南京大学同位素地质学-14Os同位素演化-Os同位素地球化学
南京大学现代分析技术之同位素质谱分析及其地质应用
g
a
e
质 8 子 7 数 6 Z 5
4 3 2 1
1 1H 9 6C 5 8B 10 6C 9 8B
13 14 15 16 17 18 19 20 8O 8O 8O 8O 8O 8O 8O 8O 12 7N 11 6C 10 8B 13 7N 12 6C 11 8B 14 7N 13 6C 12 8B 15 7N 14 6C 13 8B 16 7N 15 6C 17 7N 16 6C 18 7N
稳定同位素在地质过程中有分馏现象，从而对地
质过程有示踪效果。放射性同位素的衰变可以用
作地质体的年龄测定。放射成因同位素与同一元 素的稳定同位素的比值往往对地质过程也有示踪
效果。
第二节 质谱学(Mass Spectrometry) 1. 质谱仪器发展简史 简单来说，质谱仪器是用于测定物质的分子 量、原子量、及其丰度以及同位素组成的仪器。 按检测离子的方式，质谱仪器可分为两类：
每一个同位素又可称为核素(Nuclide)，核素的
总数目接近1700种。但只有264种是稳定的，
还有少量自然界存在的不稳定或放射性核素， 两者构成元素周期表的元素。
同位素可分为稳定同位素和不稳定或放射性同位
素两类。大部分放射性同位素在自然界已不存在，
因为与太阳系年龄相比，它们的衰变速率很快， 但它们可在实验室用核反应的方法人工生产。
同位素丰度来表示：即一定元素的某一同位素在 诸同位素总原子数中的相对百分含量：例如1H 99.9852%，2H 0.0148%。
在地球科学中，研究得最多的稳定同位素包括： 1H，2H；10B,11B; 12C，13C；14N，15N；16O， 18O；32S，34S 等。 放射性同位素及放射成因同位素包括： 87Rb87Sr、147Sm143Nd、238U206Pb、 235U207Pb、232Th208Pb、 187Re187Os 等等。 宇宙射线成因的放射性同位素如10Be10B、 14C14N 等
南京大学同位素地质学-08Re-Os同位素年代学
Creaser et al.,2002
Exshaw Fm TOC < 5% 的 样品结果
偏大
MSDW偏大，可能因除水成Os组分外，所含非水成的非 放射成因Os组分(碎屑)所致。
(A) Exshaw 组地层岩石样品初始 187Os/188Os值vs.岩石中碳氢 化合物成熟度(以参数Tmax表示)，图显示无相关性，表明碳氢 化合物趋熟并不显著扰动Re-Os 同位素体系. Creaser et al.,2002
并且主要是由187Re衰变成因的187Os。 因此辉钼矿具有非常高的 Re/Os 比值，特别 适合于 Re-Os 定年。为含辉钼矿的热液脉状 矿床的定年提供了一种有效的方法。
Hirt et al. (1963) 试图用Re-Os等时线法对 14个铁陨石进行定年，其结果(4.0 ± 0.8Ga) 精度较差，不能说明铁陨石是否与石陨石同
Os的稳定和封闭。因此其年龄为沉积年龄。
富含有机质的几个地层的沉积岩全岩 Re–Os年龄: (a) Kimmeridgian age 155 4.3Ma, (b) Toarcian age 18113 Ma (c) Hettangian age 20712 Ma, 对应于沉积物的沉积年龄.
初始187Os/188Os (i) 比值代表了当时海
贵州王家弯下寒 武统黑色页岩中 Ni-Mo硫化物富 集层
Mao et al., 2000
矿床定年
加拿大Sudbury的McCreedy West ores (Ni–Cu sulfide) 的Re-Os 等时线. Morgan et al.,2002
加拿大Sudbury的 Falconbridge ores (Ni–Cu sulfide) Re-Os 等时线 Morgan et al.,2002
同位素地质年代学中主要定年方法概述
同位素地质年代学的定年方法概述一些元素(K,Rb,Re,Sm,Lu,U和Th)的自然长寿命放射性同位素,衰变为另种元素稳定同位素的作用,广泛应用于岩石和矿物的年龄测定。
这种测年提供了关于地球地质历史的信息,并已用于标定地质年代表。
地质过程时间维的确定是一项重要而复杂的研究任务。
准确标定某一地质体的年代是区域地质学、地球化学、矿床学和大地构造学研究中不可缺少的内容,对于区域地史演化规律的研究和找矿方向的确定,都具有十分重要的理论和实际意义。
可以说，现代岩石学在很大程度上已经离不开同位素地质学的研究。
在上一世纪60-80年代Sr、Nd、Pb 等同位素地质理论蓬勃发展并逐渐成熟的形势下，Re-Os、Lu-Hf等新的同位素体系也在快速发展。
近年来,由于各种新型同位素分析仪器的开发利用和分析测试技术方法上的迅猛发展,例如新一代高精度、高灵敏度、多接收表面热电离质谱仪(TIMS TRITON)、多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和高灵敏度高分辨率离子探针质谱（SHRIMP）技术的开发和利用,大大拓宽了各种同位素新技术方法在地球科学各个领域中的应用,并取得了一系列令人瞩目的新发现和新认识。
目前,地质体的定年主要采用的是K-Ar法、40Ar-39Ar法、U-Pb法、Pb-Pb法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等,已经获得了非常丰富的资料。
然而,由于地质作用过程的复杂性、多期性和测年方法及测试对象的局限性,对已经获得的年龄数据,不同的学者往往有不同的地质解释。
因此,开展同位素定年方法学中的适用性和局限性有关问题的研究,不仅有助于重新认识、评价和应用已有的资料,而且有利于今后工作中同位素定年方法的改进。
一、K-Ar法和40Ar-39Ar法常规的K-Ar法定年主要建立在两个基本的假设条件之上。
①矿物或岩石形成以后,对钾和氩保持封闭体系,既没有钾和氩的加入,也没有钾和氩的逃逸。
②矿物或岩石中不含有大气氩;如果含有氩,则只能由大气混染造成,可以进行常规法定年的大气混染校正(穆治国,1990)。
南京大学同位素地质学-13Nd同位素演化-Nd同位素地球化学(含作业)-1
地幔Hf同位素演化
Nd与Hf同位素成正相关，说明观察到的Nd同位素的变化 不只是Nd的独特特征，Hf同位素也有类似变化，它们遵 循共同的规律
2、Sm-Nd模式年龄与地壳增长
由于 REE 的地球化学性质的相似性，地幔（假定 相 当 于 CHUR ） 部 分 熔 融 产 生 地 壳 岩 石 是 引 起 Sm/Nd比值发生变化的主要事件， 而地壳岩石在中低变质作用、乃至剥蚀和沉积作 用过程中，其 Sm/Nd 比值一般不发生变化（地壳 部分熔融、热液蚀变及高级变质作用例外)。
地球形成
CHU R SN
Nd/ Nd
144
0.510
熔体(Sm/Nd)
143
富集源
0.508
0.506
0.504 0 1 2 3 4 5
t (Ga)
将火成岩和变质岩的初始 143Nd/144Nd 比值与 其形成时 CHUR 的 143Nd/144Nd 进行比较，由 于 这 种 差 别 较 小 ， 因 此 DePaolo and Wasserburg (1976) 引入了 参数，其定义 如下：
13 Nd同位素演化/Nd同位素地球化学
陨石和整体地球的Nd同位素演化
由于 147Sm 衰变为 143Nd ，地球的 143Nd 丰度 和143Nd/144Nd比值随时间增加。
这可用一模式来描述，该模式所采用的地球 年龄、Sm/Nd比值和地球原始143Nd/144Nd等 参数都是从石陨石研究获得。
Nd (0)
143
Nd
144 144
143
Nd
Nd
Nd
测定 0
CHUR
1 10 4
Nd (t )
演化——地球生命简史_南京大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
演化——地球生命简史_南京大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.以下生物群按照时间排序正确的是()答案:瓮安生物群埃迪卡拉化石群小壳化石群澄江动物群布尔吉斯页岩动物群2.()产出个体巨大、形态复杂但没有口、肠等消化器官的单细胞生物。
答案:埃迪卡拉化石群3.以下不是金钉子剖面建立标准的是()答案:地层年龄需精确获得，岩石中可以不含生物化石4.目前，中国拥有()枚金钉子，和()并列为获得“金钉子”最多的两个国家。
答案:11，意大利5.下列那个选项都是两栖动物()答案:青蛙，蟾蜍，蝾螈，蚓螈6.发现于()的披毛犀化石，推翻了冰期动物起源于北极圈的假说，证明青藏高原才是它们最初的演化中心。
答案:西藏阿里札达盆地7.西亚地区的()和()流域被称为“肥沃新月形地区”，是公认的动、植物重要驯化区和农业起源中心之一。
答案:幼发拉底河，底格里斯河8.鱼类登陆发生在距今大约3.8亿年的（）的中晚期。
答案:泥盆纪9.被子植物的辐射演化以及伴生的昆虫、有鳞类（如蛇和蜥蜴）以及哺乳动物的辐射演化被称为（）陆地革命，标志着现代陆地生态系统已具雏形。
答案:白垩纪10.（）末生物大灭绝的规模最大，有超过81%的海洋生物和超过75%的陆地生物在不到6万年时间内消亡。
而这次生物灭绝就和海洋缺氧紧密相关。
答案:二叠纪11.有利于蛇颈龙在水中捕猎和游泳的形态特征有：答案:超长的颈部12.著名的盛产带羽毛恐龙的生物群包括：答案:热河生物群13.历史上，关于鸟类起源的假说主要有三个，不包括：答案:翼龙起源14.反鸟类和今鸟型类是中生代属种多样性最多的类群这两个类群在骨骼形态、个体发育、消化和生殖系统方面已经演化出了很多现代鸟类的特点。
不正确的是：答案:连接前肢和脊柱的腰带的形态更适宜飞行的需要15.在湖南省道县的福岩洞，发现了大量距今8-12万年前的人类化石。
其中（）化石形态特征和现代人的特征几乎完全一致。
这一发现将现代人在东亚大陆出现时间提早到12万年前。
南京大学同位素地质学-09U-Pb同位素年代学(含作业)-1
对于普通Pb含量很低的锆石，只要知道大致的年龄， 通过一般的地球Pb演化模式（如Stacey and Kramers, 1975提出的模式, 见后述）计算，获得锆 石形成时206Pb/204Pb、207Pb/204Pb比值，来估算普通 Pb（初始206Pb、207Pb）的量进行扣除即可。
= 238U/204Pb
36
35
30 Whole rock 25
34
Feldspar
33 0
10
20
30
40 20
232Th/ 204Pb
2.82Ga reference line
例 如 美 国 怀 何 明 州 的 Granite Mountain岩 基 的 全 岩 Th-Pb 分 析 给出大致的等时线年龄为2.8Ga， 但U-Pb等时线图显示U已大量丢失 而 无 法 给 出 年 龄 结 果 （ Rosholt and Bartel, 1969）。
符合上述条件的矿物的一致年龄将位于该曲线上 的某一点。
0.7
3000
0.6
2700
0.5
一致 曲线
0.4
2000
208Pb*/238U
0.3
0.2 1000
线 不一 致
0.1
500
0.0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
207Pb*/235U
图9-5 U-Pb谐和图。显示了一致曲线和Pb丢失产生的不一致曲线
\
206 Pb (e238t 1)
238 U
207 Pb (e235t 1) 235 U
式中*号代表放射成因铅。
206 Pb (e238t 1) 238 U
南京大学同位素地质学-13Nd同位素演化-Nd同位素地球化学(含作业)-1
洋底玄武岩的年龄只有 200Ma ，要了解在此之前的地 幔的同位素演化，必须在大陆上寻找保存良好的古洋 壳（蛇绿岩套）和其它幔源基性-超基性岩石。 下图是这些岩石的初始Nd（t）值，可见它们具有正的 Nd（t）值，并且时代越新Nd（t）值越高，表明大陆 上的这些岩石的源区与现代洋壳岩石的源区相似。
ε Hf (0)
176
Hf/177 Hf
176
Hf/177
Hf
测定 0 CHUR
1 104
ε Hf (t)
176
Hf/177 Hf
177
176
Hf/ Hf
i
t
CHUR
1 104
式中(176Hf/177Hf)测定为岩石的测定值 (176Hf/177Hf)0CHUR为CHUR的现代值(0.282772) (176Hf/177Hf)i为岩石的初始值，由全岩等时线确定 (176Hf/177Hf)tCHUR为岩石形成时CHUR的值 此外， (176Lu/177Hf) 0CHUR=0.0332 (BLichert-Toft & Albarede,1997)
10 8 6 4
MORB
IOA
DM CHUR DM'
Nd
2 0 -2 -4 -6 0
镁铁质岩 镁铁质和硅铝质岩
1
2
3
4
t (Ga)
前寒武纪和古生代幔源岩石的Nd（t）值以及年轻的洋内岛弧（IOA） 和洋岛玄武岩（OIB）的Nd（t）值范围（据DePaolo, 1988简化）, DM：地幔Nd同位素线性亏损演化模式，DM'：地幔源区Nd同位素渐 进亏损演化模式
南京大学同位素地质学-08Re-Os同位素年代学
❖ Hirt et al.（1963）首先用187Os/186Os来表 示Os同位素的组成，后来Luck & Allegre (1983)和许多其他研究者沿用了这一传统形 式。
❖ 然而，190Pt 经衰变为186Os
T1/2= (8.8 ± 0.7)1011a ➢ 陨 石 中 190Pt 的 同 位 素 相 对 丰 度 低 0.0122%
187 75
Re
187 76
Os
β
ν
Q
其谱的终点能很低（2.5keV），因而用直 接计数法测定187Re的半衰期很困难。
➢Watt and Glover (1962)用直接计数法测得 T1/2=31010a
➢Hirt et al. (1963)用10个已知年龄的辉钼矿获 得T1/2=(4.30.5)1010a
（Walker et al., 1991），因此在陨石定年中 采用187Os/186Os问题不大。
➢ 但对含Pt族元素的矿床进行Re-Os定年时，由 于Pt/Os比值可能很高，相当一部分186Os可能 是由190Pt衰变产生，从而导致定年偏差。
为 避 免 该 问 题 ， 现 多 采 用 187Os/188Os 比 值 （如Fehn et al., 1986; Dickin et al., 1992） (见下式)。
与金属陨石相比，地球和月球上由硅酸盐 矿物组成的岩石极度亏损Re和Os，这是由 于亲硫Re、Os的进入了地核的结果。
｝ ➢ 橄榄岩 Re/Os = 0.081
➢ 陨石 Re/Os = 0.083
相似
➢ 拉斑玄武岩和花岗岩的Re/Os比值则高得 多（10-30）
➢ 地壳岩石的高Re/Os比值主要是由于Os含 量降低而不是由于Re含量增加的缘故。
第七讲 同位素地球化学Re-Os同位素体系
0.02 1.59 1.96 13.24 16.15 26.26 40.78
其中187Os和186Os分别为187Re和190Pt的衰变子体。
Re-Os同位素地球化学特征
187Re的半衰期为约42 Ga(= 1.666 10-11 a-1)，且Re的 地球化学性质与钼元素十分相近，因此 Re-Os体系作为 定年(如辉钼矿)和示踪研究方法较早得到了地质应用；
Table 1 Osmium isotope ratios and isotope percentage for the University of Maryland at College Park (UMCP) Johnson-Matthey Os standarda
Isotopic ratio Measured value Isotope
Percentage composition
184Os/188Os 0.0013313 ± 13 184Os
0.0177
186Os/188Osb 0.119848 ± 8
186Os
1.593
187Os/188Osb 0.113791 ± 15 187Os
1.513
189Os/188Os 1.21967 ± 14
0.075
Picrite, Basalt
Olivine
20
5
Picrite, Basalt
Sulfide
2000000
Synth MORB Olivine
Experimental Experimental phenocryst-matrix phenocryst-matrix 0.001 Experimental
Vanwestrenen et al. 2000
南京大学地科院地质工程专业全日制专业学位研究生培养方案
（2学 （2学 （2学 （3学 （3学 （2 学 （3 学 （2学 （2学 （2学 （2学 （3学 （3学 （3学 （3学 （3学 （3学
分） 分） 分） 分） 分） 分）
分）
地球科学的计算机模拟 岩石地球化学 地球化学动力学 环境地质学
地质模型与模拟 地球信息技术专题 矿床学专题 经济地质学
（2学分）
外专家），写出评阅意见。评阅通过后，方可组织答辩。硕士论文答辩
委员会由3人组成，由答辩委员会主席主持答辩。
凡修满32学分，且提交学位论文，通过学位论文答辩，可取得全日
制工程硕士学历证书。 学位论文通过答辩后，校学位评定委员根据答辩委员会的意见及院
系学位分会的意见，并按照有关规定作出是否授予学位的决定。
地质工程专业全日制专业学位研究生培养方案
根据国家教育部教学司函[2009]2号文《关于对2009年全日制专业学 位硕士研究生招生计划安排》通知精神，更好地适应国家经济社会发展 对高层次应用型人才的需要，加快研究生培养类型和模式的改革步伐， 结合我校多年来为工程地质、岩土工程勘察设计、矿产资源和能源开 发、和科研院所企事业等有关单位培养研究生的经验，制订地质工程领 域全日制专业学位硕士研究生培养计划，主要用于招收参加全国硕士研 究生招生统一入学考试的应届本科毕业生。培养方案如下：
现代工程地质学专题 专业选修课：
岩土工程检测与监测 分）
岩土工程系统工程概论 分）
高等岩土力学试验 分）
大陆岩石圈动力学 分）
偏微分方程数值解 分）
地下水流数值模拟 分）
地球物理专题 分）
地震学 分）
成岩成矿矿物学 分）
岩石学与岩石成因 分）
成岩成矿与板块构造 分）
（2 学分） （2 学分） （4 学分） （2 学分） （2 学分）
同位素地球化学
整理课件
14
地质学中经常采用的稳定同位素
❖ 1 H(D/H)
• 2 O(18O/16O)
❖ 3 S(34S/32S)
• 4 C(13C/12C)
❖ 5 Sr(87Sr/86Sr)
• 5 Nd(143Nd)
❖ 7 Pb(206Pb,207Pb,208Pb) • 8 N(15N/14N)
❖ 9 Si(32Si/30Si)
整理课件
18
6.1.1 同位素的基本内容
❖ 1. 核素和同位素 ❖ 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。
♣ 表示：A=N（neutron）+P（proton）
整理课件
19
② 核素性质
1）核素具有电荷 2）核素具有质量 3）核素具有丰度 4）核素具有能量 5) 核素具有放射性
第6章 同位素地球化学 PartⅠ
整理课件
1
整理课件
2
整理课件
3
同位素地球化学
它是研究地球和宇宙中核素的形成、丰度以 及在自然作用中分馏和衰变规律的科学。
整理课件
4
1. 同位素地球化学研究对象
自然界，尤其是地质作用和地质体中的
同位素丰度及其演化规律
整理课件
5
分支学科
➢宇宙同位素地球化学 ➢地幔同位素地球化学 ➢环境同位素地球化学 ➢考古同位素地球化学 ➢食品同位素地球化学 ➢水文同位素地球化学，等。
22
③ 同位素
❖ 具有相同质子数，不同数目中子数所组成的一 组核素称为同位素。
❖ 主要表现在以下方面：
♣ 实验测试技术不断完善和提高； ♣ 多元同位素体系的综合研究； ♣ 研究领域不断扩大； ♣ 各种新方法的出现 。
南京大学同位素地质学-10-K-Ar-Ar-Ar同位素年代学(含作业)
自然衰变方程 40Ar* = (e/) 40K (et -1)
反应堆辐照方程
39 Ar39 Kt
m axe
mine e ede
两方程相除得到：
40 Ar *
40Ar* = (e/) 40K (et -1)
(3)
通过测定含K矿物中的K含量和放射成因40Ar的
量，即可从此方程求得t：
t
1
40 Ar * 40 K
e
1
由此求得的t 只有当下述条件满足下才是有意 义的年龄值：
条件1： 矿物结晶后不久即对Ar封闭（矿物结 晶后冷却很快）；
由于全岩抵御热扰动保存Ar的能力最差，因此 K-Ar定年中，只有当所有矿物相都太细而无法 分离时，才采用全岩样品。
一般而言，K-Ar年龄代表矿物/岩石冷却到Ar 扩散丢失微乎其微的温度以来所经历的时间。
另一方面，一些含K矿物中发现存在过剩的40Ar， 在K含量较低或较年轻的矿物中，过剩40Ar的存在 对K-Ar定年的影响最明显。
原则上，K-Ar等时线图上很好的线性分布将给 出有意义的年龄和初始Ar同位素比值。然而， 由于这种复杂的大气Ar混合作用，有时很好的 线性分布的斜率也可能没有任何实际意义。
尽管如此，对怀疑有过剩Ar的体系，尤其是深 成岩体系，进行等时线图处理，仍然是一种很 好的检验方法。
K-Ar等时线法定年可应用于除了满足同时形成的条件外， 还满足以下两条件之一的矿物或合适的全岩:
40K的相对丰度仅0.01167%，40K(中的88.84%) 衰变形成的40Ca，在大多数岩石中被非放射成 因的40Ca所淹没，故放射成因的40Ca的丰度在 大多数岩石中的变化很小。
同位素地质样品分析方法
同位素地质样品分析方法同位素地质学是近几十年内快速发展起来的地质学领域里的一个新的分支学科，是当代地质学研究中的热门。
作为同位素地质学研究的基础的同位素分析测试技术，也随着技术和仪器的不断发展而取得了重大突破。
近年来国际上同位素地质学研究已达到很高的水平，很多方法都已进入单颗粒矿物微区分析直接测定同位素组成的阶段，同时经典分析方法的灵敏度和精确度也有了很大的提高。
我国于五十年代末开始建立同位素地质实验室，相继建立了K-Ar，U-Pb，Rb-Sr，Sm-Nd、C、铀系等年代学方法和C、H、O、S、Si等稳定同位分析方法，并开展了包括Re-Os、Lu-Hf、La-Ce、裂变径迹、电子自旋共振（ESR）等年代学和B、N等稳定同位素在内的新方法的探索研究，建立了一大批实验室，为地质、水文、环境、能源、考古等研究提供了数以万计的同位素数据。
然而纵观国内外同位素地质学的发展，迄今还没有形成公认的同位素地质样品分析方法标准，国内各实验室在分析程序和数据处理等方面均不同程度的存在差异，有的其至还没有成文的分析规程，这就使同位素地质样品分析的规范化和同位素数据的对比遇到很大的困难和碍，因此制定同位素地质样品分析方法标准既是一项重要的基本建设，也是一项紧迫的任务。
“同位素地质样品分析方法标准的制定”是地质矿产部地发（1992）267号文下达的1993年地质矿产行业制定、修订标准项目计划，的项目之一，编号TC93/SC8-93-5，本标准按国家标准GB1.1-93《标准化工作导则标准编写的基本规定》，GB1.4-88《标准化工作导则化学分析方法标准编写规定》和GB 6379-86《测试方法的精密度通过实验室间试验确定标准测试方法的重复性和再现性》的规范编写。
本项目由地质矿产部宜昌地质矿产研究所负责。
项目组由宜昌地质矿产研究所张自超，地质研究所刘敦一和矿床地质研究所丁悌平三同志组成。
项目组于1992年3月提出书面立项申，1992年5月上报项目设计书（项目任务书），地质矿产部于1992年12月正式批准下达，1993年元月开始执行，除项H组成员外，应参加起草的单位和研究测试人员还有：地矿部海洋地质研究所的业光、赫、寇亚平、刁少波、和杰、王雪娥，天津地质矿产研究所的李惠民，地质研究所的张宗清、富云莲、罗修泉，矿床地质研究所的白瑞梅、万德芳、李延河，宜昌地质矿研究所的李华芹、朱家平、庄龙池、张理刚和韩友科等同志。
南京大学地球化学教案
课程名称：地球化学授课对象：大学本科二年级学生教学目标：1. 使学生掌握地球化学的基本概念、原理和方法。
2. 培养学生对地球化学现象的观察、分析和研究能力。
3. 增强学生的科学素养和环保意识。
教学重点：1. 地球化学的基本概念和原理。
2. 地球化学的研究方法和技术。
3. 地球化学在环境保护和资源利用中的应用。
教学难点：1. 地球化学理论的理解和应用。
2. 地球化学实验技能的掌握。
教学过程：一、导入1. 通过展示地球化学在环境保护、资源利用等方面的实际应用案例，激发学生的学习兴趣。
2. 引导学生思考地球化学的重要性，提出本节课的学习目标。
二、基本概念和原理1. 介绍地球化学的定义、研究内容和研究对象。
2. 讲解地球化学的基本原理，如元素守恒、地球化学循环等。
3. 通过实例分析地球化学原理在地球科学中的应用。
三、地球化学的研究方法和技术1. 介绍地球化学的研究方法，如样品采集、实验室分析、野外调查等。
2. 讲解地球化学实验技能，如光谱分析、同位素分析等。
3. 通过案例分析地球化学研究方法在解决实际问题中的应用。
四、地球化学在环境保护和资源利用中的应用1. 介绍地球化学在环境保护方面的应用，如土壤污染、水质污染等。
2. 讲解地球化学在资源利用方面的应用，如矿产资源勘探、环境监测等。
3. 通过案例分析地球化学在环境保护和资源利用中的实际应用。
五、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，总结地球化学的基本概念、原理、方法和应用。
2. 强调地球化学在解决实际问题中的重要性。
六、课后作业1. 阅读教材相关章节，巩固所学知识。
2. 查找地球化学在实际应用中的案例，撰写一篇简短的报告。
教学评价：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的提问、讨论和互动情况。
2. 作业完成情况：检查学生的课后作业，了解学生对知识的掌握程度。
3. 实验技能：通过实验操作考核，评估学生的实验技能。
教学资源：1. 教材：《地球化学》（第二版），作者：张荣华等。
同位素同素异形体同系物同分异构体和同种物质的比较概念辨析
同位素同素异形体同系物同分异构体和同种物质的比较概念辨析化学基本概念反映化学物质的本质属性，是化学的基础。
明确槪念的内涵与外延，是正确把握知识的要素，也是正确判断和推理的基础，因此在槪念的教学中，让学生掌握、运用槪念，尤为重要。
同位素、同素异形体、同系物、同分异构体和同•种物质等化学中几个经常用到的槪念，也是•些同学经常混淆的概念，下面就这几个概念的区别加以详细的说明。
对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四个槪念，学习时应着重从其定义、对象、化学式、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，从而理解和掌握。
这几个概念都农明了事物之间的关系，下农列出了比较了它们的异同：1、同位素的对象是原在元素周期农上占有同•位置，化学性质基本相同，但原了•质量或质量数不同，从而其质谱行为、放射性转变和物理性质（例如在气态下的扩散本领）有所差异。
2、同素异形体的对象是单质，同素异形体的组成元素相同，结构不同，物理性质差异较人，化学性质有和似性，但也有差异。
如金刚石和石墨的导电性、硬度均不同，虽都能与氧气反应生成CO：,由于反应的热效应不同，二者的稳定性不同（石墨比金刚石能量低，石墨比金刚石稳定）。
同素异形体的形成方式有三种：（1）组成分了的原了数目不同，例如：0：和0,。
⑵晶格中原子的排列方式不同，例如：金刚石和石墨。
（3）晶格中分•排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫（高中不要求此种）。
注意：同素异形体指的是由同种元素形成的结构不同的单质，如和D：的结构相同，不属于同素异形体。
3、同系物的对象是有机化合物，属于同系物的有机物必须结构相似，在有机物的分类中，属于同•类物质，通式相同,化学性质相似,差异是分子式不同,相对分子质量不同,在组成上相差•个或若干个CH,原了•团，相对分J'•质量相差14的整数倍，如分了中含碳原了数不同的烷桂之间就属于同系物。
(D结构相似指的是组成元素相同，官能团的类别、官能团的数目及连接方式均相同。
地球化学专业
地球化学专业专业简介学科：理学门类:地质学类专业名称：地球化学专业本专业是化学和地质学相互交叉出现的新兴边缘学科。
本专业培养具备地球化学和地质学的基本理论、基本知识和基本技能，受到基础研究、应用基本研究和技术开发的基本训练，具有较好的科学素养及初步的教学、研究、开发和管理能力，能在科研机构、学校从事地球化学研究或教学工作,在资源、能源、材料、环境、基础工程等方面从事生产、测试、技术管理等工作以及在行政部门从事管理工作的高级专门人才。
专业信息培养目标:本专业培养具备地球化学和地质学的基本理论、基本知识和基本技能，受到基础研究、应用基础研究和技术开发的基本训练，具有较好的科学素养及初步的教学、研究、开发和管理能力,能在科研机构、学校从事地球化学研究或教学工作，在资源、能源、材料、环境、基础工程等方面从事生产、测试、技术管理等工作以及在行政部门从事管理工作的高级专门人才。
培养要求：本专业学生主要学习地球化学方面的基本理论和基本知识,受到基础研究、应用基础研究和技术开发方面科学思维和科学实践的训练，掌握野外和室内地质及地球化学的基本技能。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力：◆掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识；◆掌握矿物学、岩石学、矿床学、地球化学和地质学等方面的基本理论、基本知识和基本实验技能以及野外和室内地质及地球化学的研究工作方法、有关测试手段的基本原理和基本方法；◆了解相近专业的一般原理和知识；◆了解国家科学技术政策、知识产权及可持续发展等有关政策和法规;◆了解地球化学的理论前沿、应用前景和最新发展动态；◆掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，具有一定的设计实验，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。
主干学科：地质学、化学。
主要课程：地球科学概论、构造地质学、结晶学与矿物学、岩石学、矿床学、地球化学、同位素地球化学、环境地球化学、地球物理学等。
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得出初始值 187Os/186Os=0.805±0.006 (Luck
& Allegre,1983)。
Walker & Morgan(1989) 研究了碳质球粒陨石 的Re-Os同位素体系，由7个不同类型的碳质球 粒陨石得到的 Re-Os 同位素等时线，与铁陨石 的等时线(Luck et al, 1980; Luck & Allegre,
Allegre & Luck(1980)研究的锇铱矿样品采自: 南非的Witwatersrand (2700Ma) 澳 大 利 亚 的 Tasmania (630Ma) 和 Waratah Bay (430~550Ma) 前苏联的Urals(240Ma) 和哥伦比亚(90Ma)
这些样品的 187Os/186Os 测
1983)，基本上是一致的，得初始值:
187Os/186Os=0.802±0.049
因此，地球原始值在此值附近
14.2 地幔锇同位素组成的演化
（1）现代地幔和陨石的Re/Os比值
陨石
地外物质包括球粒陨石及其分异的铁陨石、玄武质 无球粒陨石 (BAC) 和月岩 ;Os 的丰度变化范围很大 (10-12~10-4)，但是它们的Re/Os值几乎稳定在0.1
陨石
而 地 球 物 质 和 火 星 陨 石 (SNC) 中 Os 的 丰 度 较 低 ( 为 1012~10-9) ，变化范围小于地外物质，但是它们的 Re/Os 值 变化很大（达4个数量级：0.01~100)，并且它们的Re-Os 丰度呈现明显的负相关性，与地外物质有显著差异。
在海岛玄武岩 (OIB)、洋中脊 玄武岩(MORB) 和科马提岩中 Re的丰度大于 Os.
不同类型的铁陨石，包括1个球粒陨石金属相的
Re-Os 同位素体系，获得 Re-Os 同位素等时线，
得出初始值187Os/186Os=0.805±0.011
Luck等(1980)：T= 4.55Ga, 187Os/186Os=0.805±0.011
后来增加了 2 个铁陨石、 1 个中铁陨石和 9 个
DM CHUR DM'
Nd
2 0 -2 -4 -6 0
镁铁质岩 镁铁质和硅铝质岩
1
2
3
4
t (Ga)
14.3 核—幔分异对地幔锇同位素演化的影响 Re 、 Os 元素的亲铁性，在地球增生后的核 - 幔分异过 程中，与亲石元素相反，它们优先迸入地核。但两者 亲铁性强度有差异。 那么，为什么地幔硅酸盐部分的 Re-Os 同位素组成， 也具有陨石性质呢？难道Re、Os元素的亲铁性强度一 样？
壳源物质由俯冲再循环作用而返回地幔，将放射成 因锇同位素带入地幔。
那么，壳 - 幔分异和地壳再循环对地幔锇同位素组 成的演化影响如何?
尽管目前各种地球物质的精确Re-Os丰度数据积 累不多，但从Re-Os地球化学性质可以预见，在 壳-幔分异作用中：
Os是残留在地幔的相容元素，在分异出来的地 壳物质中，元素Os含量较之原始地幔中要低得多 (可达3个数量级) Re在地幔中具有中等不相容性，故与残留相比 较，分异相中Re丰度有所升高 结果使分异相具有很大的 Re/Os，注意：分异相 Re的丰度增加并不很多，但Os的丰度降低多。
分配系数测定结果 ：
元素 Ni和 Co 的分配系数在常压下相差 5 倍，但随着 压力增加 差异减小，在 28GPa 下两者相等 (Li & Agee,1996) 元素Re、lr、Au、Pd在常压下的分配系数差异很大， 但 Re在高压与常压下的分配系数相差很大 (Righter & Drake,1997) ，预计在更高压力下高度亲铁元素 Re 、 Os可能具有相同的分配系数(Walter,1997)。
等 (1996) 对该地三个矿区采集的 20多个硫化物矿
石和科马提岩样品作Re-Os同位素体系研究： 其中 13个含矿岩浆硫化物样品和非矿化的科马提 岩 Re-Os 同位素等时线年龄为 2706±36Ma （与 U-Pb 锆 石 年 龄 一 致 ） ， 初 始 值
187Os/188Os=0.10889
根据这些实验结果可以预见，形成地球的原始物 质中Ni/Co、Re/Os具有球粒陨石的比值，在核-
幔分异时的深岩浆海条件下 ( 如温度为 2200K 、
压力为28GP, Li & Agee,1996)，核、幔的Ni/Co （及Re/Os）比值仍为球粒陨石型的，从而残余 地幔中锇同位素组成的演化与球粒陨石相同.
不同类型的球粒陨石，由上述10个球粒陨石的
金属相，获得Re-Os同位素等时线，得出初始 值187Os/186Os=0.800±0.024 由上述 7 个铁陨石和 1 个中铁陨石，获得 ReOs 同 位 素 等 时 线 ， 得 出 初 始 值
187Os/186Os=0.807±0.006
由上述全部陨石获得 Re-Os 同位素等时线，
因此支持均匀吸积增生模式，即地球的形成是
一步到位的 (Walter,1997)。强烈亲铁元素Re-Os在
地核-地幔分异过程中没有明显的分馏，即 Re/Os 比值没有改变，因此没有影响它们在地 幔中的演化性质。 该推论还有待高压下强烈亲铁元素Os的分配系 数实验测定证实！
14.4
壳 - 幔分异和地壳物质再循环对地幔锇同
比较：整体地球Sm-Nd、Lu-Hf同位素体系具有球粒陨 石性质 (基本上是一个假定，基础是最早期岩石的初始 同位素比值与球粒陨石接近或位于球粒陨石演化线上 )； 而地幔相对于整体地球是亏损的。
Re-Os 等高度亲铁元素在地幔中的丰度，被认 为直接与地球形成过程有关。
地球形成过程的两种模式 (Newsom & Jones,1989) ：
位素演化的影响
Re-Os 元素在地壳 - 地幔分异过程中产明显大于地幔。如
采 用 富 集 系 数 f=(Re/Os)rock/(Re/Os)mantle 概 念 ： 拉斑玄武岩 f＝300 花岗岩 f＝100 (Allegre & Luck, 1980)
由于从地幔分异出来的地壳物质的 Re/Os值明显大 于地幔，随时间的演化，地壳物质放射成因的 187Os增加，其187Os/188Os值高于地幔物质。
在铁合金熔体和硅酸盐熔体间分配系数测定结果 (Li & Agee,1996; Righter et al.,1997; Righter & Drake，1997)，暗示在很 高的压力下元素 Re 、 Os 可能具有相同的分配系数 (Walter,1997) ， —— 支持地球形成过程的均匀吸积 增生模式。
±0.00035，说明太古宙地
幔中锇同位素组成也具球粒陨石演化特征。
Walker 等 (1996) 从芬兰东部古元古代 (1.97Ga)
蛇 绿 岩 中 的 单 矿 物 获 得 初 始 值
187Os/188Os=0.11395 ，说明古元古代地幔的锇
同位素组成也具有球粒陨石演化特征。
(a)从超基性岩铱锇矿获得的地幔187Os/186Os 演化 (b) 陆壳和地幔演化 ( Allegre and Luck 1980)对比
另一方面，地球中地壳的质量占0.48％， 而地幔的质量占 67.10 ％，仅上地幔部分的质 量就占10％。 因此从整体上讲，壳 - 幔分异作用只使少量的 Re-Os离开地幔进入地壳，因此并不影响地幔 中的Re/Os值，也不会影响地幔锇同位素以球 粒陨石性质演化。
马提岩 12个样品得到 Re-Os等 时线年龄2.65±0.09Ga（与U-
Pb锆石年龄2.70Ga相一致）
初 始 值 187Os/186Os = 0.873 ±0.035, 落在球粒陨石地幔演 化线上，对太古宙地幔锇同位 素演化提供了有力的制约。
Evolution of the 187Os/186Os ratio of the mantle from osmiridiums associated with ultrabasic rocks. Allegre and Luck (1980).
C1、C2、H、L、E球粒陨石
Angra dos Reis无球粒陨石 铁陨石 （见下述）
Walker & Morgan (1989)研究的6个碳质球
粒陨石的
187Re/186Os
= 3.0~3.5，与地幔值
一致，表明地幔的锇同位素演化具有球粒陨 石的性质。 Morgan (1985) 研究了不同类型的球粒陨石 的 Os/Re 值，认为地幔的 Os/Re 值与 C3O 、 C3V 、 E4 、 E5 、 E6 族球粒陨石的相同，为 Os/Re=11.8，相当于187Re/186Os=3.39。
②然后，约有7%的地球质量物质在更加氧化条件下加入， 造成现在上地幔的高氧化状态和挥发性元素的分布。在这 一阶段中，地幔重新富集了亲铁元素，但高度亲铁元素被 分凝到地核，而中等亲铁元素留在硅酸盐地幔中； ③最后，少于1%地球质量的更加氧化和亏损挥发性元素的 物质加入，使得高度亲铁元素达到现在地幔的丰度和球粒 陨石的相对比值。
14 Os同位素演化/Os同位素地球化学
14.1 地球锇同位素组成的原始值
研究锇同位素组成在地幔中的演化，首先要 知道地球形成时锇同位素的组成 。如同 SrNd-Pb 同位素在地球中的原始值是从测量适 当的陨百中相应的同位素组成获得的那样，
地球的 Os同位素组成的原始值也是从陨石研 究中获得的。
Luck 等 (1980) 首先采用 SIMS 方法研究了 5 个
对于地幔中亲铁元素 Re-Os 同位素体系具有球 粒陨石型的演化特征，迫使人们思考核 -幔和壳 -幔相互作用对Re-Os同位素体系的影响。
地幔和陨石的187Re/186Os≈3.15
对比：亲石元素Sm-Nd 同位素体系，亏损地幔 与球粒陨石的Nd同位素 演化是不同的.
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