КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА КАК ОСНОВА ДЛЯ ВЫБОРА РЕФЕРЕНСНЫХ ОБРАЗЦОВ ПРИ ЛА-ИСП-МС-АНАЛИЗЕ ЦИРКОНА

С целью разработки экспресс-методов количественной оценки свойств и выбора референсных образцов, близких к исследуемому, для обеспечения схожих условий испарения вещества и параметров фракционирования микроэлементов при ЛА-ИСП-МС, выполнен сравнительный анализ данных по U-Pb-изотопному составу, особенностям спектров комбинационного рассеяния света и катодолюминесценции международных референсных образцов циркона GJ-1, Plesovice, 91500, Temora-2, Mud Tank. Проанализированы вариации положения и значений ширины на половине высоты (FWHM) моды асимметричных валентных колебаний ν₃(SiO₄) B_1g, а также значений накопленной авторадиационной дозы D_α и эквивалентной дозы D_α^эк. Показано, что в ряду Mud Tank→91500→Temora-2→GJ-1→Plesovice фиксируется рост степени авторадиацинного повреждения: первые три образца – слабоповрежденные, Plesovice – среднеповрежденная разность. Проанализированные стандарты могут быть корректно использованы при ЛА-ИСП-МС-анализе проб слабоповрежденных цирконов магматитов, а также фрагментов (зон) зерен цирконов метаморфитов слабой и средней степени повреждения структуры. Впервые с использованием СЭМ Jeol JSM6390LV, оборудованного приставкой Horiba H-CLUE iHR500, получены спектры катодолюминесценции референсных образцов циркона в диапазоне 200–800 нм с локальностью до 1 мкм. Установлено, что интегральная яркость свечения варьируется по пробам более чем на порядок; спектры носят сложный суперпозиционный характер; их разложение на элементарные составляющие неоднозначно; выделяется большое число составляющих, которые объединены в три основные А_i–В_i–С_i группы широких полос в ближней ультрафиолетовой (УФ), сине-зеленой и желтой областях с E_макс=4.3–5.0, 2.6–3.5 и 2.1–2.3 эВ соответственно. Впервые предложено использовать тройную А_i–В_i–С_i диаграмму для дискриминации цирконов по люминесцентным свойствам; установлено, что положение стандартов цирконов на ней значимо различается, что предлагается использовать как основу для экспресс-оценки их свойств и выбора. Выполнен сравнительный анализ результатов по U-Pb-изотопному составу, дискордантности возрастных определений, особенностям спектров комбинационного рассеяния света и катодолюминесценции для большой выборки проб акцессорного циркона из кимберлитов и алмазоносных россыпей Якутии, а также метаморфических и магматических пород Урала – из гранита заключительной фазы Неплюевского плутона, высокомагнезиального диорита Челябинского массива, из высокобарических гранатитов Миндякского лерцолитового массива, из лептинитов Талдыкского блока Мугоджар. На А_i–В_i–С_i диаграмме выполнено сопоставление с аналогичными данными по катодолюминесценции референсных образцов циркона.

1. Agashev A.M., Chervyakovskaya M.V., Serov I.V., Tolstov A.V., Agasheva E.V., Votyakov S.L., 2020. Source Rejuvenation vs. Re-Heating: Constraints on Siberian Kimberlite Origin from U-Pb and Lu-Hf Isotope Compositions and Geochemistry of Mantle Zircons. Lithos 364–365, 105508. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105508.

2. Агашев А.М., Червяковская М.В., Желонкин Р.Ю., Земнухов А.Л., Вотяков С.Л. Возраст и геохимия цирконов из алмазных россыпей рек Молодо и Эбелях // Уральская минералогическая школа: Материалы XXV Всероссийской научной молодежной конференции (19–22 сентября 2019 г.). Екатеринбург: Альфа Принт, 2019. С. 6–8.

3. Агашев А.М., Желонкин Р.Ю., Червяковский В.С., Земнухов А.Л., Червяковская М.В., Серов И.В., Похиленко Н.П. Цирконы из алмазных россыпей Анабарского района: U-Pb возраст и поисковое значение // Геология и минерально-сырьевые ресурсы северо-востока России: Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции (5–7 апреля 2021 г.). Якутск: Издательский дом СВФУ, 2021. С. 268–271.

4. Anderson A.J., Wirth R., Thomas R., 2008. The Alteration of Metamict Zircon and Its Role in the Remobilization of High-Field-Strength Elements in the Georgeville Granite, Nova Scotia. The Canadian Mineralogist 46 (1), 1–18. https://doi.org/10.3749/canmin.46.1.1.

5. Black L.P., Gulson B.L., 1978. The Age of the Mud Tank Carbonatite, Strangways Range, Northern Territory. Journal of Australian Geology and Geophysics 3, 227–232.

6. Black L.P., Kamo S.L., Allen C.M., Davis D.W., Aleinikoff J.N., Valley J.W., Foudoulis C., 2004. Improved 206Pb/238U Microprobe Geochronology by the Monitoring of a Trace-Element-Related Matrix Effect; SHRIMP, ID–TIMS, ELA–ICP–MS and Oxygen Isotope Documentation for a Series of Zircon Standards. Chemical Geology 205 (1–2), 115–140. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2004.01.003.

7. Corfu F., Hanchar J.M., Hoskin P.W.O., Kinny P., 2003. Atlas of Zircon Textures. In: J.M. Hanchar, P.W.O. Hoskin (Eds), Zircon. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. Mineralogical Society of America 53 (1), 469–500. https://doi.org/10.2113/0530469.

8. Götze J., 2012. Application of Cathodoluminescence Microscopy and Spectroscopy in Geosciences. Microscopy and Microanalysis 18 (6), 1270–1284. https://doi.org/10.1017/S1431927612001122.

9. 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. Chemical Geology 211 (1–2), 47–69. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2004.06.017.

10. Kempe U., Grunner T., Nasdala L., Wolf D., 2000. Relevance of Cathodoluminescence for the Interpretation of U-Pb Zircon Ages, with an Example of an Application to a Study of Zircons from the Saxonians Granulite Complex, Germany. In: M. Pagel, V. Barbin, P. Blanc, D. Ohnenstetter (Eds), Cathodoluminescence in Geosciences. Springer, p. 415–455. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04086-7_17.

11. Kooijman E., Berndt J., Mezger K., 2012. U-Pb Dating of Zircon by Laser Ablation ICP-MS: Recent Improvements and New Insights. European Journal of Mineralogy 24 (1), 5–21. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2012/0024-2170.

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

13. Lenz C., Nasdala L., 2015. A Photoluminescence Study of REE3+ Emissions in Radiation-Damaged Zircon. American Mineralogist 100 (5–6), 1123–1133. https://doi.org/10.2138/am-2015-4894CCBYNCND.

14. MacRae C.M., Wilson N.C., 2008. Luminescence Database I – Minerals and Materials. Microscopy and Microanalysis 14 (2), 184–204. https://doi.org/10.1017/S143192760808029X.

15. Murakami T., Chakoumakos B.C., Ewing R.C., Lumpkin G.R., Weber W.J., 1991. Alpha-Decay Event Damage in Zircon. American Mineralogist 76 (9–10), 1510–1532.

16. Nasdala L., Hanchar J.M., Kronz A., Whitehouse M.J., 2005. Long-Term Stability of Alpha Particle Damage in Natural Zircon. Chemical Geology 220 (1–2), 83–103. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2005.03.012.

17. Nasdala L., Hanchar J.M., Rhede D., Kennedy A.K., Váczi T., 2010. Retention of Uranium in Complexly Altered Zircon: An Example from Bancroft, Ontario. Chemical Geology 269 (3–4), 290–300. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2009.10.004.

18. Nasdala L., Irmer G., Wolf D., 1995. The Degree of Metamictization in Zircon: A Raman Spectroscopic Study. European Journal of Mineralogy 7 (3), 471–478. https://doi.org/10.1127/ejm/7/3/0471.

19. Nasdala L., Kronz A., Hanchar J.M., Tichomirowa M., Davis D.W., Hofmeister W., 2006. Effects of Natural Radiation Damage on Back-Scattered Electron Images of Single Crystals of Minerals. American Mineralogist 91 (11–12), 1739–1746. https://doi.org/10.2138/am.2006.2241.

20. Nasdala L., Kronz A., Wirth R., Vaczi T., Perez-Soba C., Willner A., Kennedy A.K., 2009. The Phenomenon of Deficient Electron Microprobe Totals in Radiation-Damaged and Altered Zircon. Geochimica et Cosmochimica Acta 73 (6), 1637–1650. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.12.010.

21. Nasdala L., Lengauer C.L., Hanchar J.M., Kronz A., Wirth R., Blanc P., Kennedy A.K., Seydoux-Guillaume A.M., 2002. Annealing Radiation Damage and the Recovery of Cathodoluminescence. Chemical Geology 191 (1–3), 121–140. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(02)00152-3.

22. Nasdala L., Reiners P.W., Garver J.I., Kennedy A.K., Stern R.A., Balan E., Wirth R., 2004a. Incomplete Retention of Radiation Damage in Zircon from Sri Lanka. American Mineralogist 89 (1), 219–231. https://doi.org/10.2138/am-2004-0126.

23. Nasdala L., Smith D.C., Kaindl R., Ziemann M.A., 2004b. Raman Spectroscopy: Analytical Perspectives in Mineralogical Research. In: A. Beran, E. Libowitzky (Ed), Spectroscopic Methods in Mineralogy. European Mineralogical Union Notes in Mineralogy 6 (7), 281–343. https://doi.org/10.1180/EMU-notes.6.7.

24. Nasdala L., Wenzel M., Vavra G., Irmer G., Wenzel T., Kober B., 2001. Metamictisation of Natural Zircon: Accumulation versus Thermal Annealing of Radioactivity-Induced Damage. Contributions to Mineralogy and Petrology 141, 125–144. https://doi.org/10.1007/s004100000235.

25. Осипова Т.А., Каллистов Г.А., Зайцева М.В. Циркон из высокомагнезиального диорита Челябинского массива (Южный Урал): морфология, геохимические особенности, петрогенетические аспекты // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10. № 2. С. 289–308. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-2-0415.

26. Osipova T.A., Zaitseva M.V., Votyakov S.L., 2018. U-Pb Age and Analysis of the Lu-Hf Isotope System of Zircon from Granitoids of the Final Phases of Neplyuev Pluton (Southern Urals). Doklady Earth Sciences 481, 1045–1049. https://doi.org/10.1134/S1028334X18080172.

27. Palenik C.S., Nasdala L., Ewing R.C., 2003. Radiation Damage in Zircon. American Mineralogist 88 (5–6), 770–781. https://doi.org/10.2138/am-2003-5-606.

28. Пушкарев Е.В., Белоусова Е.А., Червяковская М.В., Готтман И.А., Баянова Т.Б., Замятин Д.А. Высокобарические гранатиты в зоне главного уральского разлома на Южном Урале: изотопно-геохронологический таймлапс от времени образования до эксгумации и родингитизации // Минералы: строение, свойства, методы исследования: Материалы XI Всероссийской молодежной научной конференции (25–28 мая 2020 г.). Екатеринбург: Изд-во ИГГ УрО РАН, 2020. С. 249–251.

29. Щапова Ю.В., Вотяков С.Л., Замятин Д.А., Червяковская М.В, Панкрушина Е.А. Минералы-концентраторы d- и f- элементов: локальные спектроскопические и ЛА-ИСП-МС исследования состава, структуры и свойств, геохронологические приложения. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2020. 424 с..

30. Shchapova Yu.V., Zamyatin D.A., Votyakov S.L., Zhidkov I.S., Kuharenko A.I., Cholakh S.O., 2020b. Short-Range Order and Electronic Structure of Radiation-Damaged Zircon According to X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Physics and Chemistry of Minerals 47, 51. https://doi.org/10.1007/s00269-020-01120-8.

31. Slama J., Kosler J., Condon D.J., Crowley J.L., Gerdes A., Hanchar J.M., Horstwood M.S.A., Morris G.A. et al., 2008. Plešovice Zircon – A New Natural Reference Material for U-Pb and Hf Isotopic Microanalysis. Chemical Geology 249 (1–2), 1–35. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2007.11.005.

32. Váczi T., Nasdala L., 2017. Electron-Beam-Induced Annealing of Natural Zircon: A Raman Spectroscopic Study. Physics and Chemistry of Minerals 44, 389–401. https://doi.org/10.1007/s00269-016-0866-x.

33. Waychunas G., 2014. Luminescence Spectroscopy. In: G.S. Henderson, D.R. Neuville, R.T. Downs (Eds), Spectroscopic Methods in Mineralogy and Material Sciences. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 78 (1), 175–217. https://doi.org/10.2138/rmg.2014.78.5.

34. Wiedenbeck M., Hanchar J.M., Peck W.H., Sylvester P., Valley J., Whitehouse M., Kronz A., Morishita Y., Nasdala L., 2004. Further Characterisation of the 91500 Zircon Crystal. Geostandards and Geoanalytical Research 28 (1), 9–39. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.2004.tb01041.x.