楊明等-JAAS：LA-SF-ICP-MS準确測定黑鎢礦U-Pb年齡

鎢是重要的關鍵性金屬資源之一，廣泛用于電器、電子、化工及軍事工業等領域。我國鎢礦資源豐富，是世界上重要的鎢金屬資源基地，其中華南地區(贛南-粵北-湘南)是我國鎢礦成礦帶重要産區。準确限定鎢礦床的成礦時代，對于充分了解其礦床成因、精細成礦過程、礦床分布規律以及進一步指導礦床的尋找和勘查均起着至關重要的作用。黑鎢礦[(Fe,Mn)WO4]作為鎢最主要賦存礦物之一，廣泛存在于各類岩漿或熱液鎢礦床中，對其開展年代學研究可以給出更可靠的鎢礦成礦年代。

20世紀80年代初的研究表明，黑鎢礦通常含有一定量U，是U-Pb定年的良好對象。由于方法技術不成熟，黑鎢礦U-Pb定年研究一直發展緩慢。2006年德國地學研究中心（GFZ）通過對美國科羅拉多Sweet Home Mine黑鎢礦的同位素稀釋法-熱電離質譜(ID-TIMS)U-Pb定年工作，首次成功報道有意義的黑鎢礦U-Pb年齡。但是黑鎢礦中U含量通常不高（2~50ppm），普通鉛組成變化範圍大，且通常含有富U（铌钽礦等）、富普通鉛（白鎢礦、方鉛礦、閃鋅礦等）的包裹體。由于ID-TIMS是一種整體分析方法，大量包裹體的存在嚴重影響分析結果，且還涉及繁瑣的化學前處理，成功率低，導緻該方法的推廣和使用受到極大限制，目前僅有少量的ID-TIMS黑鎢礦U-Pb年齡數據都來自德國地學研究中心。

最新研究表明，激光微區原位等離子質譜（LA-ICP-MS）可以進行黑鎢礦U-Pb年齡測定，但目前仍處于起步階段，仍有許多問題亟待解決，如：（1）微區原位黑鎢礦U-Pb标準物質的缺乏，目前還沒有國際通用的标準；（2）同質異位素的幹擾，如鎢氧化物對Hg與Pb的幹擾；（3）對于普通鉛含量高的樣品，采用哪種普通鉛校正方案；（4）不同黑鎢礦系列的礦物端元（鎢鐵礦-鎢錳鐵礦-鎢錳礦）之間是否存在基體效應；（5）黑鎢礦U-Pb體系的封閉溫度。

針對上述科學問題，中國科學院地質與地球物理研究所岩石圈演化國家重點實驗室博士生楊明與導師楊嶽衡正高級工程師及其合作者（德國地學研究中心、南京大學和中國科學技術大學），基于LA-SF-ICP-MS，在高靈敏度錐組合的基礎上（Wu et al, 2020, IJMS），建立了激光黑鎢礦微區原位分析方法，并成功研發了國際上首個黑鎢礦U-Pb定年微區分析标樣（圖1），考察了鎢的氧化物對²⁰²Hg、²⁰⁴Hg和²⁰⁴Pb的同質異位素幹擾（圖1），探讨了黑鎢礦系列礦物基體效應對U-Pb定年的影響（圖2-圖4），首次報道了黑鎢礦U-Pb體系的封閉溫度（圖1）。對年齡跨度為1790-26Ma的典型黑鎢礦樣品（來自瑞典、美國、法國、英國、德國、盧旺達和中國），都獲得了可靠的年齡結果，充分證明該方法的可行性與可靠性，為我國正在開展的關鍵金屬鎢成礦年代學研究提供了技術支撐。

圖1 (a) ID-TIMS測定YGX-2113黑鎢礦标樣U-Pb諧和圖；(b) 黑鎢礦U-Pb體系封閉溫度；(c & d) 鎢氧化物對Hg與Pb的同質異位素幹擾

圖2 LA-SF-ICP-MS測定Bagge (a)與Sewa (b)黑鎢礦的T-W圖解與²⁰⁷Pb校正的²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡；以及MTM (c)與YGX-2107 (d)黑鎢礦U-Pb諧和圖

圖3 LA-SF-ICP-MS測定XHS16 (a)與DP-12 (b) 黑鎢礦U-Pb諧和圖；以及Panasqueira (c)與Cornwall (d) 鎢鐵礦U-Pb諧和圖

圖4 LA-SF-ICP-MS測定HTD (a)和SHM (b)鎢錳礦T-W圖與²⁰⁷Pb校正²⁰⁶Pb/²³⁸U年齡

成果作為封面文章發表于英國皇家化學學會出版的原子光譜學權威期刊Journal of Analytical Atomic Spectrometry。（Yang M, Yang Y H,* Wu S T, Romer R L, Che X D,Zhao Z F, Li W S, Yang J H. Wu F Y, Xie L W, Huang C, Zhang D, Zhang Y.Accurate and precise in situ U–Pb isotope dating of wolframite series mineralsvia LA-SF-ICP-MS[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2020, 35:2191-2203. DOI:10.1039/D0JA00248H ）。該成果受國家自然科學基金傑出青年基金資助。

被JAAS選為封面文章

校對：張騰飛