南京大學(xué)同位素地質(zhì)學(xué)-08Re-Os同位素年代學(xué)

1、8、Re-Os同位素年代學(xué)同位素年代學(xué)q187Re -衰變?yōu)樗プ優(yōu)?87Os不僅可用來研究鐵隕不僅可用來研究鐵隕石的來源，還可對(duì)石的來源，還可對(duì)Cu、Mo硫化物礦物等硫化物礦物等進(jìn)行定年進(jìn)行定年q 結(jié)合結(jié)合Rb-Sr、Sm-Nd、Lu-Hf和和U-Pb同位同位素，可用來研究地幔的分異和陸殼的增長素，可用來研究地幔的分異和陸殼的增長8.1 Re、Os的地球化學(xué)性質(zhì)的地球化學(xué)性質(zhì)Re與Mn和Te屬于VIIB族元素，但Re的地球化學(xué)性質(zhì)更接近于Mo。Re是分散元素，在輝鉬礦中含量最高（變化于幾ppm至1.88%）。只有在CuReS4, (Seyfullin, et al., 1975）礦物中，Re是

2、主要成分。在火成巖中，Re的豐度大致為0.5 ppb。Os在周期表中位于VIIB族，是一個(gè)Pt族元素Os具有親硫的地球化學(xué)性質(zhì)，主要出現(xiàn)在銥鋨礦礦物中，包括Os在內(nèi)的 Pt族元素在含有Cu、Ni硫化物的超基性巖和輝長巖、以及碲化物、硒化物、砷化物和銻化物中含量較高。Os的地殼豐度大致為的地殼豐度大致為0.4 ppb。在太陽系中，在太陽系中，Re、Os的絕對(duì)豐度的絕對(duì)豐度: Re= 5.07 10-2 個(gè)原子個(gè)原子/106個(gè)個(gè)Si原子原子, Os = 7.17 10-1個(gè)原子個(gè)原子/106個(gè)個(gè)Si原子原子, Re/Os比值比值0.072。 與金屬隕石相比，地球和月球上由硅酸鹽礦物組成的巖石極度虧

3、損Re和Os，這是由于親硫Re、Os的進(jìn)入了地核的結(jié)果。 橄欖巖橄欖巖 Re/Os = 0.081 隕石隕石 Re/Os = 0.083 拉斑玄武巖和花崗巖的拉斑玄武巖和花崗巖的Re/Os比值則高得比值則高得多（多（10-30） 地殼巖石的高地殼巖石的高Re/Os比值主要是由于比值主要是由于Os含含量降低而不是由于量降低而不是由于Re含量增加的緣故。含量增加的緣故。相似相似地外物質(zhì)包括球粒隕石及其分異的鐵隕石、玄武質(zhì)無球粒隕石(BAC)和月巖：Os的豐度變化范圍很大(10-1210-4)，但是它們的Re/Os值幾乎穩(wěn)定在0.1隕石而而地球物質(zhì)地球物質(zhì)和火星隕石和火星隕石(SNC)中中Os的豐度

4、較低的豐度較低(為為10-1210-9),變化范圍小于地外物質(zhì)，但是它們的變化范圍小于地外物質(zhì)，但是它們的 Re/Os值變化很大（達(dá)值變化很大（達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)：個(gè)數(shù)量級(jí)：0.01100)，并且它們的，并且它們的Re-Os豐度呈現(xiàn)明顯的豐度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性，與地外物質(zhì)有顯著差異。負(fù)相關(guān)性，與地外物質(zhì)有顯著差異。隕石在海島玄武巖在海島玄武巖(OIB)、洋中脊、洋中脊玄武巖玄武巖(MORB)和科馬提巖中和科馬提巖中Re的豐度大于的豐度大于Os.而在幔源橄欖巖而在幔源橄欖巖包體中包體中Os的豐度的豐度大于大于Re。5.2 Re-Os定年定年Re有有2個(gè)天然存在的同位素，其豐度如下：個(gè)天然存在的同位素，

5、其豐度如下：185Re，37.398%，穩(wěn)定，穩(wěn)定187Re，62.602%，放射性，放射性187Re通過通過 衰變成為衰變成為187Os：QOsRe1877618775其其 譜的終點(diǎn)能很低（譜的終點(diǎn)能很低（2.5keV），因而用直），因而用直接計(jì)數(shù)法測定接計(jì)數(shù)法測定187Re的半衰期很困難。的半衰期很困難。Watt and Glover (1962)用直接計(jì)數(shù)法測得用直接計(jì)數(shù)法測得T1/2=3 1010aHirt et al. (1963)用用10個(gè)已知年齡的輝鉬礦獲個(gè)已知年齡的輝鉬礦獲得得T1/2=(4.3 0.5) 1010aLuck et al. (1980)從鐵隕石從鐵隕石Re-Os

6、等時(shí)線獲得等時(shí)線獲得T1/2=(4.27 0.2) 1010aLuck & Allegre (1983)修訂結(jié)果為修訂結(jié)果為 T1/2=(4.56 0.11) 1010a和和 =（1.52 0.04) 10-11a-1Yin et al. (1993) 給出給出 =（1.64 0.05) 10-11a-1Shen et al.(1998)隕石隕石 =1.66 10-11a-1Shirey & Walk(1998) 隕石隕石 =（1.666 0.017) 10-11a-1Os有有7個(gè)天然出現(xiàn)的穩(wěn)定同位素。個(gè)天然出現(xiàn)的穩(wěn)定同位素。Luck & Allegre (1983):

7、 (NH4)2OsCl6的的Os同位素豐度：同位素豐度：184Os = 0.023%186Os = 1.600%187Os = 1.510%188Os = 13.286%189Os = 16.251%190Os = 26.369%192Os = 40.957%含含Re體系中體系中187Os的增長可表示為（的增長可表示為（Hirt et al., 1963）：）：式中衰變常數(shù)式中衰變常數(shù) =（1.666 0.017) 10-11a-1 Shirey & Walk(1998) 。其形式與。其形式與Rb-Sr體系體系相似。相似。) 1(OsReOsOsOsOs1861871861871861

8、87tievHirt et al.（1963）首先用）首先用187Os/186Os來表來表示示Os同位素的組成，后來同位素的組成，后來Luck & Allegre (1983)和許多其他研究者沿用了這一傳統(tǒng)形和許多其他研究者沿用了這一傳統(tǒng)形式。式。v然而，然而，190Pt 經(jīng)經(jīng) 衰變?yōu)樗プ優(yōu)?86Os T1/2= (8.8 0.7) 1011a 隕石中隕石中190Pt的同位素相對(duì)豐度低的同位素相對(duì)豐度低0.0122%（Walker et al., 1991），因此在隕石定年中），因此在隕石定年中采用采用187Os/186Os問題不大。問題不大。 但對(duì)含但對(duì)含Pt族元素的礦床進(jìn)行族元素的

9、礦床進(jìn)行Re-Os定年時(shí)，由定年時(shí)，由于于Pt/Os比值可能很高，相當(dāng)一部分比值可能很高，相當(dāng)一部分186Os可能可能是由是由190Pt衰變產(chǎn)生，從而導(dǎo)致定年偏差。衰變產(chǎn)生，從而導(dǎo)致定年偏差。為避免該問題，現(xiàn)多采用為避免該問題，現(xiàn)多采用187Os/188Os比值比值（如（如Fehn et al., 1986; Dickin et al., 1992）(見下式見下式)。以下早期例子為與引用文獻(xiàn)一致仍用以下早期例子為與引用文獻(xiàn)一致仍用187Os/186Os) 1(OsReOsOsOsOs188187188187188187tie在假定在假定Os同位素初始比值的前提下，從單個(gè)同位素初始比值的前提下，

10、從單個(gè)樣品的分析數(shù)據(jù)可以計(jì)算出其模式年齡。樣品的分析數(shù)據(jù)可以計(jì)算出其模式年齡?；蛘邷y定一套符合等時(shí)線條件的樣品，用等或者測定一套符合等時(shí)線條件的樣品，用等時(shí)線法計(jì)算年齡和初始比值。時(shí)線法計(jì)算年齡和初始比值。輝鉬礦具有很高的輝鉬礦具有很高的Re含量（含量（2-230ppm），），但但Os含量低于含量低于0.2ppm（Hirt et al., 1963）并且主要是由并且主要是由187Re衰變成因的衰變成因的187Os。因此輝鉬礦具有非常高的因此輝鉬礦具有非常高的Re/Os比值，特別比值，特別適合于適合于Re-Os定年。為含輝鉬礦的熱液脈狀定年。為含輝鉬礦的熱液脈狀礦床的定年提供了一種有效的方法。礦

11、床的定年提供了一種有效的方法。Hirt et al. (1963) 試圖用試圖用Re-Os等時(shí)線法對(duì)等時(shí)線法對(duì)14個(gè)鐵隕石進(jìn)行定年，其結(jié)果個(gè)鐵隕石進(jìn)行定年，其結(jié)果(4.0 0.8Ga)精度較差，不能說明鐵隕石是否與石隕石同精度較差，不能說明鐵隕石是否與石隕石同時(shí)形成。時(shí)形成。Luck et al. (1980) 和和Luck & Allegre (1983)用離子探針用離子探針質(zhì)譜和同位素稀釋質(zhì)譜和同位素稀釋法測定法測定Re、Os的含的含量，獲得了較高的量，獲得了較高的精度精度(4.420.20Ga)并且發(fā)現(xiàn)：鐵隕石并且發(fā)現(xiàn)：鐵隕石和球粒隕石的金屬和球粒隕石的金屬顆粒擬合在同一條顆粒擬

12、合在同一條等時(shí)線上，等時(shí)線上，這些隕石是在太陽星云以后不久（約這些隕石是在太陽星云以后不久（約90 Ma）形）形成的，太陽星云所含成的，太陽星云所含Os同位素是均一的，其原同位素是均一的，其原始的始的187Os/186Os等于等于0.807 0.006隕石的隕石的Re、Os同位素組成與地球樣品相一致同位素組成與地球樣品相一致這些研究結(jié)果不僅揭示了隕石的來源，而且為這些研究結(jié)果不僅揭示了隕石的來源，而且為研究地球研究地球Os同位素提供了基礎(chǔ)同位素提供了基礎(chǔ)基性火成巖定年Allegre et al. (1999).Monro Township科馬提巖 Re-Os 等時(shí)線（Walker et al.

13、 ，1988）基性火成巖定年Gannoun et al., 2004, SCIENCE基性火成巖定年沉積巖定年沉積巖定年 Cohen et al. （1999） 將將Re-Os等時(shí)線法應(yīng)用于等時(shí)線法應(yīng)用于英國侏羅紀(jì)黑色頁巖的定年：英國侏羅紀(jì)黑色頁巖的定年：黑色頁巖黑色頁巖Re、Os含量高于地殼，含量高于地殼，Re/Os 高；高；95%以上的以上的Re、Os來自海水，黑色頁巖中高的有來自海水，黑色頁巖中高的有機(jī)質(zhì)含量保證了當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為還原環(huán)境，在還原機(jī)質(zhì)含量保證了當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為還原環(huán)境，在還原環(huán)境下，環(huán)境下，Re、Os產(chǎn)生沉淀。產(chǎn)生沉淀。巖石形成后，若未遭到氧化，則保證了其中巖石形成后，若未遭

14、到氧化，則保證了其中Re、Os的穩(wěn)定和封閉。因此其年齡為沉積年齡。的穩(wěn)定和封閉。因此其年齡為沉積年齡。（Cohen et al., 1999）富含有機(jī)質(zhì)的幾個(gè)地層的沉積巖全巖富含有機(jī)質(zhì)的幾個(gè)地層的沉積巖全巖ReOs年齡年齡:(a) Kimmeridgian age 155 4.3Ma, (b) Toarcian age 181 13 Ma (c) Hettangian age 207 12 Ma, 對(duì)應(yīng)于沉積物的沉積年齡對(duì)應(yīng)于沉積物的沉積年齡. 初始初始187Os/188Os (i) 比值代表了當(dāng)時(shí)海比值代表了當(dāng)時(shí)海水的水的Os同位素組成同位素組成.Exshaw組TOC5%的樣品(可能最能反映

15、水成Os組分)給出等時(shí)線年齡3589Ma, 初始187Os/188Os=0.59，即為海水Os同位素估計(jì).用王水溶樣Creaser et al.,2002加拿大西部沉積盆地晚泥盆紀(jì)加拿大西部沉積盆地晚泥盆紀(jì)Exshaw 組富含有機(jī)組富含有機(jī)質(zhì)沉積巖質(zhì)沉積巖Re-Os體系體系Exshaw FmTOC 5% 的的樣品結(jié)果樣品結(jié)果偏大MSDW偏大，可能因除水成偏大，可能因除水成Os組分外，所含非水成的非組分外，所含非水成的非放射成因放射成因Os組分組分(碎屑碎屑)所致。所致。 (A) Exshaw 組地層巖石樣品初始 187Os/188Os值vs.巖石中碳?xì)浠衔锍墒於?以參數(shù)Tmax表示)，圖顯示

16、無相關(guān)性，表明碳?xì)浠衔镖吺觳⒉伙@著擾動(dòng)Re-Os 同位素體系.Creaser et al.,2002因此，因此，Re-Os地質(zhì)年代學(xué)方法可用作測定富含有地質(zhì)年代學(xué)方法可用作測定富含有機(jī)質(zhì)沉積巖年齡的可靠工具，而無需考慮沉積巖機(jī)質(zhì)沉積巖年齡的可靠工具，而無需考慮沉積巖中碳?xì)浠衔锍墒於人街刑細(xì)浠衔锍墒於人? 為獲得高精度的為獲得高精度的Re-Os年齡，年齡，重要的是要選擇初重要的是要選擇初始始187Os/188Os比值變化小的樣品比值變化小的樣品，這比避開碳?xì)?，這比避開碳?xì)浠衔锍墒於雀叩臉悠犯鼮橹匾衔锍墒於雀叩臉悠犯鼮橹匾?Creaser et al.,2002用用 HFBF3法分

17、離有機(jī)法分離有機(jī)質(zhì)時(shí)，質(zhì)時(shí)，Re發(fā)發(fā)生丟失生丟失用王水法溶解富有用王水法溶解富有機(jī)碳沉積巖全巖中機(jī)碳沉積巖全巖中有機(jī)碳的有機(jī)碳的Re、Os時(shí)，時(shí)， 碎屑中的碎屑中的Re、Os也被溶解，碎也被溶解，碎屑中的屑中的Re、Os量量相對(duì)于有機(jī)質(zhì)而言相對(duì)于有機(jī)質(zhì)而言是很少量的，可能是很少量的，可能導(dǎo)致年齡稍有偏差。導(dǎo)致年齡稍有偏差。Selby & Creaser,2003用用 CrO3H2SO4法法溶解沉積巖全巖有機(jī)碳中溶解沉積巖全巖有機(jī)碳中Re、Os所所獲得的等時(shí)線年齡與火山層中鋯石獲得的等時(shí)線年齡與火山層中鋯石UPb年齡（年齡（363.3 0.4Ma）相吻合。）相吻合。Selby & Creaser,2003溶樣方法改進(jìn)貴州王家彎下寒武統(tǒng)黑色頁巖中Ni-Mo硫化物富集層Mao et al., 2000加拿大Sudbury的McCreedy West ores (NiCu sulfide) 的Re-Os 等時(shí)線.Morgan et al.,2002礦床定年加拿大Sudbury的 Falconbridge ores (NiCu sulfid