第六讲 U-Th-Pb法.ppt

第六讲 U-Th-Pb同位素体系 内容提要 锆石欣赏 U-Th-Pb元素地球化学特征 U-Th-Pb同位素地球化学性质 U-Th-Pb同位素定年原理 Pb-Pb等时线法 锆石U-Pb法 普通Pb同位素地球化学特征 锆石定年的主要分析技术简介 锆石矿物学简介 6.2 地球化学性质(一) U和Th均属锕系元素，常为+4价，但在地球表层条件下，U呈+6价。U和Th的离子半径分别为0.97和1.05 ? ； 由于较大的离子半径和高电价，U和Th均表现为强不相容元素趋于在地壳中富集，在地幔中亏损； +4价U、Th较稳定，但+6价的U可呈UO22-溶于水而发生迁移； 地球化学性质(二) 除极少数情况下以云母铀矿(uranite)和硅酸钍矿(thorite)形式成独立矿物外，多数条件下U和Th呈分散状分布于造岩矿物中或集中于副矿物中(锆石、独居石、磷灰石、榍石)； 副矿物中，锆石(ZrSiO4)选择性富集U，而独居石([La,Ce,Th]PO4)选择性富集Th。 地球化学性质(三) Pb为易挥发亲铜元素，属中等不相容元素，其离子半径为1.32 ? ； Pb的独立矿物为方铅矿，而在硅酸盐矿物中，多与元素K形成类质同象而趋向存在于钾长石等矿物中； 通常条件下Pb性质稳定，但在高温和酸性条件下可形成氯或硫的化合物，易溶解于热液中而发生迁移。 地球化学性质(四) 6.4 U-Th-Pb同位素地球化学性质 铀由3个同位素组成： 238U=99.27% M=238.050783 235U=0.72% M=235.043923 234U=0.0055% M=234.040946 其中238U和235U经放射性衰变分别形成稳定同位素206Pb和207Pb，而234U为238U衰变的中间产物，其半衰期为246000yr. 钍由两同位素组成： 232Th?100% M=232.038050 230Th=0.0005% 其中232Th经放射性衰变形成稳定同位素208Pb，而230Th丰度极低，亦为238U衰变的中间产物，其半衰期为75200yr. Pb同位素由4个同位素组成： 204Pb 1.4% 203.973029 206Pb 24.1% 205.974449 207Pb 22.1% 206.975881 208Pb 52.4% 207.976636 其中206Pb、207Pb、208Pb为稳定同位素，分别为238U、235U、232Th放射性形成的同位素子体同位素。204Pb因无对应的放射性同位素母体，故不属于放射成因同位素。 U、Th放射性衰变参数 U-Th-Pb衰变方程 6.5 　等时线方程 U-Th-Pb等时线年龄的局限性 6.6 U-Pb体系两种变换方程及意义 对衰变方程和等时线方程分别进行变换，则： 应用条件 当样品形成时其初始Pb的量可以忽略或因较小而可以较准确地扣除时，采用方程a进行定年。这实际上为锆石U-Pb定年方程； 当样品形成时其初始Pb的含量较高时，其初始比值相对较大，采用方程b进行定年。事实上，等式b为线性方程，通过相同地质体多个样品分析，可获得一条直线，称为Pb-Pb等时线(自己推导方程)。 意义(一) 由于U、Pb的可活动性，其母/子体同位素比值有可能发生后期变化，故传统的等时线方法因体系开放而失效； 由于方程中均不需要对U/Pb的同位素比值进行测量，即去掉了等时线方程中238U/204Pb、235U/204Pb项，故在同位素分析中无须进行元素含量分析，而只要单独对元素Pb的同位素比值进行测量即可。 方程a和b中均不涉及母/子体同位素比值项，故只要U的开放发生在较近的地质时期，并不会明显的影响到定年结果(为什么？)。 意义(二) 由于U、Th地球化学特征的差异和自然界中Th/U比值的可变性，Th-Pb同位素常用作独立定年方程。 由方程本身性质确定，Pb-Pb等时线载距无明确地质意义，且若无其它条件的进一步限定，难以获得其准确的初始比值。 小结 上面的研究实例表明，由于Pb-Pb等时线定年不涉及U/Pb同位素比值，对于发生过近期部分U丢失的地质体，仍可较大程度地提高等时线定年的成功率； Pb-Pb等时线中体系封闭性保持较好的为U的放射成因Pb，Th的放射成因Pb则经常显示出不同程度的体系开放特征。 6.7 锆石U-Pb定年 6.7.1 锆石特征 高硬度（7.5）、高化学稳定性使得锆石具较强的抗风化、蚀变和变作作用影响的能力，有利于同位素体系保持相对封闭； 锆石结晶时，选择