СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-МИКРОЗОНДОВОГО ХИМИЧЕСКОГО U-Th-Pb-ДАТИРОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ-КОНЦЕНТРАТОРОВ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УРАНА И ТОРИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к способам электронно-микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория, таких как монацит, уранинит, торит, торианит и других, и может быть использовано для определения их возраста при решении геологических, минералогических, петрологических задач.

Повышение точности способов микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория является актуальной задачей.

В последние годы получил новый импульс в своем развитии способ электронно-микрозондового химического датирования U-Th-Pb-минералов. Его популярность обусловлена простотой, экспрессностью, высокой локальностью и низкой себестоимостью единичного анализа.

Известен способ определения возраста горных пород с помощью электронно-термической дозиметрии, включающий нагрев обработанных образцов, регистрацию спектра релаксационного процесса, определение по интенсивности максимума дозы излучения, по которой характеризуют запасенную образцом возрастную геологическую дозу, перед нагреванием образцы предварительно поляризуют в коронном разряде, а дозу излучения определяют по интенсивности токов термостимулированной деполяризации поляризованных образцов (патент РФ на изобретение №2084005, G01V 9/00, G01V 5/00).

Известен способ определения возраста горных пород и минералов, включающий отбор образцов и определение в них общих концентраций химических элементов, заключающийся в том, что определяют отношения концентраций элементов, не связанных между собой атомными реакциями распада, изотопы которых имеют разные длительности периодов полураспада, и по величине отношений судят о возрасте, причем одну из частей отношения составляют из элементов, состоящих только из стабильных изотопов (патент РФ на изобретение №2195692, G01V 9/00).

Известен способ определения возраста кайнозойских горных сооружений, включающий отбор образцов пород, датирование их методами изотопной геохронологии, отличающийся тем, что отбирают образцы пород вдоль границ горных сооружений и угленосных бассейнов, возникших в результате подъема на поверхность угольных пластов, а датирование проводят по высокотемпературным пирометаморфическим породам, которые претерпели полную переработку в ходе пирогенных событий, в качестве пирометаморфических пород отбирают железистые паралавы и/или высокотемпературные клинкеры (патент РФ на изобретение №2383906, G01V 99/00).

Известен способ химического электронно-микрозондового датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов, основанный на электронно-микрозондовом определении химического состава минералов с последующим обсчетом аналитических данных четырьмя различными известными из литературы методами (датирование на основе единичного анализа в точке [Montel et al., 1996], метод CHIME-chemical Th-U-total Pb isochron method - датирование на основе Ме*-Рb-изохроны, где Me* - «модифицированные» содержания Th и U [Suzuki et al., 1991], датирование из расчета U/Pb и Th/Pb-возрастов с представлением аналитических данных в трехмерном Th-U-Pb-пространстве [Rhede et al., 1996] или на упрощенной двумерной Th/Pb-U/Pb-диаграмме без поправки на нерадиогенный свинец [Cocherie, Albarede, 2001]), отличающийся комплексным подходом к повышению точности определения возраста и включающий решение ряда методических аналитических, математических и кристаллохимических задач. С целью повышения воспроизводимости данных и снижения погрешности определения состава минералов-геохронометров (монацита, уранинита, торита и торианита) рассмотрены методические вопросы проведения их микрозондового анализа (оптимизация времени набора импульсов на аналитических пиках U, Th и Рb, учет поправок на влияние матрицы и др.). На основе вычислительного эксперимента по моделированию поведения временной эволюции модельной статистической U-Th-Pb-системы при варьировании всех ее основных характеристик (начального содержания и соотношения U и Th, их среднеквадратичных отклонений, наличия нерадиогенного и потерь радиогенного Pb - степени конкордантности-дискордантности системы, количества ее статистических реализаций и др.) детально исследована процедура датировки в рамках четырех альтернативных подходов; проанализированы проблемы повышения объективности анализа с возможностью отбраковки недостоверных результатов, сформулированы условия, при которых могут быть получены корректные возрастные определения. Развитые подходы для получения, обработки и анализа химических данных использованы при изучении ряда Th-U-минералов (монацитов, уранинитов, торитов и торианитов) из различных геологических объектов Урала и прилегающих территорий: выполнено их элементное картирование, изучен химический состав в выделенных точках, проведены расчеты возраста (Научный журнал «Литосфера», 2010, №4 - ПРОТОТИП).

Целью изобретения является повышение точности способа электронно-микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория путем использования определенной совокупности экспериментальных методических приемов и применения новой схемы обработки экспериментальных данных, включающей в себя в качестве одного из этапов расчета новый способ определения возраста минералов на основе построения и анализа двумерной Pb/Th-U/Th-изохроны.

Для достижения поставленной цели предлагается способ электронно-микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория, таких как монацит, уранинит, торит, торианит, включающий лабораторные исследования минералов, отличающийся тем, что проводят подготовку проб путем изготовления шлифов или закрепления отдельных зерен минералов, выделенных из горных пород, в наполнителе-фиксаторе с последующим вскрытием кристаллов, шлифованием и полированием их поверхности и напылением углеродом; получают и анализируют изображения проб в отраженных электронах - BSE с использованием микрозондового анализатора при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 30 нА; получают и анализируют энергодисперсионные спектры при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 30 нА; получают и анализируют карты распределения U, Th, Pb, Y и основных элементов матрицы минерала-геохронометра при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 80-250 нА в зависимости от минерала; проводят качественный и количественный анализ состава минералов-геохронометров при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 250 нА, в качестве стандартных образцов используют синтетические соединения ТhO₂, UO₂, YPO₄, СеРO₄, LaPO₄, NdPO₄, SmPO₄, Рb₂P₂O₇, Са₂Р₂O₇, ЕuРO₄, ТrРO₄, SrSO₄, минерал пироп; анализ содержания U проводят по его М_β линии, Pb и Th - по М_α-линиям, Y - по L_α линии, Се, La, Nd, Eu, Tb, Dy, Er, Tm, Yb no L_α линиям, Pr, Sm, Gd, Ho no L_β линиям, Si, Ca, P, S, Fe - по К_α линиям; проводят учет фона, коррекцию содержания элементов - РАР-коррекция - по отношению интенсивностей линий в анализируемом и стандартном образцах и наложения пиков; время измерения составляет 60-400 с для элементов U, Th, Pb и 10-20 с для остальных элементов; проводят обсчет аналитических данных пятью различными методами и получают следующие значениия химического возраста минералов: неизохронный средний Th-U-Pb-возраст, рассчитываемый усреднением возрастов, соответствующих единичным определениям химического состава системы; неизохронный средневзвешенный Th-U-Pb-возраст, получаемый из распределения возрастов, соответствующих единичным определениям химического состава; изохронные Ме*-Рb-возраста (Me=Th, U), получаемые из двумерной Ме*-Рb-изохроны; изохронные Th-Pb- и U-Pb-возраста, получаемые из двумерной Th/Pb-U/Pb-изохроны; изохронный средневзвешенный Th-U-Pb-возраст, получаемый из двумерной Th/Pb-U/Pb-изохроны; изохронные Th-Pb- и U-Pb-возраста, получаемые из трехмерной Th-Pb-U-изохроны; изохронные Th-Pb-и U-Pb-возраста, получаемые из двумерной Pb/Th-U/Th-изохроны, при этом за возраст минерала принимают значение, усредненное по значениям Th-Pb-возрастов для минералов с преобладающим содержанием Th и по значениям U-Pb-возрастов для минералов с преобладающим содержанием U.

Использование в предлагаемом способе датирования указанной выше совокупности экспериментальных методических приемов позволило достигнуть оптимальных аналитических условий анализа минералов монацита, уранинита, торита, торианита и других на электронно-зондовом микроанализаторе Cameca SX 100, что привело к снижению пределов обнаружения элементов Th, U, Pb до 130, 50 и 60 ppm соответственно и относительных погрешностей определения содержаний Th, U, Pb до 3,0, 0,6 и 1,1% соответственно и тем самым к повышению экспериментальной точности определения возраста минералов.

Использование в предлагаемом способе датирования новой схемы обработки экспериментальных данных, включающей в себя в качестве одного из этапов расчета новый способ определения возраста минералов на основе построения и анализа двумерной U/Th-Pb/Th-изохроны (для высокоториевой системы или Th/U-Pb/U - для высокоурановой), позволило повысить точность расчета возраста минералов, что убедительно показывают как результаты вычислительного эксперимента по моделированию поведения статистической конкордантной (дискордантной) U-Th-Pb-системы во времени, так и сопоставление рассчитанных на основе экспериментальных аналитических данных значений химического возраста природного минерала монацита из уральского геологического объекта с его изотопными датировками. Ниже приведены пример расчета возраста модельной статистической U-Th-Pb-системы заявляемым способом с сопоставлением полученных результатов с ее модельным возрастом и пример экспериментального определения возраста минерала-геохронометра монацита заявляемым способом с сопоставлением полученных результатов с изотопными датировками.

Пример определения абсолютного возраста модельной статистической U-Th-Pb-системы заявляемым способом и сопоставление полученных результатов с ее модельным возрастом. Возможности заявляемого способа определения абсолютного возраста продемонстрированы на примере анализа результатов вычислительного эксперимента по моделированию временной эволюции статистической U-Th-Pb-системы минерала-геохронометра при варьировании ее различных параметров.

Процедура моделирования включала два этапа - решение прямой и обратной задач эволюции статистической U-Th-Pb-системы на основе построения и анализа двумерной изохронной диаграммы U/Th-Pb/Th (для высокоториевой системы или Th/U-Pb/U - для высокоурановой).

На первом этапе при решении прямой задачи эволюции системы от начального момента времени t=0 до некоторого момента времени t=Т_мод принимались значения начальных содержаний в системе урана, тория и нерадиогенного свинца (U_нач, Тh_нач, Рb_нач) и значения их дисперсий, имитирующих неоднородность состава минерала; далее с использованием генератора случайных чисел проводился расчет N статистических реализаций системы. В соответствии с уравнениями распада изотопов рассчитывались конечные содержания Рb_кон, U_кон и Тb_кон в некоторый момент времени t=Т_мод, т.е. моделировалась временная эволюция N статистических реализаций системы за интервал Т_мод.

На втором этапе при решении обратной задачи восстановления возраста системы по конечному содержанию элементов U_кон, Тh_кон, Рb_кон, определенному с некоторыми «аналитическими» погрешностями ΔМе_кон/Ме_кон в момент времени t=Т_мод для N статистических реализаций системы, проводилось построение и анализ двумерной изохронной диаграммы U/Th-Pb/Th (для высокоториевой системы) или Th/U-Pb/U (для высокоурановой). В соответствии с уравнениями радиационного распада изотопов тория (Th²³²) и урана (U^{235, 238}) содержание свинца в минерале с возрастом t составляет

Pb=Pb_нач+Th[M₂₀₈/M₂₃₂(expλ₂₃₂t-1)]+U[0,9928M₂₀₆/M₂₃₈(expλ₂₃₅t-1)+0,0072M₂₀₇/M₂₃₅(expλ₂₃₈t-1)], где Pb, Th, U - содержание всех изотопов свинца, тория и урана, М_{206, 207, 208}, _{232, 235, 238} - молекулярные массы изотопов ^{206, 207, 208}Pb, ²³²Th и ^{235, 238}U, а λ_{232, 235, 238} - константы радиоактивного распада ²³²Th и ^235,238U. В предположении, что отношение Рb_нач/Th (или Рb_нач/U) пренебрежимо мало, можно получить уравнения Pb/Th-U/Th- и Pb/U-Th/U-изохрон в виде:

Pb/Th=[M₂₀₈/M₂₃₂(expλ₂₃₂t-1)]+U/Th[0,9928M₂₀₆/M₂₃₈(expλ₂₃₅t-1)+0,0072M₂₀₇/M₂₃₅(expλ₂₃₈t-1)] - для высокоториевых минералов или Pb/U=Th/U[M₂₀₈/M₂₃₂(expλ₂₃₂t-1)]+[0,9928M₂₀₆/M₂₃₈(expλ₂₃₅t-1)+0,0072M₂₀₇/M₂₃₅(expλ₂₃₈t-1)] - для высокоурановых.

Для высокоториевых минералов Th-Pb-возраст рассчитывается на диаграмме (Pb/Th-U/Th) как координата точки пересечения изохроны с осью ординат, а U-Pb-возраст - из угла наклона изохроны к оси абсцисс; в то время как для высокоурановых U-Pb-возраст рассчитывается на диаграмме (Pb/U-Th/U) как координата точки пересечения изохроны с осью ординат, а Th-Pb-возраст - из угла наклона изохроны к оси абсцисс.

На диаграмме, связывающей величины Pb/Th и U/Th (фиг.1), представлены расчетные данные, полученные для модельной статистической высокоториевой системы, имитирующей минерал-геохронометр монацит, при значениях начальных концентраций Тh_нач=10 и U_нач=1 мас.%, при отсутствии нерадиогенного свинца РbO_нач=0 (изохрона I); при содержании нерадиогенного свинца РbО_нач=0,03 мас.% (изохрона II) и при диффузионных потерях радиогенного свинца РbО_дифф=5 мас.% (изохрона III). При этом модельный возраст для всех трех систем Т_м принят равным 200 млн лет, дисперсия начальных содержаний U_нач и Тh_нач составляет 30%, число статистических реализаций системы N принято равным 100, а «аналитическая» погрешность измерения содержания U, Th и Pb - 1% (эллипсы на диаграмме соответствуют величинам погрешности 2σ).

Полученные для каждой из трех систем модельные данные на диаграмме, связывающей величины Pb/Th и U/Th, укладываются на изохроны. В результате расчета показано, что Th/Pb-возраст системы, соответствующей изохроне I, составляет Т_р=199,7±1,6 млн лет, для изохроны II возраст Т_р=229,1±8,0 млн лет и для изохроны III - Т_р=190,0±1,1 млн лет; при этом значения среднеквадратичных взвешенных отклонений (СКВО) составляют для изохрон I-III 0,8, 19 и 1,1 соответственно (значения возраста и величины СКВО рассчитывали с помощью программы Isoplot 3.66 [Ludwig, 1999] и оригинальной программы [Вотяков и др.,

2010], в основу которой положен алгоритм ортогональной регрессии Йорка [York, 1966]).

В таблице 1 представлены значения расчетного Th-Pb-возраста модельной высокоториевой U-Th-Pb-системы с Т_м = 200 млн лет при различных величинах начальных концентраций Тh_нач и U_нач, а также при различных содержаниях нерадиогенного свинца, при различных диффузионных потерях радиогенного свинца и при различных «аналитических» погрешностях измерения Th, U и Pb.

Таблица 1 Значения расчетного Th-Pb-возраста (Т_р±ΔТ_р) модельной статистической U-Th-Pb-системы с возрастом Т_м=200 млн лет при различных значениях начальных концентраций Th и U, содержания нерадиогенного свинца, диффузионных потерь радиогенного свинца, погрешностей измерения Th, U и Рb Варьируемый параметр Значение варьируемого параметра Расчетный возраст, Т_р±ΔТ_р, млн лет Начальные концентрации Th и U, мас.% 10,1 199,7±1,6 10,2 199,0±1,9 10,5 200,8±2,6 10,8 201,6±3,1 10,10 201,2±4,0 Содержание нерадиогенного свинца РhО_нач, мас.% 0 199,7±1,6 0,002 200,5±1,8 0,005 206,2±2,6 Потери радиогенного свинца РhО_дифф, мас.% 0 199,7±1,6 -0,001
-0,005 197,0±1,4
190,0±1,1 Погрешность
измерения Th, U и Рb, отн.% 1,1,1 199,7±1,6 1, 1,2 199,7±2,6 1, 1,5 199,8±6,6 1, 1,10 196,5±11,3 1, 3,10 206,0±12,5 3, 3,10 196,8±12,3 Примечание: число статистических реализаций системы N принято равным 100.

Из представленных данных видно, что использование данного способа расчета возраста приводит к устойчивым значениям Т_р и погрешности его определения ΔТ_р при варьировании начальных концентраций Тh_нач и U_нач и, что наиболее важно с экспериментальной точки зрения, при варьировании «аналитических» погрешностей измерения Th, U и Рb. При этом, как и для большинства расчетных подходов, изменение содержания нерадиогенного свинца (РbО_нач) и потери радиогенного свинца (РbО_дифф) приводят к искажению значений датировок. В качестве показателя корректности датировки системы нами проведен расчет параметра δ, равного относительному различию ее модельного и расчетного возрастов (Т_р-Т_м)/Т_м*100%; исходя из практических требований датировки геологических объектов условие корректности датировки определено нами как |δ|<5%. Введение в систему нерадиогенного свинца приводит к увеличению расчетного возраста: для высокоториевой системы с возрастом Т_м=200 млн лет значение параметра δ не превышает 5% в том случае, когда концентрация нерадиогенного Рb не превышает 0,005-0,008%. Данное значение можно рассматривать в качестве предельного для корректной датировки минералов типа монацита. Потеря системой радиогенного свинца приводит к уменьшению значения расчетного возраста; для высокоториевой системы с возрастом Т_м=200 млн лет расчетный возраст с точностью до 5% совпадает со значением модельного в том случае, когда потери радиогенного свинца не превосходят 0,001-0,0015%. Данное значение можно рассматривать в качестве предельного для корректной датировки минералов типа монацита.

Сравнение устойчивости определения возраста при варьировании концентраций Тh_нач и U_нач, погрешностей измерения Th, U и Рb, введения нерадиогенного свинца (РbО_нач) и потерь радиогенного свинца (РbО_дифф) с устойчивостью возраста, получаемой в известных расчетных подходах [Вотяков и др., 2010], показывает, что по данным параметрам предлагаемый способ не уступает или, в ряде случаев, превосходит их. Этот факт показывает, что включение предлагаемого пятого способа в известную схему определения возраста, основанную на четырех расчетных подходах, позволяет повысить точность расчета возраста минералов.

В таблице 2 представлены значения абсолютного возраста, рассчитанные разными известными методами, следуя [Вотяков и др., 2010], и заявляемым способом для модельной статистической U-Th-Pb-системы с Т_м=200 млн лет, имитирующей минерал-геохронометр монацит с начальным содержанием U_нач=1, Тh_нач=10% и дисперсией 30%, без добавок нерадиогенного свинца и потерь радиогенного Рb, при 100 статистических реализациях системы и относительной погрешности определения ΔTh/Th=ΔU/U=ΔPb/Pb=1%.

Таблица 2 Значения возраста Т_р±ΔТ_р модельной статистической U-Th-Pb-системы с Т_м=200 млн лет, рассчитанные разными методами, и их среднее значение Возраст, млн лет Данные разных методов расчета Среднее значение 1 2 3 4 5 6 7 Т_р±ΔТ_р 200,2±2,5 200,1±0,5 199,5±2,4 200,0±1,4 200,2±0,4 199,7±1,8 199,7±1,6 199,90±1,54 Примечание: 1-6 - значения абсолютного возраста, рассчитанные разными известными методами, следуя [Вотяков и др., 2010]: 1, 2-Th-U-Pb средний и средневзвешенный возраст по единичным определениям; 3 - Тh*-Рb-изохронный возраст; 4 - Th-Pb-изохронный возраст из двумерной Th/Pb-U/Pb-изохроны; 5 - Th-U-Pb средневзвешенный возраст из двумерной Th/Pb-U/Pb-изохроны; 6 - Th-Pb-изохронный возраст из трехмерной Th-Pb-U-изохроны; 7 - Th-Pb-изохронный возраст из двумерной Pb/Th-U/Th-изохроны, рассчитанный заявляемым способом.

В соответствии с заявляемым способом за возраст Т модельной статистической U-Th-Pb-системы принято значение, полученное усреднением всех значений возрастов по формулам:

, где n - число независимых определений возраста (в данном случае n=7).

Таким образом, возраст модельной статистической U-Th-Pb-системы, имитирующей минерал-геохронометр монацит с Т_м=200 млн. лет с начальным содержанием U=1, Th=10% и дисперсией 30%, без добавок нерадиогенного свинца и потерь радиогенного Рb, при 100 статистических реализациях системы и относительной погрешности определения ΔTh/Th=ΔU/U=ΔPb/Pb=1% составляет 199,90=1=1,54 млн. лет; полученное значение согласуется с Т_м=200 млн. лет, погрешность определения не превышает 0,05%.

Пример определения возраста минерала-геохронометра монацита заявляемым способом и сопоставление полученных результатов с изотопными датировками. Исследован монацит из амазонитовых пегматитов Блюмовской копи Ильменских гор (Южный Урал);

экспериментальные условия электронно-микрозондового анализа соответствовали предлагаемым в данной заявке. Обнаружен секториальный тип зональности, наблюдаемый на BSE-изображениях и на картах распределения Si, P, Се, Th (фиг.2); подобный тип зональности, как правило, связан с фракционированием элементов на кристаллографически неэквивалентных поверхностях роста кристаллов вследствие различия их взаимодействия с минералообразующей средой.

Химический состав монацита в ряде типичных аналитических точек представлен в таблице 3.

Таблица 3 Химический состав (мас.%) кристалла монацита в ряде аналитических точек Оксид Номер аналитической точки 23 25 26 29 35 36 39 42 60 62 64 67 ThO₂ 32,47 32,09 31,50 34,01 21,99 22,04 21,68 21,38 24,39 24,43 25,33 25,52 UO₂ 0,66 0,65 0,63 0,69 0,49 0,49 0,48 0,48 0,56 0,56 0,57 0,57 PbO 0,36 0,35 0,34 0,38 0,25 0,24 0,24 0,24 0,27 0,28 0,29 0,29 Р₂O₅ 17,85 17,98 18,13 17,22 22,01 21,73 21,84 22,06 20,51 20,60 20,27 20,39 Се₂О₃ 21,58 22,05 22,05 21,00 25,33 25,68 25,90 26,06 24,43 24,54 23,92 23,91 Lа₂О₃ 7,37 7,78 7,79 7,19 9,13 8,75 8,95 9,02 8,16 8,21 8,11 7,90 Рr₂О₃ 2,59 2,33 2,45 2,47 3,07 2,92 3,01 2,95 3,07 2,87 2,92 2,88 Nd₂O₃ 7,83 7,76 7,98 7,57 9,50 9,45 9,45 9,47 8,73 9,00 8,71 8,75 Sm₂O₃ 0,93 0,93 0,87 0,88 0,99 1,05 1,07 1,14 1,12 1,05 1,14 0,97 Gd₂О₃ 0,42 0,14 0,39 0,10 0,23 0,42 0,27 0,37 0,38 0,45 0,50 0,51 Dу₂O₃ 0,02 0,05 0,04 0,02 0,04 0,08 0,01 0,06 0,04 0,04 0,01 0,08 Y₂O₃ 0,50 0,47 0,48 0,50 0,74 0,70 0,74 0,75 0,75 0,77 0,72 0,73 SiO₂ 7,02 6,95 6,85 7,38 4,68 4,65 4,65 4,66 5,49 5,51 5,66 5,73 СаО 0,13 0,13 0,14 0,13 0,23 0,22 0,23 0,24 0,24 0,23 0,22 0,22 Сумма 99,73 99,76 99,69 99,72 98,68 98,44 98,51 98,86 98,13 98,55 98,35 98,45 Примечание. Точки 23-29 из сектора 1; точки 35-42 - из 2, точки 60-67 - из 3.

На диаграмме, связывающей величины Pb/Th и U/Th (фиг.3), представлены данные, полученные для 87 аналитических точек кристалла монацита из амазонитовых пегматитов Блюмовской копи Ильменских гор (Южный Урал).

Полученные данные укладываются на изохрону с Th/Pb-возрастом 245,8±20,9 млн лет и значением СКВО=0,15 (U/Pb-возраст минерала определен со значительной погрешностью вследствие низкого содержания U и небольшой величины его дисперсии 0,48-0,66 мас.%).

Датировки, выполненные путем обсчета аналитических данных семью различными методами, в том числе и заявляемым способом, дают значения возраста от 242,0±12,0 до 248,7±20,5 млн лет (таблица 4).

Таблица 4 Значения возраста Т_р±ΔТ_р монацита, рассчитанные разными методами, и их среднее значение   Возраст, млн лет Данные разных методов расчета Среднее значение 1 2 3 4 5 6 7 Т_р±ΔТ_р 247,8±3,3 247,6±3,2 242,0±12,0 248,7±20,5 247,8±3,4 242,2±22,1 245,8±20,9 246,0±13,9 Примечание: 1-6 - значения абсолютного возраста, рассчитанные разными известными методами, следуя [Вотяков и др., 2010]: 1, 2-Th-U-Pb средний и средневзвешенный возраст по единичным определениям; 3 - Тh*-Рb-изохронный возраст; 4 - Th-Pb-изохронный возраст из двумерной Th/Pb-U/Pb-изохроны; 5 - Th-U-Pb средневзвешенный возраст из двумерной Th/Pb-U/Pb-изохроны; 6 - Th-Pb-изохронный возраст из трехмерной Th-Pb-U-изохроны; 7 - Th-Pb-изохронный возраст из двумерной Pb/Th-U/Th-изохроны, рассчитанный заявляемьм способом.

В соответствии с заявляемым способом за возраст Т монацита принято значение, полученное усреднением всех значений Th-Pb-возрастов (для монацита как минерала с преобладающим содержанием Th по сравнению с U) по формулам

, , где n - число независимых определений возраста (в данном случае n=7).

Таким образом, возраст исследуемого минерала составляет 246,0±13,9 млн лет. Полученное значение химического возраста согласуется с ранее полученными изотопными данными, дающими возраст порядка 240 млн лет [Попов, Попова, 2006].

Источники информации

1. Вотяков С.Л., Хиллер В.В., Щапова Ю.В., Поротников А.В. Химическое электронно-зондовое датирование минералов-концентраторов радиоактивных элементов: методические аспекты // Литосфера. 2010. №4. С.94-115.

2. Montel J.-M., Foret S., Veschambre M., Nicollet C., Provost A. Electron microprobe dating of monazite // Chemical Geology. 1996. V.131. P.37-53.

3. Suzuki К., Adachi M. Precambrian provenance and Silurian metamorphism of the Tsubonosawa paragneiss in the South Kitakami terrane. Northeast Japan, revealed by the chemical Th-U-total Pb isochron ages of monazite, zircon and xenotime // Geochem. Jour. 1991. V.25. P.357-376.

4. Rhede D., Wendt I., Forster H.-J. A three-dimensional method for calculating independent chemical U/Pb- and Th/Pb-ages of accessory minerals // Chemical Geology. 1996. V.130. P.247-253.

5. Cocherie A., Albarede F. An improved U-Th-Pb age calculation for electron microprobe dating of monazite // Geochim. Cosmoch. Acta. 2001. V.65. №24. P.4509-4522.

6. Попов В.А., Попова В.И. Минералогия пегматитов Ильменских гор. Минералогический альманах. Вып. 9. M.: Экост., 2006. 151 с.

7. Ludwig K.R., Users manual for ISOPLOT/EX, version 2. A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center: Spec. Pub. №1а. 1999. 120р.

8. York D., Least-squares fitting of a straight line // Can. J. Phys. 1966. V. 44. P.1079-1086.

9. Патент РФ на изобретение №2195692, G01V 9/00.

10. Патент РФ на изобретение №2084005, G01V 9/00, G01V 5/00.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - Pb/Th-U/Th - данные, полученные для модельной статистической высокоториевой системы с Т_м=200 млн лет при значениях начальных концентраций Тh_нач=10 и U_нач=1 мас.%, при отсутствии нерадиогенного свинца РhО_нач=0 (изохрона I), при содержании нерадиогенного свинца РhО_нач=0,03 мас.% (изохрона II) и при потерях радиогенного свинца РhО_дифф=5 мас.% (изохрона III).

Фиг.2 - BSE-изображение кристалла монацита из амазонитовых пегматитов Блюмовской копи Ильменских гор (Южный Урал) с указанием положения и номера точки анализа (а) и карта распределения в нем тория (б). Сектора 1-3 - с высоким, низким и средним содержанием тория соответственно.

Фиг.3 - Pb/Th-U/Th - данные, полученные для 87 аналитических точек кристалла монацита из амазонитовых пегматитов Блюмовской копи Ильменских гор (Южный Урал).

Использование: для электронно-микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория. Сущность изобретения заключается в том, что проводят подготовку проб путем изготовления шлифов или закрепления отдельных зерен минералов, выделенных из горных пород, в наполнителе-фиксаторе с последующим вскрытием кристаллов, шлифованием и полированием их поверхности и напылением углеродом; получают и анализируют изображения проб в отраженных электронах -BSE с использованием микрозондового анализатора при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 30 нА, получают и анализируют энергодисперсионные спектры при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 30 нА; получают и анализируют карты распределения U, Th, Pb, Y и основных элементов матрицы минерала-геохронометра при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 80-250 нА в зависимости от минерала, проводят качественный и количественный анализ состава минералов-геохронометров при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 250 нА, проводят обсчет аналитических данных и получают значениия возраста минералов. Технический результат: повышение точности способа электронно-микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория. 3 ил., 4 табл.

Способ электронно-микрозондового химического U-Th-Pb-датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов урана и тория, таких как монацит, уранинит, торит, торианит, включающий лабораторные исследования минералов, отличающийся тем, что проводят подготовку проб путем изготовления шлифов или закрепления отдельных зерен минералов, выделенных из горных пород, в наполнителе-фиксаторе с последующим вскрытием кристаллов, шлифованием и полированием их поверхности и напылением углеродом; получают и анализируют изображения проб в отраженных электронах -BSE с использованием микрозондового анализатора при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 30 нА; получают и анализируют энергодисперсионные спектры при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 30 нА; получают и анализируют карты распределения U, Th, Pb, Y и основных элементов матрицы минерала-геохронометра при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 80-250 нА в зависимости от минерала; проводят качественный и количественный анализ состава минералов-геохронометров при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе электронного пучка 250 нА, в качестве стандартных образцов используют синтетические соединения ThO₂, UO₂, YPO₄, СеРO₄, LaPO₄, NdPO₄, SmPO₄, Pb₂P₂O₇, Ca₂P₂O₇, EuPO₄, ТrРO₄, SrSO₄, минерал пироп; анализ содержания U проводят по его М_β-линии, Рb и Th - по М_α-линиям, Y - по L_α-линии, Се, La, Nd, Eu, Tb, Dy, Er, Tm, Yb пo L_α-линиям, Pr, Sm, Gd, Ho пo L_β-линиям, Si, Ca, P, S, Fe - по К_α-линиям; проводят учет фона, коррекцию содержания элементов - РАР-коррекция - по отношению интенсивностей линий в анализируемом и стандартном образцах и наложения пиков; время измерения составляет 60-400 с для элементов U, Th, Рb и 10-20 с для остальных элементов; проводят обсчет аналитических данных пятью различными методами и получают следующие значениия химического возраста минералов: неизохронный средний Th-U-Pb-возраст, рассчитываемый усреднением возрастов, соответствующих единичным определениям химического состава системы; неизохронный средневзвешенный Th-U-Pb-возраст, получаемый из распределения возрастов, соответствующих единичным определениям химического состава; изохронные Ме*-Рb-возраста (Me=Th, U), получаемые из двумерной МеO₂*-РbО-изохроны; изохронные Th-Pb- и U-Pb-возраста, получаемые из двумерной ТhO₂/РbО-UO₂/РbО-изохроны; изохронный средневзвешенный Th-U-Рb-возраст, получаемый из двумерной ThO₂/PbO-UO₂/РbО-изохроны; изохронные Th-Pb- и U-Pb-возраста, получаемые из трехмерной ТhO₂-РbО-UO₂-изохроны; изохронные Th-Pb- и U-Pb-возраста, получаемые из двумерной РbО/ТhO₂-UO₂/ТhO₂-изохроны, при этом за возраст минерала принимают значение, усредненное по значениям Th-Pb-возрастов для минералов с преобладающим содержанием Th и по значениям U-Pb-возрастов для минералов с преобладающим содержанием U.