南京大学同位素地质学-13Nd同位素演化-Nd同位素地球化学(含作业)-1.ppt

1、13 Nd同位素演化/Nd同位素地球化学,陨石和整体地球的Nd同位素演化 由于147Sm衰变为143Nd，地球的143Nd丰度和143Nd/144Nd比值随时间增加。 这可用一模式来描述，该模式所采用的地球年龄、Sm/Nd比值和地球原始143Nd/144Nd等参数都是从石陨石研究获得。,许多石陨石的矿物Sm-Nd等时线年龄测定结果也在4.55Ga左右，例如: Hamet et al. (1978)得到了无球粒陨石Moama的矿物Sm-Nd等时线年龄4.580.05 Ga和原始143Nd/144Nd比值0.506840.00008，此值与球粒陨石值很一致；,Jacobsen and Wasser

2、burg (1981)从Angra dos Reis陨石获得 年龄4.5620.031Ga， 原始143Nd/144Nd比值0.50664；,Rb-Sr等时线年龄偏低的陨石（如Nakhla, Shergotty）， Sm-Nd等时线也给出类似的偏低年龄值(Nakamura et al.,1982; Shih et al., 1982) (见下面图、表) 证实这些陨石经历了分异。,火星岩石Nakhla和Zagami的矿物SmNd等时线,DePaolo Ben Othman et al. (1984).,对花岗岩而言，如果花岗岩来自地幔，则其模式年龄在右图中应位于斜率为1的线上。古老的花岗岩确实如

3、此，但年轻的花岗岩模式年龄大于侵位年龄，反映有先存地壳物质参与花岗岩的形成。因此模式年龄代表了地壳的混合年龄或平均年龄。,花岗岩年龄,Nd 模式年龄,Farmer Hurley 2: Tugarinov and Bibikova(1976); 3: Nelson and DePaolo (1985); 4:Patchett and Arndt (1986),随着研究的发展，有可能发现更多的古老地壳岩石，地球早期的地壳增长速率有可能比现在估计的要高。,图 陆壳积累增长曲线（据Jacobsen, 1988） 1:Hueley and Rand (1969); 2: Tugarinov and Bi

4、bikova(1976); 3: Nelson and DePaolo (1985); 4:Patchett and Arndt (1986),实际上据于Nd模式年龄的地壳增长仍然有很大误差, 误差来源： 幔源岩浆受到壳源岩浆的混合或地壳物质的混染 年轻花岗岩模式年龄代表了地壳的混合年龄或平均年龄,幔源岩浆受到壳源岩浆的混合或地壳物质的混染作用（Arndt & Goldstein, 1987），则模式年龄为混合年龄，不代表该岩浆事件时间。,据于Nd模式年龄的地壳增长也是有很大误差 解决途径： (1)幔源锆石Hf同位素模式年龄 (2)花岗岩两阶段模式年龄,澳大利亚碎屑锆石年龄图 直方图为各种锆石

5、结晶的离子探针测定年龄，蓝色峰是18O6.5的锆石Hf模式年龄结果，蓝色线为沉积物Nd模式年龄.,After Hawkesworth & Kemp (2006,Nature),(1) 幔源锆石Hf同位素模式年龄,18O6.5,这一研究的结论是： 该区从地幔产生新陆壳只发生在两个相对短暂的时期，但花岗质陆壳的形成在整个地质历史时期一直在发生（U-Pb定年结果所示），但这些不断产生的花岗岩质陆壳仅仅是古老陆壳的再生，并非来自地幔的新生地壳。 该新方法一旦被应用到地球的其它地区，将揭示陆壳增生的真实时段及与板块构造的关系，具有非常重要应用前景和意义。,在地壳部分熔融形成花岗岩浆过程中，岩浆与固相之间

6、会发生Sm/Nd分馏，花岗岩浆结晶分异也会导致Sm/Nd比值的显著变化。这种情况下，用前述模式对花岗岩进行计算获得的模式年龄已没有意义 用以下两阶段模式可在很大程度上减少地壳部分熔融阶段Sm/Nd分馏对模式年龄的影响（Liew and Hofmann, 1988；李献华等，1991；陈江峰和江博明，1999）：,(2) 花岗岩两阶段Nd、Hf模式年龄,式中下标S-样品、DM-亏损地幔、平均C-陆壳，(147Sm/144Nd)C=0.118 (Jahn & Condie, 1995)， (147Nd/144Nd)DM=0.513151，(147Sm/144Nd)DM=0.2136， t为地壳部分

7、熔融形成花岗岩的时间。 若一个具体的花岗岩地区的地幔、陆壳的Sm-Nd同位素组成，与假定的亏损地幔、陆壳的组成相差较大，则T2DM结果误差较大.,t 花岗岩形成,T2DM 地壳形成,现在,作业：推导上述两阶段模式年龄公式,t 花岗岩形成,T2DM 地壳形成,现在,请推导Hf两阶段模式年龄公式,对岩石和锆石Hf同位素：,式中下标S-样品、平均C-陆壳、DM-亏损地幔 =1.867E-11 DM：176Lu/177Hf= 0.0384， 176Hf/177Hf = 0.28325 C：176Lu/177Hf= 0.015,t 花岗岩形成,T2DM 地壳形成,现在,请推导简约的锆石Hf两阶段模式年龄公式,对锆石Hf同位素：,锆石Hf模式年龄原理,思考题、简述题 1、引起Sm/Nd比值发生明显变化的地质作用是什么？ 2、哪些地质过程中Sm/Nd比值基本不变，为什么？ 3、什么是富集源和亏损源？来自这两者的Nd(0)、 Nd(t)值分别是多少？ 4、Sm-Nd同位素模式年龄往往简称为Nd模式年龄，它与Rb-Sr同位素模式年龄在定义上有何差别？ Nd模式年龄的