第6章 同位素地球化学ppt课件

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1、2020/10/25,第五章 同位素地球化学,1,第6章 同位素地球化学 Part ,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,2,6.2 放射性同位素地球化学,6.2.1 放射性衰变定律及同位素地质年代学原理 6.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定 6.2.3 Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学 6.2.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学 6.2.5 U-Th-Pb法年龄测定及Pb同位素地球化学 6.2.6 同位素封闭温度及冷却年龄 6.2.7 同位素地质年代学地质意义,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,3,6.2.2 K-Ar法及40Ar-39

2、Ar法年龄测定,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,4,6.2.2.1 K-Ar法年龄测定,1. 自然界中K-Ar同位素 2. K-Ar年龄测定的原理和计算公式 3. 岩石和矿物中的外来Ar和Ar丢失 4. K-Ar等时线年龄 5. K-Ar定年实例,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,5,1. 自然界中K/Ar同位素, K的同位素组成 K的3个天然同位素及其丰度： 39K93.2581% 40K0.01167%-放射性 41K6.7302% 由此计算K原子量为39.0983,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,6, Ar的同位素组成,Ar是惰性气体元素，原子量为

3、39.948。 Ar在大气中的质量分数为0.93%。 地球大气Ar同位素组成及丰度为： 40Ar99.60% 38Ar0.063% 36Ar0.337% 大气Ar的n（40Ar）/ n（36Ar）=295.52,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,7,2 K-Ar年龄测定的原理和计算公式, 40K的衰变方式和衰变常数 K-Ar年龄的计算公式和应用基本前提 K-Ar年龄的含义 样品选择,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,8,40K的衰变方式和衰变常数,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,9,4019K + e4018Ar+ Q 衰变常数e表示 4019K4020C

4、a+（中微子）+Q 衰变常数为表示 总衰变常数= e + =5.5431010a1, 40K的衰变方式和衰变常数,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,10, K-Ar年龄计算公式和应用前提,1）体系中氩增长公式,公式中参数含义,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,11,测试样品需要两份： 一份用于测定K 另一份用于测定40Ar,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,12,2）使用条件/前提,封闭体系 放射性40Ar（ 40Ar* ）在体系中没有丢失，形成时或其他地质事件中没有外来40Ar的加入。,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,13,1）Ar特性： A

5、r是惰性体，在矿物晶格中不与其它原子替代，在变质、蚀变、风化甚至是机械碎样等都能导致矿物中氩的丢失。 如果氩丢失将导致测定的年龄比实际年轻； 若有过剩氩或大气氩混入则导致测试年龄比实际大。, K-Ar年龄的含义,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,14,K-Ar法测试的年龄一般是最后一次地质事件（变质作用、岩浆结晶等）冷却到氩的扩散丢失不明显的温度以来所经历的时间。,2）K-Ar年龄含义,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,15,考虑因素： 晶质结构岩石； 矿物含钾； 矿物封闭温度（矿物结晶温度或顺序）, 样品选择,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,16,深成岩

6、或变质岩中依次： 角闪石、黑云母、白云母、高温碱性长石等； 沉积岩：自生海绿石和伊利石； 新鲜的粗面岩、玄武岩和辉绿岩也可以给出有地质意义的年龄。 如果样品中的矿物无法分离，采用全岩，该样品测定的年龄最不可靠。,常用的K-Ar定年矿物,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,17,3. 岩石和矿物中的外来40Ar和40Ar丢失, 40Ar丢失 Ar的丢失和过剩是常见的影响K-Ar体系定年的问题。其中Ar丢失是更是经常遇到的难题。任何地质作用和简单的机械作用都能造成其丢失。 各种矿物对Ar的保存或封闭能力是不同的，即受热能力有差别。,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,18,矿物

7、对Ar的保存能力,角石闪对Ar的保存能力最强； 黑云母次之； 钾长石最差。 角闪石中Ar在800不丢失，黑云母/白云母600 ，长石400 （有效封闭温度）。,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,19,何谓40Ar过剩？ 可能原因： 常见含过剩40Ar的矿物：堇青石、辉石、电气石，金刚石和海底玄武岩中也发现有过剩氩。 而角闪石、长石、金云母、黑云母和方钠石中较少含过剩氩。, 40Ar过剩,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,20,过剩40Ar对年龄影响：过剩氩存在会造成样品测年偏大。 过剩氩解决途径氩-氩等时线法,4. 40K-40Ar等时线,体系氩增长公式：,等式左右同除

8、以36Ar得：,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,22,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,23,一组样品可以求出斜率b 由b可以求出样品的形成年龄t,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,24,5. K-Ar定年实例,闪长岩K-Ar定年 测试蚀变闪长岩 : 样品中元素及同位素比值 w（K）/102： 1.75 w（40Ar）/ 10-10mol/g ：3.226 根据公式计算成岩年龄 103.3+2.4Ma,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,25,6.2.2.2 40Ar-39Ar 法年龄测定,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,26,1.

9、 40Ar-39Ar法年龄的基本原理及全氩释放年龄, 原理 含钾矿物中的39K在原子核反应堆中受快中子辐照转化为39Ar，公式为： 39K+n（中子） 39Ar+p（质子）,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,27,39Ar的产量为 39Ar= 39Kt e最小e最大eede t辐照时间 e为能量为e的中子的通量密度； e为受能量为e的中子所辐照的截面积。, 40Ar-39Ar定年公式,放射性氩计时公式,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,29,同除以39Ar的产量公式,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,30,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,31,

10、2020/10/25,第五章 同位素地球化学,32,对于标样和待测样品J是相同的,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,33,： t=1/ lnJ（ 40Ar*/ 39Ar ）+1 也称全氩释放年龄,待测样品年龄t：,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,34, 方法优点,将Ar绝对量测定转化为同位素比值测定； 减少了K-Ar法测定中所需两份样品不均一性造成的误差,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,35,2. 分步升温释氩法逐级加热法,40Ar-39Ar将样品的39K原位转化为39Ar，因而有可能将不同的部分的Ar分阶段释放，并获得每阶段的年龄信息。 在遭受扰动的样

11、品中，边缘部分Ar最容易扩散丢失，在较低的温度下就释放Ar；而Ar保存较牢固的部分，在高温下才可能将Ar释放出来。采用阶段升温技术，可以获得样品受扰动状况。 获得结果采用40Ar-39Ar年龄谱和40Ar-39Ar等时线,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,36,2 分步升温释氩法逐级加热法, 40Ar-39Ar坪年龄（反映Ar丢失情况） 40Ar-39Ar等时线年龄（反映过剩氩特点）,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,37,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,38,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,39,2020/10/25,第五章 同位素地球化学

12、,42,图5.6 云南景谷宋家坡铜矿床钾硅化英安斑岩全岩40Ar/39Ar 年龄谱,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,43,图5.7 云南景谷宋家坡铜矿床钾硅化英安斑岩全岩40Ar-39Ar 等时线,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,44,图5.8 云南金满铜矿床石英的40Ar-39Ar年龄谱和40Ar/36Ar- 39Ar/36Ar等时线年龄,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,45,图5.9 云南水泄铜（钴）矿床石英的40Ar-39Ar年龄谱和40Ar/36Ar- 39Ar/36Ar等时线年龄,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,46,3、 40

13、Ar-39Ar年龄的基本条件, 3个以上的坪年龄在误差范围内一致； 3个以上的年龄坪的39Ar的析出量坪年龄大于50； 40Ar /36Ar 比值（尼尔值）等于295.5。,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,47,6.2.3 Rb-Sr法年龄测定 及Sr同位素地球化学,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,48,6.2.3.1 Rb和Sr地球化学,1. Rb性质 Rb是碱金属元素，离子半径为0.148nm，与K+半径相近（0.133nm）； Rb能类质同相象替代K，在含钾矿物中广泛存在 Rb天然同位素：85Rb （27.85%） 87Rb （72.15% ） （85Rb/8

14、7Rb）=2.953地球、月球和大部分陨石 87Rb是放射性同位素,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,49,Sr半径：0.113nm Ca2+（0.099nm） 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,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,50,Sr有4个稳定同位素： 84Sr- 0.56% 86Sr- 9.87% 87Sr- 7.04% 88Sr- 82.53% 87Sr丰度可变，其它原子数不变（宇宙成因） 87Rb通过衰变成87Sr，使其丰度改变。,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,5

15、1,6.2.3.2 Rb-Sr法年龄测定,1. 定年公式： 87Rb87Sr+v+E,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,52,年龄公式： Rb-Sr法测年的基本公式,(87Sr/ 86Sr) s封闭体系内现今子体同位素比值 (87Rb/ 86Sr) s现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。可以假定或选择富Sr贫Rb矿物的确定该值。 通过假定(87Sr/ 86Sr)0获得的是模式年龄，不可靠。,2.各参数含义及确定方法,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,54,3 RbSr模式年龄测定

16、,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 =0.7100,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,55,测某花岗岩样品 （87Sr/86Sr）s=2.283 （87Rb/86Sr）s=558.8 求花岗岩的形成年龄t 代入公式t=198.31Ma,举 例,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,56,对初始锶的估计是人为的、粗略的，计算年龄值误差大. 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,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,57,4. Rb-Sr等时线年龄,原理/假设： (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。,2020/10/25,第五章 同位素地球化学,58,1）所研究的一组样品具有同时性和同源性 2）岩石或矿