放射性同位素地球化学1.ppt

南岭常见的强过铝S-型花岗岩显微照片（引自周新民教授报告2008年） 不同壳幔端元REE组成 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； 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； +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) 除极少数情况下以沥青铀矿(uraninite，UO2)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([Ce, La,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； Pb的独立矿物为方铅矿（PbS），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。 自然界中Lu元素由两个同位素组成： 　　175Lu和176Lu， Hf元素有6个同位素： 　174Hf、176Hf、177Hf、178Hf、179Hf和180Hf。 Lu-Hf同位素体系存在176Lu母体衰变成176Hf子体的放射性衰变关系： 球粒陨石均一岩浆库(CHUR)Lu-Hf同位素定值 (176Hf/177Hf)p =0.282772 ? 0.0000029 (176Hf/177Hf)i =0.279742 ? 0.0000029 (176Lu/177Hf)p =0.0332 ? 0.0002 176Lu的衰变常数?为1.93?10-11，176Lu的半衰期T1/2 = 35.9 Ga； 在地壳岩石中，Lu、Hf元素的平均含量与典型的HREE相当，分别约为10-7和10-6数量级， 176Hf/177Hf同位素比值多变化于0.28?0.29之间。 由于Lu和Sm同为REE元素，Lu-Hf与Sm-Nd形成独特的同位素体系配对：在原始岩浆事件中，如地幔中熔体的抽取作用，两同位素体系行为类似，形成Hf与Nd同位素组成之间的正相关性。 Nd-Hf同位素相关性： ?Hf?2?Nd 地壳不同物质在147Sm/144Nd相近条件下，其176Lu/177Hf比值的明显变化 但与Sm-Nd同位素体系中Sm、Nd同属REE元素不同，Hf属高场强元素，因而Lu和Hf之间的地球化学性质存在显著差异。尤其值得指出，在地壳岩石的变质和岩浆作用过程中，如麻粒岩相变质作用和地壳深熔作用，Lu趋于进入石榴石矿物相中，在地壳熔融作用后居于耐熔残余相，而Hf大部分进入锆石矿物相。 随时间演化，Lu-Hf元素的这种行为差异将导致Lu-Hf与Sm-Nd同位素体系之间的脱偶：在下地壳导致176Hf/177Hf相对143Nd/144Nd偏高。因而，两同位素体系间的两种不同关系将对认识壳幔分异和地壳增生提供重要的约束。 Re由185Re和187Re两个同位素组成，其中187Re经?衰变后，成为铂族元素的187Os同位素； Os有7个同位素，分别为：184Os, 186Os, 187Os, 188Os, 189Os, 190Os和192Os Os同位素比值最初(Hirt et al., 1961)表示为187Os/186Os (相对192Os/188Os =3.08271的标准化值)； 但186Os可为190Pt经?衰变的产物。虽然190Pt仅占Pt元素6个同位素中的约1%，且半衰期高达约880Ga，但随分析样品类型的增加和分析精度的提高， 186Os变化对187Os/186Os的影响得到不同程度的显现，故越来越多的实验室改用 187Os/188Os来表达Os同位素组成。 两种比值间的换算： 　 187Os/188Os＝0.12035? 187Os/186Os Re-Os等时线定年方法 因Re、Os元素相容性差异明显，使得自然界中Re/Os比值变化巨大，如地幔岩石为0.1的数量级，而地壳岩石为100的数量级，两类岩石的187Os/188Os比值大小分别为约0.12和1.1-1.3。因而在理论上适于用作同位素定年，但因Os在大多数矿物中含量太低，成功进行Re-Os同位素定年的成果不多，主要限于地幔橄榄岩、铁质陨石、铂族元素矿床、科马提质超基性岩等。 中－新生代海水Os同位素演化 辉钼矿(molybdenite)定年法 辉钼矿为高Re低Os矿物，其Os元素基本来自187Re的衰变，而矿物形成时势初始187Os/188Os?0，故其模式年龄可变为： 　　T=(1/?)In(1+187Os/187Re) 该方程实际上亦为直线方程，因此可通过对多样品的分析获得等时线年龄 Lu是