赵志丹岩石地球化学系列授课ppt

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(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)计算方法
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Nd同位素地球化学——特征和意义
③年轻火山岩Nd同位素研究表明，143Nd /144Nd与87Sr/86Sr比值之间呈现良好的负相关 关系。
因此，Nd同位素在探讨地幔、地壳演化、壳幔 交换、岩石成因和物质来源等方面有十分重要的 作用。
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地幔Nd同位素演化——
若岩石的（87Sr/86Sr）0比
值落于“玄武岩区”，则表 明形成它们的物质来自上地 幔源区；
若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大
陆壳增长线和“玄武岩源区”之间， 则表明它们的物源可能是多样的， 或来自壳幔混合的源区，或来自地 壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相， 麻粒岩相高级变质岩等。
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地壳演化——
2.7Ga年前，地幔分异形成大陆地 壳，继承地幔初始比值0.7014. 但 是其Rb/Sr=0.15，现今大陆壳的 (87Sr/86Sr)0平均为0.7211，连接 2.7Ga的地幔(87Sr/86Sr)0值到现今 大陆壳的(87Sr/86Sr)0值得到一条直 线，该直线为平均大陆壳随时间的 (87Sr/86Sr)0演化线。
例2：各个大洋的MORB
(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度 洋MORB明显区别于大西洋和东太 平洋（Faure，2001，fig.2.63）。
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Sr同位素识别岩石源区
From Faure, 1986,fig.10.63
除了用于研究成岩和成矿物质来 源外，(87Sr/86Sr)0还可用来划分岩石 的成因类型。如花岗岩分类， S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
式中的Nd (0) 代表样品现今的（143Nd /144Nd)S 相对 CHUR现今的（143Nd /144Nd)CHUR比值的偏差值。
N(d t) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d d4 4 N N 4 4 s C d d aH m ((ttU ))p R l1 e 140
式中的εNd(t)代表样品t时刻（143Nd /144Nd)S（t）相对于t时刻的CHUR(143Nd /144Nd)CHUR(t)的偏差值。其中(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)分别可由下 页公式获得。
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286
图书馆书号： 274 Oz5/2
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第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释 一、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb同位素年代学 二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
babibbasalticaachondritebbestiinitialsr同位素演化地球初始sr比值地幔和地壳sr同位素演化对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的87sr86sr进行统计研究的结果显示岩石的sr进行统计研究的结果显示岩石的87sr86sr值07020706之间平均值为0704rbsr0027sr值07020706之间平均值为0704rbsr0027加入rbsr比值后见下页图加入rbsr比值后见下页图以babi值连接0702和0706两个端点分别构成两条直线形成一个阴影区域阴影区即玄武岩源区代表上地幔以babi值连接0702和0706两个端点分别构成两条直线形成一个阴影区域阴影区即玄武岩源区代表上地幔87sr86sr00随时间的演化
Table from Winter 2001 Table 18-3. The S-I-A-MClassification of Granitoids
Type SiO2 K2O/Na2O Ca, Sr
M 46-70% low
high
A/(C+N+K)* Fe3+/Fe2+ Cr, Ni
low
low
low
图书馆书号：
360.1/F27
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2
参考书介绍
Faure G. 1986. Principles of isotope geology (2nd edition), John Wiley & Sons, pp589
图书馆书号： 275.01 F27/2
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3
参考书介绍
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
2. Ernst R. E. and Buchan K. L. (eds) Mantle plumes: Their indentification through time. GSA Special paper 352. Pp.593（书号 P206.4/Sp3/352)
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4
参考书介绍
igneous source
variable LIL/HFS Subduction zone
high Rb, Th, U
biotite, cordierite Supracrustal
Als, Grt, Ilmenite sedimentary source

A high
Na2O
low
var
var
low var
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Sr同位素识别岩石源区
通过对地幔岩石或其派生的火山岩的(87Sr/86Sr)0比值研究， 为地幔不均一性的研究提供了重要例证，
例1：不同构造环境玄武岩在锶同位素组成上具有明显的不
均一性。(87Sr/86Sr)0的平均值，
洋中脊玄武岩——0.70280， 洋岛玄武岩———0.70386， 岛弧玄武岩———0.70437， 大陆玄武岩———0.70577。
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第三节、放射性成因同位素数据处理与解释 第四节、稳定同位素数据处理与解释
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1
参考书介绍
Faure G. 2001. Origin of igneous rocks: the isotopic evidence, Springer, pp.496
var
low LIL/HFS
Anorogenic
77% high
peralkaline
high Fe/Mg
Stable craton
high Ga/Al
Rift zone
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High REE, Zr
High F, Cl
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* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
详见下页
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Nd同位素的标记办法——Nd
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变化很小，引入了εNd参数，其涵义为：
N(d 0) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d d4 4 N N 4 4s C d d aH m ((0 0 U ))p R l1 e 140
18O < 9?
87Sr/86Sr
Misc
Petrogenesis
< 0.705 LowRb, Th, U Subduction zone
Low LIL and HFS or ocean-intraplate
I 53-76% low S 65-74% high
high in low: metal- moderate low mafic uminous to rocks peraluminous
(2) 现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区， 则具有混合的同位素特征。
因此：同位素年代学和同位素地球化学注重同位素体系的演化， 将同位素研究的计时作用和示踪作用结合起来，可以更好地揭 示整个地球历史的演化过程。
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8
Sr同位素地球化学
基本原理——
体系中Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)0是一个重要的地 球化学示踪参数，不同的地球化学储库的(87Sr/86Sr)0 是不同的。 (87Sr/86Sr)0对示踪物质的来源，壳幔物 质演化及壳幔相互作用等均具有重要意义。
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由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变
化很小， DePaolo和Wasserburg提出了一
种表示法，初始比值可以相对于CHUR演化
线的万分偏差来表示，称之为ε单位(εNd)。 数学上，该表示法定义为：
N(d t) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d d4 4 N N 4 4 s C d d aH m ((ttU ))p R l1 e 140
举例——1.0 Ga时，地幔和大陆地壳形成熔体的
(87Sr/86Sr)0值分别为：精0选.可7编0辑3pp4t 和0.7140。
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Sr同位素的识别岩石的源区
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
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Sr同位素的识别岩石的源区
若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上 或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳；
全地球的(143Nd/144Nd)0 ？
如何获得？近似于球粒陨石CHUR
大约3.0 Ga 分异出大陆地壳， 之后开始出现亏损地幔演化线
O.50677
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Nd同位素初始比值计算
Nd同位素初始比值（143Nd /144Nd）0是Nd同位素的地球化学 示踪的重要基础，该比值可以通过等时线法获得；
BABI=Basaltic Achondrite Best Initial
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地幔和地壳Sr同位素演化
对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的 87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示， 岩石的87Sr/86Sr值=0.702~0.706之间， 平均值为0.704，Rb/Sr=0.027，
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Sr同位素演化——地球初始Sr比值
地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
如何获得？
（1）地球形成时的岩石样品难以获得。 （2）由于地球和陨石是在大致相同的时间由太 阳星云的凝聚相通过重力凝聚作用形成的，因 此陨石可以代表地球的(87Sr/86Sr)0比值。 （3）目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0 比值为0.69897±0.00003 (Faure,1977)，代 表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
对 于 一 个 已 知 年 龄 的 样 品 ， 也 可 以 通 过 实 测 该 样 品 的 143Nd /144Nd和147Sm /144Nd比值，代入下边第2式获得。
(143Nd/144Nd)s=(143Nd/144Nd)0+(147Sm/144Nd)s (eλt-1)
(143Nd/144Nd)0=143Nd/144Nd)s－(147Sm/144Nd)s(eλt-1)
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二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理 2. Sr-Nd-Pb主要参数计算方法 3. 端元混合作用的同位素研究
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二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
(1) 岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制， 不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不 发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值 代表其源区特征。
< 9?
low
high
low
high > 9?
metaluminous
< 0.705 > 0.707
Mantle-derived
high LIL/HFS Subduction zone
med. Rb, Th, U
Infracrustal
hornblende Mafic to intermed.
magnetite
Nd同位素地球化学——特征和意义
① Sm、Nd这对母子体具有相似的地球化学性质，除岩浆作用 过程Sm/Nd比值能发生一定变化外，一般地质作用很难使Sm、 Nd分离，特别是在地质体形成之后的风化、蚀变与变质作用 过程，Sm、Nd同位素通常不会发生变化；
②一些太古代样品的143Nd /144Nd的初 始比值均落在Sm/Nd比值相当于球粒陨 石的143Nd /144Nd演化线上，这表明地 球早期演化阶段的Nd同位素初始比值与 球粒陨石Nd同位素初始比值非常一致， 这使我们获得了有关Nd同位素演化起点 的重要参数；
以BABI值连接0.702和 0.706两个端点，分别构成 两条直线，形成一个阴影区 域，阴影区即玄武岩源区， 代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时 间的演化。
加入Rb/Sr比值后
见下页图
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地幔和地壳Sr同位素演化
地幔演化——由于上地幔具有低的Rb/Sr比值（0.03），
导致上地幔的 (87Sr/86Sr)0随时间缓慢增长。