11 第五章 第二讲 Sm-Nd同位素测年

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142Nd 143Nd 146Nd 150Nd
27.13% % 23.87H 17.18% % 5.6%
143Nd2.20% 145Nd

8.30% %
148Nd5.72% %
Sm-Nd同位素测年 Sm-Nd同位素测年

147
Sm 通过 a 放射,衰变为 Nd 放射, -12 -1 衰变常数为: 衰变常数为:6.54×10 a × 11 半衰期为: 半衰期为 1.06×10 a。 × 。
• 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 相对于Sm发生富集, 盐熔体中,Nd相对于Sm发生富集,地 壳起源熔体的Sm/Nd Sm/Nd比值一般低于上地 壳起源熔体的Sm/Nd比值一般低于上地 幔起源熔体的Sm/Nd比值。 Sm/Nd比值 幔起源熔体的Sm/Nd比值。 • 在岩浆分离结晶过程中,残余岩浆中Nd 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, Sm也发生富集 相对于Sm也发生富集, 随岩浆分异程度 增大,残余熔体中Sm和Nd含量升高, 增大,残余熔体中Sm和Nd含量升高, Sm 含量升高 Sm/Nd比值有所下降 比值有所下降。 Sm/Nd比值有所下降。
• Sm-Nd法适合于基性、超基性火成岩 Sm-Nd法适合于基性、 法适合于基性 的定年, Rb-Sr法更适合于酸性 法更适合于酸性、 的定年,而Rb-Sr法更适合于酸性、中 酸性火成岩的定年。更重要的是REE REE在 酸性火成岩的定年。更重要的是REE在 变质作用、 变质作用、热液作用和化学风化作用中 Rb、Sr稳定的多 对已发生Rb 稳定的多。 Rb、 比Rb、Sr稳定的多。对已发生Rb、Sr 迁移的岩石仍能用Sm Nd法进行定年 Sm- 法进行定年。 迁移的岩石仍能用Sm-Nd法进行定年。 Sm-Nd法为Rb/Sr比值低或对Rb- 法为Rb/Sr比值低或对Rb Sm-Nd法为Rb/Sr比值低或对Rb-Sr 不再封闭的岩石的测年提供了一种有效 方法。 方法。
• 硅酸盐造岩矿物中,铀和钍的浓度很低, 硅酸盐造岩矿物中,铀和钍的浓度很低, 一般为几个ppm或更少。 ppm或更少 一般为几个ppm或更少。但这两种元素在 某些副矿物中呈主要组分或者替代别的元 这些副矿物包括沥青铀矿、 素。这些副矿物包括沥青铀矿、方钍石 氧化物) 锆石、钍石、褐帘石(硅酸盐) (氧化物);锆石、钍石、褐帘石(硅酸盐); 独居石、磷灰石、磷钇石(磷酸盐) 独居石、磷灰石、磷钇石(磷酸盐)和榍石 钛硅酸盐) (钛硅酸盐)。
Sm-Nd同位素测年 第三节 Sm-Nd同位素测年
一、钐-钕地球化学 钕地球化学
• Nd和Sm属于轻稀土元素,其中Nd的不相 Nd和Sm属于轻稀土元素, 属于轻稀土元素 离子半径为0.108nm 0.108nm, 容性大于Sm. Nd3+离子半径为0.108nm, 0.104nm。由于Sm Nd的化学性 Sm和 Sm3+为0.104nm。由于Sm和Nd的化学性 质很相似,因此在地质过程中Sm Nd不会 Sm和 质很相似,因此在地质过程中Sm和Nd不会 发生明显的分离。 发生明显的分离。地球上岩石和矿物的 Sm/Nd比值仅变化于0.1到0.5之间 比值仅变化于0.1 之间。 Sm/Nd比值仅变化于0.1到0.5之间。
147 0
其中: 其中:
143
Nd Nd Sm λt 144 Nd = 144 Nd − 144 Nd e − 1 R R R
143
143 t 143 0 147 0
t
0
(
)
)
+ 1
Nd Nd Sm 144 = 144 − 144 e λt − 1 Nd Nd Nd CHUR CHUR CHUR
(
整理: 整理:
1 t = ln λ
( (
143 147
Nd Sm
144 144
Nd
) −( Nd ) − (
0 R 0 R
143 147
Nd Sm
144 144
) Nd )
Nd
0
CHUR 0
CHUR
• 式中 t 代表壳-幔分离时间,0代表现今。
( (
143
Nd
Sm
144
Nd
147
模式(1976) DePaolo 模式(1976) : 假定地球的Nd在一个均一库中演化, Nd在一个均一库中演化 假定地球的Nd在一个均一库中演化, 其 Sm/Nd比值与球粒陨石的相等 CHUR) 比值与球粒陨石的相等( Sm/Nd比值与球粒陨石的相等(CHUR). 地幔部分熔融生成地壳岩石是引起地球 Sm/Nd比值发生变化的主要事件 比值发生变化的主要事件. Sm/Nd比值发生变化的主要事件. 地壳岩石在中低级变质作用、 地壳岩石在中低级变质作用、剥蚀和沉积作 用中,Sm/Nd比值一般不发生变化。 用中,Sm/Nd比值一般不发生变化。 比值一般不发生变化 此时,地壳岩石的Sm Nd同位素可用来计 Sm此时,地壳岩石的Sm-Nd同位素可用来计 算壳-幔分离的时间(模式年龄) 算壳-幔分离的时间(模式年龄)。
(147Sm/144Nd)DM = 0.2136
(Wasserburg et al., 1981)
(143Nd/144Nd)样品 - (143Nd/144Nd)DM TDM=1/入ln[1+ ] (147Sm/144Nd)样品 - (147Sm/144Nd)DM 式中:入=0.00654 Ga-1,下标DM为亏损地幔参考值。
• 单阶段钕模式年龄的计算
岩石R在 t 时刻从地幔中分离时,岩石R和球粒陨 时刻从地幔中分离时, 石均一库(CHUR) Nd同位素组成相同 同位素组成相同。 石均一库(CHUR)的Nd同位素组成相同。
Nd Nd 144 Nd = 144 Nd R CHUR
147Sm的半衰期很长,最适用于对前寒武
Sm-Nd同位素测年 Sm-Nd同位素测年
三、锶、钕同位素示踪原理 • 钐-钕法和铷-锶法一样可获得同位素初始比 钕法和铷目前普遍采用( 值,目前普遍采用(143Nd/144Nd)i和 联合示踪岩浆作用过程。 (87Sr/86Sr)i联合示踪岩浆作用过程。其基 本原理: 本原理: • 以球粒陨石代表地球原始物质的同位素组成, 以球粒陨石代表地球原始物质的同位素组成, 将单阶段衰变到现今的锶将单阶段衰变到现今的锶-钕同位素组成作 为原始地幔的参照系, 为原始地幔的参照系,分析不同岩石同位素 的演化特征. 的演化特征.
Sm-Nd同位素测年 Sm-Nd同位素测年
• 钐有七种天然同位素,它们的质量数和同 钐有七种天然同位素, 位素丰度分别为: 位素丰度分别为: 143Sm 3.16%, %, 147Sm 15.07%, %, 148Sm 11.27%, 149Sm 13.84%, %, , 150Sm 74.7%, %, 152Sm 26.63%, %, 154Sm22.53%。 %。
144
) Nd )
0
CHUR
0
= 0.512638 = 0.1967
CHUR
(Wasserburg et al., 1981)
• 单阶段钕模式年龄的计算
地壳物质不断从上地幔中抽出,使上地幔的Nd相对于 地壳物质不断从上地幔中抽出,使上地幔的Nd相对于 Nd Sm亏损 Sm/Nd比值高于CHUR。 亏损, 比值高于CHUR Sm亏损, Sm/Nd比值高于CHUR。从亏损上地幔中产 生的地壳岩石, 生的地壳岩石,其模式年龄应该用亏损上地幔的演化线 来计算,才更接近实际。 来计算,才更接近实际。这种模式年龄定义为TDM: 亏损上地幔 (143Nd/144Nd)DM = 0.513151
第四节 铀-钍-铅法测年及铅 同位素地球化学
一 铀、钍和铅的地球化学 钍
• 铀、钍都为第七周期锕系元素,克拉克值分别 为2.7及9.6ppm(泰勒,1964),在内生成矿 作用中铀、钍都呈四价离子。离子半径U4+ 为 0.97Å,Th4+ 为1.02Å,两者电价相同,半径 又非常相近。因此,铀、钍一般紧密共生,含 铀矿物一般都含钍,只是在表生作用下,钍仍 然 是 Th4+ , 而 铀 易 氧 化 为 六 价 状 态 , 形 成 [UO2]2+离子,此时铀、钍发生分离。
应用钕模式年龄的前提条件: 应用钕模式年龄的前提条件:
(1)源区具有与参照系相同的同位素组成,运用亏 源区具有与参照系相同的同位素组成, 损地幔的钕模式年龄T 损地幔的钕模式年龄TDM时,若岩石并不来源于亏 损地幔,则模式年龄T 是无意义的(Rudnick, 损地幔,则模式年龄TDM是无意义的(Rudnick, 1990); 1990); 与源区相比,岩石必须有较大的Sm Nd分镏 Sm/ 分镏, (2)与源区相比,岩石必须有较大的Sm/Nd分镏, 某些基性岩浆岩由于没有大的Sm Nd分镏而不能 Sm/ 某些基性岩浆岩由于没有大的Sm/Nd分镏而不能 获得正确的模式年龄; 获得正确的模式年龄; 岩石从地幔进入陆壳后,再未使Sm Nd值发 Sm/ (3)岩石从地幔进入陆壳后,再未使Sm/Nd值发 生变化,否则, 生变化,否则,需要用两阶段甚至多阶段的模式进 行计算(Goldstein et al.,1984;Keto and 行计算( al.,1984; Jacobsen,1987)。 Jacobsen,1987)。
143 143
t
t
Nd同位素组成存在以 岩石R从 t 演化到现今 0, 其Nd同位素组成存在以 下演化关系: 下演化关系:
Nd Nd 144 Nd = 144 Nd R CHUR
143 143
t
t
岩石(R) 壳-幔分离时 (t) 岩石(R) 和球粒陨石均一库(CHUR) 和球粒陨石均一库(CHUR) Nd同位素组成相同 的Nd同位素组成相同
143
Sm-Nd同位素测年 Sm-Nd同位素测年
• 二、钐-钕法测年 • 等时线测年的基本公式为:
(143Nd/144Nd)样品= (143Nd/144Nd)i +(147Sm/144Nd) 样品(eλt-1)
(147Sm/144Nd)样品(eλt-1)为直线的bX项
斜率b=eλt-1 t=1/λ·ln(b+1)
DMM
Sr-Nd 同 位素揭示出 的地幔同位 素端元组成 和演化趋势.
EM1
EM2
大陆碱性岩浆岩的Sr-Nd同位素 大陆碱性岩浆岩的Sr-Nd同位素 Sr 组成演化图
华北中-新生代部分岩浆岩的Sr-Nd同位素组成图解 华北中-新生代部分岩浆岩的Sr-Nd同位素组成图解 Sr
钐钕模式年龄简介: 四 钐钕模式年龄简介:

系的定年。矿物之间的Sm/Nd比值范围 较全岩的大,能获得精度更高的年龄。 • REE的不活动性,对利用矿物等时线测定 火成岩结晶年龄非常有利, 但对变质作用 但对变质作用 的定年则是一个不利的因素. 的定年则是一个不利的因素. 因为变质作 用中矿物有时难以达到同位素的再平衡. 用中矿物有时难以达到同位素的再平衡.
Sm-Nd同位素测年 Sm-Nd同位素测年
• 在(143Nd/144Nd)i-(87Sr/86Sr)i图解中玄武质岩石的锶-钕 图解中玄武质岩石的锶-
同位素组成表现出三个基本端元: 同位素组成表现出三个基本端元:
(1)亏损地幔(DMM): (143Nd/144Nd)i>0.51264 (2)富集地幔 I (EMI): (143Nd/144Nd)i<<0.51264 (3)富集地幔II (EMII): (143Nd/144Nd)i<<0.51264 (87Sr/86Sr)i>>0.7045 0.7045 (87Sr/86Sr)i<0.7045 (87Sr/86Sr)i<0.7045
一、钐-钕地球化学 钕地球化学 Sm和Nd是稀土元素 是稀土元素, Sm和Nd是稀土元素,存在于许多造岩矿物 如硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐矿物中。 中,如硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐矿物中。
Sm-Nd同位素测年 Sm-Nd同位素测年
• 钕也有七种天然同位来,其质量数和同 钕也有七种天然同位来, 位素丰度分别为: 位素丰度分别为
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