钨是一种重要的战略性资源,而钨矿成因一直是国内外学者研究的热点。与黑钨矿一样,白钨矿也是钨矿床最主要的矿石矿物之一,对其定年可对矿床的形成时代进行精准、直接约束,从而为深入理解矿床的成因提供重要证据。相对于白钨矿全岩Sm-Nd,微区U-Pb定年法更简单快捷、分辨率更高,也是Sm-Nd体系的有力补充。前人对白钨矿微区U-Pb定年进行了尝试(Wintzer et al., 2016; Poitrenaud et al., 2020),虽然以NIST玻璃做标样存在明显的基体效应,方法可靠性存疑;但这些研究表明,白钨矿具有可被检测的U和Pb含量,开展微区U-Pb定年工作是可行的。
现阶段,开展白钨矿微区原位定年存在以下难点:
1)白钨矿结构(期次)较为复杂;2)白钨矿U含量很低且变化大;3)白钨矿通常含有较高的普通铅;4)缺乏基体匹配的白钨矿标样。
因此,如何获得准确的白钨矿U-Pb年龄是我们当前要解决的技术和方法难题。
中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室唐燕文高级工程师、韩俊杰助理工程师以及高剑峰、蓝廷广研究员等,采用高灵敏度的高分辨等离子质谱,尝试构建当前相对可靠的白钨矿LA-SF-ICP-MS U-Pb定年方法。
由于白钨矿和黑钨矿同属于钨酸盐矿物系列,两者间的基体效应可能不那么明显,在特定情况下可以克服。与白钨矿相对较少的原位U-Pb定年研究不同,黑钨矿原位U-Pb定技术有新的进展(Lecumberri-Sanchez et al. 2014;Harlaux et al. 2018;Yang et al., 2021),并且具有比较均一的黑钨矿U-Pb同位素标样。因此,研究团队尝试验证能否采用黑钨矿作为白钨矿的校正标样。
本实验采用产自瑶岗仙的黑钨矿YGX(160.9 ± 0.7 Ma,ID-TIMS U-Pb年龄,Yang et al., 2021)作为主标样,而白钨矿样品源自有较好年代学研究基础的大型-超大型钨矿床,包括沃溪、白干湖、香炉山、阳储岭和罗维矿床,它们的形成时代范围为92-430 Ma。其中,相对具有高U(~7.1 ppm)低Pb(~0.3ppm)特征的沃溪白钨矿WX27,被当成质控样来验证校正方法的可靠性。
使用高分辨磁质谱与相干193激光器连用,采用不同剥蚀条件对其反复测试。初步尝试在单点分析模式下,采用不同束斑(32-24微米)、不同能量密度(3-10 J/cm2)、不同频率(5-10 Hz)等条件,对白钨矿进行U-Pb定年。除极端条件外,本实验建立的联合校正法(即NIST612 校207Pb/206Pb而黑钨矿YGX校238U/206Pb比值,Tang et al., 2020)和具有谐和年龄的黑钨矿YGX做标样单独校正,所获得的白钨矿WX27年龄,在误差范围内与已知年龄一致。将方法应用到其他矿床,所获得的U-Pb年龄与前人报道的矿床形成年龄在误差范围内一致。结果表明,这两种校正方法均可以用来对白钨矿进行精确定年。
在点分析模式和常规剥蚀条件下,采用联合校正法获得的白钨矿WX27的U-Pb年龄,与该矿床已知年龄在误差范围内,基本一致
本研究得到国家重点研发计划(批准号:2018YFA0702602)、国家自然科学基金(批准号:42072103)和中科院青促会资助项目(批准号:2020393)的共同资助。感谢祝亚男、郑震和杨世文博士提供的白钨矿样品。
论文信息:
Yanwen Tang*, Junjie Han, Tingguang Lan*, Jianfeng Gao, Liang Liu, Changhao Xiao, Jiehua Yang, Two Reliable Calibration Methods for accurate in-situ U-Pb dating of Scheelite. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2022, DOI: 10.1039/D1JA00387A
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