矿床地球化学-放射性同位素1225b

1、1原理放射性同原理1原理放射性同原理放射性同位素的衰同位素地质年代学的基本原常用同位素年代学测实验仪器及微区原位应用矿床学研究中常用年代学测试Rb-Sr法确定矿床形Sm-Nd法确定成矿时U-Pb法确定成Ar-Ar法确定成矿Re-Os法与典型矿床成矿热液矿床流体年代金属矿床年代学数据的不一第八矿床地球化学授课内容矿床地球化学基本问题 (12月2日流体及在矿床学中的应用 (12月9日实验地球化学在矿床学中的应用 (12月11热液中成矿元素的迁移与沉淀 (12月16微量元素研究在矿床学中的应用 (12月18稳定同位素在矿床学中的应用 (12月23放射性同位素年代学在矿床学中的应用 (12月25日10

2、.主要类型矿床成矿过程2月6日)主讲人：范宏中地质与地球物2# prot#prot2# prot#prot-49 #例如87Rb87Sre + ZZ+1 NN-A出一个-4He(2 质子, 2 中子新核素核素质量数减少原子序数减 2Z Z-2 NN-2 AA-4-144 145 #放射性同位素-衰-衰电子捕重核裂绝测定-放射性同位自然界有67种天然放射性同位素，原子序数83，质量数209的同位地侵相方化电子捕235U和232Th等重核都可电子捕235U和232Th等重核都可减1，变为周期表左侧相邻例如: 40Ke- 40Ar Z Z-N 21 #A 3# prot新生核素衰变子体的原子数为D，

3、当t=0时， D=0，时间tD N e DN eN e如果子体在衰变开始DD0 DD N et 0Nt同位素半衰t1/2 ln2 Nt Noe N(t1/2) No No t1/2 t1/2 lne2同位素衰变-dN/dt = N= 在t 时刻存在原子l = 衰变常数时间内发生的衰变: Nt No =当t 为0时衰原子同位素地质年代学的基4Number of Rb-SrRb-Sr有多个同位素84, 85, 86, 87, 87Sr是4Number of Rb-SrRb-Sr有多个同位素84, 85, 86, 87, 87Sr是放射成因来源 常用同位素年代学测试方法同位素年代测定的前同位素地质年

4、代计算公D N et Ds Ds 同位素地质年代学基本公式质谱分析只能测定同一元素的同位素比值，不能直接测定单个同位素的原子数，在同位素年代学方法中，需选取子体元素的其它同位素作参照，进行同位素比值测定。若参照的同位素为：D*/Ds N/Dset et D N Ds Ds DD N e t 0衰变和子体0(半衰期5 a2 15 a2 1Sr Sr (Sr87Sr/86Sr初始0.70229 上地0.71463 0.70272 上地0.73307 86Sr是稳定同位素，不可能同位素衰变 86 86Sr 86Sr 6K-Ar法研究对象和适K-Ar计算方40Ar*40Ar e40Ke6K-Ar法研究

5、对象和适K-Ar计算方40Ar*40Ar e40Ket 40Ar* t ln 1 40K e 89% 11% 36Ar38Ar 39Ar39K40K +1 Rb-Sr法研究对象和适 Rb-Sr87Sr 87Sr 87Rbt 86Sr 86Sr 86Sr Y Y mmet0t ln m7质子U-Th-Pb体系238U206Pb 8 = 1.55125E-10 yr-1 t1/2 = 4.468 E9 235U207Pb 5= 9.8485 E-10 yr-1 t1/2 = 0.7038 E9232Th208Pb 2= 14.010 E-10 yr1 t1/2 = 4.9475 E9 ) () P

6、b 7质子U-Th-Pb体系238U206Pb 8 = 1.55125E-10 yr-1 t1/2 = 4.468 E9 235U207Pb 5= 9.8485 E-10 yr-1 t1/2 = 0.7038 E9232Th208Pb 2= 14.010 E-10 yr1 t1/2 = 4.9475 E9 ) () Pb Pb( Pb)0 Pb)e 一U (Pb) (Pb) (Pb)e206Pb207Pb208Pb+2 +4 238U+2 ion,+4 U-Th-Pb238U衰变 衰 中子 Sm-Nd法研究对象和适Sm-衰变Nd147Sm 143Nd + 143Nd147Smet Sm-Nd计

7、算方143Nd 143Nd 147Smet 144Nd144Nd 143Nd+3 +3 Ar-Ar分步加热技坪Release 39Ar析出分Ar-Ar8Re-Os计算方187Os/188Os =(187Re/187Os)(e-187Os/8Re-Os计算方187Os/188Os =(187Re/187Os)(e-187Os/188Os (187Os/188Os )(T)+(187Re/187Os)(e-187Re187Re=1.66610 11a-估计误差为Re-OsRe同位素组成185Re:187Re:U-Th-Pb法研究对象和适U-Th-Pb等时线 富U样U-Pb一致曲线图富UU-Pb一致

8、曲U T形Pb U T丢失 “207Pb-9实验仪器及微区原位超Sm and fromother Rb,SrandREEfrom oth Re-Os同位素定年9实验仪器及微区原位超Sm and fromother Rb,SrandREEfrom oth Re-Os同位素定年优点与注硫化物矿床和超基性岩的时代是长期困扰同位素年代学的两大类地 ，尽管仍存在不少 ，但不断增加的成功研究事例，使得s同位素定年成为同位素年代学重要的发展领域 表明，磁黄铁矿的封闭温度可能只有300-400 C，与K-Ar、 地Re-Os等时线定年主要应用因e、Os元素相容性差异明显，使得自然界中R/Os比值变化巨大，如地

9、幔岩石为.1的数量级，而地壳岩石为0的数量级，两类岩石的187Os/1Os比值大小分别为约.和.-.3。因而在理论上适于用作同位素定年，但因Os在大多数矿物中含量太低，成功进行-Os同位素定年的成果不多，主要限于铁质陨石、铂族元素矿床、科马提质超基性岩等ppm, ppb, 不同矿物和岩石样Re 的含范围矿物和岩辉钼1-10-幔源铜镍硫化0.2-4-黑色页1-0.1-LLHR 硫化305-玄武0.3-2-超基性16-20-Re-Os定年的适用幔源硫化黑色玄武量热液成因硫化超基性Re-Os计算方适用于辉适用于辉T=(1/)ln(187Os/188Os)-适用于各种岩石SHRIMP分析-微区原测高分

10、辨率二次离子探针质谱计 SHRIMP分析-微区原测高分辨率二次离子探针质谱计 SHRIMP可对锆石微区定年不但可厘定不同颗粒的形成时代，还可精确测定一颗形状如针尖大小(2050m的锆石晶体内从内核到外部不同区域相差数亿年的生长 。借助SHRIMP，一个锆石样品的定年可以给出该岩石经历过的数次地质事件的时限离子探针的原理是利用能量为120KeV的离子束照射在固体表面上，激发出正、负离子溅射)，利用质谱仪对这些离子进行分析， 测量离子的质荷比和强度，从而确定固体表面所含元素的种类和数量。固体同位素质谱实验IsoProbe-T于2004年从英国 地质与地球物理所计，也是目前国际上最先进的质 (如锂、

11、钙、镁)和过渡族元素(如铁、钛、钨、铂)等同位素组成。它配置有1个，包括有个法拉第杯、1个戴利检测器、1个电子倍增器和6个离子计数器，可以满足测试高含量和微量样品的高精度同位素测试工作。固体同位素质谱实验固体同位素质谱计德Finnigan公司MAT-地质与地球物理所M-62 型质谱计，德国Fiian公司制造。质量分析器为具有90度扇形磁场，配置5个法拉第杯的多接收系统，可采用正负离子技术测定多种元素较高精度同位素比值。目前，该仪器主要应用于铷锶、钐钕和铅同位素比值的测量采用Rb-Sr等时 测定金属矿床的成矿不是件容易的事，但由于Rb-Sr程成熟、数据可靠，在 测定过程中，所获得的采用Rb-Sr

12、等时 测定金属矿床的成矿不是件容易的事，但由于Rb-Sr程成熟、数据可靠，在 测定过程中，所获得的(r/6Sr)i值还可用来推测成矿物质的来源，而目前的实验技术可以检测矿物中极微量的b和Sr(达-10-1)及其同位素组成，目前采样测定蚀变和热液矿物、矿石矿物以及矿石和脉石矿物中的流体 体等来进行Rb-Sr法成矿 的测定。热液矿床定年：蚀变(脉石)矿物Rb-Sr云母、钠长石、钾长石、绿泥石、白云母、水白Sm-Nd：萤石、电气石、Ar-Ar： 钾长石、绢云母、白云母、伊利石、绿泥石、U-Pb： 锆石、独居内生成矿招远玲珑矿区含金石英脉分招远玲珑矿区含金石英脉分盆地边缘破碎带蚀变岩石英脉胶东地区主要

13、岩石谱玲珑花岗郭家岭花岗156-130-锆石SHRIMPU-锆石 SHRIMP U-文登花岗U-昆嵛山花岗160-115Ma 锆石SHRIMPU-Pb锆石U-甲子山花岗槎山花岗荆山群火山216 - 锆石 U-Pb；矿物 Rb-135-110 胶东金矿床的成矿Rb-Sr法要求样品同源、同时、具有相同的同位素初始比值、形成后处于封闭体系和Rb/Sr比值具差异性。由于成矿体系为相对开放体系，成矿过程中存在复杂的水/岩相互作用，成矿期后的流体、构造和岩浆活动等还可能改变其原来的矿物组合，从金属矿床中 的样品很难满足Rb-Sr等时线定年的基本前提条件。除了在野外和室内详细研究成矿作用的多期性和阶段性，认

14、真进行矿物共生组合研究，并仔细挑选属于同一成矿期次的蚀变矿物外，还必须对等时线的样品进行筛选N: 122 123 分析型高分辨电子显微镜下黄N: 122 123 分析型高分辨电子显微镜下黄金沉淀与多金属硫化物642541 Ma)；(541250(250200(5512代地层及中生代-花岗岩中,成矿时代为 (53- 13Ma),成矿与 中酸性侵入岩有关.两期成矿流体的混李华芹(1993)：26321Ma 流吴尚全(1991：182424Ma、125317Ma李俊建(1991)：24692475Ma 单颗粒锆石U-Pb莫测辉江思宏(2000) ：172188Ma 石英Ar-Ar李惠民(1997)：

15、350.90.9Ma 热液锆石U-Pb流体年代学的局限寄主矿物中多期 获得的 谱复杂而难以解释。流体Ar-测定实上马岗金流体Rb-测定实石闪锌淋滤液体思考思考SV, Brandt SB, Brandt IS. 2010. Radiogenic Isotopes in Geologic Berlin Heidelberg: Springer-范宏瑞, 陈福坤. 2013. 金属矿床形成 的测定方法. 丁仲礼(主编)，固体地球科学研究方法:科陈岳龙, 杨忠芳, 赵志丹. 2005. 同位素地质年代学与地球化学. : 地质中国 矿床地球化学开放研究 . 1997.矿床地球化学(第十九章 同位素研究在矿床地球化学中的应用). : 地质金属矿床成矿的确定是一件十分重要但是难度又很大的工作。针对一个具体的矿床，在进行成矿年代学研究时，要尽可能地采取不同的测定方法， 得出的结果 测试误差范围内 一致，如果产生明显的，则要对数据本身及确定的相对地质事件序列进行重新研究，应尽量避免根据一、二个数据妄下结论的做法。在成矿年代学研究工作中除实验数据准确无误外，极为重要的一点是要建立在翔实的室内外观察和研究工作基础之上。