放射性同位素地質年代學導論/第 3 部分 - 常用衰變方案
U-Pb 地質年代學通常被認為是地質年代學的金標準，因為與所有其他計時器不同，它利用了兩個獨立的衰變方案，235U 到 207Pb 和 238U 到 206Pb，而且 238U 和 235U 衰變常數都比較精確和準確（Jaffey 等人，1971）[1]。在同一礦物中使用兩個獨立計時器的優勢在於，可以檢測到少量開放系統行為，例如 Pb 損失或繼承更古老的礦物。這是我們能夠進行可靠、高精度年齡測定的主要因素，因為我們可以評估多個分析是否代表礦物生長的單個時間。238U 和 235U 的不同半衰期，分別約為 4.5 和 0.7 Ga，意味著到新元古代，由於較高的衰變速率，235U（相對於 238U）的含量要少得多，因此產生的 207Pb 量也相對較少。雖然所有三個日期都可以從大多數已釋出的分析中計算出來，但相對精度與所採用的分析技術有關（有關年齡不確定度的進一步討論，請參閱第 5 節）。U-Pb 方法最常應用於火成岩中發現的鋯石等含 U 副礦物，最常用的圖形表示資料的方法是協和圖。
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當兩個 U-Pb 同位素系統的放射性年齡一致時，稱為“協和”。透過地質時間跟蹤這種協和性，在 206Pb/238U 和 207Pb/235U 中產生“協和線”（稱為 Wetherill 協和線）。還可以使用 206Pb/207Pb 和 238U/206Pb（A Tera-Wasserburg 協和線）來視覺化協和線。U-Pb 定年是在礦物形成過程中接受晶格中的 U 的礦物上進行的。在鋯石中，Pb 不會輕易在礦物形成過程中摻入晶格。因此，礦物中可測量的任何鉛都是放射性衰變產生的鉛。當礦物是 U 和 Pb 的封閉系統時，分析的 U/Pb 同位素比率將位於協和線上。對於其他將“普通 Pb”摻入晶格的礦物系統，也將包含一定比例的放射成因 Pb。當在 Tera-Wasserburg 協和圖上繪製具有不同比例的普通 Pb 和放射成因 Pb 的多個分析時，可以在這些分析透過的錨定在普通 Pb 成分的線性迴歸線上繪製。這種迴歸（或不協和線）在較低年齡截點與協和線交叉的地方被解釋為礦物開始積累放射成因 Pb（或成為封閉系統）的年齡。
有多種不同的分析方法可用於確定含 U 副礦物的 U/Pb 比值和同位素組成。下面將更詳細地討論不同的技術型別。
同位素稀釋，其中礦物在示蹤同位素的存在下溶解
可以根據每個單獨的衰變方案計算出鋯石的兩個獨立日期，並在協和圖上繪製出來（圖 1）。在傳統的（Wetherill）協和圖上，X 軸和 Y 軸分別是 207Pb/235U 和 206Pb/238U 比值，協和曲線表示給定年齡的衰變方程的同步解。第三個 207Pb/206Pb 日期可以透過僅知道 235U 和 238U 衰變常數和假定為 137.88（Steiger 和 Jager，1977）[2] 或 137.818（Hiess 等人，2012）[3] 的現代 235U/238U 比值，從僅 Pb 同位素測量結果中確定。U/Pb 日期計算需要確定 Pb*/U 比值（Pb* 表示放射成因 Pb）。
幾十年來，人們都知道鋯石常常顯示出結晶後鉛損失的證據。這會降低 U/Pb 比值和推算的年代（見圖 2）。Silver 和 Duetsch（Silver 和 Duetsch，1963）證明鉛損失與輻射損傷有關。從那時起，人們普遍認識到鉛損失不是由熱活化體積擴散造成的，而是由晶格受損部分的快速通道擴散造成的。為了最大程度地減少/消除結晶後鉛損失的影響，可以使用一些技術對鋯石進行預處理，以去除已失去鉛的區域，留下保持封閉系統的鋯石區域。
開發的第一種方法涉及物理研磨鋯石的外部部分（Krogh，1982a），其基於觀察結果，即外部部分的鈾含量最高，因此易受輻射損傷和鉛損失的影響。同時，Krogh（Krogh，1982b）還證明，選擇磁性最小的鋯石往往對應於最低的鈾含量，並且鉛損失最少。這些方法被廣泛應用，直到一種被稱為“化學研磨”的新技術的開發（Mattinson，2005）。
這項技術涉及將鋯石顆粒在 800-900°C 下退火，然後進行部分溶解。這種方法有效地“開採”或優先溶解鋯石中受輻射損傷且易受鉛從鋯石晶體中快速通道擴散影響的高鈾部分。這種方法似乎有望有效消除大多數鋯石中的開放體系行為。微束技術（見第 4.1.2 節）通常不採用預處理技術，因為它們假設鉛損失僅限於顆粒的外部部分，並且它們試圖在原位分析過程中避免這些部分。
1 ^ Jaffey，Flynn，Glendenin，Bentley 和 Essling。235U 和 238U 半衰期和比活度的精密測量，物理評論 C，第 4 卷，第 5 期，1971 年 11 月。
2 ^ 地球年代學分委會：地質年代學和宇宙年代學衰變常數使用公約，由 R.H. Steiger 和 E. Jager 彙編。地球與行星科學快報，36（1977）359-362 [4]
3 ^ 238U/235U 系統學在地球鈾礦物中。科學，第 335 卷，第 6076 期，第 1610-1614 頁。 [5]