锇同位素
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地幔的 186Os/188Os值由于 190Pt的半衰期 很长并且丰度很低，所以一般的地球化 学分异不能产生明显的 186Os异常，只有 行星内部亲硫元素的大尺度分异才能导 致186Os/188Os比值的显著异常。
在示踪地球内部大尺度的地球化学行为 时，地幔 186Os/188Os比值的确定是地幔 示踪研究的基础。 地幔的 186Os/188Os比值是通过研究普通 球粒陨石、铬铁矿、锇铱矿和深海橄榄 岩得到的。
岩石圈具有较低的 187Os/188Os比值，不 大可能成为地幔柱的主要物质源区。已 有学者运用 187Os/188Os比值来判断地幔 柱是否起源于670km不连续面及其附近， 并受到再循环地壳物质的影响(Brand， et al.1998)。
大陆地壳放射成因Os同位素比值特征易 于与大多数陨石的非放射成因特征区分 开来。因此，Os同位素在区分地球与地 外组分中是潜在的有效示踪剂。未来的 Os同位素地球化学示踪也将会深入到对 地核的研究。
在夏威夷苦橄岩中观察到186Os和187Os同 时富集的现象。夏威夷苦橄岩的 186Os/188Os和187Os/188Os值都比上地幔的 平 均 值 要 高 ， N(186Os)/N(188Os) 为 0.1198339～0.1198526，γ(Os)为1.23～ 9.06，
也就是说夏威夷苦橄岩相对于平均上地 幔来讲，具有更多的放射成因组分。 这种放射成因异常要求其源区同时具有 高的Pt/Os和Re/Os比值，且经过长期的 衰变积累才能形成。
然而地球上超基性岩、玄武岩和花岗岩 等不同类型岩石的Re浓度同处一个数量 级，变化不大。这个事实说明，在部分 熔融和岩浆分离结晶过程中，Re不是一 个强配分元素，壳-幔分异作用没有明显 地改变Re浓度。
与超基性岩相比，地壳中拉斑玄武岩和 花岗岩的Re/Os比急剧升高，其原因在于 生成的熔体中Os强烈亏损，地幔中Os只 有很少一部分转移到地壳中。
Re-Os同位素研究中，另一常用参数是 γOs
γ Os
187 Os Os ( 188 ) S − ( 188 ) chon Os Os = × 100 187 Os ( 188 ) chon Os 187
式中右下角注“ｓ”和“chon”分别代表 样品值和球粒陨石值。
γOs 值高，说明体系富放射成因同位素有 较高的 187Os/188Os；γOs 值低或为负，则 说明体系贫放射成因同位素，具有较低 的187Os/188Os。
自然界Os有7个同位素：
184Os(0.02%)、186Os(1.6%)、 187Os(1.6%)、188Os(13.3%)、 189Os(16.1%)、190Os(26.4%)、 192Os(41.0%)，
它们都是稳定同位素。随时间演化放射 成因Os同位素增长方程式是
187 Os 187 Os 186 = 186 + Os Os p i
而Pt的浓度随铁陨石变质程度变化的幅 度不大，其最大变化不会超过10倍。随 着 分 异 程 度 的 增 加 ， Os 的 浓 度 减 少 ， Pt/Os的变化范围就会增大，这样就有利 于得到好的Pt-Os等时线。 随着技术的不断发展， 186Os/188Os比值 和Pt含量测定精度的进一步提高， 190Pt186Os同位素体系有可能发展成为一种有 效的定年方法。
Re-Os同位素体系还可用于解决地幔柱的 起源问题。地球外核的Re/Os比值较球粒 陨 石 至 少 大 20% ， 由 此 导 致 外 核 的 187Os/188Os较球粒陨石至少大8%。研究 显示：很多地幔柱的 187Os/188Os比值较 球粒陨石大5%～20%，因此地幔柱很可 能来自核幔边界。
同时还可以发现夏威夷苦橄岩的 186Os/188Os和187Os/188Os正相关。 此正相关性可以用两元混合模型来解释， 其中一个端员组分相对于球粒陨石富集 Pt和Re，且有长期历史，可能是核幔边 Pt Re 界物质或古老洋壳；另一个端员组分具 有和球粒陨石一样的Pt/Os比值和比球粒 陨石高出2%的187Os/188Os。
187
Re λt (e − 1) 186 Os
式中右下角注p为现在样品测定值，ｉ为 初始值， 187Re/186Os为现在测定的比值， λ为187Re的β-衰变常数。
当一组样品满足①同一来源，有共同的 (187Os/186Os) ｉ 初始比，②同时形成，具 有相同形成年龄，③自矿物或岩石形成 后，Re-Os体系一直保持封闭时， 那 么 在 187Os/186Os-187Re/186Os 图 上 ， 它 们将能够拟合成一条直线，通过该直线 的斜率，即可求得年龄。
第八节 锇同位素在矿床学中的应用
一、Re-Os同位素 同位素
Re 有 两 个 同 位 素 ： 187Re(62.6%) 和 185Re(37.4%)。 187Re 通 过 一 次 β- 衰 变 成 为 187Os ， 187Re→187Os+β-+Ｑ， 由于这个衰变的放射能很小，导致精确测定 187Re的衰变常数十分困难。过去的20多年，一 般采用的衰变常数为1.64×10-11 ａ -1 ，但近几 年来，多采用由ⅢＡ型岩浆成因铁陨石获得的 新成果(λ=1.666×10-11ａ-1)。
一些学者认为OIB中所见的187Os/188Os的 异常可能是由于俯冲的洋壳进入到地幔 源区，从而使地幔源区的Re相对富集。 这种观点得到了Pb，Sr，Nd等同位素示 踪体系的支持，但是却不能解释夏威夷 地幔柱186Os异常富集的现象。
铁陨石、球粒陨石中Os浓度虽然很高， 但Re浓度也相应升高，Re/Os比值变化 也不大，平均值为0.083±0.003。表明 地幔的Re/Os比值基本上是一个常数。
Re、Os的这种地球化学特征决定了ReOs法在同位素地质年代学、地球化学、 矿石形成、岩浆成因以及地幔演化研究 中，具有很大发展潜力。
因为，Walker和Morgan(1989)在测定了 球粒陨石全陨石Re-Os等时线后，发现球 粒陨石的 187Os/186Os比值普遍高于铁陨 石和上地幔，表明在地核形成过程中， Os优先进入地核，Re-Os体系在这时必然 出现了分馏。显然，在研究地核时，Os 同位素是一非常有意义的示踪剂。
2、Pt-Os体系
190Pt-186Os作为一种定年手段，具有其独
特的优点，主要是可用于陨石和铂族元 素矿床的直接定年。 在研究变质程度较高的陨石的形成年龄 时， 190Pt-186Os同位素体系比 187Re-187Os 更加理想。
IIAB铁陨石随着Ni浓度变化的同时Re的 浓度也会发生很大的变化，变化范围可 以达到4个数量级。当铁陨石中Ni的含量 增加时，Re的浓度会显著下降。 所以高Ni含量、高变质程度的铁陨石的 Ni Re含量很低，在进行空白校正时会引入 较大的误差，这是 187Re-187Os同位素体 系体系在测定铁陨石年龄时会面临的难 题。
铼是分散元素，几乎全部存在于其它元 素的矿物中。铼的地球化学行为与钼相 似，它在辉钼矿中达到最大富集，辉钼 矿中铼的浓度从痕量到1.88%，变化较 大，与铜的硫化矿物共生的辉钼矿，趋 向于有特别高的铼浓度。
而锇是强亲铁元素，主要存在于锇—铱 和其它铂族元素的铱锇矿物中。铂族元 素常与含铜、镍硫化物的超基性岩和辉 长岩相伴生。 锇是高度相容元素，在部分熔融作用下 相对趋向于保存在地幔中。在地幔岩石 的部分熔融过程中而铼相对地趋就会造 成铼-锇间强烈分馏。
3、联合示踪
地幔柱用 190Pt- 186Os和 187Re- 187Os体系 联合示踪可以提供关于核幔相互作用的 信息，这是其它同位素体系很难做到的。
夏威夷地幔柱是研究得最详细深入的地 幔柱之一。目前普遍认为夏威夷地幔柱 形成于下地幔，所以该地区是研究核幔 边界化学地球动力学过程的最理想地区。 苦橄岩代表高温下地幔大比例部分熔融 的产物，是原始地幔熔体的代表。
比较行星学研究表明，球粒陨石基本上代表了 地 幔 组 成 。 Allende 碳 质 球 粒 陨 石 的 N(186Os)/N(188Os)的值为0.119831，根据假设 的现代上地幔和球粒陨石的组成计算出太阳系 的N(186Os)/N(188Os)初始值为0.119820。从全 球各地采集的7个橄榄岩和蛇纹岩中的锇铱矿 7 和 铬 铁 矿 的 N(186Os)/N(188Os) 平 均 值 为 0.1198340。大西洋Kane地区的深海橄榄岩的 N(186Os)/N(188Os)值为0.1198353。 综合上面的研究结果得到上地幔的平均 N(186Os)/N(188Os)值为0.119834。
190Pt
通 过 α 衰 变 形 成 186Os ： 190Pt→186Os+α。 早年测定的 190Pt的衰变常数为1.07×1012ａ-1(误差为±3.4%)和1.1×10-12ａ-1。
Walker等对西伯利亚的诺里尔斯克(Norrilsk)侵 入体中的含Pt矿石进行Pt-Os同位素研究，得到 Pt-Os等时线的斜率为0.0003875±32(2σ) ；由 已知的Ｕ-Pb年龄(251.2±0.3)Ma，采用 190Pt 的 丰 度 为 0.0124% 得 到 190Pt 的 衰 变 常 数 为 1.542×10 1.542 10-12ａ-1，估计误差为±1%。 1% 后来，Horan用MC ICP MS测定得到的 190Pt的 相对丰度为0.01296%(未发表数据)，据此重算 得到衰变常数为1.477×10-12ａ-1，相应的半衰 期为4.69×1011ａ，估计误差仍为±1%。
自然界中Pt、 、 同 三 、 自然界中 、 Re、 Os同 位素分布
Re是亲硫元素，Pt和Os既有亲铜性又有 亲铁性，但Pt的亲铁性介于Os和Re之间。 地幔熔融时，Re具有最强的不相容性， 趋向于进入熔体。Os具有最强的相容性， 趋向于保留在残余地幔。 在核幔分异的过程中，Os在地核中高度 富集。Pt的相容性介于Re和Os之间。
（二）地球化学示踪
Re-Os体系
Re-Os同位素体系是硫化物矿床形成的强 有力的示踪剂和成矿过程中地壳物质混 入程度的高灵敏度的指示剂。由于地壳 相对富Re，所以，混入的地壳物质愈多， 产生的放射性 187Os含量就越高，反映在 γOs正值愈大；而Re的亏损则导致γOs为负 值。
岩浆成因的Cu-Ni硫化物矿床中因普遍富 含铂族元素而被认为其成矿物质来源于 地幔。 但近年来的Re-Os同位素研究表明：该类 矿床的成矿物质可能完全来自于地幔， 或者在多数情况下是壳-幔混合来源，甚 至可能完全来自地壳。 依据其矿石和围岩中的Os同位素组成， 还可进一步估算出不同来源物质的贡献 份额。
二、Pt-Os体系 体系
Pt有6个同位素: 190Pt(0.014%)、 192Pt(0.782%)、194Pt(32.967%)、 195Pt(33.832%)、196Pt(25.242%)和 198Pt(7.163%)， 其中 190Pt的相对丰度最低，故其相对丰 度的误差较大。Walker等得到 190Pt的丰 度为0.0124%。
Pt和Os均是铂族元素，在来源于地幔的超基性 岩和金属硫化物等矿床中相对富集。 Pt-Os体系可对富含铂族元素的金属矿床、铁 陨石和石铁陨石进行直接定年。 该体系不仅对研究铂族元素矿床而且对研究地 幔演化、核幔相互作用、地幔柱源区、地核演 化以及陨石成因和太阳系早期演化有重要指示 意义，特别在研究地幔柱源区和演化过程方面 更具有优越性。
四、在矿床学中的应用
（一）确定成矿年龄
由于Re-Os同位素体系封闭性好，受后期 改造很弱，可以直接准确地测定成矿时 代。
Mo和Re具有相同的价态和相近的离子半 径，致使辉钼矿中Re的含量很高，一般 可达10×10-6 ～50×10-6 ，Re/Os比值大 于106，因此定年研究首选对象是辉钼矿。 10 随着测试技术的进步，一些含有极微量 Re、Os的硫化物，如黄铁矿、黄铜矿等 也可用于Re-Os定年。
在示踪地球内部大尺度的地球化学行为 时，地幔 186Os/188Os比值的确定是地幔 示踪研究的基础。 地幔的 186Os/188Os比值是通过研究普通 球粒陨石、铬铁矿、锇铱矿和深海橄榄 岩得到的。
岩石圈具有较低的 187Os/188Os比值，不 大可能成为地幔柱的主要物质源区。已 有学者运用 187Os/188Os比值来判断地幔 柱是否起源于670km不连续面及其附近， 并受到再循环地壳物质的影响(Brand， et al.1998)。
大陆地壳放射成因Os同位素比值特征易 于与大多数陨石的非放射成因特征区分 开来。因此，Os同位素在区分地球与地 外组分中是潜在的有效示踪剂。未来的 Os同位素地球化学示踪也将会深入到对 地核的研究。
在夏威夷苦橄岩中观察到186Os和187Os同 时富集的现象。夏威夷苦橄岩的 186Os/188Os和187Os/188Os值都比上地幔的 平 均 值 要 高 ， N(186Os)/N(188Os) 为 0.1198339～0.1198526，γ(Os)为1.23～ 9.06，
也就是说夏威夷苦橄岩相对于平均上地 幔来讲，具有更多的放射成因组分。 这种放射成因异常要求其源区同时具有 高的Pt/Os和Re/Os比值，且经过长期的 衰变积累才能形成。
然而地球上超基性岩、玄武岩和花岗岩 等不同类型岩石的Re浓度同处一个数量 级，变化不大。这个事实说明，在部分 熔融和岩浆分离结晶过程中，Re不是一 个强配分元素，壳-幔分异作用没有明显 地改变Re浓度。
与超基性岩相比，地壳中拉斑玄武岩和 花岗岩的Re/Os比急剧升高，其原因在于 生成的熔体中Os强烈亏损，地幔中Os只 有很少一部分转移到地壳中。
Re-Os同位素研究中，另一常用参数是 γOs
γ Os
187 Os Os ( 188 ) S − ( 188 ) chon Os Os = × 100 187 Os ( 188 ) chon Os 187
式中右下角注“ｓ”和“chon”分别代表 样品值和球粒陨石值。
γOs 值高，说明体系富放射成因同位素有 较高的 187Os/188Os；γOs 值低或为负，则 说明体系贫放射成因同位素，具有较低 的187Os/188Os。
自然界Os有7个同位素：
184Os(0.02%)、186Os(1.6%)、 187Os(1.6%)、188Os(13.3%)、 189Os(16.1%)、190Os(26.4%)、 192Os(41.0%)，
它们都是稳定同位素。随时间演化放射 成因Os同位素增长方程式是
187 Os 187 Os 186 = 186 + Os Os p i
而Pt的浓度随铁陨石变质程度变化的幅 度不大，其最大变化不会超过10倍。随 着 分 异 程 度 的 增 加 ， Os 的 浓 度 减 少 ， Pt/Os的变化范围就会增大，这样就有利 于得到好的Pt-Os等时线。 随着技术的不断发展， 186Os/188Os比值 和Pt含量测定精度的进一步提高， 190Pt186Os同位素体系有可能发展成为一种有 效的定年方法。
Re-Os同位素体系还可用于解决地幔柱的 起源问题。地球外核的Re/Os比值较球粒 陨 石 至 少 大 20% ， 由 此 导 致 外 核 的 187Os/188Os较球粒陨石至少大8%。研究 显示：很多地幔柱的 187Os/188Os比值较 球粒陨石大5%～20%，因此地幔柱很可 能来自核幔边界。
同时还可以发现夏威夷苦橄岩的 186Os/188Os和187Os/188Os正相关。 此正相关性可以用两元混合模型来解释， 其中一个端员组分相对于球粒陨石富集 Pt和Re，且有长期历史，可能是核幔边 Pt Re 界物质或古老洋壳；另一个端员组分具 有和球粒陨石一样的Pt/Os比值和比球粒 陨石高出2%的187Os/188Os。
187
Re λt (e − 1) 186 Os
式中右下角注p为现在样品测定值，ｉ为 初始值， 187Re/186Os为现在测定的比值， λ为187Re的β-衰变常数。
当一组样品满足①同一来源，有共同的 (187Os/186Os) ｉ 初始比，②同时形成，具 有相同形成年龄，③自矿物或岩石形成 后，Re-Os体系一直保持封闭时， 那 么 在 187Os/186Os-187Re/186Os 图 上 ， 它 们将能够拟合成一条直线，通过该直线 的斜率，即可求得年龄。
第八节 锇同位素在矿床学中的应用
一、Re-Os同位素 同位素
Re 有 两 个 同 位 素 ： 187Re(62.6%) 和 185Re(37.4%)。 187Re 通 过 一 次 β- 衰 变 成 为 187Os ， 187Re→187Os+β-+Ｑ， 由于这个衰变的放射能很小，导致精确测定 187Re的衰变常数十分困难。过去的20多年，一 般采用的衰变常数为1.64×10-11 ａ -1 ，但近几 年来，多采用由ⅢＡ型岩浆成因铁陨石获得的 新成果(λ=1.666×10-11ａ-1)。
一些学者认为OIB中所见的187Os/188Os的 异常可能是由于俯冲的洋壳进入到地幔 源区，从而使地幔源区的Re相对富集。 这种观点得到了Pb，Sr，Nd等同位素示 踪体系的支持，但是却不能解释夏威夷 地幔柱186Os异常富集的现象。
铁陨石、球粒陨石中Os浓度虽然很高， 但Re浓度也相应升高，Re/Os比值变化 也不大，平均值为0.083±0.003。表明 地幔的Re/Os比值基本上是一个常数。
Re、Os的这种地球化学特征决定了ReOs法在同位素地质年代学、地球化学、 矿石形成、岩浆成因以及地幔演化研究 中，具有很大发展潜力。
因为，Walker和Morgan(1989)在测定了 球粒陨石全陨石Re-Os等时线后，发现球 粒陨石的 187Os/186Os比值普遍高于铁陨 石和上地幔，表明在地核形成过程中， Os优先进入地核，Re-Os体系在这时必然 出现了分馏。显然，在研究地核时，Os 同位素是一非常有意义的示踪剂。
2、Pt-Os体系
190Pt-186Os作为一种定年手段，具有其独
特的优点，主要是可用于陨石和铂族元 素矿床的直接定年。 在研究变质程度较高的陨石的形成年龄 时， 190Pt-186Os同位素体系比 187Re-187Os 更加理想。
IIAB铁陨石随着Ni浓度变化的同时Re的 浓度也会发生很大的变化，变化范围可 以达到4个数量级。当铁陨石中Ni的含量 增加时，Re的浓度会显著下降。 所以高Ni含量、高变质程度的铁陨石的 Ni Re含量很低，在进行空白校正时会引入 较大的误差，这是 187Re-187Os同位素体 系体系在测定铁陨石年龄时会面临的难 题。
铼是分散元素，几乎全部存在于其它元 素的矿物中。铼的地球化学行为与钼相 似，它在辉钼矿中达到最大富集，辉钼 矿中铼的浓度从痕量到1.88%，变化较 大，与铜的硫化矿物共生的辉钼矿，趋 向于有特别高的铼浓度。
而锇是强亲铁元素，主要存在于锇—铱 和其它铂族元素的铱锇矿物中。铂族元 素常与含铜、镍硫化物的超基性岩和辉 长岩相伴生。 锇是高度相容元素，在部分熔融作用下 相对趋向于保存在地幔中。在地幔岩石 的部分熔融过程中而铼相对地趋就会造 成铼-锇间强烈分馏。
3、联合示踪
地幔柱用 190Pt- 186Os和 187Re- 187Os体系 联合示踪可以提供关于核幔相互作用的 信息，这是其它同位素体系很难做到的。
夏威夷地幔柱是研究得最详细深入的地 幔柱之一。目前普遍认为夏威夷地幔柱 形成于下地幔，所以该地区是研究核幔 边界化学地球动力学过程的最理想地区。 苦橄岩代表高温下地幔大比例部分熔融 的产物，是原始地幔熔体的代表。
比较行星学研究表明，球粒陨石基本上代表了 地 幔 组 成 。 Allende 碳 质 球 粒 陨 石 的 N(186Os)/N(188Os)的值为0.119831，根据假设 的现代上地幔和球粒陨石的组成计算出太阳系 的N(186Os)/N(188Os)初始值为0.119820。从全 球各地采集的7个橄榄岩和蛇纹岩中的锇铱矿 7 和 铬 铁 矿 的 N(186Os)/N(188Os) 平 均 值 为 0.1198340。大西洋Kane地区的深海橄榄岩的 N(186Os)/N(188Os)值为0.1198353。 综合上面的研究结果得到上地幔的平均 N(186Os)/N(188Os)值为0.119834。
190Pt
通 过 α 衰 变 形 成 186Os ： 190Pt→186Os+α。 早年测定的 190Pt的衰变常数为1.07×1012ａ-1(误差为±3.4%)和1.1×10-12ａ-1。
Walker等对西伯利亚的诺里尔斯克(Norrilsk)侵 入体中的含Pt矿石进行Pt-Os同位素研究，得到 Pt-Os等时线的斜率为0.0003875±32(2σ) ；由 已知的Ｕ-Pb年龄(251.2±0.3)Ma，采用 190Pt 的 丰 度 为 0.0124% 得 到 190Pt 的 衰 变 常 数 为 1.542×10 1.542 10-12ａ-1，估计误差为±1%。 1% 后来，Horan用MC ICP MS测定得到的 190Pt的 相对丰度为0.01296%(未发表数据)，据此重算 得到衰变常数为1.477×10-12ａ-1，相应的半衰 期为4.69×1011ａ，估计误差仍为±1%。
自然界中Pt、 、 同 三 、 自然界中 、 Re、 Os同 位素分布
Re是亲硫元素，Pt和Os既有亲铜性又有 亲铁性，但Pt的亲铁性介于Os和Re之间。 地幔熔融时，Re具有最强的不相容性， 趋向于进入熔体。Os具有最强的相容性， 趋向于保留在残余地幔。 在核幔分异的过程中，Os在地核中高度 富集。Pt的相容性介于Re和Os之间。
（二）地球化学示踪
Re-Os体系
Re-Os同位素体系是硫化物矿床形成的强 有力的示踪剂和成矿过程中地壳物质混 入程度的高灵敏度的指示剂。由于地壳 相对富Re，所以，混入的地壳物质愈多， 产生的放射性 187Os含量就越高，反映在 γOs正值愈大；而Re的亏损则导致γOs为负 值。
岩浆成因的Cu-Ni硫化物矿床中因普遍富 含铂族元素而被认为其成矿物质来源于 地幔。 但近年来的Re-Os同位素研究表明：该类 矿床的成矿物质可能完全来自于地幔， 或者在多数情况下是壳-幔混合来源，甚 至可能完全来自地壳。 依据其矿石和围岩中的Os同位素组成， 还可进一步估算出不同来源物质的贡献 份额。
二、Pt-Os体系 体系
Pt有6个同位素: 190Pt(0.014%)、 192Pt(0.782%)、194Pt(32.967%)、 195Pt(33.832%)、196Pt(25.242%)和 198Pt(7.163%)， 其中 190Pt的相对丰度最低，故其相对丰 度的误差较大。Walker等得到 190Pt的丰 度为0.0124%。
Pt和Os均是铂族元素，在来源于地幔的超基性 岩和金属硫化物等矿床中相对富集。 Pt-Os体系可对富含铂族元素的金属矿床、铁 陨石和石铁陨石进行直接定年。 该体系不仅对研究铂族元素矿床而且对研究地 幔演化、核幔相互作用、地幔柱源区、地核演 化以及陨石成因和太阳系早期演化有重要指示 意义，特别在研究地幔柱源区和演化过程方面 更具有优越性。
四、在矿床学中的应用
（一）确定成矿年龄
由于Re-Os同位素体系封闭性好，受后期 改造很弱，可以直接准确地测定成矿时 代。
Mo和Re具有相同的价态和相近的离子半 径，致使辉钼矿中Re的含量很高，一般 可达10×10-6 ～50×10-6 ，Re/Os比值大 于106，因此定年研究首选对象是辉钼矿。 10 随着测试技术的进步，一些含有极微量 Re、Os的硫化物，如黄铁矿、黄铜矿等 也可用于Re-Os定年。