南京大学同位素地质学-06Sm-Nd同位素年代学PPT课件

Nd/ Nd
2 .7 G a re fe re n ce lin e
为 检 验 矿0.7物06 Sm-Nd 体 系 是 否 已 遭 受 变M质iner重als 置 ，
-
9
一般而言，火成岩分异程度增强，其Sm和Nd含 量升高，但Sm/Nd比值有所下降。例如:
➢洋中脊玄武岩(MORB)的Sm/Nd比值为0.32
➢而花岗岩的仅为0.19。
➢与硅饱和的岩石相比，碱性火成岩如响岩、粗 面岩和正长岩富集Sm和Nd，其Sm/Nd比值一般 变化于0.10~0.20之间。
➢各种沉积岩也具有较低的Sm/Nd比值。
从 Stillwater 杂 岩 体W层hol状e 系 列 堆 晶 0.512 岩R部ock分s 分 离 出 的 三个矿物的Rb-Sr 同位素分析数据
2 7 0 1 M a m in e ra l iso ch ro n
Nd/ Nd
144
2701+-8 M a
143
不构成等时线，
0.510
PL
而这三个矿物的
矿物晶格对容纳REE具有相当大的选择性：
➢长石、黑云母和磷灰石倾向于选择轻稀土元素
➢辉石、角闪石和石榴石一般选择重稀土元素。
-
6
Nd和Sm属于轻稀土元素，
➢Nd3+离子半径为1.08Å，
➢Sm3+为1.04Å。
Sm和Nd的化学性质很相似，在许多地质过 程中Sm和Nd不会发生明显的分离。
地球上岩石和矿物的Sm/Nd比值仅变化于
➢146Sm衰变为142Nd。146Sm的半衰期较短，
现已衰变完了，
T1 1.0108a 2
➢146Sm本身是由150Gd衰变而来（Lugmair
and Marti, 1977）。
-
13
1 64 S 27 m 1 64 N 03 dQ
T1 1.061011a 2
1 65 G 40 d 1 64 S 46m Q
-
15
Sm－Nd等时线年龄测定，通常通过分析单矿 物或同源同生的一套Sm/Nd比值变化尽可能大 岩石来实现，等时线条件与Rb－Sr法相同。
-
16
✓Sm－Nd法适合于基性、超基性火成岩的定年
✓Rb－Sr法更适合于酸性、中酸性火成岩的定年
✓更重要的是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。结果对那些 已发生Rb、Sr迁移的岩石仍能用Sm－Nd法进 行定年
-
18
87 86
S r/ S r
2 .7 G a re fe re n ce lin e
0.706
M inerals
0.705 0.704
CPX CPX
0.703 PL
0.702 0.00
0.04 0.08
87R b/86S r
143
144
Nd/ Nd
0.514
M inerals
CPX
0.512
CPX WR
-
11
Nd有7个天然存在的稳定同位素的丰度如下： 142Nd ＝ 27.1% 143Nd ＝ 12.2% 144Nd ＝ 23.9% 145Nd ＝ 8.3% 146Nd ＝ 17.2% 148Nd ＝ 5.7% 142Nd ＝ 5.6%
-
12
Sm-Nd 之间有两对母-子体同位素：
➢147Sm衰变为143Nd，
0.511
Sm-Nd 数 据 构 成
一条ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ好的等时
0.508 0.0 0.1 0.2 0.3
147S m /144N d
线，计算年龄为
0.12 0.16 0.20 0.24
2701471S±m /8144MN da。
-
19
2 7 0 1 M a m in e ra l iso ch ro n
2701+-8 M a
-
2
6.1 Sm和Nd的地球化学性质
Nd（Z=60）和Sm (Z=62) 是元素周期表IIIB 族中的稀土元素（REE）。
-
3
REE一般形成+3价离子，它们的离子半径随着原子 序数的增加而减小，即从La (Z=57)的1.15Å到Lu (Z=71) 的0.93Å。
-
4
石灰质陨石
-
5
REE在氟碳铈矿、独居石和铈硅矿等矿物中含量 很高，但在一般造岩矿物中REE置换主元素而成 为分散元素。
T1 1.8106a 2
1 64 S 26 m 1 64 N 02 dQ
T1 1.0108a 2
-
14
与Rb-Sr体系相似，147Sm衰变与143Nd的增长 可用下式描述：
1 14 4N N 4 3 d d 1 14 4N N 4 3 d di 1 14 4N S4 7 m det 1
式中＝6.54×10-12a-1，是许多测定的加 权平均值（Lugmair and Marti, 1978）
6. Sm-Nd同位素年代学
-
1
Sm的一个同位素（147Sm）是放射性的，它通 过发射粒子而衰变为稳定的143Nd，虽然 147Sm的半衰期很长（T1/2=1.061011年），但 对地球岩石、石陨石和月岩的定年很有用。
而且放射成因的143Nd和87Sr一起提供了了解行 星演化和火成岩石成因的方法。
-
10
6.2 Sm－Nd法定年 Sm有7个天然存在的同位素，其丰度如下：
144Sm ＝ 3.1%，稳定 147Sm ＝ 15%，放射性 148Sm ＝ 11.2% ，稳定 149Sm ＝ 13.8% ，稳定 150Sm ＝ 7.4% ，稳定 152Sm ＝ 26.7% ，稳定 154Sm ＝ 22.8%， 稳定
➢所以Sm－Nd法可用来测定那些因Rb/Sr比值低 或对Rb－Sr不再封闭的岩石的年龄。
-
17
6.3 低级变质火成岩定年（≈火成岩定年）
147Sm的半衰期很长，最适用于对前寒武系的 定年。因此，早期的Sm-Nd研究集中于对太 古代火成岩的结晶年龄测定。
太古代火成岩往往由于受后期变质作用的影 响，Rb-Sr或K-Ar法常常不能给出精确的结晶 年 龄 。 Stillwater 杂 岩 体 （ DePaolo and Wasserburg, 1979）提供了Sm-Nd法应用的 一个很好的例子。
0.1到0.5之间。
-
7
-
8
由于Nd3+离子半径较Sm3+的大，因而Nd3+的 离子键较Sm3+的离子键易于断裂，因此，
➢由地幔或地壳岩石部分熔融形成的硅酸盐熔 体中，Nd相对于Sm发生富集，
➢从而典型地壳岩石的Sm/Nd比值低于上地幔 源岩石的Sm/Nd比值。在岩浆分离结晶过程 中，残余岩浆中Nd相对于Sm也发生富集。