Химическое электронно-зондовое датирование минералов-концентраторов радиоактивных элементов: методические аспекты

Работа посвящена развитию и совершенствованию методики химического микрозондового датирования минералов-концентраторов радиоактивных элементов - широко известной за рубежом методики CHIME (chemical Th-U-total Pb isochron method). Реализован комплексный подход, 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 Pb, 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. Показано, что для корректной датировки необходим комплексный подход, включающий использование нескольких различных методов обсчета, и сравнение получаемых возрастов. Развитые математические 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 возрастов. С целью повышения объективности методики изохронного химического датирования и возможности отбраковки недостоверных результатов исследованы кристаллохимические особенности минерала-геохронометра монацита (на примере пробы из гранитных пегматитов Адуйского массива, Средний Урал): выполнен детальный анализ зональности в распределении элементов, рассмотрены схемы гетеровалентного изоморфизма катионов Th и U (чералитовый и хаттонитовый), а также вопросы замкнутости Th-U-Pb-системы минерала.

_{монацит}, _{уранинит}, _{химическое микрозондовое датирование}, _{элементное картирование}, _{кристаллохимия}, _{изоморфизм}, _{вычислительный эксперимент}

1. Корнилов А.Н., Романенко И.М., Филиппов М.Н., Петров Д.Б. Возможности геохронологии монацитов Th-U-Pb методом по данным рентгеноспектрального микроанализа // Всероссийская конференция по аналитической химии "Аналитика России". Тезисы докладов. М. 2004. С. 265-266.

2. Попова В.И., Чурин Е.И. Зональность и секториальность состава монацита-(Се) гранитных пегматитов Среднего и Южного Урала // Записки РМО. 2009. № 5. С. 77-89.

3. Фор Г. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. 589 с.

4. Baldwin J.A., Bowring S.A., Williams M.L., Mahan K.H. Geochronological constraints on the evolution of high-pressure felsic granulites from an integrated electron microprobe and ID-TIMS geochemical study // Lithos. 2006. V. 88. P. 173.

5. Cherniak D.J., Pyle J.M. The diffusion in monazite // Chem. Geol. 2008. V. 256, I. 1-2. P. 52-61.

6. Cherniak D.J., Watson E.B., Grove M., Harrison T.M. Pb diffusion in monazite: a combined RBS/SIMS study. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. V. 68. P. 829-840.

7. Cherniak D.J.,Watson E.B., Harrison T.M., Grove M. Pb diffusion in moanzite: a progress report on a combined RBS/SIMS study // EOS Transc. Am. Geophys. Union. 2000. V. 81. P. S25.

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

9. Copeland P., Parrish R.R., Harrison T.M. Identification of inherited radiogenic Pb in monazite and its implication for U-Pb systematics // Nature. 1988. V. 333. P. 760-763.

10. Cressey G., Wall F., Cressey B.A. Differential REE uptake by sector growth of monazite // Mineral. Mag. 1999. V. 63. P. 813-828.

11. Dahl P.S., Hamilton M.A., Jercinovic M.J. et al. Comparative isotopic and chemical geochronometry of mona-zite, with implications for U-Th-Pb dating by electron microprobe: An example from metamorphic rocks of the eastern Wyoming Craton (USA) // Am. Min. 2005. V. 90. P. 619-638.

12. Dodson M.H. Closure temperture in cooling geochronological and petrological Systems // Contrib. Mineral. Petrol. 1973. V. 40. P. 259-274.

13. Forster H.-J. The chemical composition of REE-Y-Th-U-rich accessory minerals from the Erzgebirge-Fichtelgebirge region, Germany. Part I: the monazite-(Ce)-brabantite solid solution series // Am. Min. 1998. V. 83. P. 259-272.

14. Forster H.-J., Harlov D.E. Monazite-(Ce)-huttonite solid solutions in granulite-facies metabasites from the Ivrea-Verbano Zone, Italy // Mineral. Mag. 1999. V. 63. P. 587-594.

15. Gardes E., Jaoul O., Montel J., et al. Pb diffusion in monazite: an experimental study of Pb2+ + Th4+ ↔ 2Nd3+ interdiffusion // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. V. 70. P. 2325-2336.

16. Heinrich W., Andrehs G., Franz G. Monazite-xenotime miscibility gap thermometry I. An empirical calibration. // J. Metamorph. Geol. 1997. V. 15. P. 3-16.

17. http://www.nendai.nagoya-u.ac.jp/gsd/CHIME/

18. http://www.geo.umass.edu/probe/Monazite%20techniques-analysis%20frames.html.

19. Jercinovic M.J., Williams M.L. Analytical perils (and progress) in electron microprobe trace element analysis applied to geochronology: background acquisition interferences, and beam irradiation effects // Am. Min. 2005. V. 90. P. 526-546.

20. Kucha H. Continuity in the monazite-huttonite series // Mineral. Mag. 1980. P. 1031-1034.

21. Ludwig K.R. Users manual for ISOPLOT/EX, version 2. A geochronological toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center, Spec. Pub. 1a. 1999.

22. McFarlane C.R.M., Harrison T.M. Pb-diffusion in monazite: Constraints from a high-T contact aureole setting // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. V. 250, Is. 1-2. P. 376-384.

23. Montel J.-M., Devidal J.L., Avignant D. X-ray diffraction study of brabantite-monazite solid solutions // Chem. Geol. 2002. V. 191. P. 89.

24. Montel J.-M., Foret S., Veschambre M. et al. Electron microprobe dating of monazite // Chem. Geol. 1996. V. 131. P. 37-53.

25. Rhede D., Wendt I., Fцrster H.J. A three-dimensional method for calculating independent chemical U/Pb and Th/Pb-ages of accessory minerals // Chem.Geol. 1996. V. 30. Р. 247-253.

26. Seydoux-Guillaume A.M., Goncalves P., Wirth R., Deutsch A. Transmission electron microscope study of polyphase and discordant monazites; site-specific specimen preparation using the focused ion beam technique // Geol. Bould. 2003. V. 31. P. 973-976.

27. Seydoux-Guillaume A.M., Paquette J.L., Wiedenbeck M. et al. Experimental resetting of the U-Th-Pb systems in monazite // Chem. Geol. 2002. V. 191. P. 165-181.

28. Seydoux-Guillaume A. M., Wirth R., Nasdala L. et al. An XRD, TEM and Raman study of experimentally annealed natural monazite // Phys. Chem. Miner. 2002. V. 29. P. 240-253.

29. Spear F.S., Pyle J.M. Apatite, monazite, and xenotime in metamorphic rocks // Rev. Mineral. Geochem. 2002. V. 48. P. 293-335.

30. Suzuki K., Adachi M., Tanaka T. Middle Precambrian provenance of Jurassic sandstone in the Mino Terrane, central Japan: Th-U-total Pb evidence from an electron microprobe monazite study // Sediment. Geol. 1991. V. 75. P. 141-147.

31. Suzuki K., Kato T. CHIME dating of monazite, xenotime, zircon and polycrase: Protocol, pitfalls and chemical criterion of possibly discordant age data // Gondwana Research. 2008. V. 14. P. 569-586.

32. Williams M.L., Jercinovic M.J., Hetherington C.J. Microprobe Monazite Geochronology: Understanding Geologic Processes by Integrating Composition and Chronology // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2007. V. 35. P. 137-175.

33. Williams M. L., Jercinovic M. J., Terry M. P. Age mapping and dating of monazite on the electron microprobe: Deconvoluting multistage tectonic histories // Geology 1999. V. 27, № 11. P. 1023-1026.

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