第5章2地球化学

1、CUGB铷铷-锶锶(Rb-Sr)测年及示测年及示踪地球化学踪地球化学 第五章第第五章第2节节第五章第2节Rb-Sr同位素主要内容主要内容: :1. Rb，Sr地球化学性质2. Rb-Sr同位素测年原理3. Rb-Sr同位素示踪原理4. 课后作业第五章第2节Rb-Sr同位素Rb的特性的特性1. 碱金属（碱金属（Alkali metal）；）；2. Rb+的离子半径的离子半径(1.48)； K+的离子半径的离子半径(1.33)，在含，在含K的矿物中，的矿物中，Rb+能替能替代代K+；3.主要矿物：云母类主要矿物：云母类(Micas )，钾长石，钾长石(K-feldspar )（正（正长石和微斜长石

2、），粘土矿物长石和微斜长石），粘土矿物(clay minerals )，蒸，蒸发盐发盐(evaporite minerals )（钾盐和光卤石）（钾盐和光卤石） 1. Rb1. Rb、Sr Sr地球化学性质地球化学性质第五章第2节Rb-Sr同位素Sr的特性的特性1. 碱土金属（碱土金属（Alkaline earths metal）；）；2. Sr2+的离子半径的离子半径(1.13)； Ca+的离子半径的离子半径(0.99)，在含，在含Ca的矿物中，的矿物中， Sr2+能替代能替代Ca+；例如：斜长石例如：斜长石(Plagioclase),磷灰石磷灰石(apatite),碳酸钙碳酸钙(calci

3、um carbonate), 文石文石(aragonite) Sr2+可以替代可以替代K+ ，但伴随着，但伴随着Al3+替代替代Si4+ ； 菱锶矿菱锶矿Strontianite (SrCO3),天青石天青石 celestite (SrSO4) 1. Rb1. Rb、Sr Sr地球化学性质地球化学性质第五章第2节Rb-Sr同位素Rock Type RbKSrCaUltramafic0.240125000Basaltic30830046576000Syenite1104800020018000High-Ca granitic1102520044025300Low-Ca granitic17042

4、0001005100Sandstone60107002039100Shale1402660030022100Deep-sea clay1102500018029000Carbonate32700610302300Deep-sea carbonate1029002000312400不同岩石中不同岩石中Rb、K、Sr、Ca的平均含量（单位：的平均含量（单位：10-6）1. Rb1. Rb、Sr Sr地球化学性质地球化学性质第五章第2节Rb-Sr同位素Sr 有有4个同位素：个同位素：8838Sr8738Sr8638Sr8438Sr82.53% 0.56% 9.87% 7.04% Rb 有有2个同位素

5、：个同位素：8737Rb8537Rb 72.17% 27.83%2. Rb2. RbSr Sr同位素测年原理同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素87873738RbSrQ The isotopic composition of Sr in a rock or mineral that contains Rb depends on the age and Rb/Sr ratio of that rock or mineral.岩石或矿物中岩石或矿物中Sr的同位素组成与其形成年龄和的同位素组成与其形成年龄和Rb/Sr比值有关；比值有关；2. Rb2. RbSr Sr同位素测年原理同位素测年原

6、理第五章第2节Rb-Sr同位素0(1)tDDN e878787t0Sr= Sr + Rb(e -1)10teDsNDsDDsD8787878686860SrSrRb=+(e1)SrSrSrt2. Rb2. RbSr Sr同位素测年原理同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素vRb-Sr同位素体系的国际标样同位素体系的国际标样91/2-11148.8 10 years=1.42 10TaInternational Union of Geological Sciences(IUGS)v87Rb的半衰期和衰变常数的推荐值的半衰期和衰变常数的推荐值E&A: Eimer and Amend (

7、E&A) Sr carbonate (Professor W. H. Pinson at MIT);NBS987: Sr carbonate (UGS);87868786Sr/ Sr=0.7080Sr/ Sr=0.710252. Rb2. RbSr Sr同位素测年原理同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素Rb-Sr等时线满足的条件：等时线满足的条件： 1）所研究的一组样品（岩石或矿物）具有同时性同时性和同同源性源性；2）形成时Sr同位素组成在体系内是均一的，因而有着相同的87Sr/86Sr初始同位素比值；3）体系内化学成分不同，Rb/Sr比值有差异，可确保获得一条较好的等时线；4）

8、自结晶以来，Rb、Sr保持封闭体系，没有与外界发生物质交换。第五章第2节Rb-Sr同位素2.1 岩浆岩岩浆岩Rb-Sr等时线定年等时线定年基本假设：v岩浆的整个冷却过程中Sr同位素是均一的，即从岩浆中形成的所有矿物或岩石具有相同的锶同位素初始比值；v岩浆结晶的时间相对较短，所有的矿物或岩石具有基本相同的年龄；v形成以后保持封闭，未受蚀变、变质等外来影响；第五章第2节Rb-Sr同位素8786SrSr8786/RbSr岩浆岩结晶后岩浆岩结晶后Rb-Sr同位素体系变化示意图同位素体系变化示意图1tme斜斜 率：率：截截 距：距：1ln1tm年年 龄：龄：87860SrSrb2.1 岩浆岩岩浆岩Rb-

9、Sr等时线定年等时线定年第五章第2节Rb-Sr同位素Rb-Sr geochronology for mafic dyke swarm of Mahbubnagar, South India(after Pandey B. K., et al., 1997)岩浆岩岩浆岩Rb-Sr定年实例定年实例中国地质大学（北京）第五章第2节Rb-Sr同位素岩浆岩岩浆岩Rb-Sr定年实例定年实例Rb-Sr isotopic ages for sample X-12 from the main body of the Manaslu granite(After Chen Chang-Hwa, et al., 19

10、96)第五章第2节Rb-Sr同位素2.2 陨石陨石Rb-Sr定年定年不同作者的结果有所差异，但差别很小。不同作者的结果有所差异，但差别很小。1. Since most stony meteroites have yielded similar Rb-Sr dates and innitial 87Sr/86Sr ratios, the isotope composition of Sr at the time of formation of the solar system appears to have been homogeneous. 第五章第2节Rb-Sr同位素2.2 陨石陨石Rb-S

11、r定年定年不同作者的结果有所差异，但差别很小。不同作者的结果有所差异，但差别很小。2. In that case, the Sr became part of the Earth at about 4.55Ga probably also had the same isotopic composition as the Sr in asteroids and meteroids at the time of their formation.BABI(Basaltic achondrite best initial)第五章第2节Rb-Sr同位素2.2 陨石陨石Rb-Sr定年定年不同作者的结果有所

12、差异，但差别很小。不同作者的结果有所差异，但差别很小。2. In that case, the Sr became part of the Earth at about 4.55Ga probably also had the same isotopic composition as the Sr in asteroids and meteroids at the time of their formation. 根据根据NBS987的值调整的值为：的值调整的值为：1）NBS987 0.71014 BABI 0.698970.000032) NBS987 0.71025 BABI 0.6990

13、8BABI(Basaltic achondrite best initial)第五章第2节Rb-Sr同位素2.3 注意事项：注意事项：v 一组样品采集在同一地质体上(保证是同源，才能有一致的87Sr/86Sr初始值)； v 样品布点的空间分布合理(以免样品Rb/Sr比值接近,形成不了等时线)； v 尽力保证样品新鲜，不受后期作用影响(保持封闭体系)； v K含量低的样品(超基性岩)不应用此法，沉积岩样品应是同生沉积矿物(海绿石)。中国地质大学（北京）第五章第2节Rb-Sr同位素RbSrRbSr玄武安山质岩浆玄武安山质岩浆Rb的分配系数为的分配系数为0.045，Sr的分配的分配系数为系数为0.8

14、38第五章第2节Rb-Sr同位素3 Rb-Sr同位素示踪原理同位素示踪原理vRb (0.045)is more incompatible than Sr(0.838 )vDuring partial melting of mantle and form magma intruding in to crust, Rb-Sr will be fractionated.vRb are easier to go into melt relative Sr, therefore, mantle will be depleted in Rb, while the crust will be enriche

15、d in Rb.第五章第2节Rb-Sr同位素岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制，不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值代表其源区特征。现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区，则具有混合的同位素特征。3. Rb-Sr同位素示踪原理同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素3. Rb-Sr同位素示踪原理同位素示踪原理 这一同位素地球化学原理对其他同位素体系也适用，例如：Sm-Nd, Lu-Hf,Re-Os。第五章第2节Rb-Sr同位素3. Rb-Sr同位素示踪原理同位素示踪原理地球演化过程中地球演化过程中Rb-S

16、r同位素体系的演化同位素体系的演化第五章第2节Rb-Sr同位素3. Rb-Sr同位素示踪原理同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素 对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示，岩石的87Sr/86Sr值变化于0.7020.706之间，平均值为0.704，Rb/Sr=0.027，以BABI值连接0.702和0.706两个端点，分别构成两条直线，形成一个阴影区域，阴影区即玄武岩源区，代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时间的演化。3. Rb-Sr同位素示踪原理同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线和“玄武岩源区”之间，则表明它们的物源可能是多样的，或来自壳幔混合的源区，或来自地壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相，麻粒岩相高级变质岩等。 若岩石的（若岩石的（87Sr/86Sr）0比值落于比值落于“玄武岩区玄武岩区”，则表明形成它们的，则表明形成它们的物质来自上地幔源区；物质来自上地幔源区；若岩石的初始若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上或其附比值落在大陆壳增长线以上或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳；近，表明形成该岩