第五章 同位素地球化學(xué)-2013年下半年-copy

1、同位素地球化學(xué)同位素地球化學(xué)同位素地球化學(xué)的學(xué)科性質(zhì)及任務(wù)q計(jì)時作用：每一對放射性母、子體同位素都是一只時鐘，可以測定各種地質(zhì)體的年齡。q示蹤作用：利用同位素成分變化指示地質(zhì)體形成的環(huán)境條件、機(jī)制，示蹤物質(zhì)來源（穩(wěn)定同位素分餾、放射性同位素衰變）。q測溫：利用礦物之間穩(wěn)定同位素的分餾是溫度的函數(shù)來測定地質(zhì)過程的溫度條件。 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)穩(wěn)定同位素地球化學(xué)是研究地質(zhì)體中穩(wěn)定是研究地質(zhì)體中穩(wěn)定同位素的分布及其在各種條件下的運(yùn)動規(guī)律，同位素的分布及其在各種條件下的運(yùn)動規(guī)律，并應(yīng)用這些規(guī)律來解釋巖石和礦石的形成過程并應(yīng)用這些規(guī)律來解釋巖石和礦石的形成過程、物質(zhì)來源及成因等問題。、物質(zhì)來源及成因等問

2、題。第五章內(nèi)容提要l同位素年代學(xué)基礎(chǔ)理論lRb-Sr同位素體系與應(yīng)用lSm-Nd同位素體系與應(yīng)用lU-Th-Pb同位素體系與應(yīng)用lK-Ar同位素體系與應(yīng)用l穩(wěn)定同位素地球化學(xué)基本原理l主要穩(wěn)定同位素方法與應(yīng)用1.1 原子、核素與同位素l原子(atom)由質(zhì)子(protons)、中子(neutron)和電子(electron)組成，對于這些基本要素均確定的原子，稱為核素(unclide)；l其中的質(zhì)子數(shù)(Z, number of protons)稱該核素的原子（序）數(shù)，其量值等同于其電子數(shù)(number of electrons)；l而原子數(shù)與中子數(shù)(N，neutron number)之和稱該核

3、素的質(zhì)量數(shù)(A，mass number)；l具相同質(zhì)子數(shù)、不同質(zhì)量數(shù)核素的總和，稱為元素的同位素，它們在元素周期表上占據(jù)相同的位置。同位素分類(按照原子核穩(wěn)定性) 穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素 放射性同位素放射性同位素 ( (放射成因同位素放射成因同位素 為重穩(wěn)定同位素）為重穩(wěn)定同位素）O O O181716 Pb Pb PbTh U U2082072062322352381.2 同位素地質(zhì)年代學(xué)基本原理一、放射性同位素衰變l放射性衰變： 自然界中部分核素在能量上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，自發(fā)地從某一元素的同位素衰變成為另一元素的同位素，并伴隨各種粒子形式的能量釋放的過程稱為放射性衰變。l發(fā)生放射性衰變的同位素

4、稱放射性同位素或母體同位素。l放射性衰變過程中及最終形成的穩(wěn)定同位素稱為放射成因同位素或子體同位素。 l 在自然界中，有些放射性同位素只通過在自然界中，有些放射性同位素只通過一次一次某一種固某一種固 定形式的衰變過程就轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N穩(wěn)定同位素，從而停定形式的衰變過程就轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N穩(wěn)定同位素，從而停 止了放射性衰變，如止了放射性衰變，如8737Rb8738Sr+-；l 而某些放射性同位素，如而某些放射性同位素，如23892U、23592U和和23290Th等原等原 子核要通過子核要通過一系列一系列的的衰變和衰變和/或重核裂變和或重核裂變和/或或衰變，衰變， 形成許多中間過渡的放射性同位素，最終才轉(zhuǎn)化為

5、穩(wěn)形成許多中間過渡的放射性同位素，最終才轉(zhuǎn)化為穩(wěn) 定同位素，結(jié)束其放射性衰變過程。定同位素，結(jié)束其放射性衰變過程。 放射性衰變放射性衰變的結(jié)果是的結(jié)果是原子核的質(zhì)子數(shù)和原子核的質(zhì)子數(shù)和/或中子數(shù)發(fā)生或中子數(shù)發(fā)生變化變化，從某一元素的同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪辉氐耐凰兀瑥哪骋辉氐耐凰剞D(zhuǎn)變?yōu)榱硪辉氐耐凰兀敝磷罱K轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的同位素直至最終轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的同位素; 放射性同位素經(jīng)過自放射性同位素經(jīng)過自然衰變，隨時間的推移，母體同位素不斷減少，子體同然衰變，隨時間的推移，母體同位素不斷減少，子體同位素不斷增加，它是放射性核素原子核的一種特性，不位素不斷增加，它是放射性核素原子核的一種特性，不受外界物

6、化條件的影響。受外界物化條件的影響。 放射性衰變是引起放射性同位素和放射成因同位素豐度放射性衰變是引起放射性同位素和放射成因同位素豐度變化的主要原因，放射性衰變的主要方式有：變化的主要原因，放射性衰變的主要方式有： 同量異位素同量異位素衰變：衰變： -衰變、衰變、 電子捕獲衰變（電子捕獲衰變（ +衰變）衰變） 重粒子重粒子衰變（衰變（ 衰變）衰變） 核裂變核裂變1.1.- -衰變衰變l原子核中一個中子分裂成為一個質(zhì)子和一個電子（原子核中一個中子分裂成為一個質(zhì)子和一個電子（ 即即 -粒子粒子或或 -質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn) ），）， -質(zhì)點(diǎn)被射出核外，同時放出中微子質(zhì)點(diǎn)被射出核外，同時放出中微子v v的過程稱為

7、的過程稱為-衰變衰變。l反應(yīng)通式為：反應(yīng)通式為：A AZ ZXXA AZ+1Z+1Y+Y+- -+v+E+v+E，其中，其中Z Z為核電荷數(shù)，為核電荷數(shù)，A A為質(zhì)量為質(zhì)量數(shù)。數(shù)。l衰變結(jié)果：原子核內(nèi)減少一個中子，增加一個質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)不衰變結(jié)果：原子核內(nèi)減少一個中子，增加一個質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)增加變，核電荷數(shù)增加1 1，原子，原子 序數(shù)增加序數(shù)增加1 1，元素變?yōu)橹芷?，元素變?yōu)橹芷?表右側(cè)的相鄰元素。表右側(cè)的相鄰元素。 如：如：87873737RbRb87873838Sr+Sr+- - 40401919KK40402020Ca+Ca+- - 2. 電子捕獲衰變（電子捕獲衰變（ + +衰

8、變）衰變）l原子核自發(fā)地從原子核自發(fā)地從K或或L層電子軌道上捕獲一個電子（多數(shù)層電子軌道上捕獲一個電子（多數(shù)為為K層捕獲），與一個質(zhì)子結(jié)合轉(zhuǎn)變成一個中子，亦即一層捕獲），與一個質(zhì)子結(jié)合轉(zhuǎn)變成一個中子，亦即一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子和一個正電子，正電子發(fā)射出來就個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子和一個正電子，正電子發(fā)射出來就是是 +粒子粒子；它是；它是-衰變的逆反應(yīng)（并非可逆反應(yīng)）。衰變的逆反應(yīng)（并非可逆反應(yīng)）。l反應(yīng)通式為：反應(yīng)通式為：AZX+eAZ-1Y+El衰變結(jié)果：原子核內(nèi)減少一個質(zhì)子，增加一個中子，質(zhì)量衰變結(jié)果：原子核內(nèi)減少一個質(zhì)子，增加一個中子，質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)減少數(shù)不變，核電荷數(shù)減少1，原子序數(shù)

9、減少，原子序數(shù)減少1，元素變?yōu)橹芷冢刈優(yōu)橹芷诒碜髠?cè)的相鄰元素。如：表左側(cè)的相鄰元素。如：4019K+e4018Ar 。 以上以上8737Rb與與8738Sr、4019K與與4020Ca、 4019K與與4018Ar等母、等母、子體同位素為同量異位素，故子體同位素為同量異位素，故 -衰變和電子捕獲衰變又被衰變和電子捕獲衰變又被統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為同量異位素同量異位素衰變。衰變。l 放射性母體同位素（重核，原子序數(shù)通常大于放射性母體同位素（重核，原子序數(shù)通常大于83（Bi）放）放射出射出 粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€新的子體核素。粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€新的子體核素。l 粒子由粒子由2個質(zhì)子和個質(zhì)子和2個中子組成，帶

10、正電荷個中子組成，帶正電荷2。實(shí)際為。實(shí)際為He原子核，即原子核，即He2+，稱四粒子組。，稱四粒子組。l 反應(yīng)通式為：反應(yīng)通式為：A AZ ZX+eX+eA-4A-4Z-2Z-2Y+Y+l 衰變結(jié)果：原子核內(nèi)減衰變結(jié)果：原子核內(nèi)減 少少2 2個質(zhì)子和個質(zhì)子和2 2個中子個中子, ,質(zhì)質(zhì) 量數(shù)減少量數(shù)減少4 4，核電荷數(shù)減，核電荷數(shù)減 少少2 2，原子序數(shù)減少，原子序數(shù)減少2,2,元元 素在元素周期表中向左移素在元素周期表中向左移 動動2 2格。格。 如：如：2382389292UU2342349090Th+Th+4 42 2HeHe 22688Ra22286Rn+42He（鐳-氡）3. 重粒

11、子重粒子衰變（衰變（ 衰變）衰變）4. 重核裂變重核裂變重同位素自發(fā)地分裂為重同位素自發(fā)地分裂為2-32-3片原子量大致相同片原子量大致相同的碎片。如：的碎片。如：238238U U、235235U U和和232232ThTh等重核都可能發(fā)等重核都可能發(fā)生這種裂變。生這種裂變。 Rb-Sr 、 Sm-Nd、K-Ar、U-Th-Pb、Re-Os、Lu-Hf二、放射性衰變定律及放射性同位素定年原理二、放射性衰變定律及放射性同位素定年原理 1902年，年，Rutherford通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)放射性衰變反應(yīng)不同通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)放射性衰變反應(yīng)不同于一般的化學(xué)反應(yīng)，具有如下性質(zhì)：于一般的化學(xué)反應(yīng)，具有如下性質(zhì)：

12、(1) 衰變作用是發(fā)生在原子核內(nèi)部的反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果衰變作用是發(fā)生在原子核內(nèi)部的反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果 是由一種核素變成另一種核素；是由一種核素變成另一種核素； (2) 多數(shù)衰變自發(fā)地不斷進(jìn)行，并有恒定的衰變比例；多數(shù)衰變自發(fā)地不斷進(jìn)行，并有恒定的衰變比例； (3) 衰變反應(yīng)不受溫度、壓力、電磁場和原子核存在衰變反應(yīng)不受溫度、壓力、電磁場和原子核存在 形式等物理化學(xué)條件的影響；形式等物理化學(xué)條件的影響； (4) 衰變前和衰變后核素的原子數(shù)只是時間的函數(shù)。衰變前和衰變后核素的原子數(shù)只是時間的函數(shù)。 根據(jù)放射性同位素以上特性，根據(jù)放射性同位素以上特性，Rutherford認(rèn)為：認(rèn)為：放放射性同位素在單位時間

13、內(nèi)衰變掉的原子數(shù)與現(xiàn)存的射性同位素在單位時間內(nèi)衰變掉的原子數(shù)與現(xiàn)存的母核數(shù)成正比母核數(shù)成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為: (1) 式中式中N為在為在t時刻存在的母體原子數(shù)；時刻存在的母體原子數(shù)； 為放射為放射性同位素的衰變速率，也就是單位時間內(nèi)衰變掉的性同位素的衰變速率，也就是單位時間內(nèi)衰變掉的放射性母體原子數(shù)，負(fù)號表示放射性母體原子數(shù)，負(fù)號表示N隨時間減少；隨時間減少； 公式中公式中為衰變速率常數(shù)，表示單位時間內(nèi)放射為衰變速率常數(shù)，表示單位時間內(nèi)放射性核素的原子發(fā)生衰變的概率（性核素的原子發(fā)生衰變的概率（Probability)，它，它是每個放射性核素的特征值，稱之為是每個放射性核素的

14、特征值，稱之為衰變常數(shù)衰變常數(shù)，用，用實(shí)驗(yàn)方法測定獲得，其量綱為時間單位的倒數(shù)，如實(shí)驗(yàn)方法測定獲得，其量綱為時間單位的倒數(shù)，如1/年或年或1/秒等。秒等。 NdtdNdtdN整理整理(1)式得到式得到: (2)將將(2)式從式從t=0到到t 積分積分,假定假定t=0時的衰變母體原子數(shù)為時的衰變母體原子數(shù)為N0,得：得： 整理后得：整理后得： 或或 上式為放射性同位素衰變的基本公式，表明母核原子數(shù)為上式為放射性同位素衰變的基本公式，表明母核原子數(shù)為N0的放射性同位素，經(jīng)時間的放射性同位素，經(jīng)時間t后殘存的母體原子數(shù)為后殘存的母體原子數(shù)為N= N0e-t，亦即亦即任何放射性同位素隨時間按指數(shù)規(guī)律衰

15、減任何放射性同位素隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減，這就是，這就是放射性放射性衰變定律衰變定律。tNN0lnteNN0tNN0lnlnNdtdNNNttdtNdN00tNeN0根據(jù)定義，當(dāng)根據(jù)定義，當(dāng)t=T1/2時，時，N=1/2N0，將其代入公，將其代入公式式 中，兩邊取對數(shù)并整理得：中，兩邊取對數(shù)并整理得：693. 02ln2/1TteNN0對于任一放射性同位素體系，放射性核素母體原子衰變對于任一放射性同位素體系，放射性核素母體原子衰變完一半所需要的時間稱為完一半所需要的時間稱為半衰期半衰期，以，以T1/2表示。表示。半衰期用來衡量放射性母體同位素發(fā)生放射性衰變的相半衰期用來衡量放射性母體同位素發(fā)生放

16、射性衰變的相對快慢對快慢，與，與呈反比關(guān)系，衰變常數(shù)呈反比關(guān)系，衰變常數(shù)值愈小，半衰期愈值愈小，半衰期愈長，發(fā)生放射性衰變的速率愈慢，核的壽命也愈長。長，發(fā)生放射性衰變的速率愈慢，核的壽命也愈長。693. 02ln2/1T同位素定年原理同位素定年原理 自然條件下，同位素放射性衰變過程是不可逆的，且其衰變的速率及放射性子體的性質(zhì)不受外界的影響。母-子體同位素確定的對應(yīng)關(guān)系和恒定的衰變速率構(gòu)成了同位素定年的理論基礎(chǔ)。 母-子體同位素的對應(yīng)關(guān)系放射成因子體原子數(shù)放射成因子體原子數(shù)D*等于衰變掉的放射性母體原子的數(shù)目等于衰變掉的放射性母體原子的數(shù)目, 即即D*=N0-N。將將 代入該式，得到：代入該式

17、，得到： D*=N0(1-e-t) （3） 當(dāng)當(dāng)t=0時，時，D*=0。 放射性母體核素放射性母體核素N和子體核素和子體核素D*隨時間隨時間t變化的曲線變化的曲線 123456020406080100120時間（以半衰期為單位）時間（以半衰期為單位）N 或或 D*D*=N0（1- e-t）N=N0e-tD0=0N0teNN0 與地質(zhì)事件對應(yīng)的地質(zhì)體形成時即含一定量的初始放射與地質(zhì)事件對應(yīng)的地質(zhì)體形成時即含一定量的初始放射成因子體同位素，假設(shè)一體系中成因子體同位素，假設(shè)一體系中t=0時的子體原子數(shù)為時的子體原子數(shù)為D0，則經(jīng)時間則經(jīng)時間t后該體系子體原子總數(shù)為后該體系子體原子總數(shù)為： D=D0+

18、D*，即現(xiàn)在地，即現(xiàn)在地質(zhì)樣品放射子體同位素由質(zhì)樣品放射子體同位素由初始部分和初始部分和放射母體同位素放射母體同位素衰變形衰變形成部分成部分這兩部分組成。將（這兩部分組成。將（3）式代入并整理得：）式代入并整理得： （4） 這是自然界放射性同位素子體增長的公式，也是這是自然界放射性同位素子體增長的公式，也是同位素同位素地質(zhì)年代學(xué)定年的基本公式地質(zhì)年代學(xué)定年的基本公式,由此可求得體系封閉以來所經(jīng)由此可求得體系封閉以來所經(jīng)歷的時間歷的時間t，即：，即： 相對核物理實(shí)驗(yàn)過程，地質(zhì)過程的時間要漫長得多，故相對核物理實(shí)驗(yàn)過程，地質(zhì)過程的時間要漫長得多，故無法確定地質(zhì)過程初始時期放射性母體的原子數(shù)，而只能

19、測無法確定地質(zhì)過程初始時期放射性母體的原子數(shù)，而只能測定母、子體同位素的現(xiàn)在組成。定母、子體同位素的現(xiàn)在組成。 ) 1*ln(1) 1ln(10NDNDDt) 1(0teNDD 相對于元素含量變化，放射性衰變引起的同位素組成變化是微小的，常相對于元素含量變化，放射性衰變引起的同位素組成變化是微小的，常規(guī)分析方法難于滿足對其絕對含量或原子數(shù)的測定要求，而高精度的同位規(guī)分析方法難于滿足對其絕對含量或原子數(shù)的測定要求，而高精度的同位素質(zhì)譜分析只能測定素質(zhì)譜分析只能測定同位素比值同位素比值。因此，為滿足高精度的同位素質(zhì)譜分析。因此，為滿足高精度的同位素質(zhì)譜分析的要求，以同一子體元素的穩(wěn)定同位素作為參照

20、（記的要求，以同一子體元素的穩(wěn)定同位素作為參照（記為為Ds ），對公式（），對公式（4 4）進(jìn)行變化：進(jìn)行變化：公式公式 兩邊同除以兩邊同除以DS，得，得 : 通常將通常將 記作記作 ，則：，則： ) 1(0teNDDSDD0) 1(0tSSSeDNDDDD0)(SDD) 1()(0tSSSeDNDDDD1ln1)()()(0SSSDNDDDDt 式中式中D/DS代表樣品現(xiàn)今的同位素原子數(shù)比值代表樣品現(xiàn)今的同位素原子數(shù)比值(子體同位素現(xiàn)在比值子體同位素現(xiàn)在比值)， (D/DS) 0是樣品初始同位素原子數(shù)比值是樣品初始同位素原子數(shù)比值(子體同位素初始比值子體同位素初始比值)， N/DS是母體同位

21、素與參照是母體同位素與參照同位素原子數(shù)比值同位素原子數(shù)比值(母子體同位素現(xiàn)在比值母子體同位素現(xiàn)在比值)，是衰變常數(shù)。是衰變常數(shù)。 要確定地質(zhì)樣品的形成時代要確定地質(zhì)樣品的形成時代t，需已知子體同位素現(xiàn)在比值、初始比值及母子，需已知子體同位素現(xiàn)在比值、初始比值及母子體同位素現(xiàn)在比值三個比值，其中子體同位素現(xiàn)在比值和母子體同位素現(xiàn)在比值體同位素現(xiàn)在比值三個比值，其中子體同位素現(xiàn)在比值和母子體同位素現(xiàn)在比值可由質(zhì)譜直接測定和同位素稀釋法間接分析計(jì)算得出；子體同位素初始比值是未可由質(zhì)譜直接測定和同位素稀釋法間接分析計(jì)算得出；子體同位素初始比值是未知的，但該比值是知的，但該比值是地球化學(xué)示蹤研究的重要參

22、數(shù)地球化學(xué)示蹤研究的重要參數(shù)。 以以Sm-Nd同位素體系為例（同位素體系為例（147Sm143Nd），），公式寫作：公式寫作： 式中（式中（143Nd/144Nd）比值為子體同位素現(xiàn)在比）比值為子體同位素現(xiàn)在比值，由質(zhì)譜直接測定獲得值，由質(zhì)譜直接測定獲得; （143Nd/144Nd）0是子是子體同位素初始比值；（體同位素初始比值；（147Sm/144Nd）是母子體同）是母子體同位素現(xiàn)在比值，可由位素現(xiàn)在比值，可由同位素稀釋法同位素稀釋法間接分析計(jì)算間接分析計(jì)算獲得。獲得。 1)1)(e)(eNdNdSmSm( () )NdNdNdNd( () )NdNdNdNd( (t t1441441471

23、470 0144144143143144144143143 衰變的最終產(chǎn)物是穩(wěn)定同位素。衰變的最終產(chǎn)物是穩(wěn)定同位素。 必須準(zhǔn)確知道或能有效校正巖石或礦物形成時就己經(jīng)存在的必須準(zhǔn)確知道或能有效校正巖石或礦物形成時就己經(jīng)存在的子體同位素初始比值子體同位素初始比值（含量）。（含量）。 能夠精確測定獲得放射性母體同位素的能夠精確測定獲得放射性母體同位素的半衰期和衰變常數(shù)半衰期和衰變常數(shù)，同時，用作年齡測定的放射性母體同位素的半衰期應(yīng)與所測同時，用作年齡測定的放射性母體同位素的半衰期應(yīng)與所測地質(zhì)體的年齡大體相當(dāng)（地質(zhì)體的年齡大體相當(dāng)（思考：為什么？思考：為什么？）。）。 準(zhǔn)確知道放射性母體同位素的種類和

24、相對豐度，并有精確測準(zhǔn)確知道放射性母體同位素的種類和相對豐度，并有精確測定計(jì)算巖石或礦物中母、子體同位素比值和含量的定計(jì)算巖石或礦物中母、子體同位素比值和含量的高精度的高精度的同位素制樣和質(zhì)譜測定實(shí)驗(yàn)室方法技術(shù)同位素制樣和質(zhì)譜測定實(shí)驗(yàn)室方法技術(shù)。 自巖石或礦物形成以來，自巖石或礦物形成以來，同位素體系保持封閉同位素體系保持封閉，母體和子體，母體和子體核素只因衰變反應(yīng)而改變，沒有因后期地質(zhì)作用（如變質(zhì)、核素只因衰變反應(yīng)而改變，沒有因后期地質(zhì)作用（如變質(zhì)、熱液蝕變、風(fēng)化等）的影響而發(fā)生母、子體同位素的帶入或熱液蝕變、風(fēng)化等）的影響而發(fā)生母、子體同位素的帶入或遷出。遷出。放射性同位素定年前提放射性同

25、位素定年前提同位素等時線同位素等時線 除非假定樣品形成時子體同位素的初始比值，單一樣品同位除非假定樣品形成時子體同位素的初始比值，單一樣品同位素分析難于確定地質(zhì)體的形成時代。素分析難于確定地質(zhì)體的形成時代。 對于對于同期同源的同期同源的一套地質(zhì)樣品，它們應(yīng)有相同的初始子體同一套地質(zhì)樣品，它們應(yīng)有相同的初始子體同位素比值和形成時間，即在放射成因子體同位素衰變方程中，位素比值和形成時間，即在放射成因子體同位素衰變方程中，各樣品均具相同的參數(shù)：各樣品均具相同的參數(shù)： 表現(xiàn)為各樣品沿以初始子體同位素比值為截距，以表現(xiàn)為各樣品沿以初始子體同位素比值為截距，以(e t-1)為斜為斜率的直線分布，這條直線稱

26、為率的直線分布，這條直線稱為等時線等時線。故對一套同源同期樣品。故對一套同源同期樣品進(jìn)行同位素測定，對各樣品點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，可對該地質(zhì)體進(jìn)進(jìn)行同位素測定，對各樣品點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，可對該地質(zhì)體進(jìn)行定年和初始比值確定。如：對于行定年和初始比值確定。如：對于Sm-Nd體系，不同的樣品具體系，不同的樣品具有相同的（有相同的（143Nd/ 144Nd ）0和和t值：值：1)1)(e)(eNdNdSmSm( () )NdNdNdNd( () )NdNdNdNd( (t t1441441471470 0144144143143144144143143) 1()(0tSSSeDNDDDD1)1)(e)(eNd

27、NdSmSm( () )NdNdNdNd( () )NdNdNdNd( (t t1441441471470 0144144143143144144143143研究表明，不同礦物的封閉溫度是不同的，不同的同位素體系在同研究表明，不同礦物的封閉溫度是不同的，不同的同位素體系在同種礦物中的封閉溫度也是不同的，同位素年齡時鐘是在種礦物中的封閉溫度也是不同的，同位素年齡時鐘是在低于封閉溫低于封閉溫度度時才開始啟動的。時才開始啟動的。Cooling historyAdirondackHighlands2 Rb-Sr同位素體系一、Rb-Sr同位素體系特征87Rb=27.83%85Rb=72.17%88Sr=

28、82.53%87Sr=7.04%86Sr=9.87%84Sr=0.56%Sr由四個同位素組成，均為穩(wěn)定同位素，其中87Sr除了宇宙成因外，還有由87Rb衰變形成的放射成因同位素。Rb由兩個同位素組成，其中87Rb經(jīng)-衰變成為87Sr。 85Rb為穩(wěn)定同位素。 衰變方程：衰變方程：Rb-SrRb-Sr法定年基本公式：法定年基本公式： ) 1(8687086878687teSrRbSrSrSrSr二、二、Rb-Sr法定年基本公式法定年基本公式8737Rb8738Sr+-1ln10868786878687SrSrSrSrSrRbt由于受測試技術(shù)限制，早期由于受測試技術(shù)限制，早期Rb-Sr法僅限于對強(qiáng)

29、富法僅限于對強(qiáng)富Rb礦物（如鋰云母）的礦物（如鋰云母）的分析。因這類礦物具極高的分析。因這類礦物具極高的87Sr/86Sr比值，選擇不同的比值，選擇不同的(87Sr/86Sr)0值所引起值所引起的年齡誤差不大。通常假定均一的的年齡誤差不大。通常假定均一的 (87Sr/86Sr)0初始比值為初始比值為0.712（殼源地質(zhì)（殼源地質(zhì)體初始平均比值），并在此基礎(chǔ)上通過對單一樣品進(jìn)行體初始平均比值），并在此基礎(chǔ)上通過對單一樣品進(jìn)行Rb-Sr同位素分析來同位素分析來計(jì)算獲得年齡。用這種方法測定年齡時，初始計(jì)算獲得年齡。用這種方法測定年齡時，初始Sr比值是由模式預(yù)測而非直比值是由模式預(yù)測而非直接測定的，因

30、此而得到的年齡被稱為接測定的，因此而得到的年齡被稱為Sr模式年齡模式年齡。 隨著分析技術(shù)的提高，測試對象擴(kuò)大到了象白云母、黑云母和鉀長石等隨著分析技術(shù)的提高，測試對象擴(kuò)大到了象白云母、黑云母和鉀長石等Rb/Sr比值較低的造巖礦物。研究發(fā)現(xiàn)，用比值較低的造巖礦物。研究發(fā)現(xiàn)，用0.712作為統(tǒng)一的作為統(tǒng)一的Sr同位素初始同位素初始比值往往帶來樣品間年齡的不一致和矛盾比值往往帶來樣品間年齡的不一致和矛盾(甚至出現(xiàn)了負(fù)值甚至出現(xiàn)了負(fù)值) (Compston and Jeffery, 1959)，由此催生了具時代意義的，由此催生了具時代意義的同位素體系等時線方法同位素體系等時線方法(Nicolaysen

31、, 1961)。 含鉀礦物（如鉀長石、白云母、鋰云母、天河石、銫榴石、海綠石、鉀含鉀礦物（如鉀長石、白云母、鋰云母、天河石、銫榴石、海綠石、鉀鹽、光鹵石等）是鹽、光鹵石等）是Rb-Sr法定年的主要對象。法定年的主要對象。思考：為什么？思考：為什么？* Rb：分散元素分散元素，通常不形成獨(dú)立礦物；其離子半徑（，通常不形成獨(dú)立礦物；其離子半徑（0.148 nm）與）與K+（0.133 nm）相近，）相近，Rb+能在所有含能在所有含K礦物中置換礦物中置換K+，故在一般含，故在一般含K礦物中都有一定量的礦物中都有一定量的Rb存在。存在。Sr模式年齡及等時線方法模式年齡及等時線方法) 1(8687086

32、878687teSrRbSrSrSrSrRb-Sr等時線法等時線法 y = b + mx同源同期巖漿形成的所有同源同期巖漿形成的所有礦物或巖石樣品點(diǎn)將落在礦物或巖石樣品點(diǎn)將落在以以87Sr/86Sr (y)和和87Rb/86Sr (x)為坐標(biāo)的等為坐標(biāo)的等時線上。時線上。0102030405087Rb/86Sr0.70.710.720.7387Sr/86Sr截距，代表(87Sr/86Sr)i等時線斜率=exp( t)-1MANTLE87Sr/86Sr = 0.702ROCK(87Sr/86Sr) i= 0.702 Rb/Sr=0.6Rb/Sr=1.2Rb/Sr=0.8t=Time of cry

33、stallization幔源巖漿具有與地幔相同的Sr初始同位素比值形成的巖石與地幔的初始同位素比值相同，但不同的結(jié)晶礦物卻具有不同的Rb/Sr比值Rb-Sr同位素等時線年齡原理示意圖同位素等時線年齡原理示意圖等時線示意圖Sample withlower RbSample withhigher Rb1tetgRb-Sr內(nèi)部等時線內(nèi)部等時線 由于某些地質(zhì)體同位素由于某些地質(zhì)體同位素組成的均一性，全巖樣品組成的均一性，全巖樣品中中Rb/Sr比值差異不大，因比值差異不大，因而難以獲得全巖等時線，而難以獲得全巖等時線，此時可利用全巖此時可利用全巖+礦物等時礦物等時線法獲得年齡信息，但等線法獲得年齡信息，

34、但等時線中所選礦物必須來自時線中所選礦物必須來自同一全巖樣品。這種等時同一全巖樣品。這種等時線稱內(nèi)部等時線，一般情線稱內(nèi)部等時線，一般情況下，內(nèi)部等時線年齡低況下，內(nèi)部等時線年齡低于全巖于全巖Rb-Sr等時線年齡，等時線年齡，代表巖石中礦物的平均結(jié)代表巖石中礦物的平均結(jié)晶年齡。晶年齡。Rb-Sr礦物-全巖等時線示意圖注意含鉀礦物與不含鉀礦物在等時線上的位置q在等時線的擬合中，早期采用最小二乘法或圖解法，但這些方法難以對等時線的質(zhì)量進(jìn)行評價。q目前一般采用York 方程進(jìn)行雙回歸誤差分析，擬合求解擬合直線的斜率和截距，同時給出一個等時線擬合參數(shù)MSWD()。qMSWD值是評價等時線質(zhì)量的一個重要

35、參數(shù)（該值越小，等時線質(zhì)量越好？）：當(dāng)存在地球化學(xué)誤差時，各樣品點(diǎn)的離散程度較大，MSWD1；當(dāng)不存在地球化學(xué)誤差時，各樣品離散程度較?。ㄐ∮趯?shí)驗(yàn)誤差的預(yù)期值），MSWD1。 常用放射性同位素體系常用放射性同位素體系 要正確獲得樣品的要正確獲得樣品的Rb-Sr等時線年齡，必須滿足等時線年齡，必須滿足以下條件：以下條件： 所研究的一組樣品具有所研究的一組樣品具有同時性和同源性同時性和同源性，所謂同源性，所謂同源性是指每一個樣品具有相同的是指每一個樣品具有相同的(87Sr/86Sr)0比值。比值。 在樣品形成后，在樣品形成后，Rb、Sr體系體系保持封閉保持封閉，沒有與外界發(fā)，沒有與外界發(fā)生物質(zhì)上的

36、交換。生物質(zhì)上的交換。 所測樣品中，有較為明顯的所測樣品中，有較為明顯的Rb/Sr比值比值差異差異（ Rb/Sr比比值變化范圍盡可能大），以確保獲得一條較好的等時線。值變化范圍盡可能大），以確保獲得一條較好的等時線。 RbSr等時線法常用來測定等時線法常用來測定中酸性巖漿巖的中酸性巖漿巖的年齡，年齡，它可以同時給出其結(jié)晶年齡和初始它可以同時給出其結(jié)晶年齡和初始Sr比值，數(shù)據(jù)點(diǎn)線性比值，數(shù)據(jù)點(diǎn)線性擬合的程度還可檢驗(yàn)樣品是否擬合的程度還可檢驗(yàn)樣品是否保持封閉保持封閉。對于。對于基性巖漿基性巖漿巖巖，由于，由于Rb含量低，含量低，Rb-Sr等時線法定年較為困難，可等時線法定年較為困難，可用用Sm-N

37、d法進(jìn)行定年。（法進(jìn)行定年。（為什么？為什么？）Rb/Sr ratios for various rocks:玄武巖與砂巖的玄武巖與砂巖的Rb/Sr比值相差達(dá)比值相差達(dá)50倍倍!Rb-Sr同位素定年方法的局限性 由于Rb-Sr元素的易活動性，當(dāng)所研究的地質(zhì)體發(fā)生過有流體作用參與的變質(zhì)作用后，其同位素體系可能發(fā)生不同程度的開放，若開放過程不能導(dǎo)致體系內(nèi)同位素組成均一化時，其結(jié)果可能是無地質(zhì)意義的混合線，或根本不能形成等時線。因此難以獲得原巖的形成年齡。結(jié)論：Rb-Sr法不太適合于對較高變質(zhì)程度的地質(zhì)體進(jìn)行原巖形成時代定年。（注意：足夠大體積的全巖樣品仍可能獲得原巖年齡，而變質(zhì)作用使得體系Sr同位

38、素組成達(dá)新的均一化的樣品，可獲得變質(zhì)事件的年齡（內(nèi)部等時線） Rb-Sr全巖等時線法很少用于沉積巖的年齡測定(Why?）。 說明變質(zhì)作用對礦物和全巖系統(tǒng)影響的等時線圖說明變質(zhì)作用對礦物和全巖系統(tǒng)影響的等時線圖 圖（圖（1）：三個全巖樣品）：三個全巖樣品(R1, R2, R3)，記錄巖石結(jié)晶年令，記錄巖石結(jié)晶年令ti；圖（；圖（2）：三個單礦物樣品）：三個單礦物樣品(M2)，記錄巖石變質(zhì)年令，記錄巖石變質(zhì)年令tm。 全系統(tǒng)同位素演化起始于底部水平線，隨后同位素沿近垂直的平行路徑演化全系統(tǒng)同位素演化起始于底部水平線，隨后同位素沿近垂直的平行路徑演化(如果將如果將y軸坐標(biāo)的極端放大軸坐標(biāo)的極端放大)

39、。在變質(zhì)熱事件作用過程中，同位素比值均一至全巖。在變質(zhì)熱事件作用過程中，同位素比值均一至全巖值（第二根水平線），此過程不僅涉及值（第二根水平線），此過程不僅涉及87Sr的變化（產(chǎn)生垂直方向變化），可能的變化（產(chǎn)生垂直方向變化），可能還涉及到有限的還涉及到有限的Rb再活化，使得富再活化，使得富Rb礦物趨向于遭受一些礦物趨向于遭受一些Rb丟失，而貧丟失，而貧Rb礦礦物可能由富物可能由富Rb蝕變產(chǎn)物的增長被污染，導(dǎo)致一定程度不可預(yù)測的變化方向蝕變產(chǎn)物的增長被污染，導(dǎo)致一定程度不可預(yù)測的變化方向(R)。變質(zhì)熱事件之后，全巖演化繼續(xù)其固有方向，而礦物系統(tǒng)則構(gòu)成一條新的等時線，變質(zhì)熱事件之后，全巖演化繼續(xù)

40、其固有方向，而礦物系統(tǒng)則構(gòu)成一條新的等時線，其斜率得出變質(zhì)作用年齡。其斜率得出變質(zhì)作用年齡。titm（1）（2）封閉溫度封閉溫度 在區(qū)域變質(zhì)事件中在區(qū)域變質(zhì)事件中Rb-Sr礦物系統(tǒng)被打開后，必定再次迎來礦物礦物系統(tǒng)被打開后，必定再次迎來礦物系統(tǒng)對元素活動性再次封閉的時間。通過測定不同礦物系統(tǒng)的封閉系統(tǒng)對元素活動性再次封閉的時間。通過測定不同礦物系統(tǒng)的封閉溫度和溫度和Rb-Sr年齡，可以給出關(guān)于變質(zhì)地體冷卻歷史的信息。年齡，可以給出關(guān)于變質(zhì)地體冷卻歷史的信息。常見礦物與全巖的常見礦物與全巖的Rb-Sr體系封閉溫度體系封閉溫度三、三、SrSr同位素地球化學(xué)示蹤同位素地球化學(xué)示蹤 通過全巖通過全巖R

41、b-SrRb-Sr等時線法可獲得巖石形成時等時線法可獲得巖石形成時( (8787Sr/Sr/8686Sr)Sr)0 0； 對于單個樣品，若年齡對于單個樣品，若年齡t t已知，實(shí)測該樣品的已知，實(shí)測該樣品的8787Sr/Sr/8686Sr Sr 和和8787Rb/Rb/8686SrSr比值，可通過下式計(jì)算比值，可通過下式計(jì)算( (8787Sr/Sr/8686Sr)Sr)0 0比值：比值： ( (8787Sr/Sr/8686Sr)Sr)0 0 = =8787Sr/Sr/8686Sr -Sr -8787Rb/Rb/8686Sr (eSr (ett-1) -1) ( (8787Sr/Sr/8686Sr

42、)Sr)0 0的計(jì)算的計(jì)算地球形成時的地球形成時的( (8787Sr/Sr/8686Sr)Sr)0 0 BABI定義：Basaltic Achondrite Best Initial= Bulk Earth, undifferentiatedTime (Ma)87Sr/86Sr玄武質(zhì)無球粒隕石的玄武質(zhì)無球粒隕石的(87Sr/86Sr)0比值：比值：0.698970.00003Change in the concentration of Rb and Sr in the melt derived by progressive batch melting of a basaltic rock co

43、nsisting of plagioclase, augite, and olivine. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.玄武巖批次部分熔融條件下，熔體中元素Rb、Sr的含量隨部分熔融程度的變化地幔地幔-地殼的地殼的Sr同位素組成和演化同位素組成和演化v 為確定地幔和地殼兩大體系的為確定地幔和地殼兩大體系的(87Sr/86Sr)0比值特征及比值特征及其演化規(guī)律，對確認(rèn)起源于上地幔源區(qū)的現(xiàn)代玄武巖其演化規(guī)律，對確認(rèn)起源于上地幔源區(qū)的現(xiàn)代玄武巖和和巨大輝長巖體巨大輝長巖體等的等的87S

44、r/86Sr進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)它們的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)它們的87Sr/86Sr值變化于值變化于0.7020.706之間，其平均值為之間，其平均值為0.704 0.002，Rb/Sr=0.027 0.011，該值代表了現(xiàn)代地幔值，該值代表了現(xiàn)代地幔值。 v 對于大陸硅鋁質(zhì)巖石，一般認(rèn)為是在對于大陸硅鋁質(zhì)巖石，一般認(rèn)為是在25億年前由地幔億年前由地幔物質(zhì)派生出的，而現(xiàn)今大陸殼的物質(zhì)派生出的，而現(xiàn)今大陸殼的(87Sr/86Sr)0平均為平均為0.719，其其Rb/Sr=0.15。5432100.6980.7000.7020.7040.7060.7080.7100.7120.7140.7160.718

45、0.7200.722BABI （隕石原始（隕石原始Sr）87Sr/86Sr時間時間0.7020.706大陸地殼大陸地殼上地幔上地幔(玄武巖源區(qū)）玄武巖源區(qū)）0.719Rb/Sr=0.15v 以以BABI值分別連接值分別連接0.702和和0.706兩個端點(diǎn)，構(gòu)成兩條直線，圍成一個區(qū)兩個端點(diǎn)，構(gòu)成兩條直線，圍成一個區(qū)域，該區(qū)為玄武巖源區(qū)，代表域，該區(qū)為玄武巖源區(qū)，代表上地幔上地幔(87Sr/86Sr)0隨時間的演化；連接隨時間的演化；連接25億億年的地幔年的地幔 (87Sr/86Sr)0值到現(xiàn)今大陸殼的值到現(xiàn)今大陸殼的(87Sr/86Sr)0值得到一條直線，該直值得到一條直線，該直線為平均大陸殼線

46、為平均大陸殼(87Sr/86Sr)0隨時間的演化線；利用該圖可以對巖石的物質(zhì)來隨時間的演化線；利用該圖可以對巖石的物質(zhì)來源進(jìn)行示蹤。源進(jìn)行示蹤。 (87Sr/86Sr)0與巖石物質(zhì)來源關(guān)系圖與巖石物質(zhì)來源關(guān)系圖Estimated Rb and Sr isotopic evolution of the Earths upper mantle, assuming a large-scale melting event producing granitic-type continental rocks at 3.0 Ga b.p After Wilson (1989). Igneous Petrog

47、enesis. Unwin Hyman/Kluwer.富集地殼演化方向虧損地幔演化方向原始地幔演化起點(diǎn)，BABIBABIv (87Sr/86Sr)0比值除了研究成巖和成礦物質(zhì)比值除了研究成巖和成礦物質(zhì)來源外，還可用來劃分巖石的成因類型，來源外，還可用來劃分巖石的成因類型，如花崗巖的成因類型可劃分為如花崗巖的成因類型可劃分為S型和型和I型花型花崗巖，崗巖，S型花崗巖的型花崗巖的(87Sr/86Sr)0大于大于0.706，而而I型花崗巖的型花崗巖的(87Sr/86Sr)0小于小于0.706。不同地質(zhì)環(huán)境中火山巖的不同地質(zhì)環(huán)境中火山巖的87Sr/86Sr比值直方圖比值直方圖（G.Faure，1977

48、）括號內(nèi)數(shù)字為樣品數(shù)，括號內(nèi)數(shù)字為樣品數(shù)，M為平均值為平均值v 對對(87Sr/86Sr)0比值的研究表明，比值的研究表明，地幔地幔Sr同位素組成是不均一的，同位素組成是不均一的，具有系統(tǒng)的變化，可劃分為四組：具有系統(tǒng)的變化，可劃分為四組：洋底地幔（洋底地幔（洋中脊玄武巖洋中脊玄武巖）、洋）、洋島地幔（島地幔（海島玄武巖海島玄武巖）、島弧地）、島弧地幔（幔（島弧玄武巖島弧玄武巖）、大陸地幔）、大陸地幔（大陸玄武巖大陸玄武巖），它們的），它們的87Sr/86Sr比值比值平均值平均值分別為：分別為：0.70280、0.70386、0.70437和和0.70577。對對這種不均一性的原因存在多種解這

49、種不均一性的原因存在多種解釋。釋。 （87Rb趨于在巖漿中富集）趨于在巖漿中富集）4tUR8687tsample8687Sr101SrSrSrSr) t (40UR86870sample8687Sr101SrSrSrSr)0(87Sr/86Sr)UR=0.7045 (87Rb/86Sr)UR=0.0827 Sr：在地球化學(xué)示蹤研究中，有時還會用到在地球化學(xué)示蹤研究中，有時還會用到 Sr，其，其計(jì)算公式如下：計(jì)算公式如下： 同位素稀釋法同位素稀釋法(Isotopic dilution，簡稱，簡稱ID）：）：在在已知量的已知量的“稀釋劑稀釋劑” （Spike）和含有天然同位素）和含有天然同位素的未

50、知量的元素樣品的混合物中確定樣品中某元素的未知量的元素樣品的混合物中確定樣品中某元素的同位素的同位素含量含量的方法。的方法。 是目前最精準(zhǔn)的含量測定分析方法。是目前最精準(zhǔn)的含量測定分析方法。 同位素稀釋法應(yīng)用于那些具有兩個以上同位素同位素稀釋法應(yīng)用于那些具有兩個以上同位素的所有元素。的所有元素。同位素稀釋法定義同位素稀釋法定義稀釋劑稀釋劑：含有已知同位素組成和濃度的物質(zhì)，其同位素組成明顯：含有已知同位素組成和濃度的物質(zhì)，其同位素組成明顯不不同于同于天然正常樣品，天然正常樣品，富集富集某種同位素（采用同位素分離器裝置）。某種同位素（采用同位素分離器裝置）。可以是天然產(chǎn)出的同位素，其中之一可在質(zhì)量

51、分離器上富集，也可可以是天然產(chǎn)出的同位素，其中之一可在質(zhì)量分離器上富集，也可以是長壽命的人造同位素。以是長壽命的人造同位素。 稀釋劑的同位素組成和濃度必須由質(zhì)譜儀精確測定，該測定不能作稀釋劑的同位素組成和濃度必須由質(zhì)譜儀精確測定，該測定不能作分離標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)樽鳛榉逐s監(jiān)測沒有已知的比值可用。因此，一般分離標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)樽鳛榉逐s監(jiān)測沒有已知的比值可用。因此，一般是幾次長期測定，這些測定的平均中值看作是實(shí)際稀釋劑的成分；是幾次長期測定，這些測定的平均中值看作是實(shí)際稀釋劑的成分；不同實(shí)驗(yàn)室。不同實(shí)驗(yàn)室。元素元素Rb的自然樣品與同位素稀釋劑的自然樣品與同位素稀釋劑72.15%27.85%同位素豐度：同位素

52、豐度：87Rb=0.99779585285Rb=0.002204濃度：濃度： 85Rb=0.00127855mol/g同位素比值：同位素比值：87Rb/85Rb=452.6987Rb稀釋劑參數(shù)稀釋劑參數(shù)99.7795852%0.2204%8484868788868788天然天然Sr同位素組成同位素組成(相對豐度相對豐度%)稀釋劑稀釋劑 Sr同位素組成同位素組成(相對豐度相對豐度%)0.569.867.0282.56同位素豐度同位素豐度：88Sr=0.1341387Sr=0.0173386Sr=0.0443884Sr=0.80415濃度濃度：84Sr=0.042403mol/g同位素比值同位素比

53、值：88Sr/86Sr=3.022287Sr/86Sr=0.3905484Sr/86Sr=18.118484Sr稀釋劑參數(shù)稀釋劑參數(shù)13.4131.7334.43880.4153 Sm-Nd同位素體系 同位素 原子量(amu) 豐度(%)144Sm 143.912009 3.16147Sm 146.914907 15.07148Sm 147.914832 11.27149Sm 148.917193 13.84150Sm 149.917285 7.47152Sm 151.919741 26.63154Sm 153.922218 22.53一、一、Sm-Nd同位素組成特征同位素組成特征lSm有7個

54、同位素，其中147Sm、148Sm和149Sm具有放射性，但因后兩者半衰期太長(1016yr)，在現(xiàn)有技術(shù)條件下無法準(zhǔn)確測量出其子體同位素的變化量，故目前不能成為定年方法；Sm同位素組成同位素組成同位素 原子量(amu) 豐度(%)142Nd 141.907731 27.09143Nd 142.909823 12.14144Nd 143.910096 23.83145Md 144.912582 8.29146Nd 145.913126 17.26148Nd 147.916901 5.74150Nd 149.920901 5.63Nd 同位素組成同位素組成l Nd也有7 個同位素，均為穩(wěn)定同位素

55、。其中143Nd為147Sm經(jīng)衰變形成的子體同位素。二、二、Sm、Nd法定年法定年Sm-Nd法定年基本公式：法定年基本公式：衰變方程：衰變方程：14762Sm 14360Nd + Sm-Nd法定年基本公式：法定年基本公式： 式中：式中：143Nd/144Nd是樣品現(xiàn)今的比值，用質(zhì)譜直接測是樣品現(xiàn)今的比值，用質(zhì)譜直接測定；定；(143Nd/144Nd)0是樣品的初始比值；是樣品的初始比值；147Sm/144Nd是樣品是樣品現(xiàn)今的現(xiàn)今的147Sm和和144Nd 原子數(shù)比，用原子數(shù)比，用同位素稀釋法同位素稀釋法測定并計(jì)測定并計(jì)算獲得，算獲得，是是147 Sm 的衰變常數(shù)的衰變常數(shù)(6.54 10-1

56、2 yr-1)；t是樣品是樣品形成的年齡。形成的年齡。) 1(1441470144143144143teNdSmNdNdNdNdSm-Nd等時線等時線 SmNd等時等時線年齡測定，線年齡測定，通常通過分析通常通過分析單礦物或同源單礦物或同源同 生 的 一 套同 生 的 一 套Sm/Nd比值變比值變化盡可能大的化盡可能大的巖石來實(shí)現(xiàn)，巖石來實(shí)現(xiàn)，等時線條件及等時線條件及構(gòu) 筑 方 法構(gòu) 筑 方 法 與與RbSr法相法相似。似。 0.080.10.120.140.160.18147Sm/144Nd0.51050.51100.51150.51200.5125143Nd/144Nd截距，代表(143N

57、d/144Nd)i等時線斜率=exp( t)-1（1）所研究的樣品具有同時性和同源性；）所研究的樣品具有同時性和同源性；（2）樣品形成后，保持）樣品形成后，保持Sm、Nd的封閉體系；的封閉體系；（3）所測樣品有較明顯的）所測樣品有較明顯的Sm/Nd比值差異。比值差異。要獲得可靠的要獲得可靠的Sm-Nd 等時年齡，等時年齡，要滿足下列條件：要滿足下列條件：v 由于由于Sm和和Nd同屬稀土元素，它們的離子半徑、電價、同屬稀土元素，它們的離子半徑、電價、電負(fù)性等地球化學(xué)性質(zhì)十分相似，因而由電負(fù)性等地球化學(xué)性質(zhì)十分相似，因而由147Sm經(jīng)經(jīng)衰變衰變形成的形成的143Nd很自然地繼承了晶格中母體同位素的

58、位置，很自然地繼承了晶格中母體同位素的位置，并且后期地質(zhì)作用很難使并且后期地質(zhì)作用很難使Sm和和Nd發(fā)生分離和遷移。現(xiàn)發(fā)生分離和遷移?，F(xiàn)有研究表明，經(jīng)過角閃巖相甚至麻粒巖相變質(zhì)作用的巖有研究表明，經(jīng)過角閃巖相甚至麻粒巖相變質(zhì)作用的巖石，如果體系中沒有流體參與的話，仍使石，如果體系中沒有流體參與的話，仍使Sm-Nd同位素同位素系統(tǒng)保持封閉，能正確地給出系統(tǒng)保持封閉，能正確地給出變質(zhì)巖原巖年齡變質(zhì)巖原巖年齡的信息。的信息。這正是這正是Sm-Nd法定年的優(yōu)點(diǎn)所在。法定年的優(yōu)點(diǎn)所在。v 另外另外147Sm的衰變常數(shù)較小，因此的衰變常數(shù)較小，因此Sm-Nd法比較適合對法比較適合對古老巖石古老巖石的定年。

59、的定年。 Sm-Nd同位素等時線定年方法的特征（一）同位素等時線定年方法的特征（一）部分礦物部分礦物-全巖全巖Sm-Nd體系的封閉溫度體系的封閉溫度 注意：Sm在源區(qū)“虧損”的巖石(如MORB)中發(fā)生相對富集，這一特征與Rb-Sr同位素體系相反!Sm-Nd同位素等時線定年方法的特征（二）同位素等時線定年方法的特征（二）SmNd等時線法適用范圍：等時線法適用范圍：測定那些因測定那些因Rb/Sr比值低或?qū)Ρ戎档突驅(qū)bSr不再封閉的巖不再封閉的巖石的年齡；石的年齡；測定古老巖石的年齡測定古老巖石的年齡-隕石、月球及地球上古老的基隕石、月球及地球上古老的基性巖和超基性巖類的年齡。性巖和超基性巖類的年

60、齡。l巖漿巖造巖礦物中，輝石和長石分別具有相對較高和較低的147Sm/144Nd比值。其它高147Sm/144Nd比值的礦物有石榴石、榍石、鋯石和角閃石。低147Sm/144Nd比值的礦物有磷灰石和獨(dú)居石；l基性巖中常含有大量的長石和輝石(角閃石)，因此常采用Sm-Nd法進(jìn)行同位素定年（內(nèi)部等時線）。石榴石石榴石石榴石高石榴石高Sm/Nd比值使其在進(jìn)行比值使其在進(jìn)行Sm-Nd等等時線定年礦物中占有非常重要的作用時線定年礦物中占有非常重要的作用l對于含有鋯石和石榴石的樣品，其礦物的l47Sm/144Nd較高，使得定年樣品間的l47Sm/144Nd的比值變化范圍可高達(dá)0.5，甚至更高。在這種情況下