同位素地球化学

1、关于同位素地球化学第一张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月本章内容自然界引起同位素成分变化的原因同位素年代学稳定同位素地球化学第五章 同位素地球化学第二张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月一、自然界引起同位素成分变化的原因核素的性质 同位素分类 同位素成分变化 第三张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月1.什么叫核素? 由不同数量的质子和中子按一定结构组成各种元素的原子核称为核素，核素的质子数和中子数之和等于核素的质量数（如16O）。 具有相同质子数的核素构成元素。一种元素的核数可以有不同数量的中子，称为同位素。它们在元素周期表上占据同一位置。 任何一个核素都可以用质量数

2、A=P（质子数）+N（中子数）这三个参数来表示。 （一）核素的性质 第四张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月 (1)核素具有电荷 (2)核素具有质量 (3)核素具有丰度 (绝对丰度/相对丰度） (4)核素具有能量 (5)核素具有放射性2、核素的性质 112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn 只有一种同位素的元素：Be、F、Na、Al、P等27种。 其余大多数由2-5种同位素组成。第五张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月(二) 同位素分类放射性同位素： 其核能自发地衰变为其它核的同位素，称放射性同位素；原子序数大于83，质量数209 稳定

3、同位素：原子存在的时间大于1017年；原子序数1,反应向右进行；当1；当不存在地球化学误差时，MSWD1。 由于某些地质体同位素组成的均一性，各全岩样品中Rb/Sr比值差异不大，因而难以获得等时线。在这种情况下，可利用全岩+矿物等时线法获得年龄信息，但等时线中的所选矿物必须来自同一全岩样品。这种等时线称内部等时线，在一般情况下，所得年龄低于全岩Rb-Sr等时年龄，代表岩石中矿物的平均结晶年龄。第四十八张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月某些地质体同位素组成具均一性，各全岩样品中Rb/Sr比值差异不大，难以获得等时线。可利用全岩+矿物等时线法获得年龄信息。等时线中的所选矿物必须来自同一全

4、岩样品。所得年龄低于全岩Rb-Sr等时年龄，代表岩石中矿物的平均结晶年龄。Rb-Sr全岩等时线法主要适用于基性、中性和中酸性岩浆岩形成年龄的测定。常取得变质事件的年龄或无意义的年龄信息。Rb-Sr全岩等时线法很少用于沉积岩的年龄测定。Rb-Sr全岩等时线法第四十九张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月2. Sr同位素地球化学 1）Sr同位素与火山岩成因 (87Sr/86Sr)0比值对示踪物质来源，壳幔物质演化及壳幔相互作用等方面具有重要意义。 通过全岩Rb-Sr等时线法可获得岩石形成时(87Sr/86Sr)0，对于单个样品，若年龄t已知，实测该样品的87Sr/86Sr 和87Rb/86S

5、r比值，下式计算(87Sr/86Sr)0比值：(87Sr/86Sr)0 =87Sr/86Sr -87Rb/86Sr (et-1) 第五十张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月目前公认的玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0比值为0.698970.00003(Faure,1977)，代表地球形成时的初始比值，以BABI表示。 为了确定地壳和地幔两大体系的(87Sr/86Sr)0比值特征及其演化规律，Faure（1983)对确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的87Sr/86Sr进行统计研究，发现它们的87Sr/86Sr值变化于0.7020.706之间，其平均值为0.704，Rb/Sr

6、=0.027。 不同区域内的玄武岩在锶同位素组成上具有明显的不均一性。例如， (87Sr/86Sr)0的平均值，洋中脊玄武岩为0.70280,海岛玄武岩为0.70386，岛弧玄武岩为0.70437，大陆玄武岩为0.70577。 从大洋到大陆，87Sr/86Sr同位素比值平均值呈递增趋势。第五十一张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月2）Sr同位素与花岗岩成因 (87Sr/86Sr)0比值除了研究成岩和成矿物质来源外，还可用来划分岩石的成因类型。 花岗岩的成因类型可划分为S型和I型花岗岩，S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0大于0.706，而I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0小于0.70

7、6I型花岗岩，由火成岩原岩经部分熔融形成的，Na/K高，Al/（Na+K+2Ca)低，Ca高。S型花岗岩，由沉积岩原岩经部分熔融形成的，Na/K低，Al/（Na+K+2Ca)高。A型花岗岩，产于已稳定的褶皱带和地盾内隆起地区与断裂有关的碱性花岗岩。第五十二张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月1、 U-Th-Pb法定年 U有三种天然放射性同位素：238U(99.2739%)、235U (0.0057%)、234U(0.0057%)，238U/235U=137.88； Th只有一个同位素232Th，属天然放射性同位素， Pb有四种同位素：204Pb、206Pb、207Pb、208Pb，20

8、4Pb是非放射成因铅，而206Pb、207Pb和208Pb是放射成因铅。 238U、235U和232Th经一系列的衰变形成，反应如下： 238U206Pb+8+6 235U207Pb+7+4 232Th208Pb+6+4(五) U-Th-Pb法定年及Pb同位素地球化学第五十三张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月 根据衰变定律，并考虑样品中有初始铅的混入，有以下等式： (206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+(238U/204Pb)(e1t-1) (1) (207Pb/204Pb)=(207Pb/204Pb)0+(235U/204Pb)(e2t-1) (2) (208P

9、b/204Pb)=(208Pb/204Pb)0+(232Th/204Pb)(e3t-1) (3) 联立方程（1）和(2)式，并整理得： (207Pb/204Pb)-(207Pb/204Pb)0/(206Pb/204Pb)- (206Pb/204Pb)0=235U(e2t-1)/238U(e1t-1)=(1/137.88)(e2t-1)/(e1t-1) (4) D/DS =(D0/DS) +N/DS (et -1) 第五十四张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月方程(1)、(2)、(3)和(4)可以得到4个相互独立的年龄t, 称表面年龄。如果这些表面年龄相对差异小于10%则称为一致年龄，它

10、们的平均年龄值代表矿物的结晶年龄。大部分表现为不一致年龄，且一般为：t208t206t207 208Pb/204Pb图。NDB为北大别变质杂岩（实心方块为花岗质片麻岩类、空心方块为斜长角闪岩）；SDB为南大别变质杂岩（实心三角为超高压片麻岩类，空心三角为榴辉岩类）；黑实心圆为大别山白垩纪花岗岩类；有误差棒的大球为大别中生代花岗岩类长石铅同位素组成的平均值（张理刚等，1995）第八十六张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月第八十七张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月A cartoon showing tectonic framework and crustal structure

11、of the Dabie Mountains第八十八张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月第八十九张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月第90页/共78页第九十张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月第九十一张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月中生代花岗岩类前中生代花岗岩类南秦岭与北秦岭花岗岩类Pb同位素组成随时代的变化，反映北秦岭中生代花岗岩的岩浆源区来自于南秦岭陆壳块体A、B示南秦岭和北秦岭前中生代花岗岩类第九十二张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月第九十三张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月如果矿石铅与围岩（沉积岩或火成岩）铅的同位素组成相似或模式

12、年龄相近，对围岩是沉积岩，则矿床可能属于同生沉积矿床，对围岩是火成岩，矿床应属岩浆热液成因。如果矿石铅与成矿围岩具有明显不同的铅同位素组成，则矿质来源与围岩无关，而是由成矿热液从其它源区搬运而来。对成矿物质多来源的矿床，其矿石铅的同位素组成应是各种来源物质的混合，对此可进行两端元或多端元的混合模式计算，确定各组成端元的混合比例。 5）铅同位素对矿床成因和成矿物质来源有重要指示作用第九十四张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月有兴趣的同学，自己看。 (六) Sm-Nd法定年及Nd同位素地球化学 K-Ar法第九十五张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月(七) 14C法年轻地质体系同位素

13、年代测定14N + n 14C + 1H新产生的14C在大气层中很快被氧化成14CO2，并与大气层的CO2混合并扩散，使水圈及生物圈中都存在着宇宙辐射成因的14C。14C的产生速率主要取决于宇宙射线产生的中子数量，即宇宙的辐射强度。可以认为14C产生的速率大体上是一个常数。14C通过衰变反应消耗，两者达到平衡。这种平衡过程是相当快的，当生物死亡后，碳的交换循环作用就停止，有机体内保存的14C将随时间逐渐衰亡而减少。第九十六张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月14C 14N + 根据放射性衰变定律： 14N* = 14C(et-1 ) 也可以(P219) ： A = A0 e-t t为有

14、机死亡后经历的时间； A0为有机物活着时的14C比度（13.560.007 dpm/g, 每克碳中每分钟14C衰变的次数） A为样品现今的放射性比度； 为14C的衰变常数（1/8267年-1） 第九十七张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月什么是裂变径迹？放射性元素的核裂变碎片在矿物晶格内产生的狭窄痕迹称为裂变径迹形成机制：离子爆炸尖峰脉冲模型（Fleischer et al.,1965)长度10m左右，经氰氟酸蚀刻其直径可以扩大12倍（八）裂变径迹法年轻地质体系同位素年代测定第九十八张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月裂变径迹分为两类： （1）自发裂变径迹矿物中的铀，在其存在的历史过程中，会自发地产生裂变，裂变碎片所造成的损伤区。（2）诱发裂变径迹样品送反应堆照射，吸收中子后，其中235U产生裂变，裂变碎片所造成的损伤区。裂变径迹测定矿物： 锆石、榍石、磷灰石、火山波璃所测年龄范围：0.1100 Ma以上 第九十九张，PPT共一百零三页，创作于2022年6月裂变径迹形成机制示意图（Fleischerer et al., 1965）离子爆炸尖峰脉冲模型第一