几种年代学方法介绍VIP

几种年代学方法介绍Re－Os法，Sm－Nd法，Lu－

Hf法Re－Os法铼与锇Re，分散元素，不形成独立矿物，与Mo地球化学相似性地幔部分熔融时,中等不相容元素Re趋于进入岩浆,而相容元素Os则趋于保留在地幔中。因此,富集不相容元素的流体对地幔岩石的交代作用通常难以对地幔岩石中Os的同位素组成造成明显的影响。居于此原因,该体系已被广泛地用于研究大陆岩石圈地幔的形成和演化天然同位素Re有两种天然同位素185-37.398%，187-62.602%Os有七种天然同位素184-0.02%,186-1.6%,187-1.6%,188-13.3%,189-16.1%,190-26.4%,192-41%年龄公式187Re——187Osλ(Lindner1988年测定值），1.64×10-11年-1半衰期(4.23±0.5)×1010年（423亿年）λ，1.666×10-11年-1，SmoliarMI,WalkerRJ,MorganJW.Re-OsagesofgroupIIA,IIIA,IVA,andIVBironmeteorites.Science,1996,271:1099~1102（1.666－1.64）÷1.64＝1.59%Os-Os法核反应堆照射，185Re——186Os（T1/2=16.7h），187Re——188Os（T1/2=90.6h）金属矿物Re-Os同位素定年：Re-Os同位素体系最近发展非常迅速，在成岩成矿作用研究中发挥着巨大的作用。利用Re-Os同位素可以对金属硫化物进行直接定年，因此也被称作成矿作用直接定年法，不仅能对十分古老的，而且能对十分年轻的金属矿床进行精确的成矿年龄确定。测定对象辉钼矿是Re－Os法最理想的。辉钼矿是富含Re的矿物（Re类质同象替代Mo），并且几乎不含普通Os，因此，满足母体同位素含量高，子体初始值低的条件。由于分析灵敏度的提高，现在也能对其他硫化物进行测试和定年，如磁黄铁矿、黄铁矿、磁铁矿等，黑色页岩等岩石也作为测试对象。样品用量：辉钼矿的用量大约在0.01-0.5g，其他硫化物及黑色页岩等需要1g以上。测试仪器在Re－Os年代学研究的早期，二次离子质谱、共振离子质谱、加速器质谱、电感耦合等离子体质谱（ICP－MS）都曾用于Re－Os同位素的测定研究近些年来，随着质谱技术及分析方法的发展，负离子热表面电离质谱（NTIMS）已逐渐成为Re－Os年代学研究尤其是Os同位素比值测定的主要工具对于像辉钼矿等衰变子体187Os的异常值相对比较明显的地质样品来说，ICP－MS同样具有其特点两种仪器对比NTIMS具有测量精度好、灵敏度高的特点。然而对于像辉钼矿等衰变子体Os的异常值相对比较明显的地质样品来说，ICP－MS同样具有其特点，主要体现在对样品的化学处理流程相对简单，样品的分析周期也较短。虽然其测量精度较NTIMS低一个数量级，但ICP－MS同位素体系的最终年龄的计算精度并不仅仅由仪器测量精度一种因素所决定。Re－Os法定年问题讨论有些金属矿床辉钼矿的Re－Os年龄高于其赋矿围岩，原因不清；黄铁矿等多数硫化物含Re－Os量明显偏低，并含有普通Os，对样品化学制备过程中低本底的要求很高，一般实验室难以达到，普通Os也难以准确扣除；后期的热液活动有时可以使Re－Os同位素发生重置，因此，金属硫化物Re－Os同位素体系封闭温度及其影响因素是一个亟待解决的问题辉钼矿的Os-Os法与Re－Os法

定年及结果比较本文的实验结果证实，辉钼矿Os-Os定年方法优点的结论，而且实验过程十分简便。不仅免除了冗长的Re分离测试过程，避免了质谱分析中Re的高本底的问题；更避免了稀释剂与样品的不混溶，可以简化溶样手续，如用浓硝酸就可以很好地分解样品；是一种很有前景的方法。谢智，孙卫东，

柴之芳，陈江峰，杜安道，李春生，毛雪瑛.两个矿床Re-Os定年的实例：Lu-Hf法Lu和Hf地球化学

Lu（Lutetium）是最重的稀土元素，弱-中等不相容，化合价为＋3，离子半径为0.93Å；有两个同位素：175Lu和176Lu；两种衰变形式：①通过β-衰变成176Hf；②通过电子捕获成为176Yb。

Hf（Hafnium）高场强元素，中等不相容，化合价为＋4，离子半径为0.71Å，与相邻的Zr、Nb、Ta性质非常相似；有6个同位素：174Hf、176Hf、177Hf、178Hf、179Hf和180Hf。元素同位素丰度（%）Lu175Lu97.416176Lu2.584Hf174Hf0.162176Hf5.206177Hf18.606178Hf27.297179Hf13.629180Hf35.100176Lu→176Hf+β-Lu、Hf元素的同位素组成衰变方程176Hf＝176Hfi＋176Lu（eλt-1）各项除以177Hf：半衰期：（1）3.73±0.05×1010y；

（2）4.05±0.09×1010y

Lu-Hf同位素分离与测定由于Hf具有很高的电离能（6.65eV)，使得Hf同位素使用传统的热电离质谱（TIMS）分析非常困难，这正是多年来限制Lu－Hf体系地质应用的主要原因。近年来迅速发展起来的多接收器双耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)综合了等离子体的高电离温度和磁式多接收器质量分析器的优势，使得一些高电离能元素的高精度同位素分析成为现实。Lu-Hf同位素测年Lu优先富集在石榴石、磷灰石及锆石中，然而由于Hf在锆石中极大的富集使得锆石不适应于Lu-Hf体系定年。磷灰石优先吸收稀土元素，且对Hf的亲合性差，其176Lu/177Hf比值可达90，这使得它成为Lu-Hf同位素体系测年的首选矿物。石榴石176Lu/177Hf比值变化于0.1－8，它同样被应用到Lu-Hf定年中。磷灰石Lu-Hf同位素测年

3.5含磷灰石岩石的Lu-Hf同位素定年

GryHoffmannBarfodetal.（2005）对采自Dakota南部的BlackHills花岗岩侵入体中磷灰石测得的Lu-Hf年龄比Pb丢失年龄要老（如图4）。说明矿物中Lu-Hf体系的封闭要早于U-Pb体系。采用176Lu衰变常数为1.869×10-11year-1和1.93×10-11year-1。图4(a)OL-B8499磷灰石的Lu-Hf等时线

(b)OL-B8499磷灰石的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb等时线(GryHoffmannBarfodetal.,2005)古生物化石Lu-Hf定年

英格兰南部的伦敦粘土层，对该粘土层中一个出露于HerneBay的黑色鲨鱼牙齿作了Lu-Hf测定该牙齿约2×0.5cm，其Lu浓度为1.9～10.9ppm；Hf浓度为0.02～0.05ppm。从鲨鱼牙齿得到的两点等时线的年龄为55.3±1.4Ma[1.87]或53.6±1.3Ma[1.93]。由地层的接触关系及生物地层学的研究知伦敦粘土层底部年龄为54Ma。这两个年龄值在误差范围内可以认为是相同的，说明鲨鱼牙齿化石没有受到沉积期后的扰动作用。

沉积岩Lu-Hf同位素测年3.3全岩体系Lu-Hf等时线

Barfodetal.（2002）对我国华南陡山坨组地层进行全岩Lu-Hf定年，他们所获得的年龄是584±26Ma，与由Pb-Pb法获得的599.3±4.2Ma年龄在误差范围内一致（如图2）。采用176Lu衰变常数为（1.876±0.03）×10-11year-1。图2Lu-Hf年龄和Pb-Pb年龄对比(Barfodetal.,2002）Sm-Nd法Sm和Nd的地球化学（一）稀土元素（REE），地质过程中相对稳定，不容易受后期事件的影响。REE一般形成+3价离子，它们的离子半径随着原子序数的增加而减小在硅酸盐矿物，磷酸盐矿物，碳酸岩中相对富集Sm和Nd的地球化学（二）Sm/Nd比值，地球岩石和矿物中，0.1-0.5,地球化学相似性。Sm、Nd，在硅酸盐矿物中的含量，按鲍文反应系列，越往后越富集，暗色矿物黑云母，浅色钾长石。磷灰石和独居石，含量很高，几百和上万，但比值差别不大。定年公式147Sm——143Nd，λ=6.539×10-12年－1

T1/2=1.06×1011y(～1000亿年).Sm-Nd模式年龄假设地壳岩石产生于Sm/Nd比值接近于球粒陨石型的均一岩浆房（CHUR）的地幔源，并且稀土元素的化学分馏作用主要发生在CHUR源区分异和派生地壳岩石的时候，这样，地壳岩石的143Nd/144Nd初始值就是CHUR源区产生它时所具有的演化值。根据这一假设，得到的Sm-Nd模式年龄（tchur）就是地壳岩石从CHUR地幔源中分异出来的时间。利用亏损地幔演化模式计算出来的Nd模式年龄称作tDM，它是假定地壳岩石从亏损地幔岩库中分出，一般认为更接近真实年龄。钕同位素增长方程假定原始地幔岩库是一个具有球粒陨石平均组成的均一岩库（ChondriteUniformReservoir）,143Nd/144Nd增长方程：INdCHUR(t)，CHUR在以前t时的143Nd/144Nd值现在比值，精确测定无球粒陨石。

球粒陨石值INdCHUR(0)钕同位素值表示方法地幔的钕同位素演化地幔钕同位素增长自地球形成以来，143Nd/144Nd比值直线增长，现在值。如果部分熔融，轻稀土优先进入熔体，熔体中147Sm/144Nd（fSm/Nd

）比值下降，143Nd/144Nd比值增长速率减缓。残留体相反。固态残留体中还可能发生第二次乃至多次部分熔融。演化方程：如果岩石的

Nd（t）

为正值，则表明其来源于一个在早期已产生过岩浆所留下的残余固相库，这样的库亏损那些易于分配进入液态岩浆的大阳离子亲石元素，如来源于亏损地幔的洋脊玄武岩的初始143Nd/144Nd高于CHUR。如果岩石的

Nd（t）为负值，则表明它来源于Sm/Nd比值低于CHUR的源区，这种源区或者就是古老地壳、或者有古老地壳的加入，因为古老地壳在从CHUR库中分离出来时，其Sm/Nd比值低于CHUR的。还有一种情况是岩石的

Nd（t）为零，即岩石的Nd同位素组成与CHUR的相同，这种岩石可能就直接来源于CHUR库，也可能由来源于亏损库的岩浆受到地壳物质的混染所致。如地壳部分熔融形成的花岗岩的初始143Nd/144Nd一般低于CHUR。Goldstein等（1984）模式假定46亿年前地幔的εNd（t）=0，演化到现在，以MORB为代表的现代地幔εNd（t）值为+10，地幔的亏损程度呈线性增强。该模式用于许多古老地体的岩石，比较吻合。用于岛弧环境下形成的英云闪长岩质地壳岩石，有时出现矛盾。钕模式年龄前提条件：（1）已知地幔源区的Sm－Nd同位素组成和演化模式（2）被测样品从地幔中分异出来后，具有近似的大陆壳岩石平均Sm/Nd比值（3）样品从地幔源区分异出来后，体系封闭，没有受到后期干扰和再平衡。模式年龄计算tCHUR假定地壳岩石直接衍生于CHUR，按照模式（1），大陆壳火成岩143Nd/144Nd初始比值都位于CHUR演化线上：模式年龄计算tDM,利用亏损地幔模式计算的模式年龄一般认为tDM比tCHUR更可靠Sm-Nd等时年龄Sm-Nd等时年龄无需给定初始值，通过等时年龄不仅可以获得岩石形成年龄，而且可以得到Nd同位素初始值。有全岩等时线年龄和内等时线年龄。矿石矿物的Sm-Nd同位素定年：相对于Rb-Sr同位素体系，Sm-Nd同位素抗扰动的能力更强，后期的热事件和变