Abstract

We have investigated the homogeneity, chemical composition, structure, degree of radiation damage, and post-formation evolution of titanite crystals from skarns of the Grenville Province of the Canadian Shield using SHRIMP, TIMS, Raman and PL spectroscopy, EBSD, and EPMA–WDS. These results are used to assess the potential of the titanite as Reference Material (RM) for micro-analytical U–Th–Pb age dating. The SHRIMP data show that these megacrysts (5–31g) have concordant U–Pb isotope systematics, 60 to 500 ppm U, 120 to 1200 ppm Th, 206Pb/204Pb between 500 and 2500, ages of ~1 Ga, and excellent homogeneity at the scale of the analytical volume of the ion probe. The ID–TIMS titanite data for OLT1, OLT2 and TCB show that these crystals are essentially concordant. Data for OLT1 and OLT2 show slight scatter (i.e., in excess of that expected from the uncertainty in an individual analysis). For OLT1, one of seven analyses shows Pb loss or, possibly, a younger period of growth. Crystals OLT1 and OLT2 have respective TIMS concordia ages of 1014.8 ± 2.0 Ma (2σ, n = 6, MSWD = 1.8) and 998.0 ± 4.5 Ma (2σ, n = 3, MSWD = 3.3) for domains that have not lost Pb. The TIMS analyses of TCB are tightly clustered and give a concordia age of 1018.1 ± 1.7 Ma (2σ, n = 4, MSWD = 0.92). Raman and PL spectra show a low to moderate degree of accumulated radiation-induced damage in the Grenville Skarn Titanite crystals and uniform internal distributions of this damage. The EDSB contrast images indicate little or no crystallographic misorientation. The EMPA–WDS data show that the outer 50–100 μm of the OLT1 and TCB crystals are enriched in Al and F, and depleted in Fe and Nb, when compared with the interior. In spite of the variation in composition and degree of radiation damage amongst samples, there are no identifiable matrix effects in our SHRIMP data. Some Grenville skarn titanite (GST) crystals have potential as RM for micro-analytical U–Th–Pb age dating. Crystal TCB has excellent homogeneity of U–Th–Pb isotopic composition. Crystals OLT1 and OLT2 have minor TIMS age heterogeneity. However, this heterogeneity is smaller than that of the Khan titanite, our current in-house titanite standard. Careful selection of analysis areas during SIMS, and of chips for TIMS analysis, allows high-quality isotopic data to be obtained from these large crystals of titanite.

Abstract

Nous avons caractérisé l’homogénéité, la composition chimique, la structure, le degré de dommage dû à la radiation, et l’évolution post-formation de mégacristaux de titanite prélevés de skarns dans la Province de Grenville du Bouclier Canadien au moyen d’analyses SHRIMP, TIMS, spectroscopie Raman et Photoluminescence (PL), EBSD, et EPMA–WDS. Ces résultats servent à évaluer leur potentiel comme matériaux de référence pour datations U–Th–Pb micro-analytiques. Les données SHRIMP montrent que ces mégacristaux (5–31g) possèdent des relations concordantes dans le système isotopique U–Pb, de 60 à 500 ppm U, de 120 à 1200 ppm Th, une valeur de 206Pb/204Pb entre 500 et 2500, un âge d’environ 1 Ga, et un degré d’homogénéité excellent à l’échelle du volume analysé avec la sonde ionique. Les données ID–TIMS portant sur les cristaux de titanite OLT1, OLT2 et TCB montrent qu’ils sont essentiellement concordants. Les données décrivant OLT1 et OLT2 montrent une légère dispersion, en excès de ce que l’on pourrait anticiper d’une analyse individuelle. Dans le cas de OLT1, une des sept analyses révèle une perte de Pb ou, peut-être, une période de croissance plus jeune. Les cristaux OLT1 et OLT2 démontrent des âges concordia TIMS de 1014.8 ± 2.0 Ma (2σ, n = 6, MSWD = 1.8) et 998.0 ± 4.5 Ma (2σ, n = 3, MSWD = 3.3), respectivement, pour les domaines qui n’ont pas perdu de Pb. Les résultats TIMS pour le cristal TCB définissent une fourchete serrée et donnent un âge concordia de 1018.1 ± 1.7 Ma (2σ, n = 4, MSWD = 0.92). Les spectres Raman et PL montrent un degré de dommage accumulé suite à la radiation variant de faible à modéré, et une distribution interne uniforme du dommage. Les images obtenues par contraste EDSB indiquent très peu de désorientation cristallographique, ou bien aucune. Les compositions acquise avec une microsonde électronique en dispersion de longueurs d’ondes montrent qu’un liseré externe de 50–100 μm des cristaux OLT1 et TCB est enrichi en Al et F, et appauvri en Fe et Nb, par rapport à l’intérieur. Malgré les variations en composition et en degré de dommage dû à la radiation, nous ne voyons aucun effect de matrice dans nos données SHRIMP. Certains cristaux de titanite des skarns de Grenville ont donc un bon potentiel pour servir de matériaux de référence pour déterminations micro-analytiques de l’âge U–Th–Pb. Le cristal TCB possède une excellente homogénéité des isotopes U–Th–Pb. Les cristaux OLT1 et OLT2 font preuve d’une légère hétérogénéité dans les âges TIMS. Toutefois, cette hétérogénéité est inférieure à celle de la titanite de Khan, notre étalon interne présentement. Une sélection soignée des domaines à analyser au cours des sessions SIMS, et des fragments pour un analyse par TIMS, nous permettra d’obtenir des données isotopiques de qualité supérieure de ces mégacristaux de titanite.

(Traduit par la Rédaction)

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