本文作者：刘建辉 单位：中国地质科学院地质研究所
用SHRIMP进行锆石U-Pb同位素定年时，最常用的是根据204Pb的测量值和某种常见的铅成分来校正206Pb/238U、207Pb/235U和207Pb/206Pb的年龄。普通铅是指锆石在结晶过程中带入的铅。对于大多数锆石样品，普通铅的含量很低，甚至接近0。但在实际锆石测年过程中，可能存在包裹体、裂纹、表面清洁不干净，或者普通铅204Pb峰位设置不当，都会导致测得的普通铅含量高于或低于实际含量，最终影响实验数据偏离真实值。主要介绍锆石U-Pb同位素测年中普通铅204Pb的标定原理，影响普通铅的因素，普通铅的测定方法，以及普通铅测定结果的高低对最终实验结果的影响，并举例说明。
1普通导线的校准原理
锆石富含U、Th等放射性元素，最终衰变产生铅的三种稳定同位素:206Pb、207Pb、208Pb。通过测量锆石样品中母体U、Th及其衰变子体Pb的同位素含量，根据放射性衰变定律计算出锆石经过的时间，即锆石形成以来的年龄。用上述公式计算锆石年龄时，需要先测出某种铅同位素的总含量(如206Pbt)，再扣除带入锆石地层的初始铅含量(即普通铅206Pbo)，相减后再计算放射性铅含量(即206Pb*)。由于锆石中的普通铅含量很低，在SHRIMP锆石的U-Pb同位素测定中，普通铅的校正是基于测得的204Pb的铅成分和Stacey-Kramers模型[3]。因此，SHRIMP锆石U-Pb同位素定年中提到的常见铅通常是指204Pb。具体修正方法如下【4-6】。假设待测锆石样品的U-Pb同位素体系在其形成后是完全封闭的，并对其中的普通铅进行适当的校正，则应得到一致的206Pb*/238U和207Pb*/235U年龄。如果以207Pb*/235U为横坐标，206Pb*/238U为纵坐标，所有锆石年龄点都落在调和线上[1]。
2公共引线源204Pb
虽然大部分锆石样品在结晶过程中带入了少量的普通铅，但是为了得到准确的锆石年龄，普通铅的准确测定是不可忽视的，特别是对于那些放射性铅很少的锆石样品，如低铀或年轻锆石，对其结果的影响更大。在测定204Pb普通铅的过程中，除了锆石形成过程中存在的普通铅之外，还可能存在其他204Pb来源，如后期地质事件中锆石添加的普通铅、锆石裂隙或包裹体中的普通铅、实验室污染(抛光、清洗、镀金等)带入的普通铅等。) [6].此外，在调试SHRIMP仪器的实践中，发现一次离子的强度、密度、束斑形状以及数据采集前的光栅清洗时间有时会影响常见铅的准确测定。如果一次离子强度太低，或者一次离子束密度不均匀，或者束斑形状不规则，或者清洗时间不够，都可能导致普通铅204Pb的测量值偏高。
3普通铅204Pb的测定方法
为了测量204Pb的含量，需要找到204Pb质量峰在质量数204附近的正确位置，然后通过接收器接收相应位置的离子数。由于普通铅204Pb在大多数锆石样品中含量很低，其峰形不明显或无峰(见图1)。在许多情况下，计数为零，因此很难确定峰中心。为了得到较好的峰形，可以选择铅含量较高的普通长石[6]，也可以在高铀锆石的裂隙中或包裹体比较发育的部位进行扫描，有利于找到204Pb的正确峰位(见图2)。需要注意的是，在普通铅204Pb附近有一个稀土原子团或离子团的干扰峰[8]。Ireland等4铅和204Pb对实验结果的影响提出锆石定年分析中存在一个204Pb的干扰峰；Ireland等[9]在独居石分析实验中提出204Pb受ThNdO2的干扰峰影响。为了防止204Pb受左峰尾部叠加的影响，在实验中扫出普通铅204Pb的峰中心(图2中的垂直实线)时，需要人为地将204Pb的峰设置在稍微偏右的位置(图2中的垂直虚线)，这样可以有效地防止普通铅测量值过高的结果。
[9]
在SHRIMP锆石U-Pb定年过程中，如果普通铅204Pb测量不准确，数据投影点会偏离调和线。如果测量值过高，放射性铅206Pb和207Pb会被过度扣除，导致数据投影点落在谐波线左侧；相反，数据点将落在调和线的右侧。显然，这导致了更高或更低的年龄值。下面的例子用来说明。从锆石样品S1中，选择12个锆石颗粒用于年龄测定，并且在一个位置点测量每个锆石。每个点扫描五组数据，相应的常见铅204Pb计数列于表1(其他数据文章中未列出)。实验中使用标准样品TEM (417 Ma) [10]，普通铅用测得的204Pb校正。Squid 5结论和ISOPLOT程序对于U-Pb系统封闭的锆石样品，普通铅204Pb测量不准确，会造成数据投影点偏离谐线。特别是对于年轻或低铀含量的锆石样品，如果测得的204Pb值过高，在数据处理中会过度扣除放射性铅，使所有数据投影点都落在调和线的左侧，相应的年龄值就低；反之，投影点会落在和声线的右侧，年龄值高。当204Pb计数测量异常时，可用208Pb校正实验数据。在SHRIMP锆石定年过程中，普通铅能否准确测得受多种因素影响，包括测试位置的包裹体或裂纹、锆石靶面的清洁度、普通铅的峰位等。此外，仪器的一次离子束强度、密度均匀性、束斑形状和清洗时间也会影响常见铅的测定。在仪器调试过程中，为了找到204Pb的正确峰位，建议对有包裹体和裂纹的高铀锆石进行扫描，或者选择含铅量高的长石晶体。另外，为了防止204Pb受到左边干扰峰的尾部叠加影响，建议将204Pb的峰位设置在峰中心的右边。用于数据处理和年龄计算。锆石U-Pb调和图和年龄值见图3。206Pb/238U的加权平均年龄为(150.6 & plusmn1.9)马，=0.40。从表1可以看出，在测试过程中，该样品的12个点中有少量的普通铅。用204Pb校正后，所有数据投影点都落在调和线上或接近调和线，说明共导的204Pb计数是合理的。同时可以考虑没有额外的普通铅混入。为了说明普通铅测定值高对锆石年龄的影响，表1中的普通铅计数全部修正为原来的2倍，其他数据(本文未列出)不变。表2列出了修订后的普通铅204Pb计数。修改后，相同的标准样品用于204Pb校准，结果如图4a所示。206Pb/238U的年龄加权平均值为(148.0 & plusmn2.0)马，=0.3 .显然，当共铅204Pb的值加倍时，所有数据投影点都偏离调和线并向左移动(如图4a所示)，206Pb/238U的年龄结果也高于(150.6 & plusmn1.9)马小；当204Pb的计数增加到表1的3倍(本文未列出)时，所有数据投影点都偏离和声线(如图4b所示)，落在和声线的左侧。显然，这是由于在计算过程中扣除了过多的普通铅。204Pb的高数原因很多，需要仔细分析。比如204Pb峰的位置不正确，可能被其他杂质峰重叠，或者样品靶清洗不干净，从外界混入了204Pb，导致测量值偏高。接下来将所有普通铅计数修改为0(略)，即假设锆石样品S1中没有普通铅，用同样的标准进行204Pb校正，结果如图5所示。计算出的年龄加权平均值206Pb/238U变成(153.1 & plusmn1.8)马，=0.55。可以看到，所有普通铅被人为剔除后，年龄增加了2.5Ma，所有数据投影点都偏离了调和线，落在调和线的右侧。这是因为锆石样品本身含有少量普通铅204Pb，但在处理时没有扣除普通铅，导致结果较大。在实际过程中，如果出现这种现象，很可能是因为普通铅204Pb的峰位偏离正确位置较远，在设定的峰位上没有质量峰，导致测量的204Pb计数低于实际的204Pb计数，在校正过程中普通铅扣除不够。这样，所有的投影点都落在调和线的右侧，得到的年龄结果比锆石样品的真实年龄要老。
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