岩石地球化学
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2. Ernst R. E. and Buchan K. L. (eds) Mantle plumes: Their indentification through time. GSA Special paper 352. Pp.593（书号 P206.4/Sp3/352)
参考书介绍
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286
若岩石的（87Sr/86Sr）0比
值落于“玄武岩区”，则表 明形成它们的物质来自上地 幔源区；
若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大
陆壳增长线和“玄武岩源区”之间， 则表明它们的物源可能是多样的， 或来自壳幔混合的源区，或来自地 壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相， 麻粒岩相高级变质岩等。
Sr同位素识别岩石源区
S 65-74% high
mafic uminous to rocks peraluminous
low
high
low
high > 9?
med. Rb, Th, U
Infracrustal
hornblende Mafic to intermed.
magnetite
igneous source
> 0.707 variable LIL/HFS Subduction zone
peralkaline
high Fe/Mg
Stable craton
high Ga/Al
Rift zone
High REE, Zr
High F, Cl
* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
(1) 岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制， 不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不 发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值 代表其源区特征。
(2) 现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区， 则具有混合的同位素特征。
通过对地幔岩石或其派生的火山岩的(87Sr/86Sr)0比值研究， 为地幔不均一性的研究提供了重要例证，
例1：不同构造环境玄武岩在锶同位素组成上具有明显的不
均一性。(87Sr/86Sr)0的平均值，
洋中脊玄武岩——0.70280， 洋岛玄武岩———0.70386， 岛弧玄武岩———0.70437， 大陆玄武岩———0.70577。
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第三节、放射性成因同位素数据处理与解释 第四节、稳定同位素数据处理与解释
参考书介绍
Faure G. 2001. Origin of igneous rocks: the isotopic evidence, Springer, pp.496
详见下页
Nd同位素的标记办法——Nd
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变化很小，引入了εNd参数，其涵义为：
N(d 0) 1 14 4 N N 3 3//1 1d dN 4 N 44 4s C d d aH m ((0 0 U ))p R l1 e 140
举例——1.0 Ga时，地幔和大陆地壳形成熔体的
(87Sr/86Sr)0值分别为：0.7034和0.7140。
Sr同位素的识别岩石的源区
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
Sr同位素的识别岩石的源区
若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上 或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳；
Nd同位素地球化学——特征和意义
③年轻火山岩Nd同位素研究表明，143Nd /144Nd与87Sr/86Sr比值之间呈现良好的负相关 关系。
因此，Nd同位素在探讨地幔、地壳演化、壳幔 交换、岩石成因和物质来源等方面有十分重要的 作用。
地幔Nd同位素演化—— 全地球的(143Nd/144Nd)0 ？
BABI=Basaltic Achondrite Best Initial
地幔和地壳Sr同位素演化
对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的 87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示， 岩石的87Sr/86Sr值=0.702~0.706之间， 平均值为0.704，Rb/Sr=0.027，
以BABI值连接0.702和 0.706两个端点，分别构成 两条直线，形成一个阴影区 域，阴影区即玄武岩源区， 代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时 间的演化。
图书馆书号：
360.1/F27
参考书介绍——同位素地质学原理
Faure G. 1986. Principles of isotope geology (2nd edition), John Wiley & Sons, pp589
图书馆书号： 275.01 F27/2
参考书介绍——关于地Βιβλιοθήκη Baidu柱
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
因此：同位素年代学和同位素地球化学注重同位素体系的演化， 将同位素研究的计时作用和示踪作用结合起来，可以更好地揭 示整个地球历史的演化过程。
Sr同位素地球化学
基本原理——
体系中Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)0是一个重要 的地球化学示踪参数，不同的地球化学储库的 (87Sr/86Sr)0是不同的。 (87Sr/86Sr)0对示踪物质的来源， 壳幔物质演化及壳幔相互作用等均具有重要意义。
加入Rb/Sr比值后
见下页图
地幔和地壳Sr同位素演化
地幔演化——由于上地幔具有低的Rb/Sr比值（0.03），
导致上地幔的 (87Sr/86Sr)0随时间缓慢增长。
地壳演化——
2.7Ga年前，地幔分异形成大陆地 壳，继承地幔初始比值0.7014. 但 是其Rb/Sr=0.15，现今大陆壳的 (87Sr/86Sr)0平均为0.7211，连接 2.7Ga的地幔(87Sr/86Sr)0值到现今 大陆壳的(87Sr/86Sr)0值得到一条直 线，该直线为平均大陆壳随时间的 (87Sr/86Sr)0演化线。
图书馆书号： 274 Oz5/2
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释 一、Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、U-Pb同位素
年代学 二、Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化学
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理 2. Sr-Nd-Pb主要参数计算方法 3. 端元混合作用的同位素研究
Misc
M 46-70% low
high
low
low
low < 9? < 0.705 LowRb, Th, U
Petrogenesis Subduction zone
Low LIL and HFS or ocean-intraplate
Mantle-derived I 53-76% low high in low: metal- moderate low < 9? < 0.705 high LIL/HFS Subduction zone
Sr同位素演化——地球初始Sr比值
地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
如何获得？
（1）地球形成时的岩石样品难以获得。 （2）由于地球和陨石是在大致相同的时间由太 阳星云的凝聚相通过重力凝聚作用形成的，因 此陨石可以代表地球的(87Sr/86Sr)0比值。 （3）目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0 比值为0.69897±0.00003 (Faure,1977)，代 表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
Nd同位素地球化学 ——特征和意义
Nd同位素地球化学——特征和意义
① Sm、Nd这对母子体具有相似的地球化学性质，除岩浆作用 过程Sm/Nd比值能发生一定变化外，一般地质作用很难使Sm、 Nd分离，特别是在地质体形成之后的风化、蚀变与变质作用 过程，Sm、Nd同位素通常不会发生变化；
②一些太古代样品的143Nd /144Nd的初 始比值均落在Sm/Nd比值相当于球粒陨 石的143Nd /144Nd演化线上，这表明地 球早期演化阶段的Nd同位素初始比值与 球粒陨石Nd同位素初始比值非常一致， 这使我们获得了有关Nd同位素演化起点 的重要参数；
S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
Table from Winter 2001 Table 18-3. The S-I-A-MClassification of Granitoids
Type SiO2 K2O/Na2O Ca, Sr A/(C+N+K)* Fe3+/Fe2+ Cr, Ni 18O 87Sr/86Sr
1 14 4N N 4 3 d d s1 14 4N N 4 3 d d 01 14 4N S4 7m (d et1) (1) 1 14 4N N 4 3 d d 01 14 4N N 4 3 d d s1 14 4N S4 7m (d et1) (2)
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变 化很小， DePaolo和Wasserburg提出了一 种表示法，初始比值可以相对于CHUR演化 线的万分偏差来表示，称之为ε单位(εNd)。 数学上，该表示法定义为：
N(d t) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d dN 4 N 44 4s C d d aH m ((ttU ))p R l1 e 140
式中的εNd(t)代表样品t时刻（143Nd /144Nd)S（t）相对于t时刻的 CHUR(143Nd /144Nd)CHUR(t)的偏差值。其中(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)分别可由下页公式获得。
143Nd 144Nd
CHUR(t)
例2：各个大洋的MORB
(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度 洋MORB明显区别于大西洋和东太 平洋（Faure，2001，fig.2.63）。
Sr同位素识别岩石源区
From Faure, 1986,fig.10.63
除了用于研究成岩和成矿物质来 源外，(87Sr/86Sr)0还可用来划分岩石 的成因类型。如花岗岩分类，
high Rb, Th, U
metaluminous
biotite, cordierite Supracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary source
A high
Na2O
low
var
var
low var
var
low LIL/HFS
Anorogenic
77% high
和
143 Nd 144 Nd
S
(t)
计算方法
对于CHUR: 1 1N N 4 44 3 C d dH (t)U R 1 1N N 4 44 3 C d dH U 1 1N S 4 R 44 7 m C dH (e U t 1 R )
如何获得？近似于球粒陨石CHUR
地壳分异——大约3.0 Ga 分异出大陆地壳， 之后开始出现亏损地幔演化线
O.50677
Nd同位素初始比值计算
Nd同位素初始比值（143Nd /144Nd）0是Nd同位素的地球化学 示踪的重要基础，该比值可以通过等时线法获得；
对 于 一 个 已 知 年 龄 的 样 品 ， 也 可 以 通 过 实 测 该 样 品 的 143Nd /144Nd和147Sm /144Nd比值，代入下边第2式获得。
式中的Nd (0) 代表样品现今的（143Nd /144Nd)S 相对 CHUR现今的（143Nd /144Nd)CHUR比值的偏差值。
N(d t) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d dN 4 N 44 4s C d d aH m ((ttU ))p R l1 e 140
参考书介绍
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286
若岩石的（87Sr/86Sr）0比
值落于“玄武岩区”，则表 明形成它们的物质来自上地 幔源区；
若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大
陆壳增长线和“玄武岩源区”之间， 则表明它们的物源可能是多样的， 或来自壳幔混合的源区，或来自地 壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相， 麻粒岩相高级变质岩等。
Sr同位素识别岩石源区
S 65-74% high
mafic uminous to rocks peraluminous
low
high
low
high > 9?
med. Rb, Th, U
Infracrustal
hornblende Mafic to intermed.
magnetite
igneous source
> 0.707 variable LIL/HFS Subduction zone
peralkaline
high Fe/Mg
Stable craton
high Ga/Al
Rift zone
High REE, Zr
High F, Cl
* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理
(1) 岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制， 不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不 发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值 代表其源区特征。
(2) 现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区， 则具有混合的同位素特征。
通过对地幔岩石或其派生的火山岩的(87Sr/86Sr)0比值研究， 为地幔不均一性的研究提供了重要例证，
例1：不同构造环境玄武岩在锶同位素组成上具有明显的不
均一性。(87Sr/86Sr)0的平均值，
洋中脊玄武岩——0.70280， 洋岛玄武岩———0.70386， 岛弧玄武岩———0.70437， 大陆玄武岩———0.70577。
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释 第二节、微量元素数据处理与解释 第三节、放射性成因同位素数据处理与解释 第四节、稳定同位素数据处理与解释
参考书介绍
Faure G. 2001. Origin of igneous rocks: the isotopic evidence, Springer, pp.496
详见下页
Nd同位素的标记办法——Nd
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变化很小，引入了εNd参数，其涵义为：
N(d 0) 1 14 4 N N 3 3//1 1d dN 4 N 44 4s C d d aH m ((0 0 U ))p R l1 e 140
举例——1.0 Ga时，地幔和大陆地壳形成熔体的
(87Sr/86Sr)0值分别为：0.7034和0.7140。
Sr同位素的识别岩石的源区
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
Sr同位素的识别岩石的源区
若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上 或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳；
Nd同位素地球化学——特征和意义
③年轻火山岩Nd同位素研究表明，143Nd /144Nd与87Sr/86Sr比值之间呈现良好的负相关 关系。
因此，Nd同位素在探讨地幔、地壳演化、壳幔 交换、岩石成因和物质来源等方面有十分重要的 作用。
地幔Nd同位素演化—— 全地球的(143Nd/144Nd)0 ？
BABI=Basaltic Achondrite Best Initial
地幔和地壳Sr同位素演化
对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的 87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示， 岩石的87Sr/86Sr值=0.702~0.706之间， 平均值为0.704，Rb/Sr=0.027，
以BABI值连接0.702和 0.706两个端点，分别构成 两条直线，形成一个阴影区 域，阴影区即玄武岩源区， 代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时 间的演化。
图书馆书号：
360.1/F27
参考书介绍——同位素地质学原理
Faure G. 1986. Principles of isotope geology (2nd edition), John Wiley & Sons, pp589
图书馆书号： 275.01 F27/2
参考书介绍——关于地Βιβλιοθήκη Baidu柱
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
因此：同位素年代学和同位素地球化学注重同位素体系的演化， 将同位素研究的计时作用和示踪作用结合起来，可以更好地揭 示整个地球历史的演化过程。
Sr同位素地球化学
基本原理——
体系中Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)0是一个重要 的地球化学示踪参数，不同的地球化学储库的 (87Sr/86Sr)0是不同的。 (87Sr/86Sr)0对示踪物质的来源， 壳幔物质演化及壳幔相互作用等均具有重要意义。
加入Rb/Sr比值后
见下页图
地幔和地壳Sr同位素演化
地幔演化——由于上地幔具有低的Rb/Sr比值（0.03），
导致上地幔的 (87Sr/86Sr)0随时间缓慢增长。
地壳演化——
2.7Ga年前，地幔分异形成大陆地 壳，继承地幔初始比值0.7014. 但 是其Rb/Sr=0.15，现今大陆壳的 (87Sr/86Sr)0平均为0.7211，连接 2.7Ga的地幔(87Sr/86Sr)0值到现今 大陆壳的(87Sr/86Sr)0值得到一条直 线，该直线为平均大陆壳随时间的 (87Sr/86Sr)0演化线。
图书馆书号： 274 Oz5/2
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释 一、Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、U-Pb同位素
年代学 二、Sr-Nd-Pb-Os同位素地球化学
二、Sr-Nd-Pb同位素地球化学
1. 同位素地球化学示踪基本原理 2. Sr-Nd-Pb主要参数计算方法 3. 端元混合作用的同位素研究
Misc
M 46-70% low
high
low
low
low < 9? < 0.705 LowRb, Th, U
Petrogenesis Subduction zone
Low LIL and HFS or ocean-intraplate
Mantle-derived I 53-76% low high in low: metal- moderate low < 9? < 0.705 high LIL/HFS Subduction zone
Sr同位素演化——地球初始Sr比值
地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
如何获得？
（1）地球形成时的岩石样品难以获得。 （2）由于地球和陨石是在大致相同的时间由太 阳星云的凝聚相通过重力凝聚作用形成的，因 此陨石可以代表地球的(87Sr/86Sr)0比值。 （3）目前公认玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0 比值为0.69897±0.00003 (Faure,1977)，代 表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
Nd同位素地球化学 ——特征和意义
Nd同位素地球化学——特征和意义
① Sm、Nd这对母子体具有相似的地球化学性质，除岩浆作用 过程Sm/Nd比值能发生一定变化外，一般地质作用很难使Sm、 Nd分离，特别是在地质体形成之后的风化、蚀变与变质作用 过程，Sm、Nd同位素通常不会发生变化；
②一些太古代样品的143Nd /144Nd的初 始比值均落在Sm/Nd比值相当于球粒陨 石的143Nd /144Nd演化线上，这表明地 球早期演化阶段的Nd同位素初始比值与 球粒陨石Nd同位素初始比值非常一致， 这使我们获得了有关Nd同位素演化起点 的重要参数；
S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
Table from Winter 2001 Table 18-3. The S-I-A-MClassification of Granitoids
Type SiO2 K2O/Na2O Ca, Sr A/(C+N+K)* Fe3+/Fe2+ Cr, Ni 18O 87Sr/86Sr
1 14 4N N 4 3 d d s1 14 4N N 4 3 d d 01 14 4N S4 7m (d et1) (1) 1 14 4N N 4 3 d d 01 14 4N N 4 3 d d s1 14 4N S4 7m (d et1) (2)
由于在整个地质时期143Nd /144Nd比值变 化很小， DePaolo和Wasserburg提出了一 种表示法，初始比值可以相对于CHUR演化 线的万分偏差来表示，称之为ε单位(εNd)。 数学上，该表示法定义为：
N(d t) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d dN 4 N 44 4s C d d aH m ((ttU ))p R l1 e 140
式中的εNd(t)代表样品t时刻（143Nd /144Nd)S（t）相对于t时刻的 CHUR(143Nd /144Nd)CHUR(t)的偏差值。其中(143Nd /144Nd)CHUR(t)和(143Nd /144Nd)S(t)分别可由下页公式获得。
143Nd 144Nd
CHUR(t)
例2：各个大洋的MORB
(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度 洋MORB明显区别于大西洋和东太 平洋（Faure，2001，fig.2.63）。
Sr同位素识别岩石源区
From Faure, 1986,fig.10.63
除了用于研究成岩和成矿物质来 源外，(87Sr/86Sr)0还可用来划分岩石 的成因类型。如花岗岩分类，
high Rb, Th, U
metaluminous
biotite, cordierite Supracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary source
A high
Na2O
low
var
var
low var
var
low LIL/HFS
Anorogenic
77% high
和
143 Nd 144 Nd
S
(t)
计算方法
对于CHUR: 1 1N N 4 44 3 C d dH (t)U R 1 1N N 4 44 3 C d dH U 1 1N S 4 R 44 7 m C dH (e U t 1 R )
如何获得？近似于球粒陨石CHUR
地壳分异——大约3.0 Ga 分异出大陆地壳， 之后开始出现亏损地幔演化线
O.50677
Nd同位素初始比值计算
Nd同位素初始比值（143Nd /144Nd）0是Nd同位素的地球化学 示踪的重要基础，该比值可以通过等时线法获得；
对 于 一 个 已 知 年 龄 的 样 品 ， 也 可 以 通 过 实 测 该 样 品 的 143Nd /144Nd和147Sm /144Nd比值，代入下边第2式获得。
式中的Nd (0) 代表样品现今的（143Nd /144Nd)S 相对 CHUR现今的（143Nd /144Nd)CHUR比值的偏差值。
N(d t) 1 14 4 N N 3 3//1 1 d dN 4 N 44 4s C d d aH m ((ttU ))p R l1 e 140