2013赵志丹岩石地球化学7-同位素示踪
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87
From Faure, 1986,fig.10.63
I
53-76%
low
high in mafic rocks low
low: metal- moderate uminous to peraluminous high metaluminous low
low
< 9?
S
65-74%
high
high
> 9?
印度洋
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）。
东太平洋
大西洋
Sr同位素识别玄武岩源区
Sr同位素识别岩石源区
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， S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
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。
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。
(1)
(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：
143Nd /144Nd sample(t ) Nd (t ) 143 144 1 104 Nd / Nd CHUR (t )
A
high 77%
Na2O high
low
var peralkaline
var
low
var
Misc Petrogenesis < 0.705 Low Rb, Th, U Subduction zone Low LIL and HFS or ocean-intraplate Mantle-derived < 0.705 high LIL/HFS Subduction zone med. Rb, Th, U Infracrustal hornblende Mafic to intermed. magnetite igneous source > 0.707 variable LIL/HFS Subduction zone high Rb, Th, U biotite, cordierite Supracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary source var low LIL/HFS Anorogenic high Fe/Mg Stable craton high Ga/Al Rift zone High REE, Zr High F, Cl
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
பைடு நூலகம்
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
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。
Sr同位素演化——地球初始Sr比值 地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
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：
Nd (0)
143
Nd /144Nd Nd /144
143
Nd
sample
1 10 4 CHUR (0) (0)
表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
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，
参考书介绍——关于地幔柱
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
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)
Table from Winter 2001
SiO2 K2O/Na2O Type M 46-70% low Ca, Sr high Table 18-3. The S-I-A-M Classification of Granitoids A/(C+N+K)* low Fe3+/Fe2+ low Cr, Ni low 18O < 9?
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
1. Dickin Alan P. 1995. Radiogenic isotope geology. Cambridge University Press. 452p 2. Dickin Alan P. 2005. Radiogenic isotope geology. (2nd Ed.), 490p 3. Allègre Claude J. Isotope Geology, 2008. Cambridge University Press, pp. 512
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；
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
Sr同位素识别岩石源区
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。
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； 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。
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 ？
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
地幔和地壳Nd同位素演化
地幔和地壳Nd同位素演化
Nd同位素初始比值计算
一、Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、U-Pb同位素
年代学
二、Sr-Nd-Pb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
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。 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。
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。
143Nd 143Nd 147Sm t 144Nd 144Nd 144Nd (e 1) s 0 143Nd 143Nd 147Sm t Nd同位素初始值 144Nd 144Nd 144Nd (e 1) 0 s
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。
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
参考书介绍
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286 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
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：0.7014和0.7140。
地幔和地壳Sr同位素演化
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
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
Sr/86Sr
* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
Sr同位素识别岩石源区
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；
From Faure, 1986,fig.10.63
I
53-76%
low
high in mafic rocks low
low: metal- moderate uminous to peraluminous high metaluminous low
low
< 9?
S
65-74%
high
high
> 9?
印度洋
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）。
东太平洋
大西洋
Sr同位素识别玄武岩源区
Sr同位素识别岩石源区
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， S型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 >0.707， I型花岗岩的(87Sr/86Sr)0 <0.705。
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。
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。
(1)
(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：
143Nd /144Nd sample(t ) Nd (t ) 143 144 1 104 Nd / Nd CHUR (t )
A
high 77%
Na2O high
low
var peralkaline
var
low
var
Misc Petrogenesis < 0.705 Low Rb, Th, U Subduction zone Low LIL and HFS or ocean-intraplate Mantle-derived < 0.705 high LIL/HFS Subduction zone med. Rb, Th, U Infracrustal hornblende Mafic to intermed. magnetite igneous source > 0.707 variable LIL/HFS Subduction zone high Rb, Th, U biotite, cordierite Supracrustal Als, Grt, Ilmenite sedimentary source var low LIL/HFS Anorogenic high Fe/Mg Stable craton high Ga/Al Rift zone High REE, Zr High F, Cl
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
பைடு நூலகம்
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
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。
Sr同位素演化——地球初始Sr比值 地球形成时的(87Sr/86Sr)0 ？
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：
Nd (0)
143
Nd /144Nd Nd /144
143
Nd
sample
1 10 4 CHUR (0) (0)
表地球形成时的初始比值，以BABI表示。
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，
参考书介绍——关于地幔柱
1. Condie Kent C. 2001. Mantle plumes and their record in Earth history. Cambridge Univ. Press. pp.306 （书号240 C75k）
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)
Table from Winter 2001
SiO2 K2O/Na2O Type M 46-70% low Ca, Sr high Table 18-3. The S-I-A-M Classification of Granitoids A/(C+N+K)* low Fe3+/Fe2+ low Cr, Ni low 18O < 9?
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
1. Dickin Alan P. 1995. Radiogenic isotope geology. Cambridge University Press. 452p 2. Dickin Alan P. 2005. Radiogenic isotope geology. (2nd Ed.), 490p 3. Allègre Claude J. Isotope Geology, 2008. Cambridge University Press, pp. 512
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；
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
Sr同位素识别岩石源区
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。
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； 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。
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 ？
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
地幔和地壳Nd同位素演化
地幔和地壳Nd同位素演化
Nd同位素初始比值计算
一、Rb-Sr、Sm-Nd、Re-Os、U-Pb同位素
年代学
二、Sr-Nd-Pb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
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。 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。
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。
143Nd 143Nd 147Sm t 144Nd 144Nd 144Nd (e 1) s 0 143Nd 143Nd 147Sm t Nd同位素初始值 144Nd 144Nd 144Nd (e 1) 0 s
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。
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
参考书介绍
Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press, pp.286 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
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：0.7014和0.7140。
地幔和地壳Sr同位素演化
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
地幔演化
A. 均一地幔 B. 亏损地幔 C. 富集地幔
Sr/86Sr
* molar Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)
Data from White and Chappell (1983), Clarke (1992), Whalen (1985)
Sr同位素识别岩石源区
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；