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放射性同位素地球化学(上)

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院研究生院2008年放射性同位素地球化学(上 )提纲放射性同位素地球化学 (上 )本原理衰变定律D = N ( 1)放射性衰变放射性衰变定律-  或 1½¼上地幔分异过程中,他们都倾向于进入熔体; , 倾向于赋存在 白云母,钾长石中; a,易进入斜长石,磷灰石中(不包括单斜辉石)• 随着岩浆演化 , 超基性  基性  中性  酸性 , r( 876比值升高 85 87 72 : 28 84 86 87 88平均)= 86稳定同位素• 8787 l = x 10本的数学关系与参数87 87 87 87Rb( 1)876 (876Sr)i + (876 1)(876 5 b c )b )b )自周新民教授报告 2008年)bc 99粤北翁源帽峰岩体粤北始兴司前岩体 8 赣南大余西华山岩体玄武质无球粒陨石全岩样品(876 5 变质作用中的再平衡 变质作用,就是高温条件下,固态重结晶作用。 由于温度升高,发生同位素交换反应,不同矿物之间, 876一化; 而 876r)比值,受分配系数差别的制约,平衡的时候,不同矿物之间,比值不同。 变质作用中的再平衡1)随着岩浆演化,超基性 基性 中性  酸性, 876解图意,对比地幔 2)2)-显生宙海水海水 系• 都是中等不相容元素 , 在地幔和地壳的部分熔融过程中 , 易进入熔体相• m  离子半径大于 分配系数小于比 因此 , 随着岩浆演化 , 超基性  基性  中性  酸性 ,d( 14744比值依次降低 144 147 148 149 150 152 154= 142 143 144 145 146 148 150= 144稳定同位素不同壳幔端元e d u b o m ho nd B on ti ne r U pp Cr Lo w Cr 基本的数学关系与参数147 143 143 147Sm( 1)14344 (14344i + (147 144( 1)(14344 4744 球粒陨石 均一库143144 (143444344× 10 4通过对陨石系统的研究,建立了壳幔演化关系模型,其中包括亏损地幔演化模型、全球地壳生长模型和区域初生地壳加入模型,并建立了岩浆物质来源的示踪研究方法;• 对于高级变质变质事件定年,具有重要作用。球粒陨石全岩样品 问题:• 14344是如何得来的 ?1)-整体地球 (地幔和地壳的分异岩浆演化:超基性 基性  中性  酸性,d(14744值降低2)14344 (14344 (147 144( 1)2)2- 3T+ T a)3)(14344 (14744 144 (143444344× 10 4)亏损地幔模式年龄问题:1) 在地质历史上 , 亏损地幔和由它分异出的陆壳 , 143442) 在什么条件下 , 什么时候开始不同 ?3) 什么过程造成 什么过程造成 143443)-大陆地壳4)型假设初生地壳的形成速率是均一的,而事实上地壳增生模型有多种,故存在至少两种模式年龄的计算方法 (线性、指数 );模型假设 壳内物质的重熔及高级变质作用同样可引起 有了二阶段模式年龄(见下图)。由于现代实验技术条件的误差对 传递误差为约 不是 据精确到小数 1~2位。同理适用于 t) 计算。5)阶段 模式年龄二阶段模式年龄)()()1()()()(1壳和亏损地幔。而 地壳深熔作用、幔源岩浆发生结晶分异作用和富集 在发生 4744地壳的14744于沉积岩类,往往用上地壳的平均比值来代替: 40个全球沉积岩平均值 ),但对于中下地壳的样品,可能其 14744若作为一种同地区样品间的物源区时代的相对比较,用上地壳组成代替,仍可获得有意义的地球化学示踪信息。一 )• 为 +4价,但在地球表层条件下, 6价;• 由于较大的离子半径和高电价, +4价 U、 +6价的 球化学性质 (二 )• 除极少数情况下以沥青铀矿 (硅酸钍矿 (式成独立矿物外,多数条件下 锆石、独居石、磷灰石、榍石 );• 副矿物中,锆石 (择性富集 U,而独居石 ([h]择性富集 球化学性质 (三 )• 中等不相容元素;• 而在硅酸盐矿物中,多与元素 通常条件下 在高温和酸性条件下可形成氯或硫的化合物,易溶解于热液中而发生迁移。基本的数学关系与参数206 206 238U ( 1)207 207 235U ( 1)208 208 232 1)(1)对于低 的体系(如锆石)(206238U)* = ( 1)(207235U)* = ( 1)(2)对于一般的 全岩+长石 )(20604 = m ( 1)(20704 = (m/( 1)m = 238U/204在 t = 0时,即 现代相当值等时线方程(20704(20604 = (1/( 1)/ ( 1)](3)对于低 方铅矿)有 t 铅矿形成 现在(20704Pb)t - (20704 = (m/( 20604Pb)t - (20604 = m ( 始 0704 = 0604 = 0804 = 方铅矿,可以得到:(20704 - 1 ( 20604 - ( 低 的体系 - 锆石 和线谐和线一般的 1) - 0等时线 / 地球年龄一般的 2) - 等时线和增长曲线等时线增长曲线原始 基性 基性 中性  酸性, 238U/2043) - 岩石的 老片麻岩年龄和源区的关系低 1) 高 2) - 由于地壳、地幔演化的复杂性,假设所有的 相当比例矿石 事实上,矿石 管许多研究者提出其它修改模式 (如二阶段、多阶段模式 ),或整合 b)与 J b)等概念,但其在地质定年研究中被大多数人放弃。相反,矿石 为研究地壳、地幔演化的过示踪手段。不同圈层 1)不同圈层 2)a b c )b )b )是不相容元素。部分熔融过程中,一般进入熔体。但是,如果存在石榴石,则容易富集在石榴石中; 是不相容元素,与 分熔融过程中,一般进入熔体。但是,如果存在锆石,则容易富集在锆石中; 岩浆演化:超基性  基性  中性  酸性, f( 17677值降低。• 自然界中 7576 个同位素:17417617717817980 7676 - 1)1(1771760177176177176- 176 176 176 1)176177 (17677i + (17677 1)(17677 177 (176777677 × 10 4球粒陨石均一岩浆库 ((17677Hf)p = (17677Hf)i = (17677Hf)p = 17601761/2= a;• 在地壳岩石中, 别约为 100 17677 由于 原始岩浆事件中,如地幔中熔体的抽取作用,两同位素体系行为类似,形成 44 17677但与 m、 而 其值得指出,在地壳岩石的变质和岩浆作用过程中,如麻粒岩相变质作用和地壳深熔作用, 地壳熔融作用后居于耐熔残余相,而 随时间演化, 下地壳导致 176774344而,两同位素体系间的两种不同关系将对认识壳幔分异和地壳增生提供重要的约束。 低 锆石锆石中 个数量级( f ~ 17677 ,因此,锆石形成后, 176石中 176177以含采用 接测得锆石76177如果同时测得锆石 以得到 :t)倾向于进入硫化物,主要富集于地核中;•在地幔部分熔融过程中, 于进入熔体中,因此导致:(1)地壳岩石中 以及地核 );(2)与同属 浆作用相容性质上的差异使得 8587中 187为铂族元素的 187 个同位素,分别为: 1841861871881891909287 76187 75 b -)1e( 187 187Os i + 187 1)187186 (187186i + (187186 1)187188 (187188i + (187188 1)187188 187186et 1961)表示为18786相对 19288;• 但 18690然 190个同位素中的约 1%,且半衰期高达约 880随分析样品类型的增加和分析精度的提高,1868786越来越多的实验室改用 18788 两种比值间的换算:1878818786因 得自然界中地幔岩石为 地壳岩石为 100的数量级,两类岩石的18788。因而在理论上适于用作同位素定年,但因 功进行 要限于地幔橄榄岩、铁质陨石、铂族元素矿床、科马提质超基性岩等。 科马提岩,太古宙超基性熔岩基性 基性  中性  酸性,18788生代海水 外陨石轰出地球?辉钼矿 (年法• 辉钼矿为高 矿物形成时势初始18788,故其模式年龄可变为:T=(1/l)+18787 该方程实际上亦为直线方程,因此可通过对多样品的分析获得等时线年龄小结:r, d, U/f, 子体的比值的变化,本质上是元素比值的变化, 是由元素的性质差别决定的。亏损和富集,是针对不相容元素定义的,可以由同位素来指示。源区性质的同位素差别,是由( 1)同位素母体 /子体元素比值的变化,和( 2)与时间相关的放射性积累造成的。岩浆岩中主要造岩矿物和副矿物的分子式石 英 2H)2角闪石 a,~3([(i)4(透辉石e)2e)2(F,H)榍 石 O,l,F)尖晶石 g,
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