Pb同位素

两阶段年龄计算表
二 具有多阶段演化的异常铅 • 异常铅的特点： • (1) 铅同位素组成的变化一般很明显，而 且以富含放射成因铅为特征。 • (2) 在206Pb/204Pb—207Pb/204Pb和 206Pb/204Pb—208Pb/204Pb图上呈线性排列。 • (3) 采用单阶段演化模式所计算的模式 年龄与用其他方法测定的年龄是不一致 的，有时甚至是负值。
5t1
5t 2
加拿大大不列颠哥伦比亚库特内弧区矿 床中方铅矿的异常铅
辽宁东部某些 金矿的金属矿 物的铅同位素
207Pb/204Pb
16.00
20 25
15
10
5
0*10^8a
15.00
30
14.00
35
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
206Pb/204Pb
大洋年轻火山岩的铅同位素组成
下表是单阶段铅等时线斜率与 模式年龄对照表：
计算出模式年龄后，将他代入下式，计算、W和k值：
Pb a0 204 8Pb e t0 e 8t
206
Pb c0 204 Pb w 2T 2 t e e
Th W 99.28 232.038 U 100 238.03
阿辛申岛，戈夫岛，圣。海伦纳，卡纳瑞群岛的 特奈理夫岛， 夏威夷群岛
三、在物质来源方面的应用
• 铅同位素示踪有几种方法：
– – – – – 铅年龄法 特征值法 ⊿α－⊿β－⊿ γ法 模式图解法 对比法
⊿α－⊿β－⊿ γ法
• 用样品铅同位素组成与某时代的地幔（理想） 的差值⊿，可以揭示铅同位素的演化信息 • ⊿α＝[α/αM(t)-1] ×1000 • ⊿β= [β/βM(t)-1] ×1000 • ⊿γ= [γ/γM(t)-1] ×1000 • α 、β、γ是样品的比值，M代表地幔，计算用 的μ值取7.8，232Th／238U＝4.04，T=4.57Ga， a0=9.307, b0=10.294, c0=29.476.用单阶段演化 公式计算某时间的地幔比值。
• a0=9.3070.003 b0=10.2940.003 c0=29.4760.009
• a=18.700 b=Baidu Nhomakorabea5.628 c=38.63
二、单阶段正常铅的同位素演化 Holmes-Houtermans模式：
• 普通铅年龄测定的条件：
– 1）地球最初是流体，而且是均一的； 2）当时U、Th和Pb是均匀分布的； 3）原始铅同位素组成到处都一样； 4）后来地球成为刚体，并且U/Pb比值出现 了区域性的异常； 5）在任何给定的地区， U/Pb比值的变化只 是由U到Pb的放射性衰变造成的； 6）在普通铅矿物（如方铅矿）形成时，铅 与U、Th分离开来，而且它的同位素组成从 此保持恒定。
1 e e m [ 8T ] 8t 137.88 e e
• m是等时线的斜率。当t=0时，称为地球 年龄线，等时线通过地球原始铅同位素组 成点。
5T
5t
• 前述方程式是一个超越方程，不能用代 数方法来求解，可用作图或制表的办法 来求解，同样可以得到很好的精度。 • 求解模式年龄的步骤： • 用斜率公式，按一定的时间间隔代入到 斜率公式中的t，计算出相应的斜率值， 制成表格。 • 用样品的比值求出等时线的斜率，在用 插值法求出年龄值——模式年龄
206
把1、2式联立，可以消去：
Pb ( 204 )t b0 5T 5t 1 e e Pb [ 8T ] 206 8t Pb 137.88 e e ( 204 )t a0 Pb
207
• 上式在已知t0(或T)、a0、b0和样品比值的 情况下可以求得t（成矿或成岩）年龄。
Stacey-Krasters两阶段正常铅演化 • 该模式假定，普通铅的演化从地球形成时 (45.7×108a)开始直到37×108a前为第一演化阶 段，其238U/204Pb为7.19，232Th/204Pb为32.2l， Th/U为4.62。 • 大约在37×108a前，由于发生分离事件，正常 铅的演化进入第二阶段，即地壳阶段。 • 由于地壳比地幔富含铀和钍，所以第二阶段的 238U/204Pb为9.74，232Th/204Pb为37.19，Th/U为 3.78。 • 在上述两个阶段中，铅同位素都是在封闭的系 统内演化的。
• 正常铅——符合单阶段演化模式，能给 出有意义模式年龄的普通铅。 • 异常铅——不符合单阶段演化模式，模 式年龄无意义的普通铅。
– J型铅（异常铅）——模式年龄小于矿床 （或岩石）年龄。 – B型铅（异常铅）——模式年龄大于矿床 （或岩石）年龄。
铅同位素研究中使用的参数和 符号：
• t0=45.7108a a0=206Pb/204Pb • b0=207Pb/204Pb c0=208Pb/204Pb • =238U/204Pb V=235U/204Pb W=232Th/204Pb =238U/235U=137.88 K=W/ • 8=0.15512510-9/a (238U的衰变常数) 5=0.98485109/a(235U的衰变常数) 2=0.049475109/a(232Th 的衰变常数)
208
严格符合单阶段演化模式的矿床或岩石是必 较少的，有一些矿床接近于单阶段演化模式，如 与拉斑玄武岩有关的块状硫化物矿床、海底火山 喷气沉积矿床以及一些层控矿床等。
Stanton and Russell（1959）选定了9个整合型 矿床，他们认为这些矿床是地幔物质在没有受到 地壳物质污染的环境中，通过沉积作用形成的， 应该具有单阶段演化的特点。结果拟合出一条生 长线，=8.99。见下图。
( 206 Pb/ 204Pb) t2 ( 206 Pb/ 204Pb) t1
1 e 5t2 e 5t2 [ 8t1 ] 8t 2 137.88 e e
这是一个二次等时线公式，其斜率R为:
1 e e R [ 8t1 ] 8t 2 137.88 e e
需要用其他办法确定一个时间。 •
对比法讨论矿质来源
• 爱尔兰: • 东南基底放射 性成因铅高,西 北低,各种矿化 的线性分布可 能代表这两种 基底前的混合.
• 爱尔兰Pb同 位素分布,反 映东南基底 具有较高的 放射成因铅, 尔西北部基 底则较低.
其它应用
• 划分成矿区带
• 矿床评价
第七节 铅同位素
一、铅稳定同位素组成
• 铅有4种稳定同位素： • 204Pb、206Pb、207Pb、208Pb 204Pb尚未被发现有放射性母体，普遍被认为代 表原始铅。 • 206Pb、207Pb、208Pb都是由放射性母体产生的： • 238U206Pb+84He+6-+Q 235U207Pb+74He+4-+Q 232Th208Pb+64He+4-+Q
异常铅有多种可能的形成方式：
• 两种不同时代的正常铅的混合； • 一种正常铅受到了放射成因铅源的 污染；
•源区中获得或丢失Th、U或Pb；
• 可能经历多次的放射成因铅的污染， 即经历过多个U-Th-Pb系统的演化。 •见下图
异常铅的年龄计算
( 207 Pb
204
Pb) t2 ( 207 Pb/ 204Pb) t1
•
(4) 在增长曲线图中，异常铅的数据点 或是沿某一原始等时线分布，但落在不 同μ值的演化线上；或是落在不同的原始 等时线上，但μ值差别不大，数据点都位 于增长曲线的弦上，不超出增长曲线 ; 或 落在具有不同μ值的增长曲线和不同年龄 的原始等时线上。
•
(5) 在异常铅的源区中，通过计算所获 得的U/Pb或Th/Pb变化明显。 • (6) 在很多具有异常铅的矿床中，铅同 位素组成的变化具有一定的规律性。如 在横山岭铅锌矿床中，206Pb/204Pb或 208Pb/204Pb随矿体埋藏深度增加而有升高 的趋势 (据陈好寿，1979)
• 如果在t年以前铅从没有同位素分馏的体 系中分离出来, 则
Pb 8T 8t ( 204 )t a0 (e e ) Pb 207 Pb • 5T 5t ( 204 )t b0 (e e ) Pb 137.88 208 Pb 5T 5t ( 204 )t c0 k (e e ) Pb
• 地质体中的206Pb、207Pb、208Pb含量随时 间而变化（增长）。 • 用204Pb作基准，用206Pb/204Pb、 207Pb/204Pb、208Pb/204Pb来表述铅的变化 规律。
几个概念：
• 放射性成因铅——岩石矿物形成以后， 由其中的238U 、235U、232Th衰变所产生的 那部分206Pb、207Pb、 208 Pb。 • 普通铅——不含U、Th及其衰变系列中 的放射性同位素的矿物或岩石中的铅， 由原始铅+放射成因铅组成，其中放射成 因的铅是矿物或岩石形成以前由放射性 母体的衰变所形成的。
关于全岩样品的校正
• 岩石或矿石中含有一定量的U和Th，他们在形 成之后的放射成因铅加在了原有的组成上，需 要进行校正。方法如下： • (206Pb／204Pb)t＝ (206Pb／204Pb)M－ μ(eλt－1) • (207Pb／204Pb)t＝ (207Pb／204Pb)M－ μ／ 137.88(eλt－1) • (208Pb／204Pb)t＝ (208Pb／204Pb)M－ w(eλt－1) • t是成矿（成岩）年龄，需用其他方法求得。 • 可见，源区U、Th含量低，Pb高，年龄小，其 校正值小；而源区U、Th含量高，Pb低，年龄 大，校正值大。