13第五章同位素地球化学3讲解.ppt

2007年5月17日 第五章 同位素地球化学Part Ⅲ 5.2 放射性同位素地球化学Isotope Geochronology 5.2.1 放射性衰变定律及同位素地质年代学的基本原理 5.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定 5.2.3 Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学 5.2.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学 5.2.5 U-Th-Pb法定年及Pb同位素地球化学 5.2.6 同位素封闭温度及冷却年龄 5.2.7 同位素年代学的地质意义 5.2.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学 1. Sm和Nd地球化学 Sm和Nd是稀土元素，存在于许多矿物中，如硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐等矿物。 Nd3+半径为0.108nm Sm3+半径为0.104nm 地球上岩石和矿物的Sm/Nd比值仅变化于0.1~0.5之间 。 Sm和Nd都有7个天然同位素，丰度和半衰期如下表。 衰变方式 147Sm→143Nd +α+E 计时公式： （143Nd/ 144Nd）s= （143Nd/ 144Nd）0 +( 147Sm/ 144Nd)s(eλt－1) λ=6.54×10－12a－1 τ=1.07×1011 年 3. Sm-Nd等时线 等时线构筑方法同Rb-Sr等时线法。? 4.使用前提/条件? 5.适用范围 ①古老地质体定年，特别是前寒武纪；? ②适宜基性和超基性岩体定年；? ③变质岩原岩年代学研究。 （143Nd/ 144Nd）s= （143Nd/ 144Nd）0 +( 147Sm/ 144Nd)s(eλt－1) ①球粒陨石模式年龄 两阶段演化Nd模式年龄： T2DM=1/λln{1+[(143Nd/144Nd)SA- ((147Sm/144Nd)SA - (147Sm/144Nd)CC) (eλ t- 1) -(143Nd/144Nd)DM] / [(147Sm/144Nd) CC -(147Sm/144Nd) DM]} 注意： Nd模式年龄计算取决于壳幔演化模式； 计算前提假设：各种地壳过程中Sm-Nd同位素体系保持封闭。 用到的参数： εNd(0)—代表现今的样品对球粒陨石偏差 εNd(t)—代表t时样品与球粒陨石偏差 εNd(t)＞0，表明物质来自亏损地幔； εNd(t)＜0表示来自地壳或富集型地幔； εNd(t)=0表明物质来自球粒陨石型未分异地幔。 εSr(0)? εSr(t) 作业 εSr(0)? εSr(t) 含义及公式推导 5.2.5.1 U、Th、Pb的地球化学 1、U、Th是锕系元素，多以+4价氧化物出现； U4+（0.105nm）与Th4+（0.11nm）相近，能互相置换。少数独立矿物，多与Ca2+、Zr4+、Ti4+等离子类质同象 2、氧化条件下，U变成6+，溶于水，与Th发生分离，U/Th比值改变； 3 、U、Th大离子亲石元素，岩浆分异过程中富集于液相进入富Si矿物。中酸性岩石比基性和超基性岩石富U和Th；地壳比地幔富U、Th。 4、Pb：离子半径0.132nm，半径与Ca相近。能够以U/Th的子体或不含U、Th的独立矿物形式广泛存在。 Pb在所有岩石中呈微量；热液、变质和风化等作用造成U/Pb和Th/Pb比值变化。 5.2.5.2 U-Th-Pb法年代学 1 同位素组成及衰变常数 ①U同位素组成： 238U—99.2739%，t1/2=4.47Ga， λ238=1.55125×10－10a－1 235U—0.7024%， t1/2=0.704Ga λ235=9.8485×10－10a－1 234U—0.0057%， 238U/ 235U=137.88 ②232Th—100%， t1/2=14.01Ga， λ232=0.49475×10－10a－1 ③Pb： 204Pb（非放射性成因） 206Pb 207Pb 208Pb 2.衰变方式及产物 238U→ 206Pb+8α+6β－ 235U→ 207Pb+ 7α +4β－ 232Th→ 208Pb + 6 α +4β－ 3. 四个年龄公式（看书） T206 T207 T208 T207/206 -由T206 、T207公式联立得到 (206Pb/ 204Pb ）s=（ 206Pb/ 204Pb ）0