同位素地球化學(xué)

1、關(guān)于同位素地球化學(xué)第一張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月本章內(nèi)容自然界引起同位素成分變化的原因同位素年代學(xué)穩(wěn)定同位素地球化學(xué)第五章 同位素地球化學(xué)第二張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月一、自然界引起同位素成分變化的原因核素的性質(zhì) 同位素分類 同位素成分變化 第三張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.什么叫核素? 由不同數(shù)量的質(zhì)子和中子按一定結(jié)構(gòu)組成各種元素的原子核稱為核素，核素的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和等于核素的質(zhì)量數(shù)（如16O）。 具有相同質(zhì)子數(shù)的核素構(gòu)成元素。一種元素的核數(shù)可以有不同數(shù)量的中子，稱為同位素。它們?cè)谠刂芷诒砩险紦?jù)同一位置。 任何一個(gè)核素都可以用質(zhì)量數(shù)

2、A=P（質(zhì)子數(shù)）+N（中子數(shù)）這三個(gè)參數(shù)來表示。 （一）核素的性質(zhì) 第四張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1)核素具有電荷 (2)核素具有質(zhì)量 (3)核素具有豐度 (絕對(duì)豐度/相對(duì)豐度） (4)核素具有能量 (5)核素具有放射性2、核素的性質(zhì) 112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn 只有一種同位素的元素：Be、F、Na、Al、P等27種。 其余大多數(shù)由2-5種同位素組成。第五張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月(二) 同位素分類放射性同位素： 其核能自發(fā)地衰變?yōu)槠渌说耐凰?，稱放射性同位素；原子序數(shù)大于83，質(zhì)量數(shù)209 穩(wěn)定

3、同位素：原子存在的時(shí)間大于1017年；原子序數(shù)1,反應(yīng)向右進(jìn)行；當(dāng)1；當(dāng)不存在地球化學(xué)誤差時(shí)，MSWD1。 由于某些地質(zhì)體同位素組成的均一性，各全巖樣品中Rb/Sr比值差異不大，因而難以獲得等時(shí)線。在這種情況下，可利用全巖+礦物等時(shí)線法獲得年齡信息，但等時(shí)線中的所選礦物必須來自同一全巖樣品。這種等時(shí)線稱內(nèi)部等時(shí)線，在一般情況下，所得年齡低于全巖Rb-Sr等時(shí)年齡，代表巖石中礦物的平均結(jié)晶年齡。第四十八張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月某些地質(zhì)體同位素組成具均一性，各全巖樣品中Rb/Sr比值差異不大，難以獲得等時(shí)線?？衫萌珟r+礦物等時(shí)線法獲得年齡信息。等時(shí)線中的所選礦物必須來自同一全

4、巖樣品。所得年齡低于全巖Rb-Sr等時(shí)年齡，代表巖石中礦物的平均結(jié)晶年齡。Rb-Sr全巖等時(shí)線法主要適用于基性、中性和中酸性巖漿巖形成年齡的測定。常取得變質(zhì)事件的年齡或無意義的年齡信息。Rb-Sr全巖等時(shí)線法很少用于沉積巖的年齡測定。Rb-Sr全巖等時(shí)線法第四十九張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月2. Sr同位素地球化學(xué) 1）Sr同位素與火山巖成因 (87Sr/86Sr)0比值對(duì)示蹤物質(zhì)來源，殼幔物質(zhì)演化及殼幔相互作用等方面具有重要意義。 通過全巖Rb-Sr等時(shí)線法可獲得巖石形成時(shí)(87Sr/86Sr)0，對(duì)于單個(gè)樣品，若年齡t已知，實(shí)測該樣品的87Sr/86Sr 和87Rb/86S

5、r比值，下式計(jì)算(87Sr/86Sr)0比值：(87Sr/86Sr)0 =87Sr/86Sr -87Rb/86Sr (et-1) 第五十張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月目前公認(rèn)的玄武質(zhì)無球粒隕石的(87Sr/86Sr)0比值為0.698970.00003(Faure,1977)，代表地球形成時(shí)的初始比值，以BABI表示。 為了確定地殼和地幔兩大體系的(87Sr/86Sr)0比值特征及其演化規(guī)律，F(xiàn)aure（1983)對(duì)確認(rèn)起源于上地幔源區(qū)的現(xiàn)代玄武巖等巖石的87Sr/86Sr進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)它們的87Sr/86Sr值變化于0.7020.706之間，其平均值為0.704，Rb/Sr

6、=0.027。 不同區(qū)域內(nèi)的玄武巖在鍶同位素組成上具有明顯的不均一性。例如， (87Sr/86Sr)0的平均值，洋中脊玄武巖為0.70280,海島玄武巖為0.70386，島弧玄武巖為0.70437，大陸玄武巖為0.70577。 從大洋到大陸，87Sr/86Sr同位素比值平均值呈遞增趨勢(shì)。第五十一張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月2）Sr同位素與花崗巖成因 (87Sr/86Sr)0比值除了研究成巖和成礦物質(zhì)來源外，還可用來劃分巖石的成因類型。 花崗巖的成因類型可劃分為S型和I型花崗巖，S型花崗巖的(87Sr/86Sr)0大于0.706，而I型花崗巖的(87Sr/86Sr)0小于0.70

7、6I型花崗巖，由火成巖原巖經(jīng)部分熔融形成的，Na/K高，Al/（Na+K+2Ca)低，Ca高。S型花崗巖，由沉積巖原巖經(jīng)部分熔融形成的，Na/K低，Al/（Na+K+2Ca)高。A型花崗巖，產(chǎn)于已穩(wěn)定的褶皺帶和地盾內(nèi)隆起地區(qū)與斷裂有關(guān)的堿性花崗巖。第五十二張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月1、 U-Th-Pb法定年 U有三種天然放射性同位素：238U(99.2739%)、235U (0.0057%)、234U(0.0057%)，238U/235U=137.88； Th只有一個(gè)同位素232Th，屬天然放射性同位素， Pb有四種同位素：204Pb、206Pb、207Pb、208Pb，20

8、4Pb是非放射成因鉛，而206Pb、207Pb和208Pb是放射成因鉛。 238U、235U和232Th經(jīng)一系列的衰變形成，反應(yīng)如下： 238U206Pb+8+6 235U207Pb+7+4 232Th208Pb+6+4(五) U-Th-Pb法定年及Pb同位素地球化學(xué)第五十三張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月 根據(jù)衰變定律，并考慮樣品中有初始鉛的混入，有以下等式： (206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+(238U/204Pb)(e1t-1) (1) (207Pb/204Pb)=(207Pb/204Pb)0+(235U/204Pb)(e2t-1) (2) (208P

9、b/204Pb)=(208Pb/204Pb)0+(232Th/204Pb)(e3t-1) (3) 聯(lián)立方程（1）和(2)式，并整理得： (207Pb/204Pb)-(207Pb/204Pb)0/(206Pb/204Pb)- (206Pb/204Pb)0=235U(e2t-1)/238U(e1t-1)=(1/137.88)(e2t-1)/(e1t-1) (4) D/DS =(D0/DS) +N/DS (et -1) 第五十四張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月方程(1)、(2)、(3)和(4)可以得到4個(gè)相互獨(dú)立的年齡t, 稱表面年齡。如果這些表面年齡相對(duì)差異小于10%則稱為一致年齡，它

10、們的平均年齡值代表礦物的結(jié)晶年齡。大部分表現(xiàn)為不一致年齡，且一般為：t208t206t207 208Pb/204Pb圖。NDB為北大別變質(zhì)雜巖（實(shí)心方塊為花崗質(zhì)片麻巖類、空心方塊為斜長角閃巖）；SDB為南大別變質(zhì)雜巖（實(shí)心三角為超高壓片麻巖類，空心三角為榴輝巖類）；黑實(shí)心圓為大別山白堊紀(jì)花崗巖類；有誤差棒的大球?yàn)榇髣e中生代花崗巖類長石鉛同位素組成的平均值（張理剛等，1995）第八十六張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十七張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月A cartoon showing tectonic framework and crustal structure

11、of the Dabie Mountains第八十八張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十九張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月第90頁/共78頁第九十張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十一張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月中生代花崗巖類前中生代花崗巖類南秦嶺與北秦嶺花崗巖類Pb同位素組成隨時(shí)代的變化，反映北秦嶺中生代花崗巖的巖漿源區(qū)來自于南秦嶺陸殼塊體A、B示南秦嶺和北秦嶺前中生代花崗巖類第九十二張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十三張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月如果礦石鉛與圍巖（沉積巖或火成巖）鉛的同位素組成相似或模式

12、年齡相近，對(duì)圍巖是沉積巖，則礦床可能屬于同生沉積礦床，對(duì)圍巖是火成巖，礦床應(yīng)屬巖漿熱液成因。如果礦石鉛與成礦圍巖具有明顯不同的鉛同位素組成，則礦質(zhì)來源與圍巖無關(guān)，而是由成礦熱液從其它源區(qū)搬運(yùn)而來。對(duì)成礦物質(zhì)多來源的礦床，其礦石鉛的同位素組成應(yīng)是各種來源物質(zhì)的混合，對(duì)此可進(jìn)行兩端元或多端元的混合模式計(jì)算，確定各組成端元的混合比例。 5）鉛同位素對(duì)礦床成因和成礦物質(zhì)來源有重要指示作用第九十四張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月有興趣的同學(xué)，自己看。 (六) Sm-Nd法定年及Nd同位素地球化學(xué) K-Ar法第九十五張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月(七) 14C法年輕地質(zhì)體系同位素

13、年代測定14N + n 14C + 1H新產(chǎn)生的14C在大氣層中很快被氧化成14CO2，并與大氣層的CO2混合并擴(kuò)散，使水圈及生物圈中都存在著宇宙輻射成因的14C。14C的產(chǎn)生速率主要取決于宇宙射線產(chǎn)生的中子數(shù)量，即宇宙的輻射強(qiáng)度?？梢哉J(rèn)為14C產(chǎn)生的速率大體上是一個(gè)常數(shù)。14C通過衰變反應(yīng)消耗，兩者達(dá)到平衡。這種平衡過程是相當(dāng)快的，當(dāng)生物死亡后，碳的交換循環(huán)作用就停止，有機(jī)體內(nèi)保存的14C將隨時(shí)間逐漸衰亡而減少。第九十六張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月14C 14N + 根據(jù)放射性衰變定律： 14N* = 14C(et-1 ) 也可以(P219) ： A = A0 e-t t為有

14、機(jī)死亡后經(jīng)歷的時(shí)間； A0為有機(jī)物活著時(shí)的14C比度（13.560.007 dpm/g, 每克碳中每分鐘14C衰變的次數(shù)） A為樣品現(xiàn)今的放射性比度； 為14C的衰變常數(shù)（1/8267年-1） 第九十七張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月什么是裂變徑跡？放射性元素的核裂變碎片在礦物晶格內(nèi)產(chǎn)生的狹窄痕跡稱為裂變徑跡形成機(jī)制：離子爆炸尖峰脈沖模型（Fleischer et al.,1965)長度10m左右，經(jīng)氰氟酸蝕刻其直徑可以擴(kuò)大12倍（八）裂變徑跡法年輕地質(zhì)體系同位素年代測定第九十八張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月裂變徑跡分為兩類： （1）自發(fā)裂變徑跡礦物中的鈾，在其存在的歷史過程中，會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生裂變，裂變碎片所造成的損傷區(qū)。（2）誘發(fā)裂變徑跡樣品送反應(yīng)堆照射，吸收中子后，其中235U產(chǎn)生裂變，裂變碎片所造成的損傷區(qū)。裂變徑跡測定礦物： 鋯石、榍石、磷灰石、火山波璃所測年齡范圍：0.1100 Ma以上 第九十九張，PPT共一百零三頁，創(chuàng)作于2022年6月裂變徑跡形成機(jī)制示意圖（Fleischerer et al., 1965）離子爆炸尖峰脈沖模型第一