同位素地质年龄测定技术及应用

同位素地质年龄测定技术及应用

同位素地质年龄测定技术是判断岩体年龄或地质事件发生时代的常用方法，主要包括U-Pb法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等，各类方法均有其自身的特点，因此其适用范围和注意事项也存一定的区别。本文以Rb-Sr法为例，对其原理、使用范围、注意事项及其局限性进行了分析讨论，希望能为读者提供参考。

标签：同位素;地质年龄;Rb-Sr法;应用

1 概述

随着科学技术的不断发展，地质学在帮助人类认识地球方面的作用日渐明显。同位素地质年龄测定技术是以放射性同位素为基础的测量技术，该技术在地质研究方面的应用，可提高测量结果的有效性，便于人们更好地发现地球演变规律。本文将对同位素地质年龄测定技术及其相关应用进行探讨。

2 同位素地质年龄测定技术

2.1 原理分析

测定原理为元素放射性衰变，放射性是指原子核可自发地放射各种粒子，具有自发放射各种射线的同位素称为放射性同位素;而放射出α或β射线后，原子核发生变化的过程可成为放射性衰变;衰变前的放射性同位素称为母体，衰变过程中产生的新同位素则称为子体;若经过一次衰变就可获得稳定子体的为单衰变;若经历若干次连续衰变获得稳定子体的则称为衰变系列。在衰变过程中，放射性同位素母体同位素原子有一半完成衰变所耗费的时间成为半衰期，较为稳定，不受元素状态、外界环境、元素质量变化的影响;放射性同位素在单位时间内每个原子核的衰变概率成为衰变常数。利用放射性衰变规律计算地质年代的主要依据就是半衰期和衰变常数。

2.2 放射性同位素测定地质年龄的前提

放射性同位素测定岩体年龄的常用技术有U-Pb法、Ar-Ar法、Rb-Sr法、Sm-Nd法、Re-Os法、（U-Th）/He法等，各种方法的使用前提基本相同：①用于测定地质年龄的放射性同位素半衰期与测定对象相匹配，且半衰期和衰变常数能被准确测定;②能准确测定母体同位素组成及各项同位素的相对丰度;③母体衰变产物具有一定的稳定性，便于使用仪器设备对其进行检测;④岩石或矿物处于封闭状态，减少误差;⑤岩石或矿物形成过程中，同位素处于开放状态时间较短，可忽略不计。

3 同位素测定地质年龄的应用

同位素测定地球年龄技术较多，本文以较为常用的Rb-Sr法为例，对其应用

进行分析。

3.1 Rb-Sr法介绍

Rb-Sr法是利用87Rb放射出β-粒子衰变为同位素87Sr的一种定年方法，是应用较为广泛的一种测定方法。Rb属于碱金属元素，由87Rb和85Rb两种同位素，丰度分别为27.8346%和72.1654%;Sr属于碱土金属元素，天然存在的同位素有四种，分别为88Sr（82.56%）、87Sr（7.02%）、86Sr（9.86%）、85Sr（0.56%），其中87Sr有放射成因和非放射成因，其他三种都属于非放射成因同位素。Rb-Sr 法定年计算式如下：

=

i+

（eλ-1）（1）

式（1）中，87Sr/86Sr和87Rb/86Sr分别为待测样品中的值，（87Sr/86Sr）i 为样品形成时的初始值，87Rb的半衰期长数以λ表示，t为样品形成所经历的时间。

3.2 Rb-Sr法应用范围

元素Rb、Sr与K、Ca具有一致性，因此Rb-Sr法主要用于含K的矿物测定。如云母类矿物，若火成岩中的黑云母和白云母对Rb、Sr的保存性较好，可用Rb-Sr 法测定年龄;锂云母具有合适的Rb/Sr比值，也可用Rb/Sr进行测定;长石类矿物对87Sr的保存能力较好，但由于Rb/Sr比值会出现异常，因此应谨慎选择;闪石和辉石类矿物中Rb/Sr比值较低，但可直接从辉石中测定87Sr/86Sr的初始比值，并将其作为研究岩石形成机理的示踪剂。

以岩浆岩时代测定为例，岩浆岩形成过程中，Sr同位素容易达到均一化，且Rb、Sr在化学封闭体系中保持较好，因此可用Rb-Sr法获得较好的测定结果。Sr均一化是指在岩浆岩形成时，87Sr/86Sr的比值在岩体的各个部分分布比较均匀，只要采集到具有不同Rb/Sr的新鲜样品，就可得到岩体形成的準确时代。

3.3 Rb-Sr法测定地质年龄的局限性

Rb-Sr同位素测定年龄范围为大于10Ma，由于Rb元素的流动性较强，因此很容易形成开放系统，无法获取岩石形成的准确年龄，特别是在样品极少的情况下，更是会造成较大误差。例如，江博明等在对迁西太古宙片麻岩的年龄进行测定时，同时采用了Sm-Nd法和Rb-Sr法，利用Sm-Nd法时，所有样品的测定年龄均为2480Ma;而利用Rb-Sr法测定时，大部分样品测定年龄为2480Ma，但有5个样品的测定年龄为4270Ma，这是明显的异常年龄。因此，若测定样品较少时，Rb-Sr系统容易被改造，导致测定结果出现较大误差，应结合其他测定方法进行

综合测定。另外，Rb-Sr法使用时，还容易受到假等时线的干扰。假等时线是指初始Sr同位素未达到均一状态的岩浆岩体系的等时线，这是由于样品不是来自均一源区，因而Sr同位素初始比不同，各样品形成年龄存在一定的差异性，Rb-Sr 体系无法保持封闭性，影响测定结果的准确性。判断假等时线的方法有两种，一是Rb/Sr比值变化较小时，87Sr/86Sr与1/Sr呈正比关系;二是等时线截距与同时期地幔或地壳内的Sr同位素值相比，出现明显小于或大于的情况。

4 结语

同位素测定地质年龄方法有多种，每种方法的使用范围和特点不同，任何一种方法都存在优势和不足，因此在选择测定方法时，应根据实际情况进行选择，必要时可采取多种方法相结合的测定技术进行样品测定，确保测定结果的可靠性。

参考文献：

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