第5章2地球化學

1、銣-鍶(Rb-Sr)測年及示蹤地球化學,—第五章第2節(jié)—,,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,主要內容:,,,1. Rb，Sr地球化學性質,,2. Rb-Sr同位素測年原理,,3. Rb-Sr同位素示蹤原理,,4. 課后作業(yè),第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,Rb的特性1. 堿金屬（Alkali metal）；2. Rb+的離子半徑(1.48Å)； K+的離子半徑((1.33Å)，在含K的礦物中，Rb+能替代

2、K+；3.主要礦物：云母類(Micas )，鉀長石(K-feldspar )（正長石和微斜長石），粘土礦物(clay minerals )，蒸發(fā)鹽(evaporite minerals )（鉀鹽和光鹵石）,,1. Rb、Sr地球化學性質,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,Sr的特性1. 堿土金屬（Alkaline earths metal）；2. Sr2+的離子半徑(1.13Å)； Ca+的離子半徑((0.99&

3、#197;)，在含Ca的礦物中， Sr2+能替代Ca+；例如：斜長石(Plagioclase),磷灰石(apatite),碳酸鈣(calcium carbonate), 文石(aragonite) Sr2+可以替代K+ ，但伴隨著Al3+替代Si4+ ； 菱鍶礦Strontianite (SrCO3),天青石 celestite (SrSO4),鉀礦物及富含鉀的礦物和巖石是Rb-Sr法的主要采樣對象,1. Rb、Sr地

4、球化學性質,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,不同巖石中Rb、K、Sr、Ca的平均含量（單位：10-6）,1. Rb、Sr地球化學性質,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,Sr 有4個同位素：,82.53% 0.56% 9.87% 7.04%,Rb 有2個同位素：,,72.17% 27.83%,2. Rb－Sr同位素測年原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,The isotopic composition

5、of Sr in a rock or mineral that contains Rb depends on the age and Rb/Sr ratio of that rock or mineral.巖石或礦物中Sr的同位素組成與其形成年齡和Rb/Sr比值有關；,2. Rb－Sr同位素測年原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,,,2. Rb－Sr同位素測年原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,Rb-Sr同位素體系的國際標樣,Inte

6、rnational Union of Geological Sciences(IUGS),87Rb的半衰期和衰變常數(shù)的推薦值,E&A: Eimer and Amend (E&A) Sr carbonate (Professor W. H. Pinson at MIT);NBS987: Sr carbonate (UGS);,2. Rb－Sr同位素測年原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,,Rb-Sr等時線滿足的條件：,1

7、）所研究的一組樣品（巖石或礦物）具有同時性和同源性；2）形成時Sr同位素組成在體系內是均一的，因而有著相同的87Sr/86Sr初始同位素比值；3）體系內化學成分不同，Rb/Sr比值有差異，可確保獲得一條較好的等時線；4）自結晶以來，Rb、Sr保持封閉體系，沒有與外界發(fā)生物質交換。,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,2.1 巖漿巖Rb-Sr等時線定年,基本假設：巖漿的整個冷卻過程中Sr同位素是均一的，即從巖漿中形成的所有礦物或巖石具有

8、相同的鍶同位素初始比值；巖漿結晶的時間相對較短，所有的礦物或巖石具有基本相同的年齡；形成以后保持封閉，未受蝕變、變質等外來影響；,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,巖漿巖結晶后Rb-Sr同位素體系變化示意圖,斜 率：,截 距：,年 齡：,2.1 巖漿巖Rb-Sr等時線定年,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,Rb-Sr geochronology for mafic dyke swarm of Mahbubnagar, South

9、 India(after Pandey B. K., et al., 1997),巖漿巖Rb-Sr定年實例,中國地質大學（北京）,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,巖漿巖Rb-Sr定年實例,Rb-Sr isotopic ages for sample X-12 from the main body of the Manaslu granite(After Chen Chang-Hwa, et al., 1996),第五章第2節(jié)Rb-Sr

10、同位素,2.2 隕石Rb-Sr定年,,不同作者的結果有所差異，但差別很小。,意義：Since most stony meteroites have yielded similar Rb-Sr dates and innitial 87Sr/86Sr ratios, the isotope composition of Sr at the time of formation of the solar system appears to

11、have been homogeneous.,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,2.2 隕石Rb-Sr定年,,不同作者的結果有所差異，但差別很小。,2. In that case, the Sr became part of the Earth at about 4.55Ga probably also had the same isotopic composition as the Sr in asteroids and meteroid

12、s at the time of their formation.,BABI(Basaltic achondrite best initial),第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,2.2 隕石Rb-Sr定年,,不同作者的結果有所差異，但差別很小。,2. In that case, the Sr became part of the Earth at about 4.55Ga probably also had the same isoto

13、pic composition as the Sr in asteroids and meteroids at the time of their formation.,根據(jù)NBS987的值調整的值為：1）NBS987 0.71014 BABI 0.69897±0.000032) NBS987 0.71025 BABI 0.69908,BABI(Basa

14、ltic achondrite best initial),第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,2.3 注意事項：,① 一組樣品采集在同一地質體上(保證是同源，才能有一致的87Sr/86Sr初始值)； ② 樣品布點的空間分布合理(以免樣品Rb/Sr比值接近,形成不了等時線)； ③ 盡力保證樣品新鮮，不受后期作用影響(保持封閉體系)； ④ K含量低的樣品(超基性巖)不應用此法，沉積巖樣品應是同生沉積礦物(海綠石)。

15、,中國地質大學（北京）,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,Rb＞Sr,Rb＞Sr,玄武安山質巖漿Rb的分配系數(shù)為0.045，Sr的分配系數(shù)為0.838,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,3 Rb-Sr同位素示蹤原理,Rb (0.045)is more incompatible than Sr(0.838 )During partial melting of mantle and form magma intruding in to crust

16、, Rb-Sr will be fractionated.Rb are easier to go into melt relative Sr, therefore, mantle will be depleted in Rb, while the crust will be enriched in Rb.,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,巖石或者巖漿的同位素特征，只受同位素衰變規(guī)律控制，不受分異結晶作用影響，同位素比值在分離結晶過程中不

17、發(fā)生變化，因此由源區(qū)部分熔融形成的巖漿的同位素比值代表其源區(qū)特征?，F(xiàn)有的巖石或者巖漿可以識別源區(qū)，如果是混合的源區(qū)，則具有混合的同位素特征。,3. Rb-Sr同位素示蹤原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,3. Rb-Sr同位素示蹤原理,這一同位素地球化學原理對其他同位素體系也適用，例如：Sm-Nd, Lu-Hf,Re-Os。,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,3. Rb-Sr同位素示蹤原理,地球演化過程中Rb-Sr同位素體系的演化,第五章

18、第2節(jié)Rb-Sr同位素,3. Rb-Sr同位素示蹤原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,對已確認起源于上地幔源區(qū)的現(xiàn)代玄武巖等巖石的87Sr/86Sr進行統(tǒng)計研究的結果顯示，巖石的87Sr/86Sr值變化于0.702~0.706之間，平均值為0.704，Rb/Sr=0.027，以BABI值連接0.702和0.706兩個端點，分別構成兩條直線，形成一個陰影區(qū)域，陰影區(qū)即玄武巖源區(qū)，代表上地幔(87Sr/86Sr)0隨時間的演化。,3. Rb

19、-Sr同位素示蹤原理,第五章第2節(jié)Rb-Sr同位素,若巖石初始87Sr/86Sr比值落在大陸殼增長線和“玄武巖源區(qū)”之間，則表明它們的物源可能是多樣的，或來自殼幔混合的源區(qū)，或來自地殼下部Rb/Sr比值較低的角閃巖相，麻粒巖相高級變質巖等。,若巖石的（87Sr/86Sr）0比值落于“玄武巖區(qū)”，則表明形成它們的物質來自上地幔源區(qū)；,若巖石的初始87Sr/86Sr比值落在大陸殼增長線以上或其附近，表明形成該巖石的物質來自于陸殼；,3. R