Определение микроэлементного состава и U-Pb-датирование апатита методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией на NexION 300S с приставкой NWR 213

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено определение микроэлементного состава и изотопных отношений Pb/U, Pb/Th и Pb/Pb в апатите методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией на приборе NexION 300S с приставкой для лазерной абляции (ЛА) NWR 213, описана процедура обработки экспериментальных данных. Определены оптимальные операционные параметры масс-спектрометра и ЛА-приставки, в том числе при определении микроэлементного состава и U/Pb-датирования из одного кратера размером 50 мкм и более. При определении микроэлементного состава апатита использовали стандартные синтетические стекла NIST SRM-612, -610; при измерении изотопных отношений применяли образцы сравнения (ОС) – апатиты Durango, Mun Mad и Mud Tank, проанализированные в лабораториях разных стран. По данным сканирующей электронной микроскопии проанализирована форма кратеров лазерной абляции в зернах ОС апатита; показана значимая неоднородность зерен по содержанию матричных и примесных элементов. Представлены метрологические характеристики методик за период измерения 2021–2023 гг. Повторяемость измерения изотопных отношений 206Pb/238U и 208Pb/232Th составляет 0.54 и 0.72, 7.5 и 14.3, 1.5 и 4.4% для Mun Mad, Durango, Mud Tank соответственно. Вариации содержания РЗЭ в образцах сравнения (sr) составляют 11–24, 5–13, 0.3–7% для Mun Mad, Durango, Mud Tank соответственно. Датировки ОС апатита в пределах неопределенности соответствуют таковым, полученным в мировых лабораториях. Методики опробованы при анализе ряда проб апатита из уральских объектов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Червяковская

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Академика Вонсовского, 15, Екатеринбург, 620110

В. С. Червяковский

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук

Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Академика Вонсовского, 15, Екатеринбург, 620110

А. А. Пупышев

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620016

С. Л. Вотяков

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук

Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Академика Вонсовского, 15, Екатеринбург, 620110

Список литературы

  1. Pan Y.M., Fleet M.E. Compositions of the apatite-group minerals: Substitution mechanisms and controlling factors / Phosphates: Geochemical, Geobiological, and Materials Importance. Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2002. V. 48. P. 13.
  2. Poitrasson F., Hanchar J.M., Schaltegger U. The current state and future of accessory mineral research // Chem. Geol. 2002. V. 191. P. 3.
  3. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S., Fisher N.I. Apatite as an indicator mineral for mineral exploration: Trace-element compositions and their relationship to host rock type // J. Geochem. Explor. 2002. V. 76. P. 45.
  4. Chu M.F., Wang K.L., Griffin W.L., Chung S.L., O’Reilly S.Y., Pearson N.J., Lizuka Y. Apatite composition: Tracing petrogenetic processes in Transhimalayan granitoids // J. Petrol., 2009. V. 50. P. 1829.
  5. Spear F.S., Pyle J.M. Apatite, monazite, and xenotime in metamorphic rocks / Phosphates: Geochemical, Geobiological, and Materials Importance. Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2002. V. 48. P. 293.
  6. Kohn M.J., Penniston-Dorland S. Diffusion: Obstacles and opportunities in petrochronology // Rev. Mineral. Geochem. 2018. V. 83. № 1. P. 103.
  7. Engi M., Lanari P., Kohn M.J. Significant ages. An introduction to petrochronology // Rev. Mineral. Geochem. 2017. V. 83. № 1. P. 1.
  8. Kylander-Clark A.R. C. Petrochronology by laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry // Rev. Mineral. Geochem. 2017. V. 83. № 1. P. 183.
  9. Liu Y.-Sh., Hu Z.Ch., Li M., Gao Sh. Applications of LA-ICP-MS in the elemental analyses of geological samples // Chin. Sci. Bull. 2013. V. 58. № 32. P. 3863.
  10. Black L.P., Kamo S.L., Allen Ch. L., Davis D.W., Aleinikoff J.N., Valley J.W., Mundif R., Campbell I.H., Korsch R.J., Williams I.S., Foudoulis Ch. Improved 206Pb/238U microprobe geochronology by the monitoring of a trace- element-related matrix effect; SHRIMP, ID–TIMS, ELA–ICP–MS and oxygen isotope documentation for a series of zircon standards // Chem. Geol. 2004. V. 205. № 1-2. P. 115.
  11. Jackson S. Calibration strategies for elemental by LA–ICP–MS / Laser Ablation–ICP–MS in the Earth Sciences. 2008. V. 40. P. 169.
  12. Hager J.W. Elemental analysis of solids using laser-sampling inductively coupled plasma-mass spectrometry / Optical Spectroscopic Instrumentation and Techniques for the 1990s: Applications in Astronomy, Chemistry, and Physics. 1990. № 1318. P. 166.
  13. Jackson S.E. The application of laser- ablation microprobe inductively coupled plasma-mass spectrometry (LAM-ICP-MS) to in situ trace-element determinations in minerals // Can. Mineral. 1992. V. 30. № 4. P. 1049.
  14. Oosthuyzen E.J., Burger A.J. The suitability of apatite as an age indicator by the uranium-lead isotope method // Earth Planet. Sci. Lett. 1973. V. 18. P. 29.
  15. Chew D.M., Sylvester P.J., Tubrett M.N. U–Pb and Th–Pb dating of apatite by LA– ICPMS // Chem. Geol. 2011. V. 280. P. 200.
  16. Pochon A., Poujol M., Gloaguen E., Branquet Y., Cagnard F., Gumiaux Ch., Gapais D. U-Pb LA-ICP-MS dating of apatite in mafc rocks: Evidence for a major magmatic event at the Devonian-Carboniferous boundary in the Armorican Massif (France) // Am. Mineral. 2016. V. 101. P. 2430.
  17. Thomson S.N., Gehrels G.E., Ruiz J., Buchwaldt R. Routine low-damage apatite U–Pb dating using laser ablation-multicollector-ICPMS // Geochem. Geophys. Geosyst. 2012. V. 13. Q0AA21.
  18. Ризванова Н.Г., Скублов С.Г., Черемазова Е.В. Возраст гидротермальных процессов в центрально-иберийской зоне (Испания) по данным U-Pb датирования касситерита и апатита // Записки Горного института. Геология. 2017. Т. 225. С. 275. (Rizvanova N.G., Skublov S.G., Cheremazova E.V. Age of hydrothermal processes in the central iberian zone (Spain) according to U-Pb dating of cassiterite and apatite // J. Mining Inst. 2017. V. 225. P. 275.)
  19. Kosler J., Fonneland H., Sylvester P., Tubrett M., Pedersen R.B. U-Pb dating of detrital zircons for sediment provenance studies – A comparison of LA-ICPMS and SIMS techniques // Chem. Geol. 2002 V. 182. №. 2-4. P. 605.
  20. Stacey J.S., Kramers J.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth Planet. Sci. Lett. 1975. V. 26. №. 2. P. 207.
  21. Tera F., Wasserburg G.J. U-Th-Pb systematics in three Apollo 14 basalts and the problem of initial lead in lunar rocks // Earth Planet. Sci. Lett. 1972. V. 14. P. 281.
  22. Jochum K.P., Stoll B. Reference materials for elemental and isotopic analysis / Mineralogical Association of Canada, 2008. V. 40. P. 147.
  23. Pearce N.J.G., Perkins W.T., Westgate J.A., Gorton M.P., Jackson S.E., Neal C.R., Chenery S.P. A compilation of new and published major and trace element data for NIST SRM 610 and NIST SRM 612 glass reference materials // Geostand. Newsl. 1997. V. 21. P. 115.
  24. McDowell F.W., McIntosh W.C., Farley K.A. A precise 40Ar–39Ar reference age for the Durango apatite (U–Th)/He and fission-track dating standard // Chem. Geol. 2005. V. 214. P. 249.
  25. Cochrane R., Spikings R.A., Chew D., Wotzlaw J.-F., Chiaradia M., Tyrrell S., Schaltegger U., Van der Lelij R. High temperature (>350 °C) thermochronology and mechanisms of Pb loss in apatite // Geochim. Cosmochim. Acta. 2014. V. 127. P. 39.
  26. Chew D.M., Petrus J.A., Kamber B.S. U–Pb LA-MC-ICP-MS dating using accessory mineral standards with variable common Pb // Chem. Geol. 2014. V. 363. P. 185.
  27. Yang Y.-H., Wu F.-Y., Yang J.-H., Chew D.M., Xie L.-W., Chu Zh.-Y., Zhang Y.-B., Huang Ch. Sr and Nd isotopic compositions of apatite reference materials used in U-Th-Pb geochronology // Chem. Geol. 2014. V. 385. P. 35.
  28. Sun Y., Wiedenbeck M., Joachimski M.M., Beier C., Kemner F., Weinzierl C. Chemical and oxygen isotope composition of gem-quality apatites: Implications for oxygen isotope reference materials for secondary ion mass spectrometry (SIMS) // Chem. Geol. 2016. V. 440. P. 164.
  29. Ryan C.G., Griffin W.L. GLITTER User’s manual. p.72.
  30. Norman M.D., Pearson N.J., Sharma A.L., Griffin W.L. Quantitative analysis of trace elements in geological materials by laser ablation ICPMS: instrumental operating conditions and calibration values of NIST glasses // Geostand. Newsl. 1996. V. 20. P. 247.
  31. Kooijman E., Berndt J., Mezger K. U-Pb dating of zircon by laser ablation ICP-MS: recent improvements and new insights // Eur. J. Mineral. 2012. V. 24. P. 5.
  32. https://www.originlab.com/origin#Introduction (дата обращения 20.02.2024).
  33. Vermeesch P. IsoplotR: A free and open toolbox for geochronology // Geosci. Front. 2018. V. 9. P. 1479.
  34. Gawęda A., Szopa K., Chew D. LA-ICP-MS U-Pb dating and ree patterns of apatite from the Tatra mountains, Poland as a monitor of the regional tectonomagmatic activity // Geochronometria. 2014. V. 41. № 4. P. 306.
  35. Apen F.E., Wall C.J., Cottle J.M., Schmitz M.D., Kylander-Clark A.R. C., Seward G.G. E. Apatites for destruction: Reference apatites from Morocco and Brazil for U-Pb petrochronology and Nd and Sr isotope geochemistry // Chem. Geol. 2022. V. 590. № 120689. P. 1.
  36. Taylor S.R., McLennan S.M. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Oxford: Blackwell, 1985. 312 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости погрешности измерения изотопного отношения 206Pb/238U (σ, %) в образцах сравнения апатита Mun Mad (1), Mud Tank (2), Durango (3) от операционных параметров ЛА-приставки: размера лазерного пятна (а) и частоты повторения импульса лазера (б).

Скачать (156KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости параметра элементного фракционирования η в образцах сравнения апатита Mun Mad (I), Mud Tank (II) и Durango (III) от размера лазерного пятна (а), плотности энергии (б) и частоты повторения импульсов лазера (в, г) при размере лазерного пятна 50 (в), 25 мкм (г) и изображения во вторичных электронах на сканирующем электронном микроскопе кратеров абляции с номерами, соответствующими точкам на рисунках (а)–(г). Для наглядности и анализа формы кратера угол наклона столика сканирующего электронного микроскопа порядка 7о.

Скачать (432KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Типичные временные зависимости сигналов (имп/с) от изотопов элементов Pb, U, Th, Ca, Hg и значения отношений 206Pb/238U (1), 208Pb/232Th (2) в образцах сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б), Mud Tank (в). Черные вертикальные пунктиры – моменты включения и выключения лазера; зеленые пунктиры – схематичное изображение аппроксимации временных зависимостей изотопных отношений и расчета точки пересечения линии регрессии с осью ординат.

Скачать (572KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграмма 206Pb/238U по отношению к 207Pb/235U с конкордией для образцов сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б) и Mud Tank (в) с корректировкой по модели Стейси – Крамерс. Белые эллипсы – средневзвешенные значения; N – число измерений.

Скачать (301KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Неоднородность распределения относительного стандартного отклонения (%) содержания микроэлементов в образцах сравнения апатита Mun Mad (1), Mud Tank (2) и Durango (3).

Скачать (106KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение РЗЭ, нормированное на хондритовый резервуар C1 [36], в образцах сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б), Mud Tank (в). Красные линии – по данным методики микроэлементного анализа Мэлем; черные – по совмещенной методике Мэлем-изот; зеленые – граничные значения содержание/хондрит для образца сравнения апатита Durango согласно базы данных GeoREM; синие – значения содержание/хондрит для образца сравнения апатита Mun Mad согласно данным [27].

Скачать (208KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Содержания РЗЭ, нормированые на хондритовый резервуар C1, в образцах сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б), Mud Tank (в), полученные по методике микроэлементного анализа Мэлем и по совмещенной методике Мэлем-изот. Погрешность – 1σ; вставки – области низких содержаний РЗЭ.

Скачать (214KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024