Lu-Hf与Re-Os法.ppt

第五讲 Lu-Hf和Re-Os同位素体系简介 Part A Lu-Hf同位素体系 内容提要 Lu、Hf元素地球化学特征 Lu-Hf同位素地球化学特征 Lu-Hf同位素定年原理； ?Hf与模式年龄 Hf同位素示踪研究与意义 5.1 Lu、Hf元素地球化学特征 Lu是REE中质量数最大的元素，具有+3价离子电价，离子半径为0.95 ?； Hf元素与元素Ti、Zr同属第IV副族元素。Zr、Hf具有相似的地球化学性质； Lu、Hf元素地球化学特征 Lu、Hf元素地球化学特征 5.2 Lu-Hf同位素地球化学特征 Lu-Hf同位素地球化学特征 Hf有6个同位素(质量数、原子量amu、丰度%)： 174Hf 173.940040 0.16 176Hf 175.941402 5.26 177Hf 176.943220 18.60 178Hf 177.943698 27.28 179Hf 178.945815 13.62 180Hf 179.946549 35.08 其中176Hf为176Lu放射衰变子体：由Lu直接衰变形成的子体 176Hf 为激发态，需经释放出?能量后变成稳定基态。 5.3 Lu-Hf同位素衰变方程 176Lu母体衰变成176Hf子体的放射性衰变关系： Lu-Hf放射体系特征 176Lu的衰变常数?为1.93?10-11 yr-1。176Lu的半衰期T1/2(35.9Ga)较Sm-Nd和Rb-Sr同位素体系中的147Sm和87Rb的半衰期(分别为106Ga和49.9Ga)要短，这一特征既保证了母体同位素176Lu 在现今太阳系中仍然存在，又能使子体同位素176Hf在地质历史上产生足够明显的变化(是143Nd增长速度的3倍)。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。 Lu-Hf体系地球化学特征 除地质事件定年外，Lu-Hf同位素体系在地质研究中的潜在领域有星体增生过程、地核形成和地幔的化学演化等。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。 不同时代地壳岩石的Nd-Hf同位素具正相关性：?Hf?2?Nd 5.4 Lu-Hf同位素体系的特殊性 与Sm-Nd同位素体系中Sm、Nd同属REE元素不同，Hf属IVB高场强元素，因而Lu和Hf之间其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，在地壳熔融作用时趋于保留在耐熔残余相中，而Hf大部分进入锆石矿物相。导致两元素间的相对分离。 不同沉积物质在147Sm/144Nd相近条件下，其176Lu/177Hf比值其存在明显差异。问题：为什么随沉积物的变化会发生Lu/Hf比值的相应变化？ (Hf?Zr) Lu-Hf同位素体系的特殊性 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历史提供重要的约束。 5.5 测试技术：从TIMS到MC－ICPMS MC-ICP-MS： 多接收器双偶合等离子体质谱 (multiplr-collector inductively-coupled plasma mass spectrometer)以等离子体作为离子源，可对整个质量范围内的元素进行电离，大大提高了电离效率，并保持了传统质谱的优点，即磁分离器和多接收系统。应用MC-ICP-MS不仅提高了分析数据的内部、外部精度，且较TIMS减少了样品分析用量。MC-ICP-MS仪器本身可比TIMS和HOT-SIMS分析耗时缩短约10倍，但使其具有真正意义上的地学应用价值的还得益于样品化学制备流程的显著改进。 5.6 Lu-Hf等时线年龄应用 陨石等时线说明 Lu-Hf等时线定年经典范例：阿尔卑斯造山带榴辉岩Lu-Hf法年龄及其动力学意义 1984年在阿尔卑斯造山带意大利西部Dora Maira地区发现了含柯石英的石英岩类，显示出在造山带形成过程中，这些岩石曾埋于约100km的深度，这一发现引起了人们对阿尔卑斯造山过程的重新思考。 尽管溶样过程未采用加压溶样弹，可能有部分耐溶液