フィッション・トラック

ニュースレター第2４号

36 - 40

2011年

リダクションイオン検出器を用いたジルコンU-Pb年代測定法とFT法との比較
横山隆臣*・檀原有吾**・岩野英樹**・檀原徹**・平田岳史*

Zircon LA-ICPMS U-Pb dating with suppressor system reducing
ion counts: comparison to ﬁssion-track data

Takaomi D. Yokoyama*, Yugo Danhara**, Hideki Iwano**, Tohru Danhara**
and Takafumi Hirata** 京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻, Division of Earth and Planetary Sciences, Graduatedschool of Science, Kyoto University** 株式会社京都フィッション・トラック, Kyoto Fission track Co., Ltd.
LA-ICPMSの次なる挑戦（<1Ma）に拡張し，46億年前からのシームレス

レーザーアブレーション-誘導結合プラズ質量な年代軸の適用範囲を拡大することである．そ分析法（LA-ICPMS）は局所的なサンプリングがのために新たなICPMSの技術革新として，リダク可能な微量元素・同位体分析の手法として広く用ションイオン検出を導入した．本研究では，FTいられている．LA-ICPMSの代表的な応用例とし法によって年代測定が行われた試料をLA-ICPMSて，ジルコンのウラン-鉛（U-Pb）年代測定法がで再度測定し年代値の比較を行うことにより，挙げられる．ジルコンはモース硬度7.9の硬質などこまで若いジルコンの年代を測定することがで鉱物であり，化学的に安定で，地殻を構成する岩きるかを評価した．なおICPMS法に関する詳し石中に普遍的に見られる．また，ジルコンはそのい説明は平田ほか（本号）を参照されたい．

結晶中にUを多く取り込むため，U-Pb放射壊変

リダクションイオン検出法による改良系列を用いた年代測定が可能である．さらに，ジルコンの形成時には結晶中にPbがほとんど取形成年代の新しいジルコンの年代測定を行うにり込まれないことから，放射壊変起源の鉛だけあたり注意すべき点は，まず形成年代の新しいジを検出することが容易である．このため，ジルコ

ルコンは放射壊変起源の鉛(206Pb,ンのU-Pb年代測定法は、強健な年代測定法とし少なく，とくに207Pbの信号が得にくいことにあて地質学において重宝されている．

る．高い207Pbの信号強度を得るためには，レー207Pb)の数がU-Pb法を用いた年代測定法の利点のひとつとザーの照射出力を上げることや，サンプリング面して，U-Pb系の壊変定数が6桁の精度で決定して積の拡大等によりサンプリング量を増やす手法がいることが挙げられる．この放射壊変定数の有効一般的である．しかしながら，形成年代の新し桁数は他の放射壊変系列の壊変定数と比較して高いジルコンは親核種のウランと娘核種の鉛の量の精度に決定されていることから，年代決定に有利差がきわめて大きいため，鉛の信号強度を上げるとなる．そこで筆者らは，LA-ICPMSを用いたU-ことによりウランの信号強度が検出器の限界をPb年代測定の次なる挑戦として，1Maより若い

超 えて 高 く な り ， 測 定 不 能 と な る ． 例 え ば ，ジルコン試料の高精度年代測定を掲げた．これま1Maより若い年代を持つジルコンのウラン­鉛比で第四紀ジルコンの年代測定はフィッション・トの測定では， 206 Pb/ 238 Uは約0.0001以下となラック(FT)法によって開拓されてきた．しかし，る．このため，FT法の壊変定数値は非常に小さく，U-Pb法のそ効数字3桁の測定を行うためには，７桁をこえるれの約100万分の１である．それゆえ，FT法で高いダイナミックレンジが必要となる．一般に，の年代シグナル数（自発トラック数）は少なく，一つのイオン検出器で７桁のダイナミックレンジ粒子単位での年代測定は不可能で，100〜1000を得ることはきわめて難しい．

粒子を使った多粒子測定で行われている．

206Pb/238U比分析において，有そこで，我々は英国Nu instruments社製の高本研究の目的は，ジルコンのU-Pb同位体分析

分解能二重収束ICPMS，AttoMのリダクションイ性能を向上させることによりU-Pb年代測定の適オン検出法を用いてダイナミックレンジの問題の用範囲これまで測定が困難であった若いジルコン解決を図った．AttoMの特徴として，高感度な磁36図1．リダクションイオン検出法の概念図
Collector Slitの手前に配置された電極でイオンビームを持ち上げ，グリッド状のスリットを透過させることで信号強度を500分の1に切り下げる．

場型ICPMSであること，磁場の前後に配置され理をする際に最も適した方法である．レーザーアた電極によって磁場を変化させることなく高速質ブレーションシステムはCyber Laser社製のフェ量走査が可能であること，リダクションイオン検ムト秒レーザーIFRIT基に構築した．光源は基本出法を用いて特定の質量数を持つ同位体の信号強波長780 nmのTi : Sapphireフェムト秒レーザー度のみを500分の1に低減できることである．こであり，基本波から三倍高調波変換ユニットをのリダクションイオン検出法は，検出器の２次電用い波長260 nmの紫外光線に変換している．発子増倍管の前に配置された電極により任意の同信パルス幅は1回の照射について227フェムト秒位体のイオンビームを，図1に示されたグリッドである．サンプリングを行う際のレーザーアブまで持ち上げ，グリッドに衝突するイオンビームレーションによるクレーター径通常15 µmであを切り取る方式のものである．特定の質量数をる．1 Maより若いFT年代をもつジルコンに対し持つ同位体の信号強度を500分の1に低減するこては，存在度の低い207Pbの信号強度が得やすいとにより，見かけ上ダイナミックレンジ９桁程度よう20 µmの径を用い，リダクションイオン検出の測定が可能となる．このリダクションイオン検法によってウランの信号強度を飽和させることな出法はイオンビームを物理的に切り取るため，強く計測した．

い流束を持ったイオンビームが検出器に与えるダ形成年代の新しいジルコンの年代測定を行うにメージを低減する効果もあるため，長時間の測あたり注意すべき点は，まず形成年代の新しいジ定において検出器系の安定化も期待できる．

ルコンは放射壊変起源の鉛の数が少なく，とくに十分な強度の207Pbの信号が得にくいことにあ試料と実験方法る．高い207Pbの信号強度を得るためには，レー

本研究では，FT法によって年代測定が行われザーの照射出力を上げることや，サンプリング面た試料をLA-ICPMSで再度測定し年代値の比較を積の拡大等によりサンプリング量を増やす手法が行うことにより，どこまで若いジルコンの年代を

表1．本研究に用いたジルコンのFT年代とウラン濃度測定することができるかを評価した．実験を行うにあたり，ジルコン試料はFT年代測定がすでに行われ，33Ma〜0.01Ma の年代値をもつ28試料を準備した．1Maより若い試料では非常にウラン濃度が高い(2000 〜14,000μg/g)ものを選別した．表１に実験試料のうち代表的な9試料をリストアップした．標準物質にはNIST SRM610(ガラス)とNancy 91500ジルコン標準物質を用い，クロスチェックを行った．
U-Pb同位体分析は，LA-ICPMSを用いて行った． LA-ICPMS法は，試料室が大気圧下にあることから試料の交換が容易であり，多数のジルコンの年代測定を行い，U-Pb年代データの統計処

37図2．数十〜11 MaのFT年代を持つ試料のU-Pb年代ヒストグラム．黒い棒が6/8年代の頻度，緑の棒が7/5年代の頻度，青いラインがFT年代であり線幅がFT年代の誤差を示している．

図3．<1 MaのFT年代を持つ試料のU-Pb年代ヒストグラム．黒い棒が6/8年代の頻度，青いラインがFT年代であり線幅がFT年代の誤差を示している．右側のヒストグラムがcommon Pb補正前，左側がcommonPb補正を行った後のヒストグラムである．

一般的である．しかしながら，形成年代の新し以下となる．このため，

いジルコンは親核種のウランと娘核種の鉛の量のいて，有効数字3桁の測定を行うためには，７桁差がきわめて大きいため，鉛の信号強度を上げるをこえる高いダイナミックレンジが必要となる．

ことによりウランの信号強度が検出器の限界を一般に，一つのイオン検出器で７桁のダイナミッ超えて高くなり，測定不能となることが考えられクレンジを得ることはきわめて難しい．そこで，る．例えば，1Maを切る年代を持つジルコンの我々は英国Nu instruments社製の高分解能二重ウラン­鉛比の測定では，206Pb/238Uは約0.0001

収束ICPMS，AttoMのリダクションイオン検出法

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206Pb/238U比分析におを用いてダイナミックレンジの問題の解決を図っで示してある．33Ma, 28MaのFT年代を持つ試た．AttoMの特徴として，高感度な磁場型ICPMS

料のウラン­鉛比はコンコーディア線上に分布であること，磁場の前後に配置された電極によっ(6/8年代と7/5年代が誤差の範囲で一致)し，6/8て磁場を変化させることなく高速質量走査が可能

年代7/5年代ともにFTによる年代とほぼ一致すであること，リダクションイオン検出法を用いてる．一方，11〜12MaのFT年代年代を持つ試料

特定の質量数を持つ同位体の信号強度のみをは6/8年代, 7/5年代ともにFT年代と一致するも500分の1に低減できることである．このリダクのの，7/5年代の分布は年代軸上に分散する(図2

ションイオン検出法は，検出器の２次電子増倍管のc, d)．これは，放射壊変起源の207Pbの存在度の前に配置された電極により任意の同位体のイが低いために信号強度がベースラインやノイズのオンビームを，図1に示されたグリッドまで持ち影響を受けて偶然誤差が大きくなったためであ上げ，グリッドに衝突するイオンビームを切り取ると考えられる．

る方式のものである．特定の質量数を持つ同位１Maより若いFT年代を持つジルコンはレー体の信号強度を500分の1に低減することによ

ザー照射の出力を上げてサンプリング量を多くとり，見かけ上ダイナミックレンジ９桁程度の測定り，238Uの信号にリダクションイオン検出法を用が可能となる．このリダクションイオン検出法はいて測定を行った．結果を図3に示す．207Pbの信イオンビームを物理的に切り取るため，強い流束号強度が少なかったため，7/5年代では信頼できを持ったイオンビームが検出器に与えるダメージる年代データが得られなかった．コンコーディアを低減する効果もあるため，長時間の測定におプロット上で見ると，ウラン-鉛比のデータの傾いて検出器系の安定化も期待できる．

向はcommon-Pbの汚染を受けているような傾きを持つ(図4)．207Pb は存在度が高い信号強度が得結果と考察にくいため，鉛汚染やバックグラウンドの差し引数十Maから11MaのFT年代を持つ試料(表1)きの際に発生する偶然誤差の影響を強く受けては，リダクションイオン検出法を用いない通常のしまう可能性が指摘できる．6/8年代はいずれの方法で年代測定を行った．図2の(a), (b)にFT年代試料でもFT法による年代値と誤差範囲で一致しが33Maのジルコン(OD-03)および 28Ma のジルた．鉛の汚染と見られるウラン­鉛比の傾きかコン(Fish Canyon tuﬀ.)のU-Pb年代ヒストグラ

ら，207Pbのコンコーディアラインからの偏差の206 Pb/すべてがcommon-Pbの影響と仮定し206Pb/238U

238 Uから求めた年代(以下6/8年代と略す)を黒いを補正すると，Bishopの年代値のみがFT年代よ

棒で，207Pb/235Uから求めた年代(以下7/5年代)をりも有意に新しい年代を示し，その他のジルコン

緑の半透明の棒で，FT年代とその誤差を青い線は誤差範囲でFT年代と一致した．これは，207Pb

ムとFT年代を誤差付きで示している．

から見積もったcommon-Pbの量が， 207 Pbの信号強度が低いことによる偶然誤差の影響を受け，過剰に補正を行った可能性があるかもしれない．
以上の問題を解決するためには，汚染鉛の影響を徹底的に除去すること，正確なベースライン(ブランク)の差し引きを行うことが挙げられる(Iizuka and Hirata, 2004)．汚染鉛の影響を除去するためには，試料の年代測定を行う部分をあらかじめArFエキシマレーザーで1度アブレーションしておく(ワンショットクリーニング)こと，試料輸送系を測定毎にクリーニングするシステムを構築することなどが効果的であろう．さらに，鉛の汚染は試料に付着したものだけとは限らない．例えばレーザー照射時に発生した衝撃波によって試料室内に残っている試料がプラズマイ

図4．1Maより若いFT年代をもつ3試料のコンコーディア年代プロット．現代の鉛が汚染した場合のcommonPbの影響を矢印で示した．コンコーディア曲線との不一致は3試料ともcommon Pbの汚染によると解釈される.

オン源まで輸送されてしまい，鉛のバックグラウンドを上昇させる可能性もある．従って，正確なバックグラウンドを計測するためには通常のガス

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ブランク(レーザー照射を行わずに信号強度を求Hirata, T. and Nesbitt, R. W., 1995 U-Pb

める方法)ではなく，レーザーを発振しながらブisotope geochronology of zircons:

ランクを測定する“アブレーションブランク”を用

Evaluation of the laser probe inductively

いる方が，正確な補正計算が可能であろう．

cou- pled plasma-mass spectrometry
technique. Geochimica Cosmochimica

まとめActa 59, 2491‒2500.

本研究によって, フェムト秒レーザーアブレー

IIzuka T. and Hirata T., 2004, Simultaneousションシステムと，高感度磁場型ICPMS(AttoM)

determinations of U-Pb age and REEのリダクションイオン検出法を用いて1 Maよりabundances for zircons using ArF excimer

若いジルコンの年代測定が可能であることを示し

laser ablation-ICPMS, 38, pp. 229 -241

た．一方で，1 Maより若いジルコンは207PbのJackson S. E., Pearson N. J., Griﬃn W. L.,

存在量が少なく，207Pbの信号はジルコン表面のBelousova E. A., 2004, The application of

鉛の汚染やベースライン補正の影響を強く受ける

laser ablation-inductively coupled plasma-

ことが問題点として指摘できる．今後は，一般的

mass spectrometry to in situ U‒Pb zircon

なウラン濃度値をもつ試料も測定できるように、

geochronology: Chemical Geology, 211,

サンプリング時から輸送過程における鉛汚染の影47-69.

響の低減と，ICPMS感度を10倍以上に向上させPearce, N. J. G., Perkins, W. T., Westgate, J.

ることを目標に改良を行う．

A., Gorton, M. P., Jackson, S. E., Neal, C.
R . a n d C h e n e r y, S . P. ( 1 9 9 6 ) A

謝辞

complication of new and published major

本研究を行うにあたり，多くの助言と有意義な

and trace element data for NIST SRM 610

議論をしていただいた産業技術総合研究所の昆慶

and NIST SRM 612 glass reference

明博士，海洋研究開発機構の鈴木敏弘博士，高materials. Geostandard Newsletter, 21,

知コアセンターの谷水雅治博士，京都大学地球惑115‒144.

星科学専攻の牧賢志博士に深く感謝いたします．

Russo R. E., Mao X., Gonzalez J. J., and MaoS. S. 2002, Femtosecond laser ablation

文献

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