南京大学同位素地质学-08Re-Os同位素年代学

以下早期例子为与引用文献一致仍用187Os/186Os
在假定Os同位素初始比值的前提下，从单个 样品的分析数据可以计算出其模式年龄。 或者测定一套符合等时线条件的样品，用等 时线法计算年龄和初始比值。
辉钼矿具有很高的 Re 含量（ 2-230ppm ），
但Os含量低于0.2ppm（Hirt et al., 1963）
Re是分散元素，在辉钼矿中含量最高（变化 于几ppm至1.88%）。 只有在CuReS4, (Seyfullin, et al., 1975）矿 物中，Re是主要成分。 在火成岩中，Re的丰度大致为0.5 ppb。
Os在周期表中位于VIIB族，是一个Pt族元素
Os具有亲硫的地球化学性质，主要出现在铱
时形成。
Luck et al. (1980) 和Luck & Allegre (1983)用离子探针 质谱和同位素稀释 法测定Re、Os的含 量，获得了较高的 精度(4.42±0.20Ga) 并且发现：铁陨石 和球粒陨石的金属 颗粒拟合在同一条 等时线上，
这些陨石是在太阳星云以后不久（约90 Ma）形 成的，太阳星云所含Os同位素是均一的，其原 始的187Os/186Os等于0.807± 0.006
8、Re-Os同位素年代学

-衰变为 187Os 不仅可用来研究铁陨 石的来源，还可对 Cu 、 Mo 硫化物矿物等 进行定年
187Re
结合 Rb-Sr 、 Sm-Nd 、 Lu-Hf 和 U-Pb 同位 素，可用来研究地幔的分异和陆壳的增长
8.1 Re、Os的地球化学性质
Re 与 Mn 和 Te 属于 VIIB 族元素，但 Re 的地球 化学性质更接近于Mo。
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Hale Waihona Puke Baidu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
因此，Re-Os地质年代学方法可用作测定富含有 机质沉积岩年龄的可靠工具，而无需考虑沉积岩 中碳氢化合物成熟度水平. 为获得高精度的Re-Os年龄，重要的是要选择初 始187Os/188Os比值变化小的样品，这比避开碳氢 化合物成熟度高的样品更为重要.
Creaser et al.,2002
用 HF–BF3 法分离有机 质时，Re发 生丢失
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)。
187
Os Os 188 188 Os Os i
187
187
Re t (e 1) 188 Os
式中衰变常数 =（1.6660.017)10-11a-1 Shirey & Walk(1998) 。其形式与Rb-Sr体系 相似。
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。
Gannoun et al., 2004, SCIENCE
沉积岩定年
Cohen et al. （1999） 将Re-Os等时线法应用于
英国侏罗纪黑色页岩的定年： • 黑色页岩Re、Os含量高于地壳，Re/Os 高； • 95%以上的 Re 、 Os 来自海水，黑色页岩中高的有 机质含量保证了当时沉积环境为还原环境，在还原 环境下，Re、Os产生沉淀。 • 岩石形成后，若未遭到氧化，则保证了其中 Re 、
锇矿矿物中，
包括Os在内的 Pt族元素在含有Cu、Ni硫化物
的超基性岩和辉长岩、以及碲化物、硒化物、
砷化物和锑化物中含量较高。 Os的地壳丰度大致为0.4 ppb。
在太阳系中，Re、Os的绝对丰度:
Re= 5.0710-2 个原子/106个Si原子,
Os = 7.1710-1个原子/106个Si原子,
187 75
Re Os β ν Q
187 76

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 Luck et al. (1980)从铁陨石Re-Os等时线获得 T1/2=(4.270.2)1010a
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
= 0.023% = 1.600% = 1.510% = 13.286% = 16.251%
= 26.369%
= 40.957%
含Re体系中187Os的增长可表示为（Hirt et al., 1963）：
187 187 187 Os Os Re t 186 (e 1) 186 186 Os Os i Os
Luck & Allegre (1983)修订结果为 T1/2=(4.560.11)1010a和 =（1.520.04)10-11a-1
Yin et al. (1993) 给出 =（1.640.05)10-11a-1
Shen et al.(1998)陨石 =1.6610-11a-1
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
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.
而在幔源橄榄岩 包体中Os的丰度 大于Re。
5.2 Re-Os定年
Re有2个天然存在的同位素，其丰度如下：
185Re，37.398%，稳定 187Re，62.602%，放射性
187Re通过衰变成为187Os：
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% （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。
Re/Os比值≈0.072。
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 陨石
相似 ｝ Re/Os = 0.083
Re/Os = 0.081
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
用王水法溶解富有 机碳沉积岩全岩中 有机碳的Re、Os 时， 碎屑中的Re、 Os也被溶解，碎 屑中的Re、Os量 相对于有机质而言 是很少量的，可能 导致年龄稍有偏差。
Selby & Creaser,2003
溶样方法改进
用 CrO3–H2SO4法溶解沉积岩全岩有机碳中Re、Os所 获得的等时线年龄与火山层中锆石U－Pb年龄（363.3 ±0.4Ma）相吻合。 Selby & Creaser,2003
量降低而不是由于Re含量增加的缘故。
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10-12~10-9), 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。
陨石的Re、Os同位素组成与地球样品相一致
这些研究结果不仅揭示了陨石的来源，而且为
研究地球Os同位素提供了基础
基性火成岩定年
Allegre et al. (1999).
基性火成岩定年
Monro Township科马提岩 Re-Os 等时线 （Walker et al. ，1988）
基性火成岩定年
Shirey & Walk(1998) 陨石 =（1.6660.017)10-11a-1
Os有7个天然出现的稳定同位素。
Luck & Allegre (1983): (NH4)2OsCl6的Os同位素丰度：
184Os 186Os 187Os 188Os 189Os 190Os 192Os
加拿大Sudbury 的Strathcona Hangingwall Zone和Deep Zone ores (Ni–Cu sulfide)的 Re-Os 等时线 Morgan et al.,2002
南非Witwatersrand Supergroup中金颗粒样品的Re-Os 等时线定年结果为3016 ± 110 Myr (MSWD =1.9)，虽 然有些金颗粒有沉积自生特征，但该年龄老于最大沉 积年龄，有力地证明大部分金颗粒来源于碎屑，而非 后期热液成因. from Kirk et al. (2002).
水的Os同位素组成.
（Cohen et al., 1999）
加拿大西部沉积盆地晚泥盆纪Exshaw 组富含有机 质沉积岩Re-Os体系
Exshaw组TOC>5%的样品 (可能最能反映水成Os组分) 给出等时线年龄358±9Ma, 初始187Os/188Os=0.59，即 为海水Os同位素估计.
用王水溶样