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第07章 放射性同位素地球化学

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第七章 放射性同位素地球化学 同位素计时 同位素示踪 能量特征第六章 放射性同位素地球化学I. 放射性同位素衰变原理稳定的原子会自发地放射粒子和能量而转变成另外一种原子,这就是放射性衰变;I. 898, 1867 as s of s 1766. of a (+2 . b (-1 . g (no or 位素地球化学基础1、自然核衰变的种类通式为:=> 2M + a, 例如:22688=> 22286 n e r gy d e c Qd au gh t e r Dp ar e n t 42to > M+ b - ,例如:8737> 8738 b > 4020 b 子捕获原子自发地从 层电子轨道吸取一个电子,使质子形成中子,通式为: e - => 1M ,例如:4019K + e - => 40183857 e - => 13856裂变ay 变定律母体和子体概念:母体:放射性核素子体:衰变产物 be as a as of by or 瑟福( 1902)实验结果:单位时间内衰变的原子数正比于放射性母体原子数。衰变的母体、子体原子数只与时间有关,与体系 T,位素地球化学基础衰变定律表达式: N (原子数目与时间的关系) N = -  左边由 N, 右边由 0积分到 t, 得: - o = -  o = e -  t 或N = No e -  t=0时, D* =0, 经过 * = N 代入上式得:D* = N( e  t - 1)of 射性同位素测年的原理、条件和地质意义测年原理:衰变定律to in 5000440008800250730准确测定衰变常数 高精度、高灵敏度的测定技术 样品的封闭性:例如,对于岩浆作用可选择耐高温的岩石或矿物,如锆石等,含水矿物中,角闪石的封闭性好于云母 用作年龄测定的同位素半衰期应与所测的地质体的年龄相当; 必须准确知道放射性母体同位素的相对丰度,并有精确测定母、子体同位素含量的实验方法; 必须准确知道或能有效校正样品形成是就已经存在的子体同位素的初始含量同位素地球化学基础同位素测定方法制样制成易离子化的化合物或气体要求:试剂和设备不能带入污染处理过程不存在分馏作用质谱仪测定见下图放射性年龄的地质意义结晶年龄变质结晶年龄冷却年龄变质年龄地壳形成年龄地壳存留年龄封闭温度及其意义冷却年龄:是指岩石形成后冷却到基本上能完全保留放射性成因子体同位素的温度并开始放射性计时的年龄,封闭温度:我们把上述开始计时的温度称为封闭温度。第六章 放射性同位素地球化学I. 放射性同位素衰变原理 1) 587同位素地球化学基础锶的同位素 : 84 86 87 88位素地球化学基础(2)铷 的衰变常数和半衰期 87> 87 0 0= N(et - 1), 有87= 87Rb(et - 1)t = 1/ 1+ 87 87适用的样品:钾长石、白云母、天河石、钾盐等钙是常见组分同位素地球化学基础设87= 87 877= 87 87Rb(et - 1)用非放射性成因 86到(8786 =( 8786Sr)o + (8786et - 1)同位素地球化学基础给定 (8786Sr)8786Sr)o =8786Sr)o =式年龄 :t = 1/ [(8786 - (8786Sr)o]/ (87861}8786 =( 8786Sr)o + (8786et - 1)同位素地球化学基础方法的特点:与不含 初始锶方法 和 模式年龄 相比,精度较高。可得到 初始 866用于 判断来源 )。根据数据点拟合好坏程度可以检验体系封闭性。同位素地球化学基础3. 系封闭体系封闭以前均一化各样品之间的 87676位素地球化学基础4. 1)岩浆岩可达到均一化深成岩的结晶时间相对于其年龄可忽略。喷出岩快速冷却,等时线年龄代表形成年龄。同位素地球化学基础( 2)变质岩变质作用对同位素体系变化很大,即使岩石组构没有影响时,同位素已发生巨大变化变质作用会使 范围的均一化:全岩等时线为代表岩石形成年龄,矿物等时线为变质年龄。大范围的均一化:均代表变质年龄。均一化后同位素地球化学基础( 3)沉积岩 87陆源碎屑物自生矿物(海绿石等)陨石和整体地球的 地幔-地壳的 海水的 76Sr 6Sr of 7Rb an 876Sr)i 76Sr of . 876. 六章 放射性同位素地球化学I. 放射性同位素衰变原理 钕同位素 142 143 144( =015) 145 ( >017) 146 148 150位素地球化学基础 144 147(=011) 148( >014) 149( >015) 150 152 154位素地球化学基础钐 丰度低,各岩石类型的 子体性质相似高价态,不易活动同位素地球化学基础= N(et - 1), 有143= 147Sm(et - 1)t = 1/ 1+ 143)同位素地球化学基础 等时线年龄:类似于 龄计算公式,由143= 147Sm(et - 1)可以导出下式:(143 144 = (143 144Nd)o + (147 144et - 1) 模式年龄:1) 147测定古老岩石年龄( >10亿年 )的有效手段。 镁铁质岩石中 变质作用,蚀变作用和风化作用对 位素地球化学基础( 2)适用于 性、超基性岩:岩石形成年龄酸性岩:适于模式年龄变质岩:原岩的年龄沉积岩:物源的年龄射性同位素地球化学I. 放射性同位素衰变原理:238U (=0 = 09)235U (=0 = 08)234U 位素地球化学基础232=0 = 010) 204206207208 204为放射性成因铅,反应总过程如下: 23892U = 20682 8 426E 23592U = 20782 7 424E 23290 20882 6 424D* = N(et - 1)(20604 =(20604Pb)o + (238U/ 204et - 1)(20704 =(20704Pb)o + (235U/ 204et - 1)(20804 =(20804Pb)o + (232204et - 1)同位素地球化学基础上式分别整理得:t = 1/1 [(206204 - (206204Pb)o]/ (238U/ 2041}t = 1/2 [(207204 - (207204Pb)o]/ (235U/ 2041}t = 1/3 [(208204 - (208204Pb)o]/ (2322041}可得到三个值适用的矿物:沥青铀矿,晶质铀矿,钍石, 锆石 ,独居石, 磷灰石等。同位素地球化学基础三个年龄值不一致时,用两式联立得 :(207204 - (207204Pb)o 235U (e2t - 1)________________________ = ____ ________ (206204 - (206204Pb)o 238U (e1t - 1) 1)基本思路:地球上的铅同位素按正常母体量演化,直到形成含铅矿物时才脱离母体。( 2)基本假设地球形成初期 U、 球的原始铅同位素组成为 :同位素地球化学基础地球的原始铅同位素组成为: (206204Pb)o = (207204Pb)o = (208204Pb)o = 球铅同位素的相对丰度变化是体系中放射性母体衰变的结果。铅矿物形成后,铅同位素与放射性母体分离。同位素地球化学基础 T=t 0亿年时间 1———————— 1—————— 1事件 1———————— 1—————— 1 地球形成 矿物形成 测定同位素地球化学基础计算公式:(20604 =(20604Pb)o + (238U/ 204e1T - 1)- (238U/ 204e1 t - 1)(20604 =(20604Pb)o+(238U/ 204e1T- e1t)同位素地球化学基础普通铅法的样品要求:无 方铅矿、黄铁矿 等同位素地球化学基础一致曲线法 ) 206238U =e1t 207235U =e2t 球形成时的初始铅放射铅:地球形成后放射性母体产物第六章 放射性同位素地球化学I. 放射性同位素衰变原理 3to et (1987) 62, 157et (1983) J. 24, 41986), et (1984), et (1986) 1989). = 41986), et (1984), et (1986) 1989). 2. or 41986), et (1984), et (1986) 1989). 3. 764. I 76> 41986), et (1984), et (1986) 1989). 5. 41986), et (1984), et (1986) 1989). 41986), et (1984), et (1986) 1989). 41989) 1985), 1984), et (1984). A C + CC 41986). 1989) 1993). 四、钾 0K, 1K, 气氩的相对丰度: 4086 40(12%) (e =0y)  4020 88%) (b =0y)计算公式:根据 D* = N(et - 1), 有40= e /(e+b) 40K(et - 1)t = 1/ 1+ (40 40K)[e /(e+b)]}3. 的应用一般情况下, 视为无初始氩。适用的样品:角闪石,辉石,白云母,黑云母,长石类,全岩样品,海绿石,钾盐等。同位素地球化学基础关于氩丢失和过剩氩问题:等时线法同位素地球化学基础六、 1412C 13C 14C 10位素地球化学基础2. 14(=537040a;=10-4/a)由宇宙射线作用: 147N + n => 146C + 11H 14变反应: 146C => 147N + 144度处于动态平衡中,因此可以设:大气中的 14定。含碳样品“死亡”后,其 14衰变规律减少。14C Cycle
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