同位素地球化学-1

1、1中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES授课： 李献华1，储雪蕾1，朱祥坤21. 中国科学院地质与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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES课程安排1. 第01-21学时 李献华：放射性同位素地质年代学与地球化学2. 第21-42学时 储雪蕾：稳定同位素地球

2、化学3. 第43-60学时 朱祥坤：非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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES主讲教授简介主讲教授简介李献华 ()1983年，中国科学技术大学地球化学专业本科毕业，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-2005年10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

3、员、研究员。2005年11月至今，在中国科学院地质与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(GSA Fellow)。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；Geostandards and Geoanalytical Research、Geological 、 Magazine、Precambrian Research、Palaeoworld、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：

4、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 学历与工作经历：4中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES主讲教授简介主讲教授简介储雪蕾 ()学历： 中国科学技术大学（本科），地球化学专业 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：Hiroshi Ohmoto 工作经历： 1973-1979 中国科学技术大学，教员； 1982-现在 中国科学院地质研究所、中国科学院地质与地球物理研究所，

5、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；1985-1988，美国Pennsylvania State University作访 问学者；多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/岩相互作用、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C和S的生物地球化学循环，以及地球早期环境与生命的协同演化等。5中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSC

6、HINESE ACADEMY OF SCIENCES朱祥坤朱祥坤主讲教授简介主讲教授简介中国地质科学院地质研究所，研究员；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专业委员会，主任。 学历： 长春地质学院（现吉林大学），学士，地质学专业； 中国科学院地球化学研究生，硕士，地球化学专业； 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（1988-1993），助理研究员； 英国牛津大学地球科学系（1997-2002）， Research Fellow 中国地质科学院地质研究所（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

7、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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES地球是何时形成的？7中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES地球是何时形成的？18世纪中期之前，属于神学关心的问题20世纪之后，放射性同位素测量James Hutton (1785)地球的理论 “均变论”Charles Lyell (1830)地质学原理 “现在

8、是了解过去的一把钥匙”1726-17971797-18751650年大主教Ussher宣布世界是在公元前4004年创造出来的8中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES视视 频频9中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESPatterson (1956)测定地球形成年龄 = 4.550.07 Ga10中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY A

9、ND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES目前测定的最精确地球形成年龄: 4567.20.6 Ma11中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES2010目前测定的最精确地球形成年龄: 4568.50.5 MaKrot et al. (2003)12中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES V. M. Goldschmidt Award

10、 - for major achievements in geochemistry or cosmochemistry F.W. Clarke Medal - to an early-career scientist for a single outstanding contribution to geochemistry or cosmochemistry C.C. Patterson Medal - for a recent innovative breakthrough in environmental geochemistry of fundamental significance.T

11、he Geochemical Society 大奖V.M. Goldschmidt (1888-1947) F.W. Clarke (1847-1931)C.C. Patterson(1922-1995) 13中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素年代学大事记1896，Becquerel发现天然放射性1902，Rutheford & Soddy提出放射性衰变公式1903，Curie夫妇报道Ra衰变生成大量热1906，Rutherford提出Pb/U比值可用于定年19

12、07，Boltwood首次测定了3个晶质铀矿年龄1908-1911，Holmes精确测定铀矿石U/Pb年龄Proc. R. Soc. Lond. A 1911 85, 248-25614中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESArthur Holmes, 1913The Age of the Earth1913年同位素地质年代学诞生Frederick Soddy, 1913提出“同位素”概念 推断地球的年龄为1600 Ma At the authors age of 23 year

13、s old原子质量不同但化学性质相同(占据化学周期表中同一位置，希腊语)15中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESDurham University以Arthur Holmes命名的地质系楼 Arthur Holmes BuildingArthur Holmes 在 Durham大学任教 (1924-1942)16中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES17中国科学院

14、地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES1944年 (第一版)1965年 (第二版)2000年出版的Arthur Holmes的第一本传记18中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素年代学100年的发展历程19中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESProfes

15、sor Nier circa 1940 with the mass spectrometer he used to isolate Uranium 235 Triton Plus 热电离质谱热电离质谱需要需要 10 mg 铅进铅进行行Pb同位素比值同位素比值分析分析只需只需 10-8 mg 铅铅进行进行Pb同位素比同位素比值分析值分析Cameca IMS 1280HR 离子探针离子探针只需只需 10-10 mg 铅铅进行进行Pb同位素比同位素比值分析值分析以Pb同位素分析为例看同位素分析技术的进步20中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYS

16、ICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素年代学 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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES高等数学、无机化学、物理化学、矿物学、岩石学、元素地球化学预修课程分析地球化学、化学地球动力学、比较行星学相关课程22中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINES

17、E ACADEMY OF SCIENCES教学目的之一：把“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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES24中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES Isotope geochemistry Isotope geochem

18、istry is an aspect of geology based upon study of the natural variations in the relative abundances of isotopes of various elements. Radiogenic isotope geochemistry is concerned with the products of natural radioactivity. Stable isotope geochemistry is largely concerned with isotopic variations aris

19、ing from mass-dependent isotope fractionation. Variations in isotopic abundance are measured by isotope ratio mass spectrometry, and can reveal information about the ages and origins of rock, air or water bodies, or processes of mixing between them.25中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSIC

20、SCHINESE ACADEMY OF SCIENCES 同位素地球化学地球化学的一个分支，研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 原子质量不同但化学性质相同的元素 (Soddy, 1913)，即同一元素原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子，在元素周期中占据同一个位置。26中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素分类 放射性同位素：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：不自发地衰变形成其它同位素或由于衰变期长其同位素

21、丰度变化可忽略不计。 27中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES 同位素地球化学的研究内容 1. 放射性同位素地质年代学与地球化学：测定行星和地球各种地质体及地质作用的年龄与过程；示踪地壳、地幔和其他星体的成因与演化。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，并应用这些规律来解释岩石和矿石的形成过程、物质来源及成因等问题。28中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEO

22、PHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES放射性同位素地质年代学与地球化学 稳定同位素地球化学非传统稳定同位素地球化学29中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES1. Geochemica and Cosmochimica Acta2. Earth and Planetary Science Letters3. Chemical Geology4. Contribution to Mineralolgy and Petrology5. Lithos6. 地

23、球化学7. 岩石学报 与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与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES30 Isotopes: Principles and Applications, 3rd EditionGunter Faure, Teresa M. Mensing, 2005, 896p.同位素地质学原理G. 福尔 著, 潘曙兰、乔广生 译, 李继亮 校, 1983Radiogenic Isotope Geology, 2rd EditionAlan P. Dickin,

24、 2005, 492p.教学参考书31中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES基本概念1. 放射性衰变：自然界中部分核素在能量上处于不稳定状态，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与地球化学 32中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY

25、AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES放射性衰变的类型a a-衰变b b-衰变电子捕获自发裂变33中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESa a-衰变34中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESn n自然界多数为自然界多数为 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 11

26、个电子（即个电子（即 粒子），同时粒子），同时放出反中微子放出反中微子gg：n 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不变，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：如：EYXAZAZ+-+gb1ESrRb+-gbb87388737ECaK+-gbb40204019b b-衰变35中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES电子捕获36中国科学院地质与地

27、球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES自发裂变原子核在没有粒子轰击或不加入能量的情况下发生的裂变，是放射性衰变的一种，只出现在几种较重的同位素中 (如235U、238U、239Pu、 240Pu等)。 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，不是依照自发裂变中，相对较固定的指数衰减及半衰期特性所控制。37中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY

28、OF SCIENCES1.1. 放射性衰变是发生在原子核内部的反应，反应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。结果由一种核素变成另一种核素。2.2. 放射性衰变不受温度、压力、电磁场和原子核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。存在形式等物理化学条件的影响。3.3. 衰变自发地不断地进行，并有恒定的衰变比例。衰变自发地不断地进行，并有恒定的衰变比例。4.4. 衰变前和衰变后核数的原子数只是时间的函数。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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLO

29、GY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES放射性衰变定律 (Rutheford & Soddy, 1902)单位时间内衰变的原子数与现存放射性母体的原子数成正比。其数学表达式如下：-dN/dt = N (1)式中：N为在t时刻存在的母体原子数；dN/dt为t时的衰变速率，负号表示N随时间减少；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-1）。39中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES对公式

30、 (1) -dN/dt = l lN 做积分放射性衰变过程方程初始时刻t = 0 时原子数为N0的放射性母体在任何时刻 t 仍存在的原子数 N0(2)-ldtdNN=NN0t0= -ltNN0ln放射性衰变定律 (Rutheford & Soddy, 1902)40中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES当N/N0 = 1/2（母体衰变到一半时）放射性母体半衰期 (t1/2) 与衰变常数 (l l) 的关系：(3)41中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF

31、GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES 放射成因(子体)同位素D* = N0 - - N(4)42中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES放射性子体同位素(D*) 的积累 (N0不易获得，可以做放射性衰变公式转换)*(5)D*43中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES总子体同位素D = 初始子体同位素D0 +

32、 放射成因子体同位素D*D0(6)(7)从公式(6)可以计算出年龄()1/ln10+ +- -= =NDDtl l 44中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESD/DS D0/DS N/DS(el lt - - 1)(8)(9)公式（6）两边同除以DS（稳定子体同位素，常数）D0/Ds = 初始子体同位素比值 同位素地球化学示踪( )1ln10+ +- -= =NDtl l DsDDsDs45中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPH

33、YSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素年龄(t)测定需知道：(1) 初始D0/Ds 和 (2) 现今N/Ds。当 D0 = 0 或可以忽略不计, D = D*，公式 (7)可以简化为：()1ln1+ += =Dtl l N(9)*只需要测量母/子体同位素比值，就可以计算出年龄 t同位素年龄测定通用公式( )1ln10+ +- -= =NDtl l DsDDsDs46中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES当 D0 = 0 或不能忽略不计，公式 (8)

34、 有两个未知数：D0/Ds 和 t，需要用2个（或2个以上）D0/Ds 和 t 相同的的样品解联立方程。D/DS D0/DS N/DS(el lt - - 1)(8)/N/DS截距 = D/D0D/DS斜率 = el lt - - 1等时线方程47中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素年代学中的年龄单位Ga = Giga annum (109 years ago)Ma = Mega annum (106 years ago)m.y. = million yearsb.y.

35、= billion years48中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES49中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES前情回顾放射性衰变0放射性同位素年代学和地球化学( )1ln10+ +- -= =NDtl l DsDDsDs50中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF S

36、CIENCES常用放射性同位素体系 51中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESRb-Sr同位素定年方法52中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES84Sr86Sr88Sr87Sr87Rb85Rb464837384950中子数 (Number of neutrons)质子数 (Number of protons)87Rb 87Sr + b bT1/2 = 4.88 x

37、1010 y；l l87Rb = 1.42 x 10-11 y-186Sr86Sr84Sr86Sr53中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES85Rb87Rb72.2%27.8%原子丰度Atomic abundance 85Rb/87Rb = 2.5986Sr88Sr9.87%82.53%87Sr84Sr7.04%0.56%88Sr/86Sr = 8.3752原子丰度Atomic abundance 铷锶元素地球化学复习54中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF G

38、EOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES元素地球化学复习Rb-Sr地球化学性质55中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES元素地球化学复习铷 (Rubidium, atomic number = 37)IA碱金属元素，Li、Na、K、Cs、Fr。强不相容元素，极易溶解迁移。Rb+离子半径较大（1.48），而与K+的离子半径（1.33）相近，能够置换含K矿物中K+。赋存形式：Rb是分散元素，尚未发现Rb的独立矿物。通过类质同像置

39、换Rb赋存在含K矿物中（如云母、钾长石、某些粘土矿物和蒸发盐）。Rb-Sr地球化学性质56中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES元素地球化学复习锶 (Strontium, atomic number = 38)IIA碱土金属元素，Be、Mg、Ca、Ba、Ra。不相容元素，较易溶解元素。Sr+离子半径（1.13）稍大于Ca+的离子半径(0.99)。赋存形式：Sr是一个分散元素，可形成独立矿物(菱锶矿和天青石)常存在于含Ca的矿物中，如斜长石、磷灰石和方解石等矿物中 (磷灰石、方解石

40、等矿物Rb/Sr 0)。Rb-Sr地球化学性质57中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES(9)( )1ln10+ +- -= =NDtl l DsDDsDsRb-Sr同位素年龄测定+-=1Sr86Rb/87iSr86Sr/87Sr86Sr/87ln1t58中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESD/DS D0/DS N/DS(el lt - - 1)(8)大多数矿物和

41、岩石都含有非放射成因子体同位素Sr()1868786878687-+=tieSrRbSrSrSrSrlt 为矿物/岩石形成以来所经历的时间；(87Sr/86Sr)i 为初始Sr(子体)同位素比值;衰变常数 l l1.4210-11 y-1。59中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES()1868786878687-+=tieSrRbSrSrSrSrlRb-Sr等时线方程 由斜率计算出“等时线年龄 (t)”60中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY A

42、ND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES花岗岩矿物-全岩Rb-Sr等时线示意图(注意：含钾与不含钾矿物在等时线上的位置)全岩钾长石黑云母(磷灰石)A型花岗岩全岩Rb-Sr等时线实例61中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES(Minster & Allegre, 1981)BABI = Basaltic Achondrite Best Initial = 0.699 Papanastassiou & Wasserburg (1

43、969) 陨石等时定年与地球初始87Sr/86Sr比值62中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES地球不同储库的Sr同位素演化示意图63中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES等时线定年方法的基本前提1、 (elt - 1) = 常数 (t相同) ，即所测定的一组样品同时形成2、 (87Sr/86Sr)0 = 常数，即均一的Sr同位素组成,所有样品同源3、 自岩浆结晶以

44、后母-子体同位素体系保持封闭()1868786878687-+=tieSrRbSrSrSrSrl64中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES等时线拟合 双误差最小二乘回归法 (York 方程, 1966) 65中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES等时线拟合质量的统计学评估66中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHY

45、SICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCESl MSWD 2.5，拟合线是误差线 (errorchron)误差线：当数据点偏离拟合线的MSWD2.5，表明其分散不仅仅是实验分析误差，还有其他地质误差”（如初始Sr同位素组成不完全均一等）。67中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES“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，回归线的统计误差与样本数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 =

46、 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中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES工作原则1. 满足等时线定年基本前提(等时、初始87Sr/86Sr均一、封闭体系)；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(87Rb/86Sr)范围越大，等时线斜率(t)精度越高。69中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GE

47、OPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES目前Rb/Sr比值和Sr同位素的分析水平（分析地球化学课程） 87Rb/86Sr 1% （ID-TISM：同位素稀释法） 87Sr/86Sr 0.002-0.005% (TIMS or MC-ICPMS)Triton Plus型热电离质谱 (TIMS)Neptune型MC-ICPMS70中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES同位素稀释法（ID - Isotope Dilution）l 向被测样品中准确称取和加入已知同位素组成、浓度的同位素稀释剂(Spike)，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。l 稀释剂(Spike): 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，使其与自然样品的同位素组成有明显的差异。71中国科学院地质与地球物理研究所INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICSCHINESE ACADEMY OF SCIENCES以Rb分析为例同位素丰度样品天然R