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1、5.2 放射性同位素地球化学q5.2.1 放射性衰变定律及同位素地质年代学的基本原理q5.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定q5.2.3 Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学q5.2.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学q5.2.5 U-Th-Pb法年龄测定及Pb同位素地球化学q5.2.6 同位素封闭温度及冷却年龄q5.2.7 同位素年代学的地质意义第1页/共39页5.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定（看书自学）第2页/共39页方法认识测试方法测试样品第3页/共39页5.2.3 Rb-Sr法年龄测定 及Sr同位素地球化学第4页/共39页5.2.3.1
2、Rb和Sr的地球化学 1.Rb性质uRb是碱金属元素，离子半径为0.148nm，与K+半径相近（0.133nm）；uRb能类质同相象替代K，在含钾矿物中广泛存在uRb天然同位素：85Rb（27.834%）87Rb（72.1654%）u（85Rb/87Rb）=2.953地球、月球和大部分陨石u87Rb是放射性同位素第5页/共39页 Sr半径：0.113nmuCa2+（0.099nm）u常与Ca类质同象，赋存于含Ca矿物（斜长石、磷灰石和碳酸钙等），少数独立Sr矿物-天青石和磷锶矿2.Sr性质第6页/共39页uSr有4个稳定同位素：84Sr-0.56%86Sr-9.87%87Sr-7.04%88S
3、r-82.53%u87Sr丰度可变，u 87Rb通过衰变成87Sr，使其丰度改变。第7页/共39页5.2.3.2 Rb-Sr法年龄测定 1.定年公式：87Rb87Sr+v+ED=D0+N(et-1)D/Ds=D0/Ds+N/Ds(et-1)第8页/共39页(87Sr/86Sr)s (87Sr/86Sr)0 (87Rb/86Sr)s(et1)年龄公式：Rb-Sr法测年的基本公式简写为：第9页/共39页(87Sr/86Sr)s封闭体系内现今子体同位素比值(87Rb/86Sr)s现今放射性母体与稳定子体同位素比值是87Rb衰变常数，1.421011a1(87Sr/86Sr)0体系中子体同位素的初始值
4、。可以假定或选择富Sr贫Rb矿物（？）确定该值。2.各参数含义及确定方法第10页/共39页通过假定(87Sr/86Sr)0获得的是模式年龄，不可靠。第11页/共39页3.RbSr模式年龄测定 不同岩类样品混入的初始锶(87Sr/86Sr)0是不同的。地幔、陨石、月岩(87Sr/86Sr)0=0.6999地壳源地质体(87Sr/86Sr)0=0.7120花岗质岩石(87Sr/86Sr)0 =0.7100 第12页/共39页测得某花岗岩的样品：（87Sr/86Sr）s=2.283（87Rb/86Sr）s=558.8代入公式t=198.31Ma 例第13页/共39页对初始锶的估计是人为的、粗略的，计
5、算年龄值误差大.为了弥补对初始锶估计的缺陷，设计了RbSr等时线法。方法缺点第14页/共39页4.Rb-Sr等时线年龄原理：(87Sr/86Sr)s (87Sr/86Sr)0 (87Rb/86Sr)s(et1)(87Sr/86Sr)0难以确定，为了避免因初始锶同位素比值的估计引起的误差，设计了一组全岩样品的Rb-Sr等时线测定年龄第15页/共39页公式：(87Sr/86Sr)s(87Sr/86Sr)0 (87Rb/86Sr)s(et1)取式中y=(87Sr/86Sr)s x(87Rb/86Sr)s a=(et1)，b=(87Sr/86Sr)0 方程：y=b+ax等时线的拟合第16页/共39页第
6、17页/共39页最小二乘法拟合，R（相关系数）表示数据点的相关性；York方程双回归误差分析，等时线拟合参数（MSWD）值评价等时线质量，越小等时线质量越好。MSWD1有地球化学误差，反之，不存在。第18页/共39页1）所研究的一组样品具有同时性和同源性；2）岩石或矿物形成时Sr同位素组成在体系内是均一的，因而有着相同的87Sr/86Sr 初始比值；3）体系内化学成分均一，而Rb/Sr比值有差异；4）自结晶以来，Rb、Sr保持封闭，没有与外界发生物质交换。要求/前提第19页/共39页 样品选择含K矿物测定?一般选择全岩测定第20页/共39页注意点一组样品采集在同一母体上，才能尽可能保证是同源，
7、有一致的87Sr/86Sr初始值；样品布点的空间分布合理样品布点的空间分布合理(以免样品以免样品Rb/Sr比值接近比值接近,形成不了等时线形成不了等时线)；尽力保证样品新鲜尽力保证样品新鲜,不受后期作用影响不受后期作用影响(保持封闭体系保持封闭体系)；K含量低的样品含量低的样品(超基性岩超基性岩)不应用此法不应用此法。第21页/共39页5.工作步骤u观察 u作出采样计划:a空间分布；b新鲜程度；c肉眼目估含钾矿物含量；u采集10-15个样品(0.5-1kg)配上标本（磨制薄片），单矿物样量(0.5-1g)；u无污染加工(玛瑙研钵)；u作Rb、Sr 定量分析算出每个样Rb/Sr比值；u结合Rb/
8、Sr比值和镜下观察结果，选择无后期作用叠加的五个样品，送Rb-Sr同位素实验室；uRb-Sr等时线法样品用全岩样,为了拉开比值亦可挑选合适的单矿物与全岩样共同成线。第22页/共39页6.实例第23页/共39页第24页/共39页图5-11 景谷民乐宋家坡铜矿床蚀变和矿化英安斑岩全岩Rb-Sr等时线 第25页/共39页Rb-Sr法年龄测定87Rb87Sr+v+ED=D0+N(et-1)D/Ds=D0/Ds+N/Ds(et-1)第26页/共39页5.2.3.3 Rb-Sr同位素地球化学应用u1.测定复杂地质体(陨石、月球)的年龄u岩体基本保持封闭体系全岩样品的等时线的斜率仍能计算成岩时间；u变质作用
9、过程Sr同位素在新生变质矿物中进行了均一化,出现了一个新的变质作用初始值(87Sr/86Sr)0 第27页/共39页成岩年龄测定成岩年龄测定：采集全岩样品作等时线；变质年龄测定变质年龄测定：挑选含Rb的变质矿物作等时线第28页/共39页图5-11 景谷民乐宋家坡铜矿床蚀变和矿化英安斑岩全岩Rb-Sr等时线 第29页/共39页2.探索地壳和上地幔Sr演化第30页/共39页陨石和地球整体的Sr同位素组成地球和陨石是大致同时间由太阳星云形成，目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/8Sr)0比值为0.69897+0.00003代表地球形成时初始比值，以BABIBABI表示。第31页/共39页u现今上地
10、幔(87Sr/8Sr)0比值为0.7020.706，平均0.7037。u地幔以BABI为初始值演化到现今的比值，连接两条线，两线之间是地幔初始Sr演化范围。因为演化不可能是线性的，所以演化线为曲线更合适。u由地幔的现今初始Sr比值，地球形成年龄及BABI值，反衍地幔的Rb/Sr比值为0.027。地幔Sr同位素组成和演化第32页/共39页u大陆地壳在25亿年形成SiAl层，其现代SiAl层岩石87Sr/86Sr比值为0.7190。u连线0.719和25亿年前的大陆壳获得地壳初始Sr演化趋势。地壳Sr同位素组成及演化第33页/共39页3.成岩成矿物质来源由地壳和地幔初始锶演化图及岩体或矿床的初始锶
11、可以获得来源信息：第34页/共39页岩石Sr初始值落在大陆壳锶增长线以上或附近，表明岩石的物质主要来自陆壳；若落于玄武岩区，则物质来自上地幔；若落于地壳和地幔玄武岩增长线之间，反映物质成分是复杂的。第35页/共39页其他应用：(87Sr/8Sr)0比值划分岩石类型S型花岗岩和I花岗岩；Sr在研究大陆风化演化、环境等方面也有指示意义。第36页/共39页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第37页/共39页第38页/共39页2023/2/22第五章 同位素地球化学39感谢您的欣赏第39页/共39页