Quelques idées qui me viennent, rapidement :
Datation relative ou absolue... ça dépend. Ça mérite quelques heures de cours, et on peut débattre des limites des techniques.
Pour les fossiles les plus récents, exemple, une dent de mammouth, on peut faire de la datation absolue, au 14C. Pour dater un oursin qui vient d'une carrière de craie, en principe, la couche a déjà été positionnée dans une échelle de temps (d'où l'importance de savoir d'où viennent nos fossiles, exactement). La datation absolue va te donner une info sur le matériaux, pas forcément sur le fossile. Par exemple, mon oursin, à sa mort, est rempli d'un sédiment (une vase), qui va être modifié et devenir une roche. Dater par un isotope radioactif présent dans cette roche serait hasardeux, non ?
Et puis on peut toujours utiliser une méthode hyper rigoureuse, il y aura toujours un résultat donné avec une certaine exactitude, un niveau d'erreur, un écart type... dépendant de l'échantillonnage, de la méthode utilisée, des outils statistiques... Les datations absolues coûtent cher et ne sont pas toujours nécessaires.
Pour revenir aux points précis de ta question :
Analyse chimique de la roche. => que veux tu montrer par ton analyse ?
Sa composition ? Pour finalement en faire une datation relative. Ma roche a la même composition que telle autre, donc elles ont le même age : mouais, c'est un argument parmi plein d'autres qui peut confirmer une hypothèse, mais pas à prendre tout seul. Tu peux trouver deux roches de même composition chimique d'ages différents.
On peut rechercher un cas particulier (taux d'Iridium à la limite Crétacé Teriaire).
Radioactivité :
En cherchant bien, tu peux trouver pas mal d'info ! Et non, je n'ai jamais testé.
Dans tous les cas, bien avoir un esprit critique. Toutes les méthodes ne sont pas adaptées au même type d'investigation. Dans ce genre "d'enquête", il faut prendre compte de tous les indices, voir ce qui se recoupe, et ce qui se contredit, argumenter, proposer des hypothèses (admettre quelques fois qu'on ne peut pas savoir). Toutes les techniques ont des limites et des conditions d'utilisation propres. Une pollution est toujours possible (en composés radioactifs, en fossiles associés, etc...). Une carte géologique, ou tout document (doc officielle, publication scientifique, livres de cours, etc...), peut dire des âneries, quelques fois.
Un petit lien : http://www.choucroute.fr/download/fossile-paleontologie-fossiles.pdf
Bon courage !