中国地质大学 春地球化学 PPT课件
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1) 目前国际上采用的CHUR参考值为:143Nd/144Nd=0.512638; 147Sm/144Nd=0.1967
计算出地球形成时的l43 Nd/144 Nd初始比值为0 506633。
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
第10页/共41页
中第国五地章质第大3节学S(m北-N京d 同)位素
模式年龄(Model Dates Based on
CHUR)
143 Nd 0
143 Nd t
147 Sm 0
144
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
+
144
Nd
CHUR
et 1
CHUR Model
中国地质大学(北京)
143 Nd t
143 Nd 0
147Sm 0
144
中国地质大学(北京)
实例
Whole-rock Sm-Nd geochronology on Late-Archaean Lewisian complex of Northwestern Scotland
第16页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
第17页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
• Sm-Nd法用来测定因Rb/Sr值低或对Rb-Sr不再封闭的岩石年龄;
中国地质大学(北京)
第13页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
三、低变质相火山岩定年
1.Sm-Nd同位素系统的封闭性在低变质作用过程中不易被改变; 2.矿物及岩石的Sm-Nd同位素系统的封闭温度较高(相对于Rb-Sr而言); 3.最早的Sm-Nd定年研究主要集中于太古宙火山岩的结晶年龄的测定。
二、Sm-Nd定年学原理
Sm-Nd定年国际标样
1. BCR-1: A powdered sample of Columbia River Basalts (UGS)
2. LaJolla Nd: Nd2O3 (Lugmair and Carlson,1978) 3. J&M 321: high-purity Nd2O3 reagent (Jognson
sandstone, limestone)的Sm/Nd比值小于镁质火山岩
(tholeiite, basalt, grabbro, ultramafic rocks)的
Sm/Nd比值;
中国地质大学(北京)
第4页/共41页Βιβλιοθήκη 第五章第3节Sm-Nd 同位素
中第国五地章质第大3节学S(m北-N京d 同)位素
4. 磷酸盐矿物(phosphate minerals)(例如:apatite 和 monazite)、碳酸盐岩(carbonatites)的Sm, Nd含量较高, 但Sm/Nd比值小于0.32;
5. 石榴石(garnet)具有较高的Sm/Nd比值0.54,但其含量 不高:Sm(1.17ppm), Nd(2.17ppm);
Sm
143 60
Nd+24He+E
T1/2 1.061011 y
Ln2 1.06 1011
6.54 1012
y 1
参考: Begemann et al., 2001, Call for an improved set of decay constants for geochronological use, Geochim. Cosmochim. Acta, 65:111-121
中国地质大学(北京)
whole-rock isochron ages the age of the magmatic protolith
mineral isochron ages the metamorphic age at an early stage
第18页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm-Nd geochronology of the Guichicovi metamorphic basement near the western edge of the Maya terrane in southern Mexico
中国地质大学(北京)
第19页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
第8页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
143Nd/144Nd测定值的影响因素:
1)The proper calibration of spike solutions used to determine concentrations of Nd and Sm by isotope dilution;
中国地质大学(北京)
第14页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm-Nd等时线法的优点
• 147Sm、143Nd这对母子体同位素同属稀土元素,具有十分 相似的地球化学性质,使得放射性成因的子体143Nd形成后 很自然地继承母体在晶格中的位置,而不会逃逸。
• 各种地质作用都很难使Sm和Nd 发生分离和迁移,因而 Sm-Nd体系一般较易保持封闭。
143 144
Nd Nd
0
R
143 144
Nd Nd
0
CHUR
中国地质大学(北京)
第23页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中第国五地章质第大3节学S(m北-N京d 同)位素
et
1
(143 Nd /144 (147 Sm /144
Nd )0R Nd )0R
(143 Nd (147 Sm
and Mathey) 4. JNdi-1: Nd2O3 (Tanaka, et al., 2000)
第11页/共41页
二、Sm-Nd定年学原理
Sm-Nd定年国际标样参考值 校正参考值: 146Nd/144Nd=0.7219 JNdi-1: 143Nd/144Nd=0.512115±0.000007 (N=133); LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511858±0.000007 (N=145); BCR-1:143Nd/144Nd=0.512650±0.000040; J&M 321: 143Nd/144Nd=0.511137±0.000008 (N=12); 文献中的统计: LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511848±0.00005; BCR-1: 143Nd/144Nd=0.512642±0.000006;
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
-
144
Nd
CHUR
et 1
CHUR在 t时刻的143Nd/144Nd的值
第20页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
模式年龄(Model Dates Based on CHUR)
CHUR Model can be used to date rock of the continental crust by determining the time at which the Nd they contain seperated from the “chondritic reservoir”.(假定地壳岩石的 Sm/Nd比值变化只发生在从CHUR源区分离的时刻,其后 Sm/Nd比值保持不变,则地壳岩石在一个时间为t的 (143Nd/144Nd)0值就是CHUR源区在时间为t的演化值。)
Lu: Z=71, R=0.93Å
2. REEs 在不同矿物中的行为是不同的;
例如:长石(feldspar),黑云母(biotite)和磷灰石 (apatite) 富集轻稀土;而辉石(pyroxenes),角闪石 (amphiboles)和石榴石(garnet)富集重稀土;
矿物对稀土的选择性吸收,决定了其组成岩石的稀土元
素含量及模式。
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第3页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm,Nd地球化学行为
1. Sm,Nd在太阳系中的丰度
Nd: 8.729×10-1/106 Si
Sm: 2.582×10-1/106 Si
Sm/Nd: 0.31
2. 大陆地壳岩石(granite, granulite, shale, graywacke,
0
R
et 1
143 Nd t
143 Nd 0
147Sm 0
144
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
-
144
Nd
CHUR
et 1
中国地质大学(北京)
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
et
1
147 144
Sm Nd
0
R
147 144
Sm Nd
0
CHUR
• 研究表明:如果体系中没有流体参与,角闪岩相甚至麻 粒岩相变质作用的岩石,仍能使Sm-Nd同位素系统保持封 闭,从而能获得较正确的变质岩原岩的年龄信息。
•由于147Sm的衰变常数较小,因此Sm-Nd法通常适合对古
老岩石的定年(>10亿年)。
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
第15页/共41页
第5页/共41页
Sm,Nd地球化学行为
3. Nd is preferentially concentrated in the liquid phase during partial melting of silicate minerals, whereas Sm remains in the residual solids (解释大陆地壳低的 Sm/Nd比值);
中国地质大学(北京)
Sm (Z=62)
Nd (Z=60) 稀土元素(REE)
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm,Nd同位素组成
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
第2页/共41页
一、REE的行为
1. REE 的离子半径(Radii) 随着原子数的增加而减小;
La: Z=57, R=1.15 Å
/144 /144
Nd
)0 CHUR
Nd
)0 CHUR
t
1
(143 Nd /144
ln
(147
Sm
/144
Nd )0R Nd )0R
(143 Nd /144 (147 Sm /144
假如岩石在t时刻从CHUR储源库中分离出来, 那么有以下公式:
中国地质大学(北京)
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
模式年龄(Model Dates Based on CHUR)
143 144
Nd Nd
t
R
=
143 144
Nd Nd
0
R
-
147 Sm 144 Nd
2)Corrections for interfering isobaric ions in the mass spectra of Sm and Nd;
3)The form of the isotope fractionation law used to correct for mass-dependent fractionation in the mass spectrometer, and
4)The numerial value of the isotope ratio chosen for
中国地质大学(北京) this purpose.
第9页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
现今球粒陨石质均一储库(Chrondritic uniform reservoir) (CHUR):指用球粒陨石的Sm/Nd和143Nd/144Nd比值代表未经化学 分异的原始地幔的初始比值;
6. 钾长石(K-feldspar),黑云母(biotite), 角闪石
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
( a m p h i b o l e ) , 单 斜 辉 石第(6c页l/i共n4o1页p h y r o x e n e ) 具 有 较 低
二、Sm-Nd定年学原理
147 62
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm-Nd定年学原理
143 Nd 144 Nd
143 Nd 144 Nd
0
147 144
Sm Nd
(et
1)
其中:
147 144
Sm Nd
Sm Nd
c
at.wt.Nd at.wt.Sm
Ab147Sm Ab144 Nd
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第12页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
• Sm-Nd方法适合基性、超基性火成岩定年;Rb-Sr法更适合于酸性、中酸性火成 岩定年;
• REE在变质作用、热液作用和化学风化作用中比Rb、Sr要稳定的多,因而对那 些已发生Rb、Sr迁移的岩石仍能用Sm-Nd法定年;
计算出地球形成时的l43 Nd/144 Nd初始比值为0 506633。
第五章第3节Sm-Nd 同位素
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第10页/共41页
中第国五地章质第大3节学S(m北-N京d 同)位素
模式年龄(Model Dates Based on
CHUR)
143 Nd 0
143 Nd t
147 Sm 0
144
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
+
144
Nd
CHUR
et 1
CHUR Model
中国地质大学(北京)
143 Nd t
143 Nd 0
147Sm 0
144
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实例
Whole-rock Sm-Nd geochronology on Late-Archaean Lewisian complex of Northwestern Scotland
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
• Sm-Nd法用来测定因Rb/Sr值低或对Rb-Sr不再封闭的岩石年龄;
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第13页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
三、低变质相火山岩定年
1.Sm-Nd同位素系统的封闭性在低变质作用过程中不易被改变; 2.矿物及岩石的Sm-Nd同位素系统的封闭温度较高(相对于Rb-Sr而言); 3.最早的Sm-Nd定年研究主要集中于太古宙火山岩的结晶年龄的测定。
二、Sm-Nd定年学原理
Sm-Nd定年国际标样
1. BCR-1: A powdered sample of Columbia River Basalts (UGS)
2. LaJolla Nd: Nd2O3 (Lugmair and Carlson,1978) 3. J&M 321: high-purity Nd2O3 reagent (Jognson
sandstone, limestone)的Sm/Nd比值小于镁质火山岩
(tholeiite, basalt, grabbro, ultramafic rocks)的
Sm/Nd比值;
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中第国五地章质第大3节学S(m北-N京d 同)位素
4. 磷酸盐矿物(phosphate minerals)(例如:apatite 和 monazite)、碳酸盐岩(carbonatites)的Sm, Nd含量较高, 但Sm/Nd比值小于0.32;
5. 石榴石(garnet)具有较高的Sm/Nd比值0.54,但其含量 不高:Sm(1.17ppm), Nd(2.17ppm);
Sm
143 60
Nd+24He+E
T1/2 1.061011 y
Ln2 1.06 1011
6.54 1012
y 1
参考: Begemann et al., 2001, Call for an improved set of decay constants for geochronological use, Geochim. Cosmochim. Acta, 65:111-121
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whole-rock isochron ages the age of the magmatic protolith
mineral isochron ages the metamorphic age at an early stage
第18页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm-Nd geochronology of the Guichicovi metamorphic basement near the western edge of the Maya terrane in southern Mexico
中国地质大学(北京)
第19页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
中国地质大学(北京)
第8页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
143Nd/144Nd测定值的影响因素:
1)The proper calibration of spike solutions used to determine concentrations of Nd and Sm by isotope dilution;
中国地质大学(北京)
第14页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm-Nd等时线法的优点
• 147Sm、143Nd这对母子体同位素同属稀土元素,具有十分 相似的地球化学性质,使得放射性成因的子体143Nd形成后 很自然地继承母体在晶格中的位置,而不会逃逸。
• 各种地质作用都很难使Sm和Nd 发生分离和迁移,因而 Sm-Nd体系一般较易保持封闭。
143 144
Nd Nd
0
R
143 144
Nd Nd
0
CHUR
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
中第国五地章质第大3节学S(m北-N京d 同)位素
et
1
(143 Nd /144 (147 Sm /144
Nd )0R Nd )0R
(143 Nd (147 Sm
and Mathey) 4. JNdi-1: Nd2O3 (Tanaka, et al., 2000)
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二、Sm-Nd定年学原理
Sm-Nd定年国际标样参考值 校正参考值: 146Nd/144Nd=0.7219 JNdi-1: 143Nd/144Nd=0.512115±0.000007 (N=133); LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511858±0.000007 (N=145); BCR-1:143Nd/144Nd=0.512650±0.000040; J&M 321: 143Nd/144Nd=0.511137±0.000008 (N=12); 文献中的统计: LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511848±0.00005; BCR-1: 143Nd/144Nd=0.512642±0.000006;
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
-
144
Nd
CHUR
et 1
CHUR在 t时刻的143Nd/144Nd的值
第20页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
模式年龄(Model Dates Based on CHUR)
CHUR Model can be used to date rock of the continental crust by determining the time at which the Nd they contain seperated from the “chondritic reservoir”.(假定地壳岩石的 Sm/Nd比值变化只发生在从CHUR源区分离的时刻,其后 Sm/Nd比值保持不变,则地壳岩石在一个时间为t的 (143Nd/144Nd)0值就是CHUR源区在时间为t的演化值。)
Lu: Z=71, R=0.93Å
2. REEs 在不同矿物中的行为是不同的;
例如:长石(feldspar),黑云母(biotite)和磷灰石 (apatite) 富集轻稀土;而辉石(pyroxenes),角闪石 (amphiboles)和石榴石(garnet)富集重稀土;
矿物对稀土的选择性吸收,决定了其组成岩石的稀土元
素含量及模式。
中国地质大学(北京)
第3页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm,Nd地球化学行为
1. Sm,Nd在太阳系中的丰度
Nd: 8.729×10-1/106 Si
Sm: 2.582×10-1/106 Si
Sm/Nd: 0.31
2. 大陆地壳岩石(granite, granulite, shale, graywacke,
0
R
et 1
143 Nd t
143 Nd 0
147Sm 0
144
Nd
CHUR
=
144
Nd
CHUR
-
144
Nd
CHUR
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
et
1
147 144
Sm Nd
0
R
147 144
Sm Nd
0
CHUR
• 研究表明:如果体系中没有流体参与,角闪岩相甚至麻 粒岩相变质作用的岩石,仍能使Sm-Nd同位素系统保持封 闭,从而能获得较正确的变质岩原岩的年龄信息。
•由于147Sm的衰变常数较小,因此Sm-Nd法通常适合对古
老岩石的定年(>10亿年)。
第五章第3节Sm-Nd 同位素
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第15页/共41页
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Sm,Nd地球化学行为
3. Nd is preferentially concentrated in the liquid phase during partial melting of silicate minerals, whereas Sm remains in the residual solids (解释大陆地壳低的 Sm/Nd比值);
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Sm (Z=62)
Nd (Z=60) 稀土元素(REE)
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Sm,Nd同位素组成
第五章第3节Sm-Nd 同位素
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一、REE的行为
1. REE 的离子半径(Radii) 随着原子数的增加而减小;
La: Z=57, R=1.15 Å
/144 /144
Nd
)0 CHUR
Nd
)0 CHUR
t
1
(143 Nd /144
ln
(147
Sm
/144
Nd )0R Nd )0R
(143 Nd /144 (147 Sm /144
假如岩石在t时刻从CHUR储源库中分离出来, 那么有以下公式:
中国地质大学(北京)
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
模式年龄(Model Dates Based on CHUR)
143 144
Nd Nd
t
R
=
143 144
Nd Nd
0
R
-
147 Sm 144 Nd
2)Corrections for interfering isobaric ions in the mass spectra of Sm and Nd;
3)The form of the isotope fractionation law used to correct for mass-dependent fractionation in the mass spectrometer, and
4)The numerial value of the isotope ratio chosen for
中国地质大学(北京) this purpose.
第9页/共41页
第五章第3节Sm-Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
现今球粒陨石质均一储库(Chrondritic uniform reservoir) (CHUR):指用球粒陨石的Sm/Nd和143Nd/144Nd比值代表未经化学 分异的原始地幔的初始比值;
6. 钾长石(K-feldspar),黑云母(biotite), 角闪石
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
( a m p h i b o l e ) , 单 斜 辉 石第(6c页l/i共n4o1页p h y r o x e n e ) 具 有 较 低
二、Sm-Nd定年学原理
147 62
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
Sm-Nd定年学原理
143 Nd 144 Nd
143 Nd 144 Nd
0
147 144
Sm Nd
(et
1)
其中:
147 144
Sm Nd
Sm Nd
c
at.wt.Nd at.wt.Sm
Ab147Sm Ab144 Nd
中国地质大学(北京)
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第五章第3节Sm-Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
• Sm-Nd方法适合基性、超基性火成岩定年;Rb-Sr法更适合于酸性、中酸性火成 岩定年;
• REE在变质作用、热液作用和化学风化作用中比Rb、Sr要稳定的多,因而对那 些已发生Rb、Sr迁移的岩石仍能用Sm-Nd法定年;