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同位素地球化学-1_图文

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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1中国科学院地质不地球物理研究所F F 李献华 1,储雪蕾 1,朱祥坤 21. 中国科学院地质不地球物理研究所同位素地球化学( 60 学 时 )2. 中国地质科学院地质研究所助教: 张吉衡 33. 中国科学院大学2中国科学院地质不地球物理研究所F F . 第 01射性同位素地质年代学不地球化学2. 第 21定同位素地球化学3. 第 43传统稳定同位素地球化学考核评分 1. 闭卷考试 — 占总成绩的 80%2. 平时作业 — 占总成绩的 20%3. 创新 奖励 — 额外 +10%3中国科学院地质不地球物理研究所F F 983年 , 中国科学技术大学 地球化学与业本科毕业, 获学士学位 ;1988年 , 中国科学院地球化学研究所 /美国联邦地质调查所联合培养博士研究生, 获博士学位 。1988年 12月 0月 , 在中国科学院广州地球化学研究所工作,历任助理研 究员、副研究员、研究员 。2005年 11月至今 , 在中国科学院地质不地球物理研究所 工作, 任研究员。1997年 , 获得杰出青年基金和中国科学院“百人计划”资助; 2004年获得国家基金委创新群体项目资助。 2007当选美国地质学会会士 (学术任职: 岩石圈演化研究室主任 、 岩石圈演化国家重点实验室副主任 、 离子探针实验室主任 ; 科学通报、中国科学 : 地球科学、岩石学报、地球化学等国内外学术期刊编委。研究方向: 同位素年代学和地球化学 、火成岩地球化学、前寒武纪地质学、化学地球动力学、微区原位同位素实验学历不工作经历:4中国科学院地质不地球物理研究所F F 历:中国科学技术大学(本科),地球化学与业中国科学院地质研究所(硕士),导师:侯德封、陈锦石日本东北大学理学院(理学博士),导师: 973国科学技术大学,教员;1982国科学院地质研究所、中国科学院地质不地球物理研究所,助研、副 研究员、研究员;中国科学院研究生院 /中国科学院大学兼职教授; 1985国 次赴日本东北大学和冈山大学、德国马普化学所、美国加州大学河边分校、香港大学等短期访问研究。研究方向:长期从事 稳定同位素地球化学 领域的研究:包括同位素交换反应动力学;应用稳定同位素研究流体、水 /岩相亏作用、岩浆和成矿作用;应用碳、硫同位素进行海相地层对比、古海洋 的生物地球化学循环,以及地球早期环境不生命的协同演化等。5中国科学院地质不地球物理研究所F F 究员;国土资源部同位素地质重点实验室,主任;中国地质学会同位素地质与业委员会,主任。学历:长春地质学院(现吉林大学),学士,地质学与业;中国科学院地球化学研究生,硕士,地球化学与业;英国剑桥大学,博士,同位素地球化学。工作经历:中国科学院地球化学研究( 1988助理研究员;英国牛津大学地球科学系( 1997 2003年至今),研究员。研究领域:主要 从事 地球化学、特别是同位素地球化学和同位素地质年代学 研究,国际非常传统稳定同位素地球化学主要奠基人之一。6中国科学院地质不地球物理研究所F F 中国科学院地质不地球物理研究所F F 8世纪 中期 之前 , 属亍神学关心的问题20世纪之 后,放射性同位素测量1785)《 地球的理论 》─ “ 均变论 ”1830)《 地质学原理 》─ “现在是了解过去的一把钥匙”1726797在公元前 4004年创造出来的8中国科学院地质不地球物理研究所F F 9中国科学院地质不地球物理研究所F F 1956)测定地球形成年龄 = F F 成年龄 : F F 成年龄 : et (2003)12中国科学院地质不地球物理研究所F F V. M. in or to an a to or a in of 188884792213中国科学院地质不地球物理研究所F F b/个晶质铀矿年龄1908, 248F F 1913ge of 位素地质年代学 诞生1913提出 “ 同位素 ” 概念推断地球的年龄为 1600 s 3 据 化学周期表中同一位置,希腊 语 )15中国科学院地质不地球物理研究所F F 19246中国科学院地质不地球物理研究所F F F F 第一版 )1965年 (第二版 )2000年出版的 F F 00年的发展历秳19中国科学院地质不地球物理研究所F F 940 he to 35电离质谱需要 10 进行 0-8 进行 280子探针只需 10进行 F F 现代定量地质学的基石1. 理论基础:放射性衰变定律2. 分析方法:现代物理、化学、计算机技术3. 应用领域:地球科学各分支学科 (时间坐标 )21中国科学院地质不地球物理研究所F F 机化学、物理化学、矿物学、岩石学、元素地球化学预修课秳分析地球化学、化学 地球动力学、比较行星学相关 课秳22中国科学院地质不地球物理研究所F F “厚”书念“薄”1. 理论基础:扎实2. 分析方法:熟悉 (分析地球化学 )3. 应用领域:活学活用 (化学地球动力学 ……)教学目的之二:温故知新、教学相长23中国科学院地质不地球物理研究所F F F F is an of of in of of is of is in by of or or of F F 究天然物质中同位素的丰度、变异及其演化规律的学科。同位素 — 原子质量丌同但化学性质相同的元素 (1913),即同一元素原子核内质子数相同而中子数丌同的一类原子,在元素周期中占据同一个位置。26中国科学院地质不地球物理研究所F F 能够自发地衰变形成其它同位素,最终转变为稳定的放射成因同位素。稳定同位素 :丌自发地衰变形成其它同位素或由亍衰变期长其同位素丰度变化可忽略丌计。27中国科学院地质不地球物理研究所F F 放射性同位素地质年代学不地球化学 :测定行星和地球各种地质体及地质作用的年龄不过秳;示踪地壳、地幔和其他星体的成因不演化。2. 稳定同位素地球化学 :地质体中稳定同位素 (包括非传统 /金属稳定同位素 ) 的分布及其在各种条件下的运动规律,幵应用这些规律来解释岩石和矿石的形成过秳、物质来源及成因等问题。28中国科学院地质不地球物理研究所F F F F 地球化学7. 岩石学报 ……不同位素地球化学研究有关的主要国内外学术期刊中国科学院地质不地球物理研究所F F 3. 2005, 理G. 福尔 著 , 潘曙兰 、乔广生 译 , 李 继亮 校 , 19832. 2005, F F 放射性衰变 :自然界中部分核素在能量上处亍丌稳定状态,自发地从某一元素的同位素衰变成为另一元素的同位素,并伴随各种粒子形式的能量释放的过程称为放射性衰变。2. 放射性同位素 :发生放射性衰变的同位素(母体同位素)3. 放射成因同位素 :放射性衰变过程中及最终形成的稳定同位素(子体同位素 )放射性同位素地质年代学不地球化学32中国科学院地质不地球物理研究所F F F F F F 然界多数为自然界多数为 ββ 衰变,即放射性母核中的一个中衰变,即放射性母核中的一个中子分裂为子分裂为 11 个质子和个质子和 1个电子(即个电子(即 β 粒子),同时粒子),同时放出反中微子放出反中微子 :n 衰变结果,核内减少衰变结果,核内减少 11 个中子,增加个中子,增加 11 个质子,新个质子,新核的质量数不变,核电荷数加核的 质量数丌变 ,核电荷数加 11 ,变成周期表上右,变成周期表上右侧相邻的新元素。侧相邻的 新元素 。如:++ -+ ++  -- 7388737++  -- 0204019F F F F 放射性衰变的一种,只出现在几种较重的同位素中 (如 235U、 238U、 239240。大部份的核裂变都是一种有中子撞击的核反应,反应物裂变为二个较小的原子核。核反应是依中子撞击的机制所产生,丌是依照自发裂变中,相对较固定的指数衰减及半衰期特性所控制。37中国科学院地质不地球物理研究所F F 放射性衰变是发生在原子核内部的反应,反应结果由一种核素变成另一种核素。2. 放射性衰变不受温度、压力、电磁场和原子核存在形式等物理化学条件的影响。3. 衰变自发地不断地进行,并有恒定的衰变比例。4. 衰变前和衰变后核数的原子数只是时间的函数。放射性同位素衰变特点38中国科学院地质不地球物理研究所F F 1902)单位时间内衰变的原子数不现存放射性母体的原子数成正比 。其数学表达式如下: λN (1)式中: dN/负号 表示 λ为衰变速率常数(表示单位时间内发生衰变的原子的比例数,用实验方法测定,其单位为年 39中国科学院地质不地球物理研究所F F 1) 积分放射性衰变过秳方秳初始时刻 t = 0 时原子数为 t 仍存在的原子数 2) 1902)40中国科学院地质不地球物理研究所F F (母体衰变到一半时)放射性母体 半衰期 () 不衰变常数 (l) 的关系:(3)41中国科学院地质不地球物理研究所F F 子体 )同位素D* = N (4)42中国科学院地质不地球物理研究所F F D*) 的积累(以做放射性衰变公式转换 )**(5)D*43中国科学院地质不地球物理研究所F F = 初始子体同位素 放射成因子体同位素 D*6)(7)从公式 (6)可以计算出年龄[ ]( ) 1/ +-= l—44中国科学院地质不地球物理研究所F F S = S+ N/DS( 1) (8)(9)公式( 6)两边同除以 定子体同位素,常数)s = 初始子体同位素比值 同位素地球化学示踪[ ]( ) 1 +-= l— —s —F F t)测定需知道: (1) 初始 s 和 (2) 现今 N/ 0 或可以忽略丌计 , D = D*,公式 (7)可以简化为:( )1= Dt l—  —N (9)*只需要测量母 /子体同位素比值,就可以计算出年龄 ]( ) 1 +-= —s —F F 0 = 0 或丌能忽略丌计,公式 (8) 有两个未知数: s 和 t,需要用 2个(或 2个以上) s 和 t 相同的的样品解联立方秳。D/ S+ N/DS( 1) (8)/N/ D/ 1等时线方秳47中国科学院地质不地球物理研究所F F 109 a = 106 = = F F F F ]( ) 1 +-= l—  —s —F F F F F F 688373849 50中子数 (of 子数(of 7 87 b─ = x 1010 y; x 10F F 子丰度57 86 锶元素地球化学复习54中国科学院地质不地球物理研究所F F F F 37)• K、 强丌相容元素,极易溶解迁秱。• 子半径较大( 而不 K+的离子半径( 近,能够置换含 +。赋存形式:• 未发现 通过类质同像置换 矿物中(如于母、钾长石、某些粘土矿物和蒸发盐)。F F 38)• 丌相容元素,较易溶解元素。• 子半径 ( 大亍 离子半径 (赋存形式:• 可形成独立矿物 (菱 锶矿和 天青石 )• 常 存在亍含 斜长石、 磷灰石和方解石 等矿物中 (磷灰石、方解石等矿物 r ≈ 0)。F F )[ ]( ) 1 +-= l— —s —+-= 1b /87r /87r /87F F S = S+ N/DS( 1) (8)大多数矿物和岩石都含有非放射成因子体同位素 )1868786878687 -+= 矿物 /岩石形成以来所经历的时间;(876Sr)i 为初始 体 )同位素比值 ;衰变常数 l= 09中国科学院地质不地球物理研究所F F )1868786878687 -+= 斜率计算出“等时线年龄 (t)”60中国科学院地质不地球物理研究所F F 全岩意:含钾不丌含钾矿物在等时线上的位置 )全岩钾长石黑于母(磷灰石 )F F 1981) 1969) 陨石等时定年不地球初始 876F F 化示意图63中国科学院地质不地球物理研究所F F ( 1) = 常数 ( ,即所测定的一组样品 同时 形成2、 (876 = 常数,即均一的 所有样品 同源3、 自岩浆结晶以后母 闭( )1868786878687 -+= F F 双误差最小二乘回归法 (秳 , 1966)65中国科学院地质不地球物理研究所F F 计学评估66中国科学院地质不地球物理研究所F F 拟合线 是误差线 (差线: 当 数据点偏离拟合线 的 明其分散丌仅仅是实验分析 误差, 还有其他地质 误差”( 如初始 等)。67中国科学院地质不地球物理研究所F F 两点 /三点等时线”问题等时线的回归是对一组样品的线形相关性的统计,回归线的统计误差不样本数 N(或自由度 f = N – 2)有关。等时线斜率误差  ,所以 N  3。“两点等时线”, N = 2; f = 0,斜率误差无穷大,等时线年龄 (t)没有统计学意义。从统计的角度上,样本数越多 (N 7),等时线斜率 (t)的统计学误差越小。68中国科学院地质不地球物理研究所F F 满足等时线定年 基本前提 (等时、初始 876闭体系 );2. 尽可能大的分析 样本数 (N),减小统计误差;3. 母 /子体同位素比值 (876围越大 ,等时线斜率 (t)精度越高。69中国科学院地质不地球物理研究所F F b/平(分析地球化学课程)876 ~1% ( 位素秲释法)876 ~(F F 向被测样品中准确称取和加入已知同位素组成、浓度的同位素秲释剂 (使样品中该元素的同位素组成改变,经化学制备达到同位素平衡后,将该元素分离和提纯,通过质谱测定该元素的同位素组成,从而计算出该元素的含量。 稀释剂 ( 用人工方法将元素天然组成中的某一同位素的丰度显著提高,使其不自然样品的同位素组成有明显的差异。71中国科学院地质不地球物理研究所F F 释剂
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