南京大学同位素地质学-14Os同位素演化-Os同位素地球化学资料
放射性同位素地球化学
Nd同位素的演化(1) －整体地球(CHUR)， 地幔和地壳的分异
岩浆演化：超基性 基性 中性 酸性， Sm/Nd(147Sm/144Nd)比 值降低
Nd同位素的演化(2)-模式年龄
亏损地幔模式年龄
eNd(0)
TDM ←亏损地幔模式年龄
TCHUR
Nd同位素亏损地幔模式年龄的计算
1) 143Nd/144Nd = (143Nd/144Nd )DM + (147Sm / 144Nd) (elTDM – 1)
=
1 137.88
(el235T – el235t) (el238T – el238t)
U-Pb等时线的形成
207Pb 204Pb
( ) 207Pb 204Pbo
等时线
t2
c2
增长曲线
b2
c1
t1
a2 a1
b1
a
b
c
to
235U 204Pb
低Pb高U的体系 - 锆石 U-Pb体系的演化，谐和线
谐和线
作用、幔源岩浆发生结晶分异作用和富集REE的矿物发生分
选作用的时间等。T2DM的计算还需知道地幔物质进入地壳后， 并在发生Sm/Nd比值变化前的147Sm/144Nd比值，即地壳的
147Sm/144Nd比值。对于沉积岩类，往往用上地壳的平均比值
来代替：0.1180.017(540个全球沉积岩平均值)，但对于中下
Sample/Chondrite
100
Chondrite N-MORB E-MORB OIB Continental Crust Upper Crust Lower Crust
10 1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
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
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。
同位素定年——精选推荐
第六章同位素地球化学同位素地球化学或同位素地质学是根据地球或星体的各种物质中，因稳定同位素分馏或放射性同位素衰变而造成的同位素成分的变化，来研究这些物质的来源、演化及其过程的一门学科。
利用稳定同位素分馏为基础的地球化学示踪研究，发展成为稳定同位素地球化学；而利用放射性同位素衰变进行地质年龄研究，发展成为同位素地质年代学。
第一节同位素地质年代学同位素是指原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子。
在元素周期表中占据一个位置。
由于质子数相同，它们属于同一元素的一簇原子，所以它们的基本化学性质相同，但质量有所不同。
根据原子核的稳定性，可以分为稳定同位素和放射性同位素。
如果把每一种原子核称为核素，那么在已知的近1700种核素中，只有约260种是稳定的，而大部分已知的核素是不稳定的或称为放射性的，它们会自发地分解（衰变或裂变）直到成为稳定的核素为止（Faure, 1986）。
由于与太阳系年龄相比，大部分的放射性核素的衰变速率非常快，因此它们在自然界已不实际存在，但可以在实验室人工合成。
同位素地质年代学所感兴趣的，是自然存在的为数不多的一些放射性同位素核素，主要包括那些具有非常慢的衰变速率的（如238U, 235U, 232Th, 147Sm, 40K等）、由长寿命放射性母体衰变产生的（如234U, 230Th, 226Ra等）、由天然核反应产生的（如14C, 10Be等）、以及由人工核试验产生的放射性同位素。
一、放射性衰变原理不稳定的原子会自发地发射出粒子和能量而转变为另一种原子，这一过程称为放射性衰变，发射出粒子和能量的现象即所谓放射性。
各种不稳定原子的衰变有几种不同的方式，一些原子可以同时以2-3种方式衰变，但多数原子以一种特有的方式衰变。
衰变的结果是原子核的质子数和/或中子数发生变化，从某一元素的同位素（母体）转变为另一元素的同位素（子体）。
子体同位素若仍是放射性的，则将进一步衰变直至转变为稳定的原子为止。
百科知识精选同位素地球化学
分馏系数分馏系数表示同位素的分馏程度，反映了两种物质或两种物相之间同位素相对富集或亏损程度。
在自然界，分馏系数是指两种矿物或两种物相之间的同位素比值之商。
其表达式为：□ A-B＝RA/RB式中A和B表示两种物质(物相)，R代表重同位素对轻同位素的比值，如18O/16O，13C/12C等。
□ 值偏离1愈大，说明两种物质之间的同位素分馏程度也就愈大；□=1时，物质间没有同位素分馏。
δ值稳定同位素组成常用δ值表示，δ值指样品中某元素的稳定同位素比值相对标准（标样）相应比值的千分偏差。
其公式为□δ值能清楚地反映同位素组成的变化，样品的δ值愈高，反映重同位素愈富集。
样品的δ值总是相对于某个标准而言的，同一个样品，对比的标准不同得出的δ值各异。
所以必须采用同一标准；或者将各实验室的数据换算成国际公认的统一标准，这样获得的δ值才有实际应用价值。
比较普遍的国际公认标准为：①SMOW，即标准平均海洋水，作为氢和氧的同位素的国际统一标准；② PDB，是美国南卡罗来纳州白垩系皮狄组地层内的似箭石，一种碳酸钙样品，用作碳同位素的国际统一标准，有时也作为沉积碳酸盐氧同位素的标准；③CDT,是美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁，用作硫同位素的国际统一标准。
稳定同位素实验研究表明，大多数矿物对体系（矿物-矿物）或矿物-水体系，在有地质意义的温度范围内,103ln□ 值与T 2成反比,T为绝对温度。
103ln□ 值可以近似地用两种物质的δ差值表示,即δ-δB=ΔA-B≈103ln□A-B。
因此,只要测得样品的δ值,就可直接计算出103ln□值。
它同样表示物质间同位素分馏程度的大小，利用它可绘制同位素分馏曲线，拟合同位素分馏方程式和计算同位素平衡温度(见地质温度计)。
在稳定同位素地球化学研究中，H、C、O、S等研究较深入。
它们在天然物质中分布广泛，可形成多种化合物，由于它们的同位素质量数都比较小，相对质量差别大，因而同位素分馏更明显，这对确定地质体的成因及其物质来源和判明地质作用特征具有重要意义。
几种年代学方法介绍——同位素地球化学课件PPT
Lu-Hf同位素测年
测试仪器
• 在Re－Os 年代学研究的早期，二次离子质谱、共 振离子质谱、加速器质谱、电感耦合等离子体质谱 （ICP－MS）都曾用于Re－Os 同位素的测定研究
• 近些年来，随着质谱技术及分析方法的发展，负离 子热表面电离质谱（NTIMS）已逐渐成为Re－Os年 代学研究尤其是Os 同位素比值测定的主要工具
几种年代学方法介绍
Re－Os法，Sm－Nd法， Lu － Hf法
Re－Os法
铼与锇
• Re，分散元素，不形成独立矿物，与Mo地 球化学相似性
• 地幔部分熔融时,中等不相容元素Re趋于进 入岩浆,而相容元素Os则趋于保留在地幔中。 因此,富集不相容元素的流体对地幔岩石的 交代作用通常难以对地幔岩石中Os的同位 素组成造成明显的影响。居于此原因,该体 系已被广泛地用于研究大陆岩石圈地幔的形 成和演化
天然同位素
• Re有两种天然同位素
– 185 -37.398%， – 187 -62.602%
• Os有七种天然同位素
– 184-0.02%, – 186-1.6%, – 187-1.6%, – 188-13.3%, – 189-16.1%, – 190-26.4%, – 192-41%
年龄公式
Re－Os法定年问题讨论
• 有些金属矿床辉钼矿的Re－Os 年龄高于其赋矿围 岩，原因不清；
• 黄铁矿等多数硫化物含Re－Os 量明显偏低，并含 有普通Os ，对样品化学制备过程中低本底的要求 很高，一般实验室难以达到，普通Os 也难以准确 扣除；
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 )
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与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,广泛应用于岩石与矿物的年龄测定。
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就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就是区域地质学、地球化学、矿床学与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与找矿方向的确定,都具有十分重要的理论与实际意义。
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与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)与高灵敏度高分辨率离子探针质谱(SHRIMP)技术的开发与利用,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与新认识。
目前,地质体的定年主要采用的就是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、多期性与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与局限性有关问题的研究,不仅有助于重新认识、评价与应用已有的资料,而且有利于今后工作中同位素定年方法的改进。
一、K-Ar法与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,对钾与氩保持封闭体系,既没有钾与氩的加入,也没有钾与氩的逃逸。
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
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
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。
第六章 同位素地球化学-1
第六章同位素地球化学第一节基本概念一、同位素的定义核素：是由一定数量的质子（P）和中子（N）构成的原子核。
核素具有质量、电荷、能量、放射性和丰度5中主要性质。
.同位素：原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子叫做同位素(isotope)，他们处在周期表上的同一位置二、同位素的分类– 放射性同位素(radioactive isotope)：原子核是不稳定的，它们能够白发地衰变成其他的同位素。
最终衰变为稳定的放射性成因同位素。
目前已知的放射性同位素达1200种左右，由于大部分放射性同位素的半衰期较短，目前已知自然界中存在的天然放射性同位素只有60种左右。
放射性同位素例子：238U→234Th＋4He(α)＋Q→206Pb；235U→207Pb；232Th→208Pb– 稳定同位素(stable isotope)：原子核是稳定的，迄今还未发现它们能够自发衰变形成其他的同位素。
自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有260余种。
z轻稳定同位素，又称天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定。
其特点是①原子量小，同—元素的各同位素间的相对质量差异较大；②轻稳定同位素变化主要原因是同位素分馏作用所造成的，其反应是可逆的。
如氢同位素（1H和2H）、氧同位素（16O和18O）、碳同位素（12C和13C）等。
z重稳定同位素，又称放射成因同位素(radiogenic isotope)：稳定同位素中部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物。
其特点是①原子量大，同—元素的各同位素间的相对质量差异小（0.7%~1.2%）环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变；②重稳定同位素变化主要原因是放射性同位素衰败引起，这种变化是单向的不可逆的。
如87Sr是由放射性同位素87Rb衰变而来的；三、同位素丰度同位素丰度(isotope abundance)：可分为绝对丰度和相对丰度绝对丰度是指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H=1012）或28Si（取28Si=106）的比值表示。
南京大学同位素地质学-10 K-Ar,Ar-Ar同位素年代学(含作业)
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: 进入所分析矿物或岩石的初始Ar具有相同的同位素组成 所分析的矿物或岩石具有很高的放射成因40Ar，以致于 这些矿物或岩石在初始40Ar/36Ar比值方面的差异无关紧要
K-Ar法最重要的应用之一，是用来标定海底磁
异常条带的时标。
由于从海底取到可进行K-Ar定年的新鲜岩石很
有限，因此多数研究集中在对陆上具有很好磁
性地层记录的玄武质熔岩剖面。K-Ar法几乎是
能够测定年轻玄武岩的唯一方法。
自从该方法建立以来，磁异常条带时标被不断 地用K-Ar法进行修订。
对于变质岩，K－Ar年龄往往代表最后一期
变质幕的退变质作用（ 达到Ar封闭温度）的
能够克服传统的 K-Ar法因发生 Ar丢失而产生偏差
的缺点。
只需测定 Ar同位素比值，排除了 K-Ar法因需用两 份样品测定 K 、 Ar 的绝对含量、样品存在不均一 性等所产生的误差。 因此该方法特别适用于很小或很珍贵的样品的定年
（1）原理 含K矿物中的稳定同位素 39K可通过在核反应堆
对K-Ar定年的影响最明显。
堇青石、辉石和电气石经常含有过剩40Ar，而角闪
石、长石、金云母、黑云母和方钠石中较少出现
过剩 40Ar （ York
and MacIntyre, 1965; Livingston et al., 1967 ）
。过剩
40Ar也曾经在金刚石中发现（Ozima et al., 1983）。
大多数岩石中的变化很小。 加之自然和工业过程中Ca同位素会发生分馏， 因此这一衰变母-子体定年方法只有很局限的应 用。本课不拟介绍。
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
南京大学同位素地质学Sr同位素演化Sr同位素地球化学
因此，在地球相当早的历史时期，地幔的一些部分就 发生了Rb的亏损，洋脊拉斑玄武岩可能就来源于这种 亏损地幔物质；
而洋岛火山岩可能来 源于相对原始的地幔 物质（或者受到了俯 冲物质影响），这与 形成洋岛火山岩的地 幔热点含有较高的U、 Th、K相一致。
大部分陨石来自火星和木星之间绕太阳而行的 小游星，小游星（asteroid）是较大母体的碎 块，而较大母体来源于小行星，小行星 （planetoid）是在通过太阳系中太阳星云凝结 和俘获星子而形成太阳和行星过程中形成的。
此外，一小部分石陨石来自月亮和火星被小游 星撞击而溅出的碎块。
陨石由与地球上基性岩矿物类似的硅酸盐和氧 化物矿物组成，此外含有分散状的金属铁和镍 颗粒或呈铁和镍存在。因此陨石被划分为石陨 石、石铁陨石、铁陨石。
After Allegre, 2008
与大陆和岛弧火山岩相比，洋脊和洋岛火山岩不 易受到古老硅铝层的混染，
洋岛火山岩的平均87Sr/86Sr ＝0.70437 洋底和洋脊火山岩的比值为：0.70280
87Sr/86Sr差别，意味着洋底和洋脊火山岩的 地幔源区Rb/Sr比值, 低于洋岛火山岩地幔源 区的Rb/Sr, Rb/Sr的差别已存在了至少2Ga.
87Sr/87Sr
0.720 地幔Rb/Sr比值是随时间降低的，故 87Sr/86Sr增长的斜率也是降低的
0.715 0.710 0.705 0.700
Rb/Sr=0.15 Crust
A1
A A2
Mantle
B Rb/Sr=0.027
5
4
3
2
1
0
Age, Ga
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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 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， 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, 1983)，基本上是一致的，得初始值:
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 ±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。
据此，获得地幔现在值: 187Os/186Os=1.04 187Os/188Os= 0.11 187Re/186Os = 3.15 (l=1.61×10－11a－1)
由此获得的地幔 187Re/186Os = 3.15 与许多陨石的值（3.1~3.3）是一致的，如： C1、C2、H、L、E球粒陨石 Angra dos Reis无球粒陨石 铁陨石 （见下述）
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 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
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 量值与铁陨石的初始值 (0.805) 构 成 一 条 直 线 ( 图 4.3) ， 它 代 表 了 地 幔 中 锇 同位素组成演化的模式。
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.
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
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
为了检验地幔的锇同位素组成的演化，对于太 古宙绿岩带中的基性岩、超基性岩、科马提岩， 元古宙和显生宙的蛇绿岩等幔源地质样品，进 行广泛的Re-Os同位素体系研究，结果表明地 幔中锇同位素演化具球粒陨石的特征
Walker 等 (1988) 从 加 拿 大 Ontario省Munro Township太古代科 马提岩12个样品得到Re-Os等 时线年龄2.65±0.09Ga（与UPb锆石年龄2.70Ga相一致）
Allegre and Luck (1980).
对显生宙蛇绿岩中纯橄榄岩和 方辉橄榄岩Re-Os同位素研究 得到187Os/186Os初始值：
120Ma的Oman：1.050
220Ma的Toba(日本)：1.029
都落在球粒陨石地幔演化线上， 表明显生宙地幔的锇同位素组 成也符合球粒陨石演化。
澳大利亚西部晚太古代绿岩地体中有大量的科马 提 岩 赋 存 富 Ni-Cu-PGE 的 硫 化 物 矿 床 。 Forster 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：
Re的丰度大于 Os.
而在幔源橄榄岩 包体中Os的丰度 大于Re。
（2） 地幔锇同位素演化
锇铱矿中Os含量高而不含Re，因而其现代锇 同位素组成即为样品形成时的初始值；而且锇 铱矿的幔源成因，
因此，Allegre and Luck(1980)采用已知年龄 的不同时代锇铱矿的锇同位素组成代表锇铱矿 形成时地幔的锇同位素组成，从而研究地幔中 锇同位素组成的演化。