钛被称为“第三金属”和“太空金属”，广泛用于国防、航天和信息技术等重要和新兴领域，被欧美和澳大利亚等发达国家定为关键战略金属。相比金红石，钛铁矿（FeTiO3）是最主要的提炼钛的经济矿物，广泛发育于各类岩石、岩浆矿床和热液矿床中，具有重要的成因指示作用。因此，对钛铁矿开展U-Pb年代学研究，可以直接限定成岩成矿时代，约束矿床成因机制，并可为找矿预测提供关键信息。
钛铁矿被证实为一个可靠的U-Pb定年矿物，Burton and O’Nions（1990）和Noyes et al.（2011）首先利用ID-TIMS开展U-Pb定年和应用工作。近来，Thompson et al.（2021）使用激光剥蚀等离子质谱（LA-ICP-MS），以金红石为外标，建立了钛铁矿微区U-Pb定年方法，并在五个已知钛铁矿样品进行验证。然而，该校正方法采用的剥蚀条件相对苛刻，很难在其他实验室验证和推广。
钛铁矿微区原位定年技术的主要受制于以下三个瓶颈：1）钛铁矿U和铅含量极低（通常几十ppb到上百ppb），难以获得有效的分析信号强度；2）缺乏可靠的标样，尤其基体匹配的钛铁矿标样；3）可靠且能大范围推广的校正方法。
为了解决钛铁矿定年难题，中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室唐燕文高级工程师和柏中杰、高剑峰研究员等，利用高灵敏度的LA-SF-ICP-MS对钛铁矿样品开展了系统的原位U-Pb定年方法研究，尝试构建可靠的的钛铁矿微区U-Pb定年方法。
图1 锆石91500、石榴石PL-57、黑钨矿YGX、金红石RMJG和钛铁矿BC269的U/Pb分馏情况对比（排除前2s后，积分时间取接下来的~25s）两种剥蚀条件下，相对于其它标样，锆石91500与钛铁矿BC269的U-Pb分馏行为更相似，U/Pb同位素均值也几乎一致
图2 不同标样校正三件钛铁矿获得年龄与参考年龄的对比情况（锆石91500校正钛铁矿获得的年龄最接近参考值）
首先对不同基体矿物的U-Pb分馏行为进行对比研究。我们发现相对于金红石（TiO2）、黑钨矿（含Fe端元）、石榴石（Fe-Ti端元），锆石91500与钛铁矿的分馏行为极为相似，更适合作为钛铁矿微区U-Pb定年的标样（图1和图2）。
在此基础上，我们以钛铁矿HG79作为参考标样，验证校正方法的适用和可靠性。将热电Element XR高分辨磁质谱与相干193激光器连用，固定能量（4J/cm2）和增敏氮气（3ml/min）条件后，采用不同束斑（44-120微米）和频率（5，6和10 Hz）开展条件实验。结果表明（图3a），以锆石校正的HG79获得的年龄相对参考值的百分偏离度均小于1.1%，而金红石做主标样校正的年龄相对参考值偏离度＞15%。因此，锆石可以作为钛铁矿微区原位U-Pb定年的标样，且适用变化较大的束斑条件。
基于建立的新方法，我们对我国的红格、霞岚、稀矿山和南非Bushveld的钛铁矿开展了定年研究。四个矿床钛铁矿U-Pb定年结果与参考值偏离度均小于1.6%，说明该定年方法准确可靠。
经过系统对比，剥蚀条件优化和氮气增敏被认为是弱化锆石和钛铁矿U-Pb定年基体效应的关键因素，也是本实验获得认识与前人有较大区别的根本原因。
图3 点+线分析模式和不同剥蚀条件下，锆石91500校正四件钛铁矿所获年龄的相对百分偏离度<1.6%
本研究得到国家重点研发计划（批准号：2018YFA0702602）、国家自然科学基金（批准号：42072103, 42122024, 42025301）、中国科学院支撑人才等项目共同资助。感谢陈伟、刘磊和Dany Savard博士提供的相关样品，感谢董少花博士在剥蚀孔形状和特征SED分析方面的帮助。
论文信息：Yanwen Tang, Tingguang Lan, Jiangfen Gao, Zhongjie Bai*, Xiaowen Huang*, Junjie Han, Na Liu, A new appraisal of ilmenite U–Pb dating method by LA-SF-ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2023,
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