第5章2地球化学

CUGB铷-锶(Rb-Sr)测年及示踪地球化学—第五章第2节—第五章第2节Rb-Sr同位素主要内容:1.Rb，Sr地球化学性质2.Rb-Sr同位素测年原理3.Rb-Sr同位素示踪原理4.课后作业第五章第2节Rb-Sr同位素Rb的特性1.碱金属（Alkalimetal）；2.Rb+的离子半径(1.48Å)；K+的离子半径((1.33Å)，在含K的矿物中，Rb+能替代K+；3.主要矿物：云母类(Micas)，钾长石(K-feldspar)（正长石和微斜长石），粘土矿物(clayminerals)，蒸发盐(evaporiteminerals)（钾盐和光卤石）1.Rb、Sr地球化学性质第五章第2节Rb-Sr同位素Sr的特性1.碱土金属（Alkalineearthsmetal）；2.Sr2+的离子半径(1.13Å)；Ca+的离子半径((0.99Å)，在含Ca的矿物中，Sr2+能替代Ca+；例如：斜长石(Plagioclase),磷灰石(apatite),碳酸钙(calciumcarbonate),文石(aragonite)Sr2+可以替代K+，但伴随着Al3+替代Si4+；菱锶矿Strontianite(SrCO3),天青石celestite(SrSO4)钾矿物及富含钾的矿物和岩石是Rb-Sr法的主要采样对象1.Rb、Sr地球化学性质第五章第2节Rb-Sr同位素RockTypeRbKSrCaUltramafic0.240125000Basaltic30830046576000Syenite1104800020018000High-Cagranitic1102520044025300Low-Cagranitic170420001005100Sandstone60107002039100Shale1402660030022100Deep-seaclay1102500018029000Carbonate32700610302300Deep-seacarbonate1029002000312400不同岩石中Rb、K、Sr、Ca的平均含量（单位：10-6）1.Rb、Sr地球化学性质第五章第2节Rb-Sr同位素Sr有4个同位素：8838Sr8738Sr8638Sr8438Sr82.53%0.56%9.87%7.04%Rb有2个同位素：8737Rb8537Rb72.17%27.83%2.Rb－Sr同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素87873738RbSrQTheisotopiccompositionofSrinarockormineralthatcontainsRbdependsontheageandRb/Srratioofthatrockormineral.岩石或矿物中Sr的同位素组成与其形成年龄和Rb/Sr比值有关；2.Rb－Sr同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素0(1)tDDNe878787λt0Sr=Sr+Rb(e-1)10teDsNDsDDsD8787878686860SrSrRb=+(e1)SrSrSrt2.Rb－Sr同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素Rb-Sr同位素体系的国际标样91/2-11148.810years=1.4210TaInternationalUnionofGeologicalSciences(IUGS)87Rb的半衰期和衰变常数的推荐值1.E&A:EimerandAmend(E&A)Srcarbonate(ProfessorW.H.PinsonatMIT);2.NBS987:Srcarbonate(UGS);87868786Sr/Sr=0.7080Sr/Sr=0.710252.Rb－Sr同位素测年原理第五章第2节Rb-Sr同位素Rb-Sr等时线满足的条件：1）所研究的一组样品（岩石或矿物）具有同时性和同源性；2）形成时Sr同位素组成在体系内是均一的，因而有着相同的87Sr/86Sr初始同位素比值；3）体系内化学成分不同，Rb/Sr比值有差异，可确保获得一条较好的等时线；4）自结晶以来，Rb、Sr保持封闭体系，没有与外界发生物质交换。第五章第2节Rb-Sr同位素2.1岩浆岩Rb-Sr等时线定年基本假设：岩浆的整个冷却过程中Sr同位素是均一的，即从岩浆中形成的所有矿物或岩石具有相同的锶同位素初始比值；岩浆结晶的时间相对较短，所有的矿物或岩石具有基本相同的年龄；形成以后保持封闭，未受蚀变、变质等外来影响；第五章第2节Rb-Sr同位素8786SrSr8786/RbSr岩浆岩结晶后Rb-Sr同位素体系变化示意图1tme斜率：截距：1ln1tm年龄：87860SrSrb2.1岩浆岩Rb-Sr等时线定年第五章第2节Rb-Sr同位素Rb-SrgeochronologyformaficdykeswarmofMahbubnagar,SouthIndia(afterPandeyB.K.,etal.,1997)岩浆岩Rb-Sr定年实例中国地质大学（北京）第五章第2节Rb-Sr同位素岩浆岩Rb-Sr定年实例Rb-SrisotopicagesforsampleX-12fromthemainbodyoftheManaslugranite(AfterChenChang-Hwa,etal.,1996)第五章第2节Rb-Sr同位素2.2陨石Rb-Sr定年不同作者的结果有所差异，但差别很小。意义：1.SincemoststonymeteroiteshaveyieldedsimilarRb-Srdatesandinnitial87Sr/86Srratios,theisotopecompositionofSratthetimeofformationofthesolarsystemappearstohavebeenhomogeneous.第五章第2节Rb-Sr同位素2.2陨石Rb-Sr定年不同作者的结果有所差异，但差别很小。2.Inthatcase,theSrbecamepartoftheEarthatabout4.55GaprobablyalsohadthesameisotopiccompositionastheSrinasteroidsandmeteroidsatthetimeoftheirformation.BABI(Basalticachondritebestinitial)第五章第2节Rb-Sr同位素2.2陨石Rb-Sr定年不同作者的结果有所差异，但差别很小。2.Inthatcase,theSrbecamepartoftheEarthatabout4.55GaprobablyalsohadthesameisotopiccompositionastheSrinasteroidsandmeteroidsatthetimeoftheirformation.根据NBS987的值调整的值为：1）NBS9870.71014BABI0.69897±0.000032)NBS9870.71025BABI0.69908BABI(Basalticachondritebestinitial)第五章第2节Rb-Sr同位素2.3注意事项：①一组样品采集在同一地质体上(保证是同源，才能有一致的87Sr/86Sr初始值)；②样品布点的空间分布合理(以免样品Rb/Sr比值接近,形成不了等时线)；③尽力保证样品新鲜，不受后期作用影响(保持封闭体系)；④K含量低的样品(超基性岩)不应用此法，沉积岩样品应是同生沉积矿物(海绿石)。中国地质大学（北京）第五章第2节Rb-Sr同位素Rb＞SrRb＞Sr玄武安山质岩浆Rb的分配系数为0.045，Sr的分配系数为0.838第五章第2节Rb-Sr同位素3Rb-Sr同位素示踪原理Rb(0.045)ismoreincompatiblethanSr(0.838)Duringpartialmeltingofmantleandformmagmaintrudingintocrust,Rb-Srwillbefractionated.RbareeasiertogointomeltrelativeSr,therefore,mantlewillbedepletedinRb,whilethecrustwillbeenrichedinRb.第五章第2节Rb-Sr同位素(1)岩石或者岩浆的同位素特征，只受同位素衰变规律控制，不受分异结晶作用影响，同位素比值在分离结晶过程中不发生变化，因此由源区部分熔融形成的岩浆的同位素比值代表其源区特征。(2)现有的岩石或者岩浆可以识别源区，如果是混合的源区，则具有混合的同位素特征。3.Rb-Sr同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素3.Rb-Sr同位素示踪原理这一同位素地球化学原理对其他同位素体系也适用，例如：Sm-Nd,Lu-Hf,Re-Os。第五章第2节Rb-Sr同位素3.Rb-Sr同位素示踪原理地球演化过程中Rb-Sr同位素体系的演化第五章第2节Rb-Sr同位素3.Rb-Sr同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素对已确认起源于上地幔源区的现代玄武岩等岩石的87Sr/86Sr进行统计研究的结果显示，岩石的87Sr/86Sr值变化于0.702~0.706之间，平均值为0.704，Rb/Sr=0.027，以BABI值连接0.702和0.706两个端点，分别构成两条直线，形成一个阴影区域，阴影区即玄武岩源区，代表上地幔(87Sr/86Sr)0随时间的演化。3.Rb-Sr同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素若岩石初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线和“玄武岩源区”之间，则表明它们的物源可能是多样的，或来自壳幔混合的源区，或来自地壳下部Rb/Sr比值较低的角闪岩相，麻粒岩相高级变质岩等。若岩石的（87Sr/86Sr）0比值落于“玄武岩区”，则表明形成它们的物质来自上地幔源区；•若岩石的初始87Sr/86Sr比值落在大陆壳增长线以上或其附近，表明形成该岩石的物质来自于陆壳；3.Rb-Sr同位素示踪原理第五章第2节Rb-Sr同位素3.Rb-Sr同位素示踪原理各个大洋的MORB(87Sr/86Sr)0也不同（右图），印度洋MORB明显区别于大西洋和东太平洋（Faure，2001）第五章第2节Rb-Sr同位素4.课后作业:下列矿物取自某岩浆岩，测得如下87Rb/86Sr比值和87Sr/86Sr比值：样品87Rb/86Sr87Sr/86Sr黑云母15.40.89白云母14.70.86黑云母23.80.83长石2.90.79白云母220.75请:1)绘制Rb-Sr等时线图；2)计算岩石的年龄；3)计算初始87Sr/86Sr比值