同位素地球化学期末

1、Sm-Nd同位素测年Nd和Sm属于轻稀土元素，其中Nd的不相容性大于Sm.Nd3+离子半径为0.108nm,Sm3+为0.104nm。由于Sm和Nd的化学性质很相似，因此在地质过程中Sm和Nd不会发生明显的分离。地球上岩石和矿物的Sm/Nd比值仅变化于0.1到0.5之间。由地幔或地壳岩石部分熔融形成的硅酸盐熔体中，Nd相对于Sm发生富集，地壳起源熔体的Sm/Nd比值一般低于上地幔起源熔体的Sm/Nd比值。在岩浆分离结晶过程中，残余岩浆中Nd相对于Sm也发生富集，随岩浆分异程度增大，残余熔体中Sm和Nd含量升高，Sm/Nd比值有所下降。一、钐-钕地球化学Sm和Nd是稀土元素，存在于许多造岩矿物中

2、，如硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐矿物中。钐有七种天然同位素，它们的质量数和同位素丰度分别为:143Sm3.16%,147Sm15.07%，148Sm11.27%，149Sm13.84%，150Sm74.7，152Sm26.63%，154Sm22.53%。钕也有七种天然同位来，其质量数和同位素丰度分别为:142Nd27.13%，143Nd2.20%，143Nd23.87%，145Nd8.30%，146Nd17.18%，148Nd5.72%，150Nd5.6%。i47Sm通过a放射,衰变为i43Nd，衰变常数为：.54X10-i2a-i，半衰期为：1.06X10na。Sm-Nd等时线测年的基本公式为：(

3、wNd/wNd)、=(i43Nd/i44Nd).+(i47Sm/i44Nd)、(eAt-1)。样品i样品其中(i47Sm/i44Nd)、(eAt-1)为直线的bX项，斜率b=e入tT，t=1/入ln(b+l)。样品Sm-Nd法适合于基性、超基性火成岩的定年，而Rb-Sr法更适合于酸性、中酸性火成岩的定年。更重要的是REE在变质作用、热液作用和化学风化作用中比Rb、Sr稳定的多。对已发生Rb、Sr迁移的岩石仍能用Sm-Nd法进行定年。Sm-Nd法为Rb/Sr比值低或对Rb-Sr不再封闭的岩石的测年提供了一种有效方法。147Sm的半衰期很长，最适用于对前寒武系的定年。矿物之间的Sm/Nd比值范围较

4、全岩的大，能获得精度更高的年龄oREE的不活动性，对利用矿物等时线测定火成岩结晶年龄非常有利，但对变质作用的定年则是一个不利的因素.因为变质作用中矿物有时难以达到同位素的再平衡。锶、钕同位素示踪原理钐-钕法和铷-锶法一样可获得同位素初始比值，目前普遍采用(143Nd/144Nd)和i(87Sr/86Sr)联合示踪岩浆作用过程。其基本原理：以球粒陨石代表地球原始物质的同位素组i成，将单阶段衰变到现今的锶-钕同位素组成作为原始地幔的参照系，分析不同岩石同位素的演化特征。在(143Nd/144Nd)-(87Sr/86Sr)图解中玄武质岩石的锶-钕同位素组成表现出三个基本端元:ii(1)亏损地幔(DM

5、M):(143Nd/144Nd)0.51264i(2)富集地幔I(EMI):(87Sr/86Sr)0.7045；i(143Nd/144Nd)0.51264i(3)富集地幔II(EMII):(87Sr/86Sr)0.7045；i(143Nd/144Nd)0.7045。i假定地球的Nd在一个均一库中演化，其Sm/Nd比值与球粒陨石的相等(CHUR).地幔部分熔融生成地壳岩石是引起地球Sm/Nd比值发生变化的主要事件.地壳岩石在中低级变质作用、剥蚀和沉积作用中，Sm/Nd比值一般不发生变化。此时，地壳岩石的Sm-Nd同位素可用来计算壳-幔分离的时间(模式年龄)。单阶段钕模式年龄的计算：岩石R在t时刻

6、从地幔中分离时，岩石和球粒陨石均一库(CHUR)的Nd同位素组成R相同。143NdY143Ndt,144Nd丿,144Nd,RCHUR岩石从t演化到现今0,其Nd同位素组成存在以下演化关系:R143Ndt143NdY,144Nd,144Nd,RCHUR壳-幔分离时(t)岩石(R)和球粒陨石均一库(CHUR)的Nd同位素组成相同。其中：143Nd143Nd147Sm144Nd144Nd144Nd143Nd143Nd147Sm144Nd整理得：丿CHUR144Nd144NdIt一1CHURCHURt=丄In43Nd144Nd47Sm144Nd143Nd/144Nd147Sm144NdCHURCHU

7、R,47Sm/144Nd力CHUR=0.1967(Wasserburgetal.,1981)=0.512638式中t代表壳-幔分离时间，0代表现今。、43Nd/144Nd单阶段钕模式年龄的计算地壳物质不断从上地幔中抽出，使上地幔的Nd相对于Sm亏损，Sm/Nd比值高于CHUR。从亏损上地幔中产生的地壳岩石，其模式年龄应该用亏损上地幔的演化线来计算，才更接近实际。这种模式年龄定义为TDM:DM亏损上地幔(143Nd144Nd)=0.513151DM(147Sm144Nd)=0.2136DM(Wasserburgetal.,1981)严Nd/i4Nd)粕-严3阴/小旧)咖Tdm一1/Alni1+1(w$m/Nd)戦-(Wm/i44Nd)M式中：入-Q00654G，下标D1V1为亏损地複参考值，应用钕模式年龄的前提条件：源区具有与参照系相同的同位素组成，运用亏损地幔的钕模式年龄T时，若岩石DM并不来源于亏损地幔，则模式年龄T是无意义的(Rudnick,1990)；DM与源区相比，岩石必须有较大的SmNd分镏，某些基