，是一种常见的副矿物，广泛存在于火成岩、变质岩和热液成矿体系中。由于褐帘石大量富集LREE、Sr、Th与U等微量元素，使得褐帘石U-Th-Pb定年与Sm-Nd同位素分析成为可能。因此，褐帘石在研究岩浆过程、变质作用、俯冲带物质循环及热液矿床成矿过程等方面具有重大意义及广阔应用前景。 

同位素稀释-热电离质谱法（ID-TIMS）是测定褐帘石U-Th-Pb年龄与Sm-Nd同位素组成的传统方法，但由于ID-TIMS是一种整体分析方法，往往难以对内部结构复杂的褐帘石样品进行分析，且该方法还涉及繁琐的化学前处理过程，这极大地限制了该方法的广泛使用与推广。随着分析技术的发展，副矿物的微区原位U-Th-Pb定年及Sm-Nd同位素分析技术近年来得到广泛的应用与关注。前人报道的有关于褐帘石的微区分析方法，主要聚焦于二次离子质谱（SIMS）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）对褐帘石进行U-Th-Pb定年分析。但相比于其他副矿物（锆石、独居石、磷灰石和榍石等），目前可供使用的褐帘石U-Th-Pb定年标准物质仍然较为缺乏。同时，近年来褐帘石的微区原位Sm-Nd同位素分析受到了越来越多的关注。前人通常采用非基体匹配的外标（人工合成玻璃标准物质）进行校正，这对准确测定褐帘石Sm-Nd同位素组成会带来一定的影响。因此，亟需研发可供广泛使用的褐帘石Sm-Nd同位素标准物质。 

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（多伦多大学、德国地学研究中心、英国地质调查局），以来自于全球范围内的9件（年龄范围在2650~12Ma）褐帘石样品为研究对象，建立了基于LA-(MC)-ICP-MS技术的褐帘石U-Th-Pb定年与Sm-Nd同位素分析方法，研制了多个褐帘石U-Th-Pb定年及Sm-Nd同位素分析的标准物质。具体成果如下： 

（1）激光微区原位分析褐帘石样品的U-Th-Pb年龄（图1），结果与采用ID-TIMS技术测得的U-Pb年龄（图2）以及前人报道的同一地区的锆石、榍石的U-Pb年龄一致，验证了激光微区褐帘石U-Th-Pb定年的可靠性。电子探针分析和激光微量元素分析检验了样品主微量元素的均一性，研制了多个褐帘石U-Th-Pb定年标准物质（包括A007、A011和A012），并采用ID-TIMS技术厘定了它们的参考值（图2）。 

图1 采用LA-ICP-MS方法获得的褐帘石样品 (a) A007（瑞典）、(b) A011（美国）、(c) A012（德国）和 (d) SQ-51（越南）的T-W图解与²⁰⁷Pb校正的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄

图2 ID-TIMS测定 (a) A011（美国）、(b) A012（德国）、(c、d) A007（瑞典）褐帘石样品U-Pb年龄谐和图。其中，(a-c) 多伦多大学测试，(d) 德国地学研究中心测试

（2）首次报道了多个褐帘石U-Th-Pb定年标准物质的Sm-Nd同位素组成（图3），采用激光微区方法对褐帘石进行Sm-Nd同位素分析，获得的结果与采用溶液分析方法获得的结果或与前人报道的结果在误差范围内保持一致，验证了激光微区褐帘石Sm-Nd同位素分析的可行性。该研究多次对褐帘石进行激光原位Sm-Nd同位素分析，对样品Sm-Nd同位素组成的均一性进行了检验。其中，Daibosatsu（图3c）与LE40010（图3d）褐帘石是理想的激光微区Sm-Nd同位素分析标准物质。同时，还探讨了¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值的准确测定对获取可信的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值和ε_Nd(t)的影响（图4）。研究表明，在激光微区分析过程中，为了获得准确的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值，使用基体匹配的标准物质是十分必要的。 

图3 采用LA-MC-ICP-MS方法获得的褐帘石样品 (a) CAP^b (意大利)、(b) Tara (澳大利亚)、(c) Daibosatsu (日本)、(d) LE40010 (丹麦)的Sm-Nd同位素分析结果。 

图4 ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值的不确定度对不同年龄褐帘石样品的ε_Nd(t)精度影响

　　研究成果发表于国际学术期刊Geostandards and Geoanalytical Research（杨明, 杨岳衡, Kamo S L, Romer R L, Roberts N M W, 王浩, 谢烈文, 黄超, 杨进辉, 吴福元. 2022. Natural allanite reference materials for in situ U–Th-Pb and Sm–Nd isotopic analysis by LA-(MC)-ICP-MS [J]. Geostandards and Geoanalytical Research. DOI: 10.1111/GGR.12417).该研究受国家自然科学基金(41525012 & 41688103)及国家留学基金委(202004910582)资助。