放射性同位素地质年代学导论/第 3 部分 - 常用衰变方案
U-Pb 地质年代学通常被认为是地质年代学的金标准，因为与所有其他计时器不同，它利用了两个独立的衰变方案，235U 到 207Pb 和 238U 到 206Pb，而且 238U 和 235U 衰变常数都比较精确和准确（Jaffey 等人，1971）[1]。在同一矿物中使用两个独立计时器的优势在于，可以检测到少量开放系统行为，例如 Pb 损失或继承更古老的矿物。这是我们能够进行可靠、高精度年龄测定的主要因素，因为我们可以评估多个分析是否代表矿物生长的单个时间。238U 和 235U 的不同半衰期，分别约为 4.5 和 0.7 Ga，意味着到新元古代，由于较高的衰变速率，235U（相对于 238U）的含量要少得多，因此产生的 207Pb 量也相对较少。虽然所有三个日期都可以从大多数已发布的分析中计算出来，但相对精度与所采用的分析技术有关（有关年龄不确定度的进一步讨论，请参阅第 5 节）。U-Pb 方法最常应用于火成岩中发现的锆石等含 U 副矿物，最常用的图形表示数据的方法是协和图。
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当两个 U-Pb 同位素系统的放射性年龄一致时，称为“协和”。通过地质时间跟踪这种协和性，在 206Pb/238U 和 207Pb/235U 中产生“协和线”（称为 Wetherill 协和线）。还可以使用 206Pb/207Pb 和 238U/206Pb（A Tera-Wasserburg 协和线）来可视化协和线。U-Pb 定年是在矿物形成过程中接受晶格中的 U 的矿物上进行的。在锆石中，Pb 不会轻易在矿物形成过程中掺入晶格。因此，矿物中可测量的任何铅都是放射性衰变产生的铅。当矿物是 U 和 Pb 的封闭系统时，分析的 U/Pb 同位素比率将位于协和线上。对于其他将“普通 Pb”掺入晶格的矿物系统，也将包含一定比例的放射成因 Pb。当在 Tera-Wasserburg 协和图上绘制具有不同比例的普通 Pb 和放射成因 Pb 的多个分析时，可以在这些分析通过的锚定在普通 Pb 成分的线性回归线上绘制。这种回归（或不协和线）在较低年龄截点与协和线交叉的地方被解释为矿物开始积累放射成因 Pb（或成为封闭系统）的年龄。
有多种不同的分析方法可用于确定含 U 副矿物的 U/Pb 比值和同位素组成。下面将更详细地讨论不同的技术类型。
同位素稀释，其中矿物在示踪同位素的存在下溶解
可以根据每个单独的衰变方案计算出锆石的两个独立日期，并在协和图上绘制出来（图 1）。在传统的（Wetherill）协和图上，X 轴和 Y 轴分别是 207Pb/235U 和 206Pb/238U 比值，协和曲线表示给定年龄的衰变方程的同步解。第三个 207Pb/206Pb 日期可以通过仅知道 235U 和 238U 衰变常数和假定为 137.88（Steiger 和 Jager，1977）[2] 或 137.818（Hiess 等人，2012）[3] 的现代 235U/238U 比值，从仅 Pb 同位素测量结果中确定。U/Pb 日期计算需要确定 Pb*/U 比值（Pb* 表示放射成因 Pb）。
几十年来，人们都知道锆石常常显示出结晶后铅损失的证据。这会降低 U/Pb 比值和推算的年代（见图 2）。Silver 和 Duetsch（Silver 和 Duetsch，1963）证明铅损失与辐射损伤有关。从那时起，人们普遍认识到铅损失不是由热活化体积扩散造成的，而是由晶格受损部分的快速通道扩散造成的。为了最大程度地减少/消除结晶后铅损失的影响，可以使用一些技术对锆石进行预处理，以去除已失去铅的区域，留下保持封闭系统的锆石区域。
开发的第一种方法涉及物理研磨锆石的外部部分（Krogh，1982a），其基于观察结果，即外部部分的铀含量最高，因此易受辐射损伤和铅损失的影响。同时，Krogh（Krogh，1982b）还证明，选择磁性最小的锆石往往对应于最低的铀含量，并且铅损失最少。这些方法被广泛应用，直到一种被称为“化学研磨”的新技术的开发（Mattinson，2005）。
这项技术涉及将锆石颗粒在 800-900°C 下退火，然后进行部分溶解。这种方法有效地“开采”或优先溶解锆石中受辐射损伤且易受铅从锆石晶体中快速通道扩散影响的高铀部分。这种方法似乎有望有效消除大多数锆石中的开放体系行为。微束技术（见第 4.1.2 节）通常不采用预处理技术，因为它们假设铅损失仅限于颗粒的外部部分，并且它们试图在原位分析过程中避免这些部分。
1 ^ Jaffey，Flynn，Glendenin，Bentley 和 Essling。235U 和 238U 半衰期和比活度的精密测量，物理评论 C，第 4 卷，第 5 期，1971 年 11 月。
2 ^ 地球年代学分委会：地质年代学和宇宙年代学衰变常数使用公约，由 R.H. Steiger 和 E. Jager 汇编。地球与行星科学快报，36（1977）359-362 [4]
3 ^ 238U/235U 系统学在地球铀矿物中。科学，第 335 卷，第 6076 期，第 1610-1614 页。 [5]