同位素地球化学-地球化学课件.ppt

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1、地球化学地球化学授课老师：授课老师：李李 秋秋 根根E-mail:Phone:(MP)Room:新地学楼3508上次课回顾n n同位素的概念及类型n n自然界物质中同位素组成变化的原因n n自然界同位素衰变反应的主要类型第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学 本章内容本章内容一、同位素地球化学基础一、同位素地球化学基础一、同位素地球化学基础一、同位素地球化学基础二、放射性同位素地球化学二、放射性同位素地球化学二、放射性同位素地球化学二、放射性同位素地球化学三、稳定同位素地球化学三、稳定同位素地球化学第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学同位素地

2、质年代学基本公式二、放射性同位素测年及其应用D=Do+N(e t 1)D*=N(e t 1)D*/Ds=N/Ds(e t 1)二、放射性同位素测年及其应用二、放射性同位素测年及其应用第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学 目前，在地球科学研究中对新生代前的地质事件应用最为广泛的同位素年代学方法有Rb-Sr、Sm-Nd、U-Th-Pb、Lu-Hf、K-Ar和Re-Os法等，第四纪研究的同位素地质年代学方法主要为14C法、不平衡铀系法等。Rb-Sr测年测年二、放射性同位素测年及其应用二、放射性同位素测年及其应用1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）R

3、b-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（1 1）RbRb和和SrSr的地球化学特点的地球化学特点第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学 Rb的地球化学特点1）+1价的碱金属，亲石元素；2）易溶于水，活动性强；3）离子半径较大（1.48）；与元素K类似（1.33）。因此常与元素K在云母类矿物和K-长石类形成类质同象。Sr的地球化学特点1）+2价的碱土金属，亲石元素；2）也易溶于水，但弱于Rb；3）离子半径也较大（1.13），与元素Ca类似（0.99）。因此，易于与Ca-长石类形成类质同象。Sr-Ca类质同象的矿物还有方解石、石膏、磷灰石和榍石。二、放射性同位素测年及其应用

4、二、放射性同位素测年及其应用1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（2 2）RbRb和和SrSr的同位素特点的同位素特点铷（铷（铷（铷（Rb Rb：Z=37Z=37）（相对丰度）（相对丰度）（相对丰度）（相对丰度）第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学锶（锶（锶（锶（SrSr：Zr=38Zr=38）的同位素（相对丰度）的同位素（相对丰度）:nn8484Sr 0.56%Sr 0.56%（同位素稀法中稀释剂同同位素稀法中稀释剂同位素位素）nn8686Sr 9.86%Sr 9.86%（参照同位

5、素参照同位素）nn8787Sr 7.00%(Sr 7.00%(子同位素子同位素)：放射性成因：放射性成因nn8888Sr 82.58%Sr 82.58%均为稳定同位素。均为稳定同位素。nn8585Rb 72.17%Rb 72.17%（稳定同位素）（稳定同位素）nn8787Rb 27.83%Rb 27.83%8585Rb/Rb/8787RbRb比比值值在地球、月球和大在地球、月球和大部分部分陨陨石中石中为为常数常数2.5932.593，太阳，太阳系星云同位素均一化的系星云同位素均一化的缘缘故。故。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶

6、同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3 3）Rb-SrRb-Sr测年公式测年公式与等时线与等时线第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学Rb-Sr衰变方式：二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3 3）Rb-SrRb-Sr测年公式测年公式与等时线与等时线第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学 对单个样品，采用这种对单个样品，采用这种对单个样品，采用这种对单个样品，采用这种假定初始值假定初始值假定初

7、始值假定初始值的方法计算出来的同位素年龄的方法计算出来的同位素年龄的方法计算出来的同位素年龄的方法计算出来的同位素年龄称为称为称为称为“模式年龄模式年龄模式年龄模式年龄”多数岩石和矿物结晶时，总是不同程度含有一定数量的初始锶多数岩石和矿物结晶时，总是不同程度含有一定数量的初始锶多数岩石和矿物结晶时，总是不同程度含有一定数量的初始锶多数岩石和矿物结晶时，总是不同程度含有一定数量的初始锶福尔和福尔和鲍威尔鲍威尔（1972）R=R0+RP/D(et-1)y=a+bx公式构成一以x为变量的y的一元一次线性方程，-截距a为：R0-斜率b为：(et-1)可以拟合得到一条直线，通过该直线可以求解a和b；计算

8、出t。前提：-具有相同的初始锶!-Rb/Sr值要有差别-体系封闭！87Sr/86Sr87Rb/86Sr等时线等时线RRP/D斜率=(et-1)截距R0未知第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3 3）Rb-SrRb-Sr测年公式与测年公式与等时线等时线二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原

9、理法年龄测定的基本原理（3 3）Rb-SrRb-Sr测年公式与测年公式与等时线等时线第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学等时线方法的特点：等时线方法的特点：n n与不含初始锶方法和模式年龄相比，精度较高。与不含初始锶方法和模式年龄相比，精度较高。n n可得到初始可得到初始8686Sr/Sr/8686SrSr值（用于判断来源）。值（用于判断来源）。n n根据数据点拟合好坏程度可以检验体系根据数据点拟合好坏程度可以检验体系封闭性封闭性。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本

10、原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学A.A.岩浆岩：岩浆岩：岩浆结晶分异可形成一套化学成岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩分变化的研究岩n n岩浆为液体状态岩浆为液体状态，是良好的同位素交换条，是良好的同位素交换条件，满足同位素的件，满足同位素的均一化均一化；保证；保证矿物矿物或或岩岩石石具相同的具相同的初始锶初始锶；n n岩浆结晶过程时间与结晶后至今的时间，岩浆结晶过程时间与结晶后至今的时间，记录相同的年龄记录相同的年龄；深成岩；喷出岩。；深成岩；喷出岩。n n保持封

11、闭保持封闭，未受蚀变、变质等外来影响。，未受蚀变、变质等外来影响。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学A.A.岩浆岩：岩浆岩：岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩Rb-SrRb-Sr等时线法是测定中酸性岩等时线法是测定中酸性岩浆岩年龄的常用手段；浆岩年龄的常用手段；基性岩浆岩

12、，基性岩浆岩，RbRb含量低，含量低，Rb-SrRb-Sr定年较困难。定年较困难。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学A.A.岩浆岩：岩浆岩：岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩从一个岩浆房结晶分异演化出来的岩石，从一个岩浆房结晶分异演化出来的岩石，常常具相同的初始锶（常常具

13、相同的初始锶（t to o），但是），但是Rb/SrRb/Sr比值可不同；比值可不同；经历了一个时期（经历了一个时期（t to o-t-t1 1）后，由于）后，由于RbRb含含量的不同，量的不同，8787SrSr得到不等的增长；得到不等的增长；从而在从而在8787Rb/Rb/8686Sr-Sr-8787Sr/Sr/8686SrSr坐标系中该套岩坐标系中该套岩石分布在一条等时线上。石分布在一条等时线上。a1b1c1t1二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原

14、理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学A.A.岩浆岩：岩浆岩：岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩 幔源浆岩具有幔源浆岩具有与地幔相同与地幔相同的的SrSr初始同初始同位素比值位素比值 形成的岩石与地形成的岩石与地幔的初始同位素幔的初始同位素比值相同，但不比值相同，但不同的结晶矿物却同的结晶矿物却具有不同的具有不同的Rb/SrRb/Sr比值。比值。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地

15、球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学A.A.岩浆岩：岩浆岩：岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的研究岩矿物矿物矿物矿物矿物矿物矿物矿物矿物矿物矿物矿物如果没有受到后期变质如果没有受到后期变质作用，全岩和矿物作用，全岩和矿物等时线应该重合。等时线应该重合。共同代表岩浆的形成时共同代表岩浆的形成时代。代。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法

16、年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学B.B.变质岩变质岩:取决于变质作用的强度取决于变质作用的强度t t0 0t tmmt tp pFairbain et al（1961）t t m m时时，均一化，均一化，单矿单矿物在物在变质变质作用中属作用中属开放体系开放体系；再次封；再次封闭时闭时，矿矿物等物等时线时线年年龄记录龄记录热热事件开始的冷却年事件开始的冷却年龄龄；小范小范围围的全岩在的全岩在热热事件中保持事

17、件中保持封封闭闭，可用来，可用来测测定定该该岩石的岩石的初始初始结结晶年晶年龄龄。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学B.B.变质岩变质岩:取决于变质作用的强度取决于变质作用的强度n n小范围（矿物）的均一化，全岩体系保持小范围（矿物）的均一化，全岩体系保持不变不变：此时，：此时，8787Sr/Sr/8686SrSr比值高

18、于比值高于初始比值，初始比值，全岩等时线为代表岩石形成年龄，矿物等全岩等时线为代表岩石形成年龄，矿物等时线为变质年龄；其截距和斜率不同；时线为变质年龄；其截距和斜率不同；n n强变质作用，使强变质作用，使SrSr同位素同位素重新均一化重新均一化重新均一化重新均一化，等，等时线年龄代表变质年龄；时线年龄代表变质年龄；n n弱变质作用，未能使矿物间发生弱变质作用，未能使矿物间发生SrSr同位素同位素均一化，全岩等时线代表结晶年龄。均一化，全岩等时线代表结晶年龄。全岩等时线全岩等时线矿物等时线矿物等时线8787SrSr：富：富：富：富RbRb矿物变化：黑云母、钾长矿物变化：黑云母、钾长矿物变化：黑云

19、母、钾长矿物变化：黑云母、钾长石；贫石；贫石；贫石；贫RbRb矿物变化：磷灰石矿物变化：磷灰石矿物变化：磷灰石矿物变化：磷灰石二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学1 1）Rb-SrRb-Sr法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（4 4）Rb-Sr Rb-Sr等时线年龄应用研究的注意问题等时线年龄应用研究的注意问题第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学C.C.沉积岩：定年较为困难沉积岩：定年较为困难砂岩：子体难以达到均一化，含先存颗粒；砂岩：子体难以达到均一化，含先存颗粒；页岩：若子体达到均一化，母体也均一化；

20、页岩：若子体达到均一化，母体也均一化；碳酸盐岩：全部均匀化碳酸盐岩：全部均匀化沉积岩中锶同位素的母体沉积岩中锶同位素的母体8787RbRb和子体和子体8787SrSr及其保存条件：及其保存条件：n n陆源碎屑物陆源碎屑物n n自生矿物（海绿石等）自生矿物（海绿石等）n n若是变质的沉积岩，可能可以得到变质年龄若是变质的沉积岩，可能可以得到变质年龄年龄与地层年龄一致；年龄与地层年龄一致；初始锶与当时海洋初始锶与当时海洋Sr同同位素一致位素一致二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学

21、2 2）地壳和地幔中锶同位素的地球化学演化及其）地壳和地幔中锶同位素的地球化学演化及其示踪示踪意义意义BABI=0.69897 显显示出不同源区的岩示出不同源区的岩浆浆：1）玄武岩演化区：表明物）玄武岩演化区：表明物质质源于源于上地幔上地幔；2）大）大陆陆地壳演地壳演化化线线附近，源于附近，源于地壳地壳；3）两者之）两者之间过间过渡区，物源多渡区，物源多样样：壳幔混合或下地壳低：壳幔混合或下地壳低Rb/Sr区区Rb/Sr=0.027;Rb/Sr=0.15二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铷铷-锶法年龄测定和锶同位素地球化学锶法年龄测定和锶同位素地球化学第六章第六章 同位素地球化学

22、同位素地球化学2 2）地壳和地幔中锶同位素的地球化学演化及其）地壳和地幔中锶同位素的地球化学演化及其示踪示踪意义意义地壳和地幔中地壳和地幔中8787Sr/Sr/8686SrSr差异的原因：差异的原因：D*=N(eD*=N(e t t-1)-1)铷的丰度：地壳中的铷的丰度：地壳中的RbRb丰度丰度 ：110110 1010-6-6；地幔中的地幔中的RbRb丰度：丰度：0.60.6 1010-6-6 高 Rb/Sr 和 87Sr/86Sr 比 低Rb/Sr 和 87Sr/86Sr 比 低Rb/Sr 和 87Sr/86Sr 比 低Rb/Sr 和 87Sr/86Sr 比二、放射性同位素测年二、放射性同

23、位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学（1）U、Th和Pb的地球化学特点 U和Th均为锕系元素，常为+4价，但在表生条件下，U常呈+6价；离子半径分别为0.97和1.05；由于较大的离子半径和高电价，U和Th均表现为强不相容元素；+4价U和Th较稳定，但+6价的U可呈UO22+形式溶于水而发生迁移；除少数情况以云母铀矿（uranite）和硅酸钍矿（thorite）形式呈独立矿物外，多数条件下呈分散状态分布于造岩矿物和副矿物中。P

24、b为亲铜元素，属中等不相容元素；普遍呈+2价；离子半径为1.32；通常条件下Pb较稳定，但在高温和酸性条件下可形成氯的化合物或硫的化合物，易溶解于热液中而发生迁移；Pb的独立矿物为方铅矿（PbS），而在硅酸盐矿物中，多与元素K形成类质同象而趋于存在钾长石等矿物中。二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学（1）U、Th和Pb的地球化学特点球粒陨石方铅矿不同物质中不同物质中U、Th、Pb的元素含量的元素

25、含量二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学（2）U、Th和Pb的同位素地球化学性质nn238238U 99.27%U 99.27%；M=238.050783M=238.050783nn235235U 0.7200%U 0.7200%；M=235.043923M=235.043923nn234234U 0.0055%U 0.0055%；M=234.040946M=234.040946其中其中2382

26、38U U和和235235U U经放射性衰变分别经放射性衰变分别形成稳定同位素形成稳定同位素206206PbPb和和207207PbPb，而而234234U U 是衰变的中间产物。是衰变的中间产物。238238U/U/235235U=137.88U=137.88。铀（U：Z=92）（相对丰度）nn232232Th Th 1100%00%；M=232.038050M=232.038050ThTh共有共有6 6个天然放射成因同位素；个天然放射成因同位素；232232Th Th 丰度丰度100100，经衰变形成稳，经衰变形成稳定同位素定同位素208208PbPb；其它；其它5 5个极低，个极低，且为

27、且为U U、ThTh衰变的中间产物衰变的中间产物.钍（Th：Z=90）（相对丰度）铅（Pb：Z=82）（相对丰度）nn204204Pb 1.4%Pb 1.4%；M=203.973029M=203.973029nn206206Pb 24.1%Pb 24.1%；M=205.974449M=205.974449nn207207Pb 22.1%Pb 22.1%；M=206.975881M=206.975881nn208208Pb 52.4%Pb 52.4%；M=207.976636M=207.976636 204204PbPb非放射成因同位素，丰度基本不变非放射成因同位素，丰度基本不变二、放射性同位素

28、测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学（3）U、Th和Pb的测年公式及谐和图U、Th和Pb衰变公式：=1.41010 a（最慢）=4.47109 a（居中）=7.04108 a（最快）二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地

29、球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学（3）U、Th和Pb的测年等时线法：根据基本公式：D*=No+N(et-1)二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学（3）U、Th和Pb的测年 加拿大安大略泥

30、盆纪珊瑚碳酸盐U-Pb等时线年龄。所获得的等时线年龄与地层时代相近375385Ma；图中的空心符号代表样品发生了不同程度的体系开放，未能参加等时线年龄拟合统计。Smith and Farquhar(1989)Smith and Farquhar(1989)t=1/t=1/1 1 ln ln(206206Pb/Pb/204204Pb)Pb)-(206206Pb/Pb/204204Pb)Pb)o o/(238238U/U/204204Pb)+1Pb)+1t=1/t=1/2 2 ln ln(207207Pb/Pb/204204Pb)Pb)-(207207Pb/Pb/204204Pb)Pb)o o/(

31、235235U/U/204204Pb)+1Pb)+1t=1/t=1/3 3 ln ln(208208Pb/Pb/204204Pb)Pb)-(208208Pb/Pb/204204Pb)Pb)o o/(232232Th/Th/204204Pb)+1Pb)+1 若矿物中没有初始铅或可以忽略，若矿物中没有初始铅或可以忽略，可得到三个独立的年龄值，如果可得到三个独立的年龄值，如果它们相互吻合（相对误差它们相互吻合（相对误差 10%10%），则称为一致年龄。），则称为一致年龄。适用的矿物：沥青铀矿，晶质铀矿，钍石，锆石，独居石，磷灰石等。适用的矿物：沥青铀矿，晶质铀矿，钍石，锆石，独居石，磷灰石等。第六章

32、第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法整理得：第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法：207-206法 利用该公式不需

33、要测定238U和235U即可计算出样品的年龄；适用的矿物:含U,Th的矿物,如沥青铀矿,晶质铀矿,钍石,锆石,独居石,磷灰石等第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法 U、Th和Pb的活动性，使得U-Pb等时线定年受到很大的限制。然而，238U与235U，206Pb与207Pb具一致的地球化学性质。受干扰也能给出年龄信息。因此，为了消除由于矿物中子体同位素

34、丢失引起的测年误差，采用U-Th-Pb一致曲线法第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法球粒陨石方铅矿不同物质中不同物质中U、Th、Pb的元素含量的元素含量第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-T

35、h-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理235U 的衰变速率的衰变速率快，所以较老时代的矿物中的207Pb*/235U比值会很高相对缓慢的238U衰变意味着现有任一时代的地表样品的206Pb*/238U 1 U238=4.47109 a（居中）U235=7.04108 a（最快）第五章第五章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法 两个衰变体系随时

36、间演化，通过选取不同的年龄，求出一条U-Pb体系的理论曲线，并投在一个坐标207Pb/235U-206Pb/238U图解中构成了一条“谐和线”第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法Pb丢失U丢失第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同

37、位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法 对于一组t时刻形成，在t1时刻发生了不同程度铅丢失的富U样品，它们的207Pb/235U、206Pb/238U比值应该在一条直线上，这条直线称为不一致线；该直线与谐和曲线有两个交点，上交点t为样品形成的年龄，而下交点t1为发生铅丢失事件的年龄。上、下交点可视为：锆石中的U-Pb同位素组成点和环境的U-Pb同位素组成点，即二者间的均一化或混合作用。tt1第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍

38、-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测

39、定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：含U、Th矿物法-一致曲线法第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理球粒陨石方铅矿不同物质中不同物质中U、Th、Pb的元素含量的元素含量（3）U、Th和Pb的测年：普通铅法年龄测定：Holmes-Houtormans法：H-H法第六章第六章 同位素

40、地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：普通铅法年龄测定：Holmes-Houtormans法：H-H法A.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。B.基本假设a.地球形成初期U、Th、Pb分布均匀b.已知地球的原始铅同位素组成：ao=(206Pb/204Pb)o=9.307bo=(207Pb/204Pb)o=10.294co=(208Pb/204Pb)o=

41、29.476c.地球铅同位素的相对丰度变化是地球体系中放射性母体衰变的结果。d.铅矿物形成后，铅同位素与放射性母体（U和Th）分离。（子体铅同位素不再增长，同位素组成基本保持不变）第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：普通铅法年龄测定：Holmes-Houtormans法：H-H法 T=45.5T=45.5亿年亿年 t 0亿年亿年时间 事件 (206206Pb/Pb/2

42、04204Pb)Pb)o o 地球形成地球形成 矿物形成矿物形成 测定测定(206206Pb/Pb/204204Pb)Pb)Pb同位素不变 由于方铅矿不含U，若方铅矿保持封闭，则它至今保持了形成那一时刻体系的Pb同位素组成n n计算公式：计算公式：根据根据(206206Pb/Pb/204204Pb)Pb)增长公式：增长公式：(206206Pb/Pb/204204Pb)Pb)=(=(206206Pb/Pb/204204Pb)Pb)o o+(+(238238U/U/204204Pb)(ePb)(e 1t1t-1)-1)可以推导得到下式：可以推导得到下式：第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二

43、、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：普通铅法年龄测定：Holmes-Houtormans法：H-H法样品要求：无样品要求：无U U和和ThTh的矿物，如的矿物，如方铅方铅矿矿、黄铁矿黄铁矿等亲硫元素的矿物等亲硫元素的矿物235235U/U/204204PbPb、238238U/U/204204PbPb不是方铅矿本身，不是方铅矿本身，而是方铅矿源区体系的现代而是方铅矿源区体系的现代U/PbU/Pb同位素同位素比值

44、。比值。第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：普通铅法年龄测定：Holmes-Houtormans法：H-H法mm为为为为等等等等时线时线时线时线的斜率的斜率的斜率的斜率m=m=m=m=238238238238U/U/204204Pb;Pb;k=k=k=k=232232Th/Th/238238U U第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性

45、同位素测年2.2.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学1 1）U-Th-PbU-Th-Pb法年龄测定的基本原理法年龄测定的基本原理（3）U、Th和Pb的测年：普通铅法年龄测定：Holmes-Houtormans法：H-H法1 1）等）等）等）等时线时线时线时线2 2）PbPb同位素同位素同位素同位素组组组组成的演化，受成的演化，受成的演化，受成的演化，受时间时间时间时间（t t）、）、）、）、和和和和m m m m等参数的影响，等参数的影响，等参数的影响，等参数的影响，3 3 3 3）给给给给定定定定t t值值值值，构成扇形曲，构成扇形曲，构成扇形曲，构成扇

46、形曲线线线线簇，即簇，即簇，即簇，即单阶单阶单阶单阶段增段增段增段增长长长长曲曲曲曲线线线线。4 4 4 4）所有）所有）所有）所有铅铅铅铅的同位素都是从原始的同位素都是从原始的同位素都是从原始的同位素都是从原始铅铅铅铅开始开始开始开始增增增增长长长长，随后分异成具有不同，随后分异成具有不同，随后分异成具有不同，随后分异成具有不同值值值值的封的封的封的封闭闭闭闭系系系系统统统统；5 5 5 5）对对对对任何一正常任何一正常任何一正常任何一正常铅铅铅铅，既位于一条增，既位于一条增，既位于一条增，既位于一条增长长长长线线线线上，又落在一条等上，又落在一条等上，又落在一条等上，又落在一条等时线时线时

47、线时线上。上。上。上。地球年地球年地球年地球年龄线龄线龄线龄线第五章第五章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学2 2）铅同位素演化）铅同位素演化（1 1）自然界铅同位素成分的变化）自然界铅同位素成分的变化 204 204PbPb基本不变，基本不变，206 206PbPb、207 207PbPb、208208PbPb是随着时间演化而不断增加的是随着时间演化而不断增加的 地球上所用铅（地球上所用铅（PbPb总总）=放射性成因铅（放射性成因铅（PbPb*）+原始铅（原始铅（PbPb0 0

48、）第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学二、放射性同位素测年二、放射性同位素测年1.1.铀铀-钍钍-铅法年龄测定和铅同位素地球化学铅法年龄测定和铅同位素地球化学2 2）铅同位素演化）铅同位素演化（2 2）地壳和地幔的铅同位素特征）地壳和地幔的铅同位素特征n n地壳和地幔中地壳和地幔中U U和和ThTh的丰度的丰度n n地壳：分别为地壳：分别为2.82.81010-6-6，10101010-6-6n n地幔：分别为地幔：分别为0.020.021010-6-6，0.0790.0791010-6-6Doe and Zartman（1979）提出了）提出了上地壳、下地壳和地幔联合造山的上地壳、下地壳和地幔联合造山的Pb构造模式。把铅同位素的演化构造模式。把铅同位素的演化和构造动力学结合起来，赋予铅同和构造动力学结合起来，赋予铅同位素以构造环境意义。位素以构造环境意义。第六章第六章 同位素地球化学同位素地球化学思考题:1）模式年龄的意义2）等时线定年法的原理和应用的必要条件3）锆石U-Pb谐和曲线法原理和可获得的信息