同位素地质年代学-Sm-Nd法
北冰洋西部沉积物黏土的Sm-Nd同位素特征及物源指示意义
摘 要 ：通过 对北冰 洋西部 （ 楚科 奇海及 北部边 缘地 带 、 加拿 大海 盆 ）４个表 层 沉积 物样 品 中黏 土组 ３ 分 的 Ｓ Ｎｄ同位 素分析 ， 果表 明 ：１ 黏土组 分的 Ｓ Ｎｄ同位 素分异 明显 ， ｍ— 结 （） ｍ 可将 沉积 物划 分 为北
取 样 深 度 为 ０ ５ｃ ～ ｍ。
来源
， 结 果往 往 受 到沉 积物 粒 度 等 因子 的 制 但
黏 土组 分 的 同位 素 分 析 流 程 大 致 分 为 黏 土提
约 。Ｓ Ｎｄ同 为 稀 土 元 素 ，” ｍ， 。 Ｎｄ是 长 周 期 放 射 性
取 、 ｍ Ｓ Ｎｄ分离 及同位 素测 试 两部 分 。对 黏土 组 分
部 、 部 、 部 和 东 部 等 多个 同 位 素 物 源 区 ；２ 在 楚 科 奇 海 ， 平 洋 入 流 的 向北 输 运 自西 向东 形 成 西 南 （） 太 了 ３个 不 同 的 同位 素 物 源 区 ， 积 物 的 ｃ Ｈ Ｓ ／ （ Ｎｄ 比 值 、 （ ） 和 丁 年 龄 自西 向东 呈 递 沉 （ ｍ）ｃ ） ｅ ０值
究 所 所 长基 金 项 目（ ０ ７Ｆ ９ 。 ２ ０ ０ ） 作 者 简 介 ： 志 华 （ ０ ） 男 ， 南省 宁 乡县 人 ， 究员 ， 事 海 洋 沉积 学 研 究 。Ｅ ｍａ ： ｈ ｎ ｉ ｆ 。ｒ ｎ 陈 １７ 一 ， 湖 ９ 研 从 ｉ ｃ ｅ ｚ ＠ ｉ ｇ．ｃ ｌ ａ 。
同位素地质年代学
238U(原子序数92)经过自发裂变成为两个不同原子序数的产物核，
典型的大约40和55(Zr和Cs)，伴随着其它粒子和大量的能量。由 于重母体核素具高的中子/质子比，子体产物具过量的中子通过放 出β射线发生同量异位衰变。
N. Jakubowskia et. al., Spectrochimica Acta 53B (1998) 1739–1763
飞行时间质谱 (Time-of-flight MS)
Oklo矿床的Nd同位 素成分是非常特征 的(图3)。142Nd不受 富中子裂变产物的 同量异位素衰变影 响，因此它的丰度 指示了正常 Nd的水 平。校正了由143Nd 和145Nd大截面核素 因中子捕获而增高 的144Nd、146Nd丰度 后，Oklo 的Nd具有 非常类似于正常反 应堆裂变废物同位 素组成。
课程要求：
1. 完成三次课后作业(占总成绩的50%) 2.随机2-3次考勤(占总成绩的10%) 3.不少于5篇参考文献的结课报告(占总成绩20%) 4.课程研讨(占总成绩的20%)
同位素地质年代学
第一章 核衰变与分析技术 在同位素地质学领域， 中子、质子和电子可认 为是原子的基本组成部 分。一个给定类型的原 子(称为核素)成分由核中 特定的质子数(原子序数， Z)和中子数(N)来描述。 它们的总数就是质量数 (A)。对所有核素通过在 质子数Z对中子数N的关 系图，就可获得核素图 (至少瞬间存在) （图1）。 图1
§1.3 分析技术 为了使用放射成因同位素作为定年工具与示踪剂，必须使用 先进、精确的仪器将不同质量的核素分离开，这种仪器就是现代 广泛使用的质谱计。在这种仪器中，使用扇形磁铁，使真空下离 子化的核素先通过高电压加速，然后在磁场中分离不同质荷比的 核素。
Sm-Nd同位素法在地质学领域中的应用
Sm-Nd同位素法在地质学领域中的应用摘要：Sm-Nd同位素法是上世纪70年代兴起的测年、示踪方法。
随着技术的进步，近年来，一些学者把它用在沉积学的物源区分析上，并取得了一定的成果，虽然存在一些问题，但微区原位Sm-Nd同位素法正蓬勃发展。
关键词：Sm-Nd同位素；定年；示踪；微区原位1引言Sm-Nd同位素法的根据是天然放射性同位素Sm147经过一次α衰变[T1/2=1.060±0.008×1011年（1σ）]以后生成稳定同位素Nd143。
这一地质学方法直到上世纪70年代才正式建立，原因之一是Sm和Nd的地球化学性质极为相似，在岩浆分异与岩石形成的过程中Sm/Nd的化学分馏作用很小，通常143Nd/144Nd比值的变化范围只有千分之几到万分之几；又因为147Sm半衰期较长，在45亿年内陨石中143Nd/144Nd比值的增加还不到1.2%,而143Nd/144Nd比值变化万分之一将导致40Ma的误差。
因此，需要精度高达十万分之几的质谱计才能满足Nd同位素分析和地质年龄测定的要求。
另一个原因是Sm和Nd的化学分离难度较高, 因为Sm 和Nd的化学性质非常相似, 它们在岩石矿物中的含量又很低。
六十年代后期，由于登月计划的实现和板块学说的兴起，大大地促进了同位素地质学的发展。
数字化信息处理的高精度专用质谱计的问世与超微量低本底同位素化学实验室的建立，导致同位素地质学在技术上产生了一次大飞跃。
正是在这样优越的技术条件下，147Sm一143Nd这一对母子体同位素才正式进入同位素地质学的研究行列。
因此，Sm一Nd法的建立可谓是同位素计时示踪在理论上和技术上高度发展的标志之一。
2Sm-Nd的地球化学性质Sm和Nd是化学元素周期表中第三族镧系元素中的两个成员（它们又统称为稀土元素）它们的化学性质、物理性质、矿物化学性质和地球化学性质十分类似。
因而它们在自然界常常是密切共生。
简单的化学分离手段难于将它们分开。
Sm—Nd同位素法地质年龄的测定
Sm—Nd同位素法地质年龄的测定作者：梁培基王广武兴龙焦天佳来源：《科学与财富》2014年第11期摘要：同位素地质学是地球科学、物理学、化学和技术科学相互交叉发展起来的一门新兴学科。
它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成和地质事件发生的时代，以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律。
主要对Sm-Nd法同位素测年的研究现状、研究方法、适用对象、年龄测定、特点等方面予以简要总结和介绍。
关键词：Sm-Nd同位素测年；方法；特点1 Sm-Nd法同位素定年方法简介Sm在自然界有7个同位素，144Sm（3.16%），147Sm（15.07%），148Sm（11.27%），149Sm（13.84%），150Sm（7.47%），152Sm（26.63%），154Sm（22.53）。
Nd在自然界也有7个同位素，142Nd（27.09%），143Nd（12.14%），144Nd（23.83%），145Nd（8.29%），146Nd（17.26%），148Nd（5.74%），150Nd（5.63%）。
147Sm和148Sm具有放射性，通过α衰变转变成143Nd和144Nd。
144Nd也具有放射性，通过α衰变转变成140Ce，但是由于其极端长的半衰期（2.1×1015a），放射性所引起的变化可以忽略，实际上可作为稳定同位素看待。
由于148Sm衰变半衰期十分长（7×1015a），目前在地质应用上尚无价值。
因此仅147Sm （t12=1.06×1011a）能用于年龄测定。
通常所指的Sm-Nd测年法实际上是147Sm-143Nd法，利用的是147Sm→143Nd+α的核衰变过程。
Sm-Nd年龄计算方程：（143Nd/144Nd）=（143Nd/144Nd）i+（147Sm/144Nd）（eλ-1）方程中t为样品形成时间或被彻底改造Nd同位素均一化时间，λ为147Sm衰变常数（6.54×10-12a-1）；（143Nd/144Nd）和（147Sm/144Nd）比值是样品现代值，由实验直接测定；（143Nd/144Nd）i是样品形成时或被彻底改造时值。
不同同位素年代学测试方法的技术要求
第三节不同同位素年代学测试方法的技术要求一、采样的要求样品选择的好坏，直接影响到年龄测定的准确性和可靠性。
因此，野外采样是获得可靠同位素地质年龄的基础，是关系到整个研究工作成败的首要环节。
如果选择的样品不当，不具清晰的地质目的或根本不符合年龄测定要求，虽然有先进的测试仪器设备和采用先进的测年技术，也不可能得到真正反映某一地质事件的信息。
为此，在采样之前，对研究区的地层、构造、岩浆活动、变质作用及伴随的成矿作用等方面应尽可能有个全面的了解，把矿床成矿时代研究与区域或成矿区的地质事件紧密联系起来，只有在仔细观察矿区内岩体、脉体和矿体之间的穿插、切割关系、围岩蚀变和构造特征之后，才能制定出正确的采样方案。
（一）、岩体或矿床定年样品采集的基本原则1、不同类型岩石和矿物是不同地质作用的产物，有着不同的地质历史，因而必须根据拟解决的地质问题，有目的性采样。
采样地段必须避开后期侵入体、混合岩化、断层或其他动力变质作用、热液蚀变以及近代风化、淋湿等作用干扰；2、具有多期次和多阶段的矿床或岩体，必须按不同期次和不同成矿阶段分别采样；3、同一成矿期或同一成矿阶段的测年样品，最好采自不同中段的空间部位；4、样品必须新鲜，风化或受后期地质事件影响强烈的样品，不宜采用；5、研究一个复杂地质体的同位素年龄时，应注意使用多种不同测年方法，要采集适合多种测年方法的岩石或矿物样品。
（二）、不同类型矿床等时线定年的具体要求1、金矿床年龄测定的样品采集不同成因类型金矿的测年对象是不同的，当用Rb-Sr、Sm-Nd、40Ar/39Ar和普通铅法（主要指金属硫化物）测年时，可采集不同成矿阶段或同一成矿阶段不同空间分布的脉石矿物（如石英、方解石、绢云母等）或矿石矿物（如金属硫化物、钨酸盐矿物等）样品。
一般来说，石英脉型金矿，采集含金石英脉；蚀变岩型（韧性剪切带型）金矿及卡林型金矿可采集与成矿作用密切相关的富含绢云母的蚀变岩石（如黄铁绢云岩、千糜岩等）和富含毒砂、黄铁矿及绢云母的矿石；块状硫化物型金矿（伴生金矿），采集含金的硫化物矿石及与金矿化同时形成的脉石矿物；绿岩型金矿，可采集含金石英脉及伴生的白钨矿和与石英脉同时形成的低温锆石(水锆石)等，但要特别注意区分石英脉形成时有可能捕获围岩老锆石的影响。
第五讲 同位素地球化学Sm-Nd法
Sm和Nd同属稀土元素，具相似的地球化学性质，在矿物 晶格中由 147Sm 经 α 衰变形成的 143Nd ，仍可维持其稳定性， 而与40K衰变成40Ar和87Rb衰变成87Sr而导致矿物稳定性下 降明显不同。因此，Sm-Nd同位素体系与REE的元素地球 化学性质相似，具有较高的化学稳定性。 研究表明，即使在角闪岩相-麻粒岩相高级变质条件，若没 有流体作用明显参与，岩石仍能保持Sm-Nd同位素系统封 闭，即获得变质岩原岩的形成年龄。
Sm-Nd等时线方程
147Sm
143Nd + + Q
147Sm = 6.54 10-12 yr-1
147Sm
T1/2=1.11011yr
143Nd
现 在组 成
147Sm衰变新形
初 始组 成
4.56 Ga
成的143Nd
143 14 4 Nd Nd Nd Nd 普通样品 143Nd/144Nd变化范围约为：0.1%， 约10个单位 143 14 4
Sm-Nd等时线样品、分析精度与误差
岩浆岩造岩矿物中，辉石和长石分别具有相对较高和 较低的 147Sm/144Nd 比值。其它高 147Sm/144Nd 比值的 矿物有石榴石、榍石、锆石和角闪石。低147Sm/144Nd 比值的矿物有磷灰石和独居石； 基性岩中常含有大量的长石和辉石(角闪石 )，因此适 用于Sm-Nd法同位素体系定年。
研究意义： 1)获得陨石(地 球)的形成年龄； 2)检验Sm-Nd 同位素体系的 封闭性； 3)验证147Sm or whole-rocks and minerals from the basaltic achondrite Juvinas. Nd isotope ratios are affected by the choice of normalising factor for mass fractionation. Data from Lugmair et al.(1975)
Sm-Nd同位素测年
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 Sm亏损, Sm/Nd比值高于CHUR。从亏损上地幔中产 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。这种模式年龄定义为TDM: 亏损上地幔 (143Nd／144Nd)DM = 0.513151
• 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。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 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)； 独居石、磷灰石、磷钇石(磷酸盐)和榍石 (钛硅酸盐)。
铀主要有235U和238U两种同位素，其丰度比为: 238U/235U=137.88。 钍有一种同位素232Th。这三种同位素通过放射性衰 变都形成稳定的铅同位素: 238U 206Pb十8α十6β 235U 207Pb十7α十4β 232Th 208Pb十6α十4β 衰变常数为：238λ=1.55125×10-10a-1, 235 λ=9.8485×10-10a-1, 232λ=4.975×10-11a-1
•
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 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.
147Sm的半衰期很长，最适用于对前寒武
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 值，目前普遍采用(143Nd/144Nd)i和 (87Sr/86Sr)i联合示踪岩浆作用过程。其基 本原理：
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；
热电离质谱法地质样品中Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成
热电离质谱法地质样品中Rb-Sr、Sm-Nd同位素组成
Rb-Sr、Sm-Nd同位素体系是同位素地球化学研究的经典体系，被广泛应用于同位素地质年代学和同位素示踪研究，在壳幔演化、岩浆活动、全球演化研究等方面具有重要应用价值。
天津地质矿产研究所同位素地质实验测试室为许多高校和地质部门提供过大量高质量的Rb-Sr、Sm-Nd同位素测试数据。
天津地质矿产研究所同位素地质实验测试室对Rb-Sr、Sm-Nd同位素测定采用I.D.（Isotope Dilution）和I.C.（Isotope Concentration）分别测定的
双流程分析测试程序。
分析I.D组份时，将地质样品用混合酸(HF+HNO
3+HClO
4
)
溶解，溶解前加入适量稀释剂87Rb+84Sr和149Sm+146Nd，取上清液载入阳离子交换柱中，采用不同浓度的酸洗脱基体元素，收集Rb、Sr、LREE组份，收集的Sr 组份采用Sr-Spec树脂进行二次纯化。
分析I.C组份时，溶解后的样品直接进行离子交换柱化学分离， LREE组份采用Ln-Spec树脂进行Nd分离和富集。
收集目标元素，在TRITON热电离质谱上进行同位素测定。
本实验室用来校正TRITON热电离质谱的标样Sr、Nd同位素测定范围为：NBS987：87Sr／86Sr＝0.710245±35，BCR-2：87Sr／86Sr＝0.704958±30；LRIG：143Nd/144Nd＝0.512202±25，BCR-2：143Nd/144Nd＝0.512633±30。
第5章第3节钐-钕(Sm-Nd)测年及示踪地球化学
BCR-1:143Nd/144Nd=0.512650±0.000040;
J&M 321: 143Nd/144Nd=0.511137±0.000008 (N=12);
文献中的统计： LaJolla Nd: 143Nd/144Nd=0.511848±0.00005; BCR-1: 143Nd/144Nd=0.512642±0.000006; 第五章第3节Sm-
Sm,Nd同位素组成
第五章第3节SmNd 同位素
一、REE的行为
1. REE 的离子半径（Radii) 随着原子数的增加而减小；
La: Z=57, R=1.15 Å
Lu: Z=71, R=0.93Å
2. REEs 在不同矿物中的行为是不同的；
例如：长石(feldspar)，黑云母(biotite)和磷灰石(apatite) 富 集轻稀土；而辉石(pyroxenes)，角闪石(amphiboles)和石榴 石（garnet)富集重稀土；
Nd 同位素
二、Sm-Nd定年学原理
现今球粒陨石质均一储库(Chrondritic uniform reservoir) (CHUR):指用球粒陨石的Sm/Nd和143Nd/144Nd比值代表未经化学 分异的原始地幔的初始比值;
1) 目前国际上采用的CHUR参考值为：143Nd/144Nd=0.512638; 147Sm/144Nd=0.1967
6. 钾长石(K-feldspar)，黑云母(biotite)， 角闪石(amphibole)， 单斜辉石(clinophyroxene)具有较低Sm/Nd比值0.32，其含量 较高；
简析同位素测年法
简析同位素测年法作者：徐学员周富华易慧能来源：《西部资源》2016年第06期摘要：同位素年代学研究是现代矿床学研究的热点，本文仅简单地介绍了U—Pb法、Rb—Sr法、Sm—Nd法、K—Ar法、Re—Os法等几种同位素测年方法，并分析了其优缺点。
认为要尽可能地采取不同的测定方法，以地质为基础，才能获得有地质意义的年龄数据，做出有科学意义的地质解释。
关键词：同位素测年；U—Pb法；Rb—Sr法；Sm—Nd法；K—Ar法；Re—Os法1. 前言1896年，贝可勒尔（A.H.Becquerel）发现铀的盐类能使封闭的照相底片感光。
随后证明了铀可以粒子和电磁辐射的形式发出能量，即能自然衰变。
居里夫人把这种辐射现象称为放射性。
建立在放射性同位素衰变规律基础上的，用以测定不同地质体和地质事件年龄的计时方法即为同位素测年法。
目前主要应有的同位素测年方法有U—Pb法、Rb—Sr法、Sm—Nd法、K—Ar法、Re—Os法等几种方法（温春齐等，2009）。
2. 同位素测年法2.1 基本原理假设岩石或矿物形成时，含有少许的放射性母体同位素。
伴随时间流逝，该母体同位素自然衰变，含量逐渐减少，由此形成的子体同位素则逐渐增多。
通过测量仪器准确测定岩石或矿物中放射性母体以及衰变形成的稳定子体同位素的含量，通过公式（1）即可计算出所测岩石或矿物的同位素年龄。
它一般代表了经过某一地质作用形成的岩石或矿物中所测同位素保持封闭体系以来的时间。
t=1/λ×ln（1+D*/N）（1）其中D*=N0—N=N0（1—e—λt）=N（eλt—1）λ为衰变常数、N0为t=0时放射性母体原子数、N为t时放射性原子数2.2 基本条件应用同位素测年法需满足一定的条件，主要有：（1）岩石或矿物自形成后应保持封闭体系，无母、子体同位素的加入或丢失。
（2）选定用来测年的放射性母体同位素应有适宜的半衰期，其与所测地质体或地质事件的年龄差距不大，且半衰期和衰变常数目前已知或能精确测定。
石榴石中Sm-Nd测年法的潜在问题
表6(c)
16
4.讨论
因为非常相似的稀土元素的化学性质，在大多数地质体中Nd和Sm显 示很小的元素分馏。最近的文献中的一些例子表明 ,磷灰石，锆石,辉 石 , 角闪石和十字石可能有足够高的 Sm/Nd 比值。而且，石榴石的 Sm/Nd比值也是很高。含有较多石榴石的岩石，这种矿物的高Sm/Nd 比值甚至主导整个岩石系统参数,导致Sm/Nd比值异常高。
HREE比LREE石榴石晶格的强烈偏好 ,HREE 使这种矿物质非常适合 Sm-Nd测年。事实上,大多数石榴石的地质年代数据的发表基于Sm-Nd 同位素系统。
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
然而,石榴石中Sm - Nd年龄数据的解释,并不简单,可能有些重要的问题。 其中,(a)high-LREE夹杂物的影响,(b)同位素不均衡,石榴石和矩阵矿物 质之间,以及石榴石的主矿物和夹杂物(c)封闭温度(Tc)的不确定性是最 重要的。 本文的目的是通过以下几点讲一些问题： (i)一个简要的关于阿尔卑斯山脉东部的石榴石Sm-Nd年代信息的回顾， 为了提取最终的SM- Nd同位素测年问题的结论 (ii)一些额外的新成果的讨论,包括浸出试验,观察Sm / Nd比值,主要成 分组成和石榴石的带状构造，不同的岩性组合，主要评价标准数据; (iii)评估阿尔卑斯山东部的岩浆过程中石榴石Sm - Nd测年的效果和独 特的构造。
大部分阿尔卑斯山东部的石榴石SM–Nd数据属于以下三个岩性： 变质基性岩（变质辉长岩，变质玄武岩） 变质泥岩（云母片岩，副片麻岩）
变质伟晶岩或变质花岗岩
13
3.1 变质基性岩中的石榴石
图6a显示了主要来自“奥兹塔尔中央区域变基性岩” 和Saualpe Koralpe 变质榴辉岩序列中的石榴石数 据 。 这 些 岩 石 的 典 型 矿 物 成 分 是 grt+cpx+zo±ky±amp±phe + accessories。石榴石 主要化学元素一般是变化的 ( 取决于大部分岩石成 分 ), 有时显示相同的样本单个颗粒之间的差异(), 这 可能表明当地的岩性变化，与“区域结晶”有关。 Sm/Nd比值显示明显变化,奥兹塔尔石榴石在 0.127和1.37之间波动 和Koralpe -Saualpe变质基 性岩序列的石榴石在0.23和1.94之间。Nd的浓度总 的变化很大，变化范围超过了3 个数量级。然而, 只 有5个样品显示很高的Nd浓度(> 5 ppm)。大多数的 石榴石显示Nd浓度小于2ppm。Koralpe -Saualpe 序列的例子是极端的:分析的石榴石的14/17钕浓度 低于100ppb。Fig.6还显示，尽管具有相似的地球 化学特点 , 这两个地区的石榴石中的 REE 含量有很 大不同，与Koralpe相比，Otztal的石榴石含有相当 高的Nd浓度。
地质年龄测定
地质年龄测定SMOW标准：标准平均海洋水(Standard Mean Ocean Water)标准。
PDB标准：PDB(Pee Dee Belemnite)是采自美国卡罗莱纳州白垩系皮狄组中美洲拟箭石化石，碳酸盐岩的碳氧同位素组成通常使用PDB标准。
PDB标准与SMOW标准之间的换算关系(Coplen et al., 1983)：δ18OSMOW = 1.03091 δ18OPDB + 30.91δ18OPDB = 0.97002 δ18OSMOW - 21.8Craig(1965)和Clarton et al.(1965)给出如下换算关系：δ18OSMOW = 1.03037 δ18OPDB + 30.37自然界存在很多放射性同位素，但是目前能用于地质年龄测定的仅有少数几种。
这是因为利用天然放射性同位素测定地质年龄，需要满足一系列前提条件。
1)用来测定地质年龄的放射性同位素有合适的半衰期T1/2，与测定对象相比不宜过大，也不宜过小。
一般与地球年龄相比，最好在地球年龄（45.6亿年）的1/10到10倍之间。
半衰期过大，自地球形成以来，放射成因子体增长不明显，目前的技术水平很难做出精确测定。
相反，半衰期过小，自地球形成以来母体衰减很快，至今几乎或已经完全衰减殆尽，这样，在被测样品中母体含量很少，同样不能被精确测定。
2）放射性同位素的半衰期能够被准确地测定。
这个条件十分重要，一旦半衰期得到精确测定并且获得公认，该方法就会快速发展。
这方面例子很多，早期Rb-Sr法是一例，近期Re-Os 法也是一例。
至今La-Ce法发展缓慢的原因之一，也是与138Laβ-衰变的半衰期过大（超过地球年龄60倍），至今没有准确地测定有关。
3）能够准确测定母体同位素组成和每个同位素的相对丰度。
无论是在自然界的矿物、岩石中，还是在人工合成物中，这个相对丰度应该固定不变，是一个常数。
4）母体同位素衰变的最终产物必须是稳定同位素，当前的技术水平能够准确而灵敏地对它们的含量与同位素组成进行测定。
同位素地质年代学-Sm-Nd法
T2DM
1 λ
ln
143 Nd 144 Nd
Sa m ple
0
(0.12
147 144
Sm Nd
Sample
0
)
(e
t
0.12
147 144
Sm Nd
DM 0
1)
143 Nd 144 Nd
DM
0
1
上式中t为岩石的形成（变质、结晶或沉积）年龄。
公司logo及名称
两阶段模式年龄
那么，亏损地幔147Sm/144Nd的现今值为何是0.2137？
复习及引申
在低温及高温条件下，由于重核同位素质量差极小（~1%），因此，重 核同位素在各种地质作用过程中可视作不分馏（离），即，某元素的同 位素在各自然体系中保持一定的比例。例如：
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某元素的同位素在各自然体系中保持一定的比例。例如：
复习及引申
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Sm-Nd化学性质
147 62
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亏损地幔性质
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亏损地幔性质
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对于CHUR， 143Nd/144Nd和 147Sm/144Nd可测
CHUR≈BSE
两阶段模式年龄
公O司celaongoic及b名as称alts are produced at ocean ridges and ocean island
Materials: unaffected by old continents, but derived from the mantle 岩浆作用过程中Sr-Hf-Nd-Pb子体同位素不变 大洋岩石圈源自地幔，经过了较短的演化时间和演化寿命经历了较少的混染
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)。
恒山杂岩的年代学和钕同位素演化
二 、地 质 概 况
恒 山 ，在区 域 上 是 内 蒙 古 、河 北 和 山 西 三 省区 接 壤 地 带 的 桑 干 河 流 域 麻 粒 岩 相 片 麻 杂 岩 地 体 的南 缴 ，属 雁 北高 级地 体 与 五 台 山绿 岩地 体 的 过渡 区 。 所 以 在 灰 色片 麻 岩 中有 绿
第 一 作者 简舟： 田永蒲 男 ５１岁 高级工程 师 前 寒 武纪 地质 学 １） 山西 省抽 质局 区趣Ｉ队 ： １：２０万 平型 ＊幅 Ｏ ９６￣）厦浑 原幅 （１ ９７１）地质 圈说 明 书ｏ ２） 晋北铁 矿地 质 研究队 ：晋北 恒 山抽 区前 长城 纪变 质岩 系的地 质特 征 （１９８３）。 ３） 山西省 地 矿局 ２Ｉｌ地 质队： Ｉ：５万 柏 家庄幅 逸域地 质报告 （地 质部分 ）。
内 客提 要 同位素 地 质 年代 学 研究 证实 了恒 山 地区 古老 大陆 壳 的存在 ， 斜长 角闪岩 包 休 的 Ｓｍ—Ｎｄ 等 时 线 ，ｌ３个点 构成 两条 平行 线 ，年 龄为 ２．８Ｇａ，号 一）分 别 为 ２．２７Ｇａ和 ５·５２ Ｇ ａ Ａ 组 包 体与 年 龄 为 ２．２３Ｇａ 的五 台群 火 山岩 的 Ｅ ）值 几乎 一样 （２·１４Ｇａ）￣表 明 两
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图 １ 恒 山东段 的构 造位 置 及 区域 地质 略图（附 取 样 点位 置）
口困四日口囹国圊 四 Ｉ·第 四 系 ２·长城 系以后 盖屡 ３·五台 群变 质岩 系 ●．中生代 花岗 岩 ，·元古代 花 岗岩 恒山杂 岩 ６·钾质
维普资讯
南京大学同位素地质学-06Sm-Nd同位素年代学
6.2 Sm－Nd法定年 Sm有7个天然存在的同位素，其丰度如下：
144Sm
147Sm 148Sm 149Sm 150Sm 152Sm 154Sm
＝ 3.1%，稳定
＝ 15%，放射性 ＝ 11.2% ，稳定 ＝ 13.8% ，稳定 ＝ 7.4% ，稳定 ＝ 26.7% ，稳定 ＝ 22.8%， 稳定
Nd有7个天然存在的稳定同位素的丰度如下：
142Nd 143Nd 144Nd 145Nd 146Nd 148Nd 142Nd
＝ 27.1%
＝ 12.2% ＝ 23.9% ＝ 8.3% ＝ 17.2% ＝ 5.7% ＝ 5.6%
Sm-Nd 之间有两对母-子体同位素：
147Sm衰变为143Nd，
146Sm衰变为 142Nd 。 146Sm 的半衰期较短，
0.703 PL
Sm-Nd 数 据 构 成
一条很好的等时 线，计算年龄为
0.702 0.00
0.04
87 86
0.08
0.508 0.0
0.1
147
0.2
144
0.3
0.12 0.16 0.20 0.24
Rb/ Sr
Sm/ Nd
2701 8Ma。 147 ± 144 Sm/ Nd
270 1M
0.510
PL
而这三个矿物的
am iner al
270 1+-
86
2.7
87
143
143
0.704
不构成等时线，
Ga
isoc h
144
a
同位素分析数据
r on
0.512
Nd/ Nd
Sr/ Sr
第三讲Sm-Nd法详解
Sm同位素组成
同位素 原子量(amu)
➢ 144Sm ➢ 147Sm ➢ 148Sm ➢ 149Sm ➢ 150Sm ➢ 152Sm ➢ 154Sm
143.912009 146.914907 147.914832 148.917193 149.917285 151.919741 153.922218
丰度(%)
3.16 15.07 11.27 13.84
7.47 26.63 22.53
Nd 同位素组成
同位素 原子量(amu) 丰度(%)
➢ 142Nd ➢ 143Nd ➢ 144Nd ➢ 145Md ➢ 146Nd ➢ 148Nd ➢ 150Nd
141.907731 142.909823 143.910096 144.912582 145.913126 147.916901 149.9209001
• 当分析技术条件固定时，样品的数据精度 就已确定，如现阶段Nd同位素比值的测量 精度上限约为0.003-0.004%。因此，科学 合理地组织样品显得十分重要，其主要方 法为尽量选择同组样品间Sm/Nd比值差异 较大的样品。
Sm-Nd等时线样品、分析精度与误差
• 岩浆岩造岩矿物中，辉石和长石分别具有 相对较高和较低的147Sm/144Nd比值。其它 高147Sm/144Nd比值的矿物有石榴石、榍石、 锆石和角闪石。低147Sm/144Nd比值的矿物 有磷灰石和独居石；
现在组成
初始组成
147Sm衰变新 形成的143Nd
143Nd 144Nd
143Nd 144Nd
普通样品 143Nd/144Nd变化范围约为：0.1%， 约10个单位
143Nd/质谱分析精度约为： 0.004 %， 即约0.4个单位
同位素地球化学期末
Sm-Nd同位素测年Nd和Sm属于轻稀土元素，其中Nd的不相容性大于Sm. Nd3+离子半径为0.108nm，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和Nd不会发生明显的分离。
地球上岩石和矿物的Sm/Nd比值仅变化于0.1到0.5之间。
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，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。
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, 随岩浆分异程度增大，残余熔体中Sm和Nd含量升高，Sm/Nd比值有所下降。
一、钐-钕地球化学Sm和Nd是稀土元素，存在于许多造岩矿物中，如硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐矿物中。
钐有七种天然同位素，它们的质量数和同位素丰度分别为：143Sm 3.16％，147Sm 15.07％, 148Sm 11.27％，149Sm 13.84%，150Sm 74.7％，152Sm 26.63％, 154Sm22.53％。
钕也有七种天然同位来，其质量数和同位素丰度分别为:142Nd 27.13％, 143Nd2.20% , 143Nd 23.87%, 145Nd 8.30％, 146Nd 17.18％, 148Nd5.72％, 150Nd 5.6%。
147Sm 通过 a 放射，衰变为143Nd，衰变常数为：6.54×10-12a-1，半衰期为: 1.06×1011a。
Sm-Nd等时线测年的基本公式为:（143Nd/144Nd)样品=(143Nd/144Nd)i +(147Sm/144Nd)样品(eλt-1)。
其中(147Sm/144Nd)样品(eλt-1)为直线的bX项，斜率b=eλt-1 ，t=1/λ·ln(b+1)。
Sm－Nd法适合于基性、超基性火成岩的定年，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在变质作用、热液作用和化学风化作用中比Rb、Sr稳定的多。
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Sm
143 60
Nd+ He+E
4 2
143 147 Nd Nd Sm t 144 (e 1) 144 144 Nd Nd 0 Nd
Sm (Z=62) Nd ogo及名称
Sm-Nd化学性质
REE为不相容元素，按照D分
Sample DM 147 143 143 Nd Sample Sm Nd t (0.12 )(e 1) 144 Nd 144 Nd 144 Nd 1 0 0 0 ln 1 DM 147 λ Sm 0.12 144 Nd 0
T2DM
上式中t为岩石的形成（变质、结晶或沉积）年龄。
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两阶段模式年龄
那么，亏损地幔147Sm/144Nd的现今值为何是0.2137？
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亏损地幔性质
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亏损地幔性质
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两阶段模式年龄
对于CHUR， 143Nd/144Nd和 147Sm/144Nd可测
公司logo及名称
T2DM
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两阶段模式年龄
模式年龄的计算只适合于样品的147Sm/144Nd=0.09~0.13，如果样品 的147Sm/144Nd<0.09或>0.13，一些学者提出是岩石形成时Sm/Nd分 馏造成的，而地壳的平均147Sm/144Nd=0.12，此时可采用二阶段模 式年龄：
DNd<DSm
在一次岩浆作用过程中，
(Sm/Nd)l
的关系是？
(Sm/Nd)0
(Sm/Nd)R
公司logo及名称
如何用于研究大陆地壳的增长方式？
公司logo及名称
研究大陆地壳增长过程
假设某陆壳从亏损地幔储库抽离出来， 计算该陆壳从亏损地幔抽离的时间。
那么，啥是亏损地幔？
公司 logo及名称 Oceanic basalts are produced at ocean ridges and ocean island
在低温及高温条件下，由于重核同位素质量差极小（~1%），因此，重 核同位素在各种地质作用过程中可视作不分馏（离），即，某元素的同 位素在各自然体系中保持一定的比例。例如：
公司logo及名称
复习及引申
某元素的同位素在各自然体系中保持一定的比例。例如：
公司logo及名称
Sm-Nd化学性质
147 62
如果储库瑞利抽离，Sm/Nd比值改变，那么，放射性累积概率会随时改变。
Workman， 2005，EPSL
困难：脉动式， 阶段性，抽离体 积是否有变化
公司logo 那么， 700 及名称 Ma， 1500 Ma之前， DM, EM1，HIMU情况如何？
储库子体是测出来的，母体是算出来的。计算过程中假 定抽离不改变成分，仅放射性累积改变同位素组分。 根据衰变方程计算，可做宽松估算校正。中新生代，由 于放射性累积较少，可以直接应用现今值。
Tengchong Cenozoic volcanic rocks
公司logo及名称
总结
模式年龄代表从亏损地幔抽离的一种模型 TDM， T2DM 亏损地幔： 母子体比值算得，子体比值测得 CHUR：母子体比值测得，子体比值测得 万分偏差 储库的问题
CHUR≈BSE
公司 logo及名称 Oceanic basalts are produced at ocean ridges and ocean island
Materials: unaffected by old continents, but derived from the mantle 岩浆作用过程中Sr-Hf-Nd-Pb子体同位素不变 大洋岩石圈源自地幔，经过了较短的演化时间和演化寿命经历了较少的混染
0.51315 0.2137
(147Sm/144Nd)DM=0.2137
什么是储库？
（Cawood et al., 2013, GSA Bulletin,125(1/2): 14–32） 公司 logo及名称
储库子体是测出来的，母体是算出来的。计算过程中假定抽离不改变成分，仅放射性累 积改变同位素组分。
Sm-Nd体系
李大鹏
dpli@
公司logo及名称
Rb-Sr等时线 样品要求 同源、同时、体系封闭
复习及引申
原理 示踪初步： 一次岩浆作用过程中，重核子体同位素比值保持不变 比如：87Sr/86Sr在一次岩浆作用过程中保持不变 比如：147Sm， 148Sm， 149Sm等比例进入一次岩浆作用过程 也就是说，会存在以下的说法：
Materials: unaffected by old continents, but derived from the mantle 岩浆作用过程中Sr-Hf-Nd-Pb子体同位素不变 大洋岩石圈源自地幔，经过了较短的演化时间和演化寿命经历了较少的混染
T1/ 2 1.06 10 y
11
Ln2 12 1 6.54 10 y 11 1.06 10
John William Strutt Third Baron Rayleigh 瑞利男爵三世 1895 年瑞利 成功地分离 出惰性气体 氩 而 荣 获 1904 年诺贝 尔物理奖。 他还发现， 现 称 为 瑞 利 已知：BSE母、子体 散 射 ； 解 析 已知：DM子体 天空为何是 蓝 色 的 。 已知：DM从BSE中抽离时间
什么是储库？
在自然界存在一种特殊的体系，在一定物理化学条件下发生物相分离。 公司logo及名称 分离前不同物相之间保持着热力学平衡并处于封闭体系状态，但分离之 后一相物质不断离开体系，不再与另一相保持平衡。这种在开放体系中 进行的过程称之为瑞利过程，在瑞利过程中发生的同位素分馏称之为瑞 利分馏。
有限（体积）瑞利过程久 期演化，化学组分发生改 变。