Микроэлементный состав, текстура, катодолюминесценция, комбинационное рассеяние, ЛА-ИСП-МС U-Pb датирование и Lu-Hf изотопный состав циркона Bai-1-2023 из песков комплекса заливов оз. Байкал “Бухта Песчаная” как потенциального стандарта раннепротерозойского возраста

Поиск и обоснование геохронологических стандартов, проведение их межлабораторного “слепого” тестирования – актуальные задачи в области аналитической геохимии. В ЦКП ИЗК СО РАН в качестве геохронологического стандарта U-Pb возраста предложен циркон Bai-1-2023 из песка заливов оз. Байкал “Бухта Песчаная”, продукта разрушения гранитов рапакиви Приморского комплекса Западного Предбайкалья.  Результаты. В работе представлены данные “слепого” анализа U-Pb и Lu-Hf изотопного состава выборки из более 100 зерен циркона Bai-1-2023. По данным микрозондового и ЛА-ИСП-МС анализа, локальной спектроскопии комбинационного рассеяния света и катодолюминесценции изучен состав зерен, их текстура и однородность; результаты сопоставлены с таковыми для международных образцов сравнения циркона Mud Tank, 91500, Temora-2, GJ-1, Plesovice. Для выборки из 25 зерен циркона выделены две статистически обособленные, конкордантные возрастные популяции 1871 ± 8.1 и 1781 ± 5.7 млн лет (37 ЛА-ИСП-МС определений; параметр дисконкордантности ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb и ²⁰⁶Pb/²³⁸U возрастов для большинства точек менее 5–6%; для единичных – 10–17%); более древняя из которых близка к ИР-ТИМС датировкам (1859 ± 16 и 1853.6 ± 6.5 млн лет). Наличие двух популяций не сопровождается ясно различимыми изменениями состава зерен циркона и их текстуры, ядер, оболочек и трещин. Полученные ЛА-ИСП-МС данные для изотопных отношений ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf и ¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf использованы для расчета параметра εHf_(t) и значения модельного возраста источника T_DM, которые составляют –13.7…–6.5 и 2.5–2.7 млрд лет соответственно. Как по зернам, так и в пределах каждого зерна циркона фиксируются значимые вариации положения колебательной моды ν₃(SiO₄) (от 1003.4 до 1006.6 см^–1) и ее ширины (от 4.8 до 9.8 см^–1), а также значений накопленной авторадиационной и эквивалентной доз – D_α = (0.64–2.47)·10¹⁸ и D_α^эк = (0.20–0.52)·10¹⁸ α-расп/г соответственно. Показано, что зерна циркона Bai-1-2023 соответствуют II–III стадиям разупорядочения структуры минерала. Яркость катодолюминесценции варьирует по зернам более чем на порядок; спектры носят сложный суперпозиционный характер; выделяется ряд широких полос А_i, В_i, С_i в ближней УФ, сине-зеленой и желтой областях; проанализировано положение точек для циркона на тройной А_i-В_i-С_i дискриминационной диаграмме. Показано, что зерна циркона Bai-1-2023 по спектроскопическим свойствам и степени радиационной деструкции перекрывают ряд ОС циркона 91500 → Temora-2 → GJ-1 → Plesovice. Выводы. Циркон Bai-1-2023 может быть рекомендован в качестве вторичного стандарта возраста для контроля правильности ЛА-ИСП-МС анализа. 

1. Вотяков С.Л., Червяковская М.В., Щапова Ю.В., Панкрушина Е.А., Михалевский Г.Б., Червяковский В.С. (2022) Катодолюминесценция и спектроскопия комбинационного рассеяния света как основа для выбора референсных образцов при ЛА-ИСП-МС анализе циркона. Геодинамика и тектонофизика, 13(2), 1-14.

2. Донская Т.В., Бибикова Е.В., Мазукабзов А.М., Козаков И.К., Гладкочуб Д.П., Кирнозова Т.И., Плоткина Ю.В., Резницкий Л.З. (2003) Приморский гранитоидный комплекс Западного Предбайкалья: геохронология и геодинамическая типизация. Геология и геофизика, 44(10), 1006-1016.

3. Иванов А.В., Брянский Н.В., Ефремова У .С., Гладкочуб Е.А., Каримов А.А., Михеева Е.А., Демонтерова Е.И., Дубенский А.С., Ерофеева К.Г., Хубанов В.Б., Семенова Д.В., Карпов А.В., Родионов Н.В., Давыдов В.Г., Ларионов А.Н., Вотяков С.Л., Червяковская М.В., Червяковский В.С., Панкрушина Е.А., Мандрыгина Д.А., Куликова А.В., Миннебаев К.Р., Жанг Л.-Л. (2025) Российский межлабораторный опыт U-Pb локального датирования образца циркона с известным возрастом. Соотношение времени образования магматических формаций и рудных месторождений в металлогенических провинциях Евразии. Мат-лы IX Рос. конф. по изотопной геохронологии. М.: ИГЕМ РАН, 66-68.

4. Иванов А.В., Брянский Н.В., Ефремова У .С., Гладкочуб Е.А., Каримов А.А., Демонтерова Е.И., Михеева Е.А., Щербаков Ю.Д., Дубенский А.С., Шешуков В.С., Ерофеева К.Г., Окина О.И., Хубанов В.Б., Семенова Д.В., Карпов А.В., Родионов Н.В., Давыдов В.Г., Ларионов А.Н., Вотяков С.Л., Червяковская М.В., Червяковский В.С., Панкрушина Е.А., Мандрыгина Д.А., Куликова А.В., Миннебаев К.Р., Жанг Л.-Л., Кудряшов Н.М. (2026) Потенциальный стандарт BAI-1-2023 раннепротерозойского циркона для U-Pb датирования локальными методами. Геодинамика и тектонофизика. В печати.

5. Иванов А.В., Ефремова У .С., Брянский Н.В., Каримов А.А., Михеева Е.А., Демонтерова Е.И., Гладкочуб Е.А., Дубенский А.С., Ерофеева К.Г., Хубанов В.Б., Семенова Д.В., Карпов А.В., Родионов Н.В., Лепехина Е.Н., Ларионов А.Н., Вотяков С.Л., Червяковская М.В., Червяковский В.С., Панкрушина Е.А., Булатов В.А., Чебыкин Н.С., Мандрыгина Д.А. (2024) Циркон из раннепротерозойских гранитов рапакиви Приморского комплекса, западное Прибайкалье: потенциальный стандарт для U-Pb-датирования локальными методами. Минералы: строение, свойства, методы исследования. Мат-лы XIV Всерос. науч. конф. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 58.

6. Краснобаев А.А., Вотяков С.Л., Крохалев В.Я. Спектроскопия цирконов (свойства, геологические приложения). М.: Наука, 1988. 150 с.

7. Патент 2022119509 от 14.03.2023. Способ выбора образцов сравнения для внешней стандартизации при ЛА-ИСП-МС-анализе U-Pb и Lu-Hf изотопного состава минерала циркона. (С.Л. Вотяков, М.В. Червяковская, Е.А. Панкрушина, Ю.В. Щапова, Г.Б. Михалевский).

8. Червяковская М.В., Вотяков С.Л., Червяковский В.С. (2021) Изучение Lu/Hf изотопного состава цирконов с помощью многоколлекторного масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой Neptune Plus и приставки для лазерной абляции NWR 213. Аналитика и контроль, 25(3), 212-221.

9. Щапова Ю.В., Вотяков С.Л., Замятин Д.А., Червяковская М.В., Панкрушина Е.А. (2020) Минералы-концентраторы dи f-элементов: локальные спектроскопические и ЛА-ИСП-МС исследования состава, структуры и свойств, геохронологические приложения. Новосибирск: СО РАН, 427 с.

10. Andersen, T. (2008) Appendix A3: ComPbCorr – Software for common lead correction of UTh-Pb analyses that do not report 204Pb. Mineralogical Association of Canada. V. 40: Laser Ablation ICP-MS in the Earth Sciences: Current Practices and Outstanding Issues. (Ed. by P. Sylvester). Ottawa: Mineral. Assoc. Can., 312-314. https://doi.org/10.3749/9780921294801.app03

11. Black L.P., Gulson B.L. (1978) The age of the Mud Tank carbonatite, Strangways Range, Northern Territory. J. Aust. Geol. Geophys., 3, 227-232.

12. Corfu F., Hanchar J.M., Hoskin P.W.O., Kinny P. (2003) Atlas of zircon textures. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. V. 53: Zircon. (Ed. by J.M. Hanchar, P.W.O. Hoskin). Washington: Mineral. Soc. Amer., 469-500. https://doi.org/10.2113/0530469

13. Dawson P., Hargreave M.M., Wilkinson G.R. (1971) The vibrational spectrum of zircon (ZrSiO4). J. Phys. C: Solid State Phys., 4(2), 240-256.

14. Giovanardi T., Lugli F. (2017) The Hf-INATOR: A free data reduction spreadsheet for Lu/Hf isotope analysis. Earth Science Informatics, 10(3-4), 517-523. https://doi.org/10.1007/s12145-017-0303-9

15. Horn I., Rudnick R.L., McDonough W.F. (2000) Precise elemental and isotope ratio determination by simultaneous solution nebulization and laser ablation-ICP-MS: application to U-Pb geochronology. Chem. Geol., 164(3-4), 281-301.

16. Inductively coupled plasma mass spectrometry handbook (2005). (Ed. by S.M. Nelms). Oxford: Blackwell Publishing Ltd., 485 р.

17. Jackson S.E., Norman J.P., William L.G., Belousova E.A. (2004) The application of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry to in situ U-Pb zircon geochronology. Chem. Geol., 211(1-2), 47-69. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2004.06.017

18. Kolesov B.A., Geiger C.A., Armbruster T. (2001) The dynamic properties of zircon studied by single-crystal X-ray diffraction and Raman spectroscopy. Europ. J. Mineral., 13(5), 939-948. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2001/0013-0939

19. Kooijman E., Berndt J., Mezger K. (2012) U-Pb dating of zircon by laser ablation ICP-MS: recent improvements and new insights. Eur. J. Miner., 24, 5-21.

20. Lloyd G. (1987) Atomic number and crystallographic contrast images with the SEM: a review of backscattered electron techniques. Miner. Mag., 51(359), 3-19.

21. Machado N., Simonetti A. (2001) U-Pb dating and Hf isotopic composition of zircon by laser-ablation-MC-ICP-MS. Laser ablation-ICPMS in the Earth sciences: Principles and applications, 29, 121-146.

22. Marsellos A.E., Garver J.I. (2010) Radiation damage and uranium concentration in zircon as assessed by Raman spectroscopy and neutron irradiation. Amer. Miner., 95, 1192-1201.

23. Messerly J.D. (2008) Current developments in laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry for use in geology, forensics, and nuclear nonproliferation research. Thes. Diss. Iowa, 121. https://doi.org/10.2172/964364

24. Murakami T., Chakoumakos B.C., Ewing R.C., Lumpkin G.R., Weber W.J. (1991) Alpha-decay event damage in zircon. Amer. Miner., 76(9-10), 1510-1532.

25. Nasdala L., Smith D.C., Kaindl R., Ziemann M.A. (2004) Raman spectroscopy: Analytical perspectives in mineralogical research. EMU Notes Miner., 6(9), 1-63.

26. Palenik C.S., Nasdala L., Ewing R.C. (2003) Radiation damage in zircon. Amer. Miner., 88(5), 770-781. https://doi.org/10.2138/am-2003-5-606

27. Patent CN112649492A. Zircon U-Pb rapid dating method of LA-ICP-MS. (Inventors Zhang Wen, Hu Zhaochu, Luo Tao, Feng Yantong Liu Hong). 06.01.2021.

28. Patent СN106908510A; CN106908510B. Method for determining U-Pb age of zircon sample. (Inventors Huang Chao, Liu Jingbo, Xie Liewen, Yang Jinhui, Yang Yueheng). 30.06.2017.

29. Pearson N.J., Griffin W.L., O’Reilly S.Y. (2008) Mass fractionation correction in laser ablation multiple-collector ICP-MS: implications for overlap corrections and precise and accurate in situ isotope ratio measurement. Mineralogical Association of Canada. V. 40: Laser Ablation ICP-MS in the Earth Sciences: Current Practices and Outstanding Issues. (Ed. by P. Sylvester). Ottawa: Mineral. Assoc. Can., 93-116. https://doi.org/10.3749/9780921294801.ch07

30. Pidgeon R.T., Wilde S.A. (1998) The interpretation of complex zircon U-Pb systems in Archaean granitoids and gneisses from the Jack Hills, Narryer Gneiss Terrane, Western Australia. Precamb. Res., 91(3-4), 309-332.

31. Rubatto D. (2017) Zircon: the metamorphic mineral. Rev. Miner. Geochem., 83(1), 261-295. https://doi.org/10.2138/rmg.2017.83.9

32. Siebel W., Shang C.K., Thern E., Danisık M., Rohrmuller J. (2012) Zircon response to high-grade metamorphism as revealed by U-Pb and cathodoluminescence studies. Int. J. Earth Sci. (Geol. Rundsch.), 101(8). https://doi.org/10.1007/s00531-012-0772-5

33. Slama J., Kosler J., Condon D.J., Crowley J.L., Gerdes A., Hanchar J.M., Horstwood M.S.A, Morris G.A., Nasdala L., Norberg N., Schaltegger U., Schoene B., Tubrett M.N., Whitehouse M.J. (2008). Plesovice zircon – a new natural reference material for U-Pb and Hf-isotopic microanalysis. Chem. Geol., 239, 1-35.

34. Steiger R.H., Jäger E. (1977) Subcommission on geochronology: convention on the use of decay constants in geoand cosmochronology. Earth Planet. Sci. Lett. 36(3), 359-362. https://doi.org/10.1016/0012-821X(77)90060-7

35. Syme R.W.G., Lockwood D.J., Kerr H.J. (1977) Raman spectrum of synthetic zircon (ZrSiO4) and thorite (ThSiO)4. J. Phys. C: Solid State Phys., 10(8), 1335. https://doi.org/10.1088/0022-3719/10/8/036

36. Váczi T., Nasdala L. (2016) Electron-beam-induced annealing of natural zircon: a Raman spectroscopic study. Phys. Chem. Miner., 44(6), 389. https://doi.org/10.1007/s00269-016-0866-x

37. Wiedenbeck M., Hanchar J.M., Peck W.H., Sylvester P., Valley J., Whitehouse M., Franchi I. (2004) Further characterisation of the 91500 zircon crystal. Geostandards Geoanalytical Res., 28(1), 9-39.