Rb-Sr同位素年代学含作业.ppt

5. RbSr同位素年代学 5.1 Rb和Sr的地球化学 Rb是一个碱金属元素，其离子半径(1.48）与K+的离子半 径（1.33）相近，所以Rb+能够在所有含K矿物中置换K+。 Rb是一个分散元素，它不形成独立的矿物，但在一般含K 矿物如云母、钾长石、某些粘土矿物和蒸发盐中都有一定 量的Rb存在。 Rb有27个同位素，其中两个是天然存在的同 位素85Rb和87Rb，其现代同位素丰度分别为 85Rb 72.1654% 87Rb 27.8346%（Faure, 1986）， 85Rb/87Rb比值在地球、月球和大部分陨石中 为常数2.593(Catanzaro et al., 1969), 这是因 为太阳系星云同位素均匀化的缘故。 87Rb是放射性同位素，它通过发射一个-粒 子而衰变为87Sr， 即 87Rb87Sr-Q， 半衰期为4.881010年（Steiger Obradovich 1988)； 而另一些年代学家强调经过挑选的海绿石Rb Sr定年是可靠的（Odin， 1982）。 图 Ohio和Indiana下志留系Brassfield组海相碳酸盐中海绿 石Rb-Sr等时线，其年龄小于该组地层年龄，初始Sr同位 素组成与方解石脉的一致，海绿石的Sr同位素可能已与地 下水Sr同位素平衡 图 得克萨斯Llano隆起晚寒武纪Riley组砂岩中重结晶海绿 石RbSr等时线，年龄42917Ma小于估计沉积年龄 515Ma，说明重结晶的海绿石的RbSr等时线年龄记录了 沉积后成岩作用重结晶的年龄（Morton 86Sr/88Sr=0.1194, 84Sr/88Sr =0.006756; 原子质量: 88Sr=87.9056 amu, 87Sr=86.9088 amu, 86Sr=85.9092 amu, 84Sr=83.9134 amu; 85Rb/87Rb = 2.59265, 原子量Rb=85.46776. 测得一花岗岩中三种矿物的数据如下: Rb, ppm Sr, ppm 87Sr/86Sr 白云母238.4 1.80 1.4125 黑云母 1080.9 12.8 1.1400 钾长石121.9 75.5 0.7502 假定初始87Sr/86Sr = 0.704，计算三个矿物的模式年龄. 为什么这些模式年龄不一致? 把三个矿物的数据投到等时线图上，计算最小二乘法计算 等时线的斜率和截距，并从斜率计算年龄. 思考题： 1、等时线年龄与模式年龄有什么差别？等时 线定年有哪些优势？ 2、等时线定年需要满足哪些前提条件？ 混合线 设1和2两个端元的87Sr/86Sr 和 87Rb/86Sr 不同，两个端 元混合后的87Sr/86Sr可以写为： 记 f =(86Sr)1/(86Sr)1+ (86Sr)2，Y=87Sr/86Sr，则上式为： Ymixture=Y1f + Y2 (1 - f) 类似地，记 X = 87Rb/86Sr可以写出以下方程： Xmixture= X1f + X2 (1-f) 以上两式消去f, 得： Ymixture=Y1f + Y2 (1 - f) 在(X，Y)图上，这是一条通过(X1，Y1)和(X2，Y2)两点 的直线方程，其斜率为(Y1- Y2)/(X1 -X2)，它与(et -1) 无关，即与年龄无关。 （注意以上方程与同位素稀释法相同。） 混合作用是一种非常普遍的地质现象，例如：岩浆侵位 时同化围岩；沉积岩总是碎屑组分和化学沉积组分的混 合物，等等。 当混合作用发生时，同时发生同位素均一化作用，则混 合作用不影响等时线定年，就像没有混合作用一样，但 混合作用有可能由等时线初始比值探测出来。 当两个端元混合时没有达到同位素均一化，如混合温度 较低（例如沉积作用），或降温太快（例如火山喷发） ，就产生混合线。 混合作用的探测 ： RM、R1、R2代表混合物和两个端元的同位素比值 新式中比较原式中f =(86Sr)1/(86Sr)1+ (86Sr)2 不同端元组分86Sr丰度变化很小的话，上述两个f实质相等 该式中m1 、C1分别是端元组分1的质量和元素浓度； m、CM分别是混合物的质量和元素浓度 RM=R1f + R2 (1 - f) 将混合方程 Ymixture=Y1f + Y2 (1 - f) 改写为： RM=R1f + R2 (1 - f) 得： 即： 把 代入 若设m1/m=；则 另外，混合物中元素的浓度可以写为： CM= C1+ C2 (1-) 或 跟上式连立消去并化简得： 其中=m1/m A、B是由R1、R2 、C1 、C2构成的常数，故上式在 R1和（1/ CM）坐标系中为一直线。即某体系的一 元素的同位素比值与该元素浓度的倒数成直线关系 的话，该体系是两元混合而成。 见下页 此式中 据Lancelot and Allegre (1974)，东非火成碳酸岩的Pb 同位素在（207Pb/ 204Pb，206Pb/ 204Pb）图中构成一直 线，对应年龄为1300Ma，但实际上是