U-Th He测年
合集下载
锆石测年基本原理
一、基本原理1、锆石的物理性质锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。
由于锆石常含有Th 、U ，故测定锆石中的Th/U 的含量的由它们脱变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U 的比值，可测定锆石及其母岩的绝对年龄。
由于Pb 同位素很难进入锆石晶格，锆石结晶时的U 与Pb 发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb 同位素定年。
此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的形象十分普遍，结合微区定年法就可以反映与锆石生长历史相对应的地质演化过程。
锆石同时还是很可靠的“压力仓”，能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。
锆石晶体呈四方双锥状、柱状、板状。
锆石颜色多变，与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。
解理不完全；断口不平坦或贝壳状。
硬度7.5-8。
相对密度4.4-4.8，性脆。
当锆石含有较高量的Th 、U 等放射性元素时，据放射性，常引起非晶质化，与普通锆石相比，透明度下降；光泽较暗淡；相对密度和相对硬度降低；折射率下降且呈均质体状态。
锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。
宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为“高型”、“中间型”、“低型”三种。
锆石属四方晶系。
晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形，集合体呈粒状。
强的晶格能和对Pb 的良好保存性，丰富的、可精确分析的U 含量和低的、可忽略的普通Pb 含量是其特点。
锆石U-Pb 体系是目前已知矿物同位素体系封闭温度最高的，锆石中Pb 的扩散封闭温度高达900℃，是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象。
另外，锆石中含有较高的Hf 含量，大多数锆石中含有0.5－2%的Hf ，而Lu 的含量较低，由176Lu 衰变成的176Hf 极少。
因此，锆石的176Hf/176Lu 可以代表锆石形成时的176Hf/177Hf 初始比值，从而为讨论其成因提供重要信息。
川东北地区构造-热演化探讨——来自(U-Th)／He年龄和Ro的约束
ｄ ｒｎ ｅＬ ｔ ｉｓｉ ｏ ｔｅｉｔｒｏ ｒｔｎｃｂ ｓｎｉ ｈ ｅａ ｅ ｕ ．ｈ ａｅ — ｅ ｔ ｏ ｗａ ６ ｕ ｉｇ ｔ ａｅＴｒ ｓｃｔ ｈ ｎｅｉｒｃ ａｏ ｉ ａ ｉ ｎ ｔｅＣｒ ｔｃ ｏ ｓ ｔｅ ｐ ｌｏｈ ａ ｗ ｓ５１ ６ ｍＷ ／ ｈ ａ ｌ ｆ — ｍ ｄ ｒｎ ｈ ｒｙ ｕ ｉｇ ｔｅＥａｌ
ｖｔｎｔ ｆ ｃａ ｃ ｎ ｐ ｔｅａ ｄｚ ｃ ｎ（ － ｈ／ ａｉｇｍｅｈ ｄ ． ｏｒｓ ｏ ｄｎ ａ ｓ ｒ ｔ ｎｏ ｅｆｒｌｎ ａｉ ｉ ｉｉ ｒｌ ｔｎｅａ ｄａ ａｉ ｎ ｉ ｏ Ｕ Ｔ ） ｄ ｔ ｔｏ ｓ Ｃ ｒ ｐ ｎ ｉｇｔ ａｔ ｎｆ ｍａｉ ｆ ｈ ｅａ ｄｂ ｓｎ ｒ ｅｅｅ ｔ ｒ Ｈｅ ｎ ｅ ｏ ｒ ｏ ｏ ｔ ｏ
（ ． ｔｔＫ ｙ ａｏａｏｙｏＰ ｔ ｌ ｍＲ ｓｕｃ ｎ ｒｓｅｔ ｇ （ｈｎ ｎｖｒ ｔ ｏＰ ｔ ｌ ｍ Ｂ Ｏｎ ）Ｂ ｉｎ ０ ２ ９ Ｃ ｉ ； １Ｓａｅ ｅ ｂｒｔ ｅ ｏｅ ｅｏｒｅ ｄ ｏ ｃｎ ，Ｃ ｉａＵ ｉ ｓｙｆ ｅ ｏｅ ， ｅ＇ｇ， ｅ ｇ１２ ４ ， ｈｎ Ｌ ｒ ｆ ｒ ｕ ａ Ｐ ｐ ｉ ｅｉ ｒ ｕ ｉ ｉ ｆ ａ ２Ｒ ｓａｃ ｅｔｒｏ ａｉ ａ ｄＲ ｓｒ ｉ Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｔ ｅ ｏ ｕ ， ｅ ｇ １２ ４ ， ｈｎ ； ． ｅｅｒ Ｃ ｎｅｆｒ ｓ ｎ ｅ ｖ ｒ ｈｎ ｎ ｅ ｉ ｏ ｔ ｌ ｍ Ｂ ｎ ０ ２ ９ Ｃ ｉ ｈ Ｂ ｎ ｅｏ， ｖ ｓｙ ｆＰ ｒ ｅ ａ ３ Ｗｕｉ ｅｅｒ ｓ ｔｔｏ Ｐ ｔ ｌ ｍ Ｇ ｏｏｙ ＳＮＯ Ｅ ， ｘ １ １ １Ｃ ｉａ ４ Ｃ ＩＯ Ｂ ｎｌ Ａ６ ０， ｕｔ ｌ ． ｘ Ｒｓａｃ Ｉ ｔｕｅ ｈ ｎ ｉ ｅ ｏ ｕ ｅｌ ， Ｉ Ｐ Ｃ Ｗｕｉ ４ ５ ， ｈｎ ； ． ＳＲ ， ｅｔ ｙＷ １２ Ａ ｓ ａｉ ｆ ｒｅ ｇ ２ ｅ ｒ ａ）
ｖｔｎｔ ｆ ｃａ ｃ ｎ ｐ ｔｅａ ｄｚ ｃ ｎ（ － ｈ／ ａｉｇｍｅｈ ｄ ． ｏｒｓ ｏ ｄｎ ａ ｓ ｒ ｔ ｎｏ ｅｆｒｌｎ ａｉ ｉ ｉｉ ｒｌ ｔｎｅａ ｄａ ａｉ ｎ ｉ ｏ Ｕ Ｔ ） ｄ ｔ ｔｏ ｓ Ｃ ｒ ｐ ｎ ｉｇｔ ａｔ ｎｆ ｍａｉ ｆ ｈ ｅａ ｄｂ ｓｎ ｒ ｅｅｅ ｔ ｒ Ｈｅ ｎ ｅ ｏ ｒ ｏ ｏ ｔ ｏ
（ ． ｔｔＫ ｙ ａｏａｏｙｏＰ ｔ ｌ ｍＲ ｓｕｃ ｎ ｒｓｅｔ ｇ （ｈｎ ｎｖｒ ｔ ｏＰ ｔ ｌ ｍ Ｂ Ｏｎ ）Ｂ ｉｎ ０ ２ ９ Ｃ ｉ ； １Ｓａｅ ｅ ｂｒｔ ｅ ｏｅ ｅｏｒｅ ｄ ｏ ｃｎ ，Ｃ ｉａＵ ｉ ｓｙｆ ｅ ｏｅ ， ｅ＇ｇ， ｅ ｇ１２ ４ ， ｈｎ Ｌ ｒ ｆ ｒ ｕ ａ Ｐ ｐ ｉ ｅｉ ｒ ｕ ｉ ｉ ｆ ａ ２Ｒ ｓａｃ ｅｔｒｏ ａｉ ａ ｄＲ ｓｒ ｉ Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｔ ｅ ｏ ｕ ， ｅ ｇ １２ ４ ， ｈｎ ； ． ｅｅｒ Ｃ ｎｅｆｒ ｓ ｎ ｅ ｖ ｒ ｈｎ ｎ ｅ ｉ ｏ ｔ ｌ ｍ Ｂ ｎ ０ ２ ９ Ｃ ｉ ｈ Ｂ ｎ ｅｏ， ｖ ｓｙ ｆＰ ｒ ｅ ａ ３ Ｗｕｉ ｅｅｒ ｓ ｔｔｏ Ｐ ｔ ｌ ｍ Ｇ ｏｏｙ ＳＮＯ Ｅ ， ｘ １ １ １Ｃ ｉａ ４ Ｃ ＩＯ Ｂ ｎｌ Ａ６ ０， ｕｔ ｌ ． ｘ Ｒｓａｃ Ｉ ｔｕｅ ｈ ｎ ｉ ｅ ｏ ｕ ｅｌ ， Ｉ Ｐ Ｃ Ｗｕｉ ４ ５ ， ｈｎ ； ． ＳＲ ， ｅｔ ｙＷ １２ Ａ ｓ ａｉ ｆ ｒｅ ｇ ２ ｅ ｒ ａ）
第5章4-U-Th-Pb
Pb(Lead): Z=82, 原子量＝207.2；密度＝11.34；熔点＝ 327.5，沸点＝1740，价态：+2,+4
各类岩石中U,Th,Pb的平均含量
Rock type Chondrites (球粒陨石) Achondrites (无球粒陨石) Iron meteorites (铁陨石) Ultramafic rocks (超镁质岩) Gabbro (辉长岩) Basalt (玄武岩) Andesite (安山岩) Nepheline syenite (霞石正长岩) Granitic rocks (花岗质岩石) Shale (页岩) Sandstone (砂岩) Carbonate rocks (碳酸盐岩) Granitic gneiss (花岗质片麻岩) Granulite (麻粒岩)
❖ Th只有一个同位素232Th，是放射性同位素； ❖ Pb有四种同位素：204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb ❖ 238U，235U和232Th的衰变反应为：
U、Th的放射性衰变反应
238U 234 Th ...... 226 Ra 222 Rn ...... 210 Pb ...... 206 Pb 235U 231 Th ...... 227 Th 223 Ra ...... 211 Bi ...... 207 Pb 232Th 228 Ra ...... 224 Ra 220 Rn ...... 212 Pb ...... 208 Pb
➢ 在氧化条件下，U形成UO22+络合物(U价态为的+6)，易 溶于水，此时为活动元素(mobile element)。
➢ U和Th在硅酸盐矿物中的含量很低，含U，Th的主要 矿物有：uraninite (沥青铀矿)，thorianite(方钍石)， zircon(锆石)，thorite(硅酸钍矿)，allanite(褐帘石)， monazite(独居石)， apatite(磷灰石)，xenotime(磷钇 矿)，sphene(榍石)
各类岩石中U,Th,Pb的平均含量
Rock type Chondrites (球粒陨石) Achondrites (无球粒陨石) Iron meteorites (铁陨石) Ultramafic rocks (超镁质岩) Gabbro (辉长岩) Basalt (玄武岩) Andesite (安山岩) Nepheline syenite (霞石正长岩) Granitic rocks (花岗质岩石) Shale (页岩) Sandstone (砂岩) Carbonate rocks (碳酸盐岩) Granitic gneiss (花岗质片麻岩) Granulite (麻粒岩)
❖ Th只有一个同位素232Th，是放射性同位素； ❖ Pb有四种同位素：204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb ❖ 238U，235U和232Th的衰变反应为：
U、Th的放射性衰变反应
238U 234 Th ...... 226 Ra 222 Rn ...... 210 Pb ...... 206 Pb 235U 231 Th ...... 227 Th 223 Ra ...... 211 Bi ...... 207 Pb 232Th 228 Ra ...... 224 Ra 220 Rn ...... 212 Pb ...... 208 Pb
➢ 在氧化条件下，U形成UO22+络合物(U价态为的+6)，易 溶于水，此时为活动元素(mobile element)。
➢ U和Th在硅酸盐矿物中的含量很低，含U，Th的主要 矿物有：uraninite (沥青铀矿)，thorianite(方钍石)， zircon(锆石)，thorite(硅酸钍矿)，allanite(褐帘石)， monazite(独居石)， apatite(磷灰石)，xenotime(磷钇 矿)，sphene(榍石)
一、LA-ICPMS锆石U-Pb测年技术
锆石一般无色透明，但常具浅棕，粉红，有时深 色。一般颜色深成因复杂，多为老锆石或U、Th 含量高的。
锆石是四方晶系矿物
锆石的结构
单偏光下
16
正交偏光下
17
常 呈 矿 物 包 裹 体
18
锆石内部结构的观察
HF酸蚀刻法 Smiling zircon
背散射电子图像（BSE imaging)
阴极发光电子成相（CL imaging)
二、锆石U-Pb年代学
1. 锆石(ZrSiO4)、（☆ ☆ ☆ ） 2. 斜锆石(ZrO2)、 3. 独居石((Ce,La,Th,Nd,Y)PO4)（Th-Pb） 4. 磷灰石(Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))、 5. 榍石(CaTiSiO5)、 6. 石榴石(X3Z2(TO4)3 (X = Ca, Fe, etc., Z = Al, Cr, etc., T = Si, As, V, Fe, Al) ) 7. 金红石(TiO2)、 8. 钙钛矿(CaTiO3)、 9. 钛铁矿(FeTiO3)、 10. 锡石(SnO2) 11. 方解石(CaCO3) (Faure and Mensing, 2004)
21
定年基础
235U→207Pb, 238U
→ 206Pb, 232Th → 208Pb，其中间 字体寿命短可以忽略，因此，可将206Pb、207Pb、 208Pb视为直接由238U、235U、232Th形成：
它们的等时线方程：
206Pb 207Pb 208Pb
= 206Pbi + 238U(eλ238t – 1) = 207Pbi + 235U(eλ235t – 1) = 208Pbi + 232Th(eλ232t – 1)
不纯碳酸盐U-Th等时线定年及同位素分馏对年龄的影响
展 （ ｗａｄ ｔａ．，１ ８ ／ ；ＬＵ ｔａ． ９ ７ ， Ｅｄ ｒ ｓｅ １ ９ ６７ Ｏ ｅ １ ，１ ９ ） 不
Ｆ ｔｐ ｔｉ ，１ ９ ；Ｌ ｏａ ｄＫｕ ９ １ 。应 当 指 出 ｉ ａｒ ｋ ９ １ ｕ ｎ ，１ ９ ） ｚ ｃ
应 用这些 技术 取得 的 一些 结 果 是 成 功 的 ， 有 一些 而 结 果与地 质背 景相去 甚远 。存在 的 问题可能 主要有 两个 方 面 ： ①理论 上 的假定 前 提 不 符合 被 测 对 象 的 实 际情况 ； ②操作 者 对 等 时线 技 术 的误 解 或 者 实验
（ ｅ ａ ．， １ ７９； Ｋｕ ｎｄ Ｋｕ ｔ １ ９ ａ Ｌｉ ｎ ａ ｇ，１ ８ ９ ４；Ｈ ｅ ｃ ｅ ｒｚｇ
的数 十年 中 ， 酸 盐 的 ｕ— ｈ精 确 定 年 已经 应 用 到 碳 Ｔ ３ ０ｋ Ｐ 以来 的一 系 列 地 质 、 ５ ａＢ 气候 及 考 古 等 问 题
（ ｔ １ Ｋｕ ｅ ．，１ ７ ；Ｋｕａ ｄＪ ｓ ｉ ９ １ ａ ９４ ｎ ｏ ｈ ，１ ８ ；Ｅｄ ｒ ｓｅ ｗａ ｄ ｔ
ａ ．， １ ８７；Ｌａ ｈ ｍ ｎｄ Ｓ ｈ ａ ｃ １ ９ ｔ ａ ａ ｃ ｗ ｒ ｚ， １ ２； Ｇａ ｌ ｔ ９９ ｌｕｐ ｅ ａ．， １ ９５； Ｋ ａ ｆ ａ ｅ ａ ．， １ ９８； Ｋ ｅ ｌ ｅ ａ ．， １ ９ ｕｍ ｎ ｔ １ ９ ｌｙ ｔ １
２ ０ ； ｔ １， ０ ４ ｈ ｎｅ １，２ ０ ；吴 中 海 ０ ０ Ｍａｅ ． ２ ０ ；Ｓ ｅ ｔ ． ０ ４ ａ ａ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
等 ，０ ４ 郑绵平 等 ，０ ６ Ｚ ｅ ｇｅ １ ，２ ０ ） ２０ ； ２ ０ ； ｈ ｎ ｔａ ． ０ ７ 。尤 其是 Ｕ 系高精度 （ Ｉ Ｔ ＭＳ或 Ｉ Ｐ ＭＳ 定 年技 术 的发 Ｃ — ）
Ｆ ｔｐ ｔｉ ，１ ９ ；Ｌ ｏａ ｄＫｕ ９ １ 。应 当 指 出 ｉ ａｒ ｋ ９ １ ｕ ｎ ，１ ９ ） ｚ ｃ
应 用这些 技术 取得 的 一些 结 果 是 成 功 的 ， 有 一些 而 结 果与地 质背 景相去 甚远 。存在 的 问题可能 主要有 两个 方 面 ： ①理论 上 的假定 前 提 不 符合 被 测 对 象 的 实 际情况 ； ②操作 者 对 等 时线 技 术 的误 解 或 者 实验
（ ｅ ａ ．， １ ７９； Ｋｕ ｎｄ Ｋｕ ｔ １ ９ ａ Ｌｉ ｎ ａ ｇ，１ ８ ９ ４；Ｈ ｅ ｃ ｅ ｒｚｇ
的数 十年 中 ， 酸 盐 的 ｕ— ｈ精 确 定 年 已经 应 用 到 碳 Ｔ ３ ０ｋ Ｐ 以来 的一 系 列 地 质 、 ５ ａＢ 气候 及 考 古 等 问 题
（ ｔ １ Ｋｕ ｅ ．，１ ７ ；Ｋｕａ ｄＪ ｓ ｉ ９ １ ａ ９４ ｎ ｏ ｈ ，１ ８ ；Ｅｄ ｒ ｓｅ ｗａ ｄ ｔ
ａ ．， １ ８７；Ｌａ ｈ ｍ ｎｄ Ｓ ｈ ａ ｃ １ ９ ｔ ａ ａ ｃ ｗ ｒ ｚ， １ ２； Ｇａ ｌ ｔ ９９ ｌｕｐ ｅ ａ．， １ ９５； Ｋ ａ ｆ ａ ｅ ａ ．， １ ９８； Ｋ ｅ ｌ ｅ ａ ．， １ ９ ｕｍ ｎ ｔ １ ９ ｌｙ ｔ １
２ ０ ； ｔ １， ０ ４ ｈ ｎｅ １，２ ０ ；吴 中 海 ０ ０ Ｍａｅ ． ２ ０ ；Ｓ ｅ ｔ ． ０ ４ ａ ａ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
等 ，０ ４ 郑绵平 等 ，０ ６ Ｚ ｅ ｇｅ １ ，２ ０ ） ２０ ； ２ ０ ； ｈ ｎ ｔａ ． ０ ７ 。尤 其是 Ｕ 系高精度 （ Ｉ Ｔ ＭＳ或 Ｉ Ｐ ＭＳ 定 年技 术 的发 Ｃ — ）
放射性元素的衰变(课件)高中物理(人教版2019选择性必修第三册)
－1e
0
30
30
1e
(4)15P→14Si＋________________________；
1
90
136
1
(5)235
U＋________________________→
92
38Sr＋ 54Xe＋100n；
0n
1
14
4
17
1H
(6) 7N＋2He→ 8O＋________________________。
→
′
′
+ + −
（2）衰变次数n 和 m
质量数守恒： A A '+ 4n
A A'
解得： n =
4
电荷数守恒：
Z Z '+ 2n m
A A'
m=
Z ' Z
2
【注意】为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为
β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。
俘获一个α粒子，产生
13
15并放出一个粒子
C. 115俘获一个质子，产生 84并放出一个粒子
D. 63俘获一个质子，产生 32并放出一个粒子
1、半衰期（τ）
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
氡的衰变
m/m0
t /天
1/2
3.8
1/4
2×3.8
1/8
3×3.8
1/16
A．1∶4
B．4∶1
C．2∶1
D．1∶2
核反应
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。
0
30
30
1e
(4)15P→14Si＋________________________；
1
90
136
1
(5)235
U＋________________________→
92
38Sr＋ 54Xe＋100n；
0n
1
14
4
17
1H
(6) 7N＋2He→ 8O＋________________________。
→
′
′
+ + −
（2）衰变次数n 和 m
质量数守恒： A A '+ 4n
A A'
解得： n =
4
电荷数守恒：
Z Z '+ 2n m
A A'
m=
Z ' Z
2
【注意】为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为
β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。
俘获一个α粒子，产生
13
15并放出一个粒子
C. 115俘获一个质子，产生 84并放出一个粒子
D. 63俘获一个质子，产生 32并放出一个粒子
1、半衰期（τ）
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
氡的衰变
m/m0
t /天
1/2
3.8
1/4
2×3.8
1/8
3×3.8
1/16
A．1∶4
B．4∶1
C．2∶1
D．1∶2
核反应
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。
同位素测年原理与方法
ppm表示一百万份重量的溶液中所含溶质的重 量(用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表 示的浓度，也称百万分比浓度)。百万分之几， 就叫几个ppm。 ppm=mg/kg=mg/L ppm=溶质的重量/溶液的重量*106。 1ppm可表示为1×10-6克 1升极稀的水溶液其密度可作为1，因此1 升水的重量为106毫克。若1升极稀水溶液中含1 毫克的某物质，则其浓度相当于1ppm。 1毫克=1000微克，因此该物质的浓度又为 1000ppb。
• ••Βιβλιοθήκη • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
这一元素以防止它被吸附在离子树脂上。 取由铅阴离子树脂柱淋洗下来的溶液。蒸发致干，加入2ml4NHCl，蒸干。然后加入5ml抗坏血酸江 （1g+20ml4 mol/LHCl）,静止10分钟左右直到黄色的三价铁离子逐渐消去。准备上柱。 此交换柱的大小与分离铅的离子交换柱大小一样。以处理好的树脂在1 mol/L HCl中装到交换柱上，树脂 （Dowexlx8）高为6cm。首先用10ml mol/L HCl液洗柱 ，流干。再用10ml抗坏血酸液洗除干扰元素，再用 15ml 4 mol/L HCl 洗去抗坏血酸。最后用8ml 1 mol/L HCl 洗提铀，蒸干，准备上质谱。 以上的两个流程均在超净工作台中进行。 （二）、 黄铁矿化学流程 黄铁矿在玛瑙乳钵中被磨碎。 取约0.1克的样品。 加入适量的HCl，待硫被赶尽后。 加入适量的HNO3蒸干样品。 加入混合溶液（12ml1.5mol/L HBr+1ml2mol/LHCl）。 然后该溶液在柱高2ml Dowexlx8 AG树脂中进行交换。（交换住首先用20ml 9mol/L HCl 和 20ml H2O最后用 6ml 1mol/L HBr 处理），样品溶液在柱上流干。 8ml 1mol/L HBr，洗去柱上的杂质。 8ml 2mol/L HCl 洗去柱上的杂质。 最后铅用6ml 9mol/LHCl 洗下。 蒸干准备上质谱。 （三）、方铅矿化学流程 取约0.1克的样品。 首先加入少量的浓HCl，赶尽硫后。 加入少量的浓HNO3蒸干样品。 加入适量的高纯水，准备上质谱计。 三、质谱测定 铅测定使用硅胶磷酸发射剂，单带源。 铀测定使用磷酸上样，三带源。 质谱计测定使英国VG公司的1 SOMASS54 质谱仪，离子束等效轨道半径为54 cm ，偏转900采用双向质量聚 焦。接吸附如小型静电分析器作为能量过滤。实现质能双聚焦。离子传输率为1/500铀原子，质量数范围1~350， 分析重现性0.05%仪器用HP9845B计算机自动控制。16个样品以内的换样发射聚焦，接收，磁场峰跳测试及数 据积累和打印实现程序自动操作。
U-Th He测年
R—球状矿物的半径。
二、(U-Th)/He测年技术的方法步骤 —以磷灰石为例
1、样品制备
筛选矿物→挑选晶体→计算校正参数FT
采集的岩石样品首先要进行矿物的分选,包括破碎、碾磨、过筛、淘洗、重液 分离和磁选分离,得到磷灰石矿物颗粒(锆石颗粒同理)。
然后在双目显微镜下从分选出来的重矿物精矿中手工挑选自形磷灰石晶体。
3.2 在低温热演化史上的应用
由于(U-Th)/He的衰变与扩散间的关系特性,使(U-Th)/He年龄值与样品的海 拔高度有密切的相关性 ,像裂变径迹年龄特性一样 ,在没有异常热扰动情况下 , 海拔高的样品有较 高的(U-Th)/He年龄值,而且利用其封闭温度可以了解热事 件发生的时间,因此人们可利 用(U-Th)/He系统进行地质体热演化及折返样式 研究。 House等就通过磷灰石(U-Th)/He的定年开展了对美国加里佛尼亚内华达 (Nevada) 山脉中部地区新生代热演化研究 ,得出海拔最低处的He年龄最年轻, 样品的He年龄值随海拔高度的增加而增加。该区约塞米蒂(Yosemite) 峡谷的 He 年龄为43~84 Ma BP, 金斯(Kings) 河谷的He年龄为32~74 Ma BP, 怀特 (Whintney)山的He年龄为23~75Ma BP;从约塞米蒂峡谷到怀特山(由东向西) 同一海拔的样品,其He年龄趋变年青,反映出该区冷却发生方向为由东向西 ,暗
2、磷灰石晶体的释气与He浓度测试
将单颗粒样品放入金属箔容器中,用激光束恒温加热,温度为1000~1300℃,时间为 3~5 min。然后对提取出来的4He加入约9 ncc(1 ncc=1×10-9mL)的3He,在低温条件 下 (16 K)用活性炭进行聚集、纯化,将提纯后的 He输入质谱仪中 ,在静态模式下测
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
R—球状矿物的半径。
二、(U-Th)/He测年技术的方法步骤 —以磷灰石为例
1、样品制备
筛选矿物→挑选晶体→计算校正参数FT
采集的岩石样品首先要进行矿物的分选,包括破碎、碾磨、过筛、淘洗、重液 分离和磁选分离,得到磷灰石矿物颗粒(锆石颗粒同理)。
然后在双目显微镜下从分选出来的重矿物精矿中手工挑选自形磷灰石晶体。
(1-2)
式中：4He、238U、235U、232Th均为时刻t矿物中这些元素的含量, λ238= 1.55125×10-10,λ235= 9.8485×10-10,λ232= 0.49475×10-10,
238U/235U=137.88±0.14（丰度之比），t为累积时间,即所要
求取的年龄值。
方程(1-2)假定在定年矿物晶体中没有原始4He的存在,大多数情况下这个假设 成立。因为在大气中 4 He 的含量为 5 × 10 -6 左右 ( 体积比 ),因此在运用 (U-Th) /He 定年时可忽略大气中 4 He 混入的影响。在这种情况下 , 通过测定矿物中
Farley等(1996)通过研究停止距离对球状、桶状和立方体状矿物晶体中He保存性 的影响,从理论上推导出He的保存率和年龄校正公式。可以简单地表示如下：
F
T
3S S 1 4 R 16R
3
3
(1-3)
实测年龄 校正年龄 F
T
(1-4)
式中:FT—He的总保存率； S—α粒子的停止距离；
3.2 在低温热演化史上的应用
由于(U-Th)/He的衰变与扩散间的关系特性,使(U-Th)/He年龄值与样品的海 拔高度有密切的相关性 ,像裂变径迹年龄特性一样 ,在没有异常热扰动情况下 , 海拔高的样品有较 高的(U-Th)/He年龄值,而且利用其封闭温度可以了解热事 件发生的时间,因此人们可利 用(U-Th)/He系统进行地质体热演化及折返样式 研究。 House等就通过磷灰石(U-Th)/He的定年开展了对美国加里佛尼亚内华达 (Nevada) 山脉中部地区新生代热演化研究 ,得出海拔最低处的He年龄最年轻, 样品的He年龄值随海拔高度的增加而增加。该区约塞米蒂(Yosemite) 峡谷的 He 年龄为43~84 Ma BP, 金斯(Kings) 河谷的He年龄为32~74 Ma BP, 怀特 (Whintney)山的He年龄为23~75Ma BP;从约塞米蒂峡谷到怀特山(由东向西) 同一海拔的样品,其He年龄趋变年青,反映出该区冷却发生方向为由东向西 ,暗
晶体的挑选要求比较高 ,挑选时尽量确保磷灰石晶体不含包裹体 ,因为对于流体包裹 体,里面可能含有壳源或幔源的He,从而使测得的He浓度偏高;而锆石包裹体,会产生 多余的U、Th。此外,由于α粒子射出效应的影响,晶体最短轴直径最好为60~70Lm。 用经过校正的数码相机对挑选出的磷灰石晶体的形状、尺寸进行测量、照相, 计算出校正参数FT,进行年代校正。
4He/3He比值。
3、U、Th含量测试
将测试完4He/3He的样品放入经过校准的229Th和233U溶液,然后将样品在浓度约 30%的HNO3中溶解,待样品完全溶解并混合均匀后,用等离子质谱仪来测量238U/233U 和232Th/229Th的比值
4、年龄计算
根据公式1-2、公式1-3、公式1-4便可计算出矿物在He同位素体系封闭以后所 经历的时间。
238U和232Th的含量,就可以获得(U-Th)
/He的年龄。 4He原子核又称为
ɑ粒子,是由238U、235U和232Th通过一系列放射性衰变产生的。衰变方 程如下:
238U→206Pb+84He+6β-
235U→207Pb+74He+4β-
232Th→208Pb+64He+4β-
由同位素定年的基本公式：D=N(eλt-1)
(顶部)榍石的He年龄由18.6＋1.5 Ma变化为195±15 Ma,显示了较大变化,而这 种变化表明西部地质体在15~16 Ma BP时经历过地热梯度的变化,即该区发生 了新的热事件,利用之对该区热演化过程及样式进行反演。 Lippolt用(U-Th)/He定年方法获得了意大利厄尔巴(Elba)赤铁矿矿床内 镜铁5.39±0.46Ma 的He表观年龄,提出(U-Th)/He技术对地质体热演化的探讨 可扩展到上新世之后。 显然(U-Th)/He年龄既可以用于年代很新的地质体的定年,也可以约束时 代较老的地质体最后一次热事件发生的时间,结合其它封闭温度较高的同位素 定年体系可以进行系统的热演化分析。
3.1 地质体定年
Kohn利用(U-Th)/He方法测得新西兰北岛Rangitawa Tephra的新生代流
纹质黑耀岩和火山玻璃中磷灰石和锆石的(U-Th)/He年龄为37.1±0.45Ma,该 年龄值为黑耀岩的形成年龄;Rein-ers测得美国内华达洲南维尔京(Virgin)山
GoldButte构造区磷灰石的He年龄为15.2±1.0 Ma,从构造区西部(底部)到东部
三、(U-Th)/He测年技术的地质意义
与其它定年方法相比, (U-Th) /He定年体系最大的的优点是对低温条件的
敏感性。研究表明,磷灰石氦封闭温度为45~90℃(冷却速率为10℃/Ma时,封闭 温度为75± 7℃ )比任何其它已知定年方法的同位素封闭温度都要低。因此，
可将此方法用于地质体定年、低温热年代史演化、地形地貌演化等研究。
4He、238U和232Th的量,利用方程(1-2)就可以算出矿物在He同位素体系封闭以
后所经历的时间。
1.2 公式校正 当U、Th衰变产生的ɑ 粒子会以巨大的初始动能而被发射出来，因此它
会运动到离母体一定距离后停下来，这就是ɑ粒子的长停止距离效应，并且
将造成部分He的丢失。放射出来的ɑ粒子一般具有4~8MeV的动能。停止距 离是指从母体到ɑ粒子停止下来的直线距离，一般范围是11~34μm。
2、磷灰石晶体的释气与He浓度测试
将单颗粒样品放入金属箔容器中,用激光束恒温加热,温度为1000~1300℃,时间为 3~5 min。然后对提取出来的4He加入约9 ncc(1 ncc=1×10-9mL)的3He,在低温条件 下 (16 K)用活性炭进行聚集、纯化,将提纯后的 He输入质谱仪中 ,在静态模式下测
示着该区的折返始于东部,后期的加热则始于西部。
3.3 在地形地貌演化上的应用
由于磷灰石U-Th/He具有较低的封闭温度,近地表条件的变化都可能使它受到影响。 冷却年龄对于地壳上部几km的长波地形(long-wavelengh topography)十分敏感。在长 波地形的河谷下面,岩石的冷却比较早,冷却年龄比较大;在山脊上却正好相反。 House(1998) 正是利用这一特点 , 测定了 Sierra Nevada 的古地形年龄 , 说明 San Josquin和King rivers大峡谷最晚的切割时间为70~80 Ma。在Sierra Nevad放射衰变的时间，即地质体年龄；
D—放射性成因的稳定子体同位素的量； N—经过t时间后，现在所剩下的放射性母体同位素； 可知，由U、Th衰变产生4He子体同位素的基本方程为：
4He=8238U[exp(λ 235U[exp(λ 232Th[exp(λ 238t-1)]+7 235t-1)]+6 232t-1)]
体上,沿200 km长的剖面,在约2 km的高程收集了36个样品,测试了它们的U-Th/He年龄,
年龄范围为距今44.5~84.6 Ma。测试结果如图所示,年龄和地形有很好的对应关系
磷灰石U-Th/He年龄与地形的关系图
over
(U-Th)/He同位素测年技术
目
录
一、(U-Th)/He测年技术原理
二、(U-Th)/He测年技术的方法步骤 三、(U-Th)/He测年技术的地质意义
一、(U-Th)/He测年技术原理
1.1技术原理 (U-Th) /He定年原理是根据矿物颗粒中U、Th放射性衰变产生He发 展而来的。通过测量矿物样品中放射性衰变产物 4 He 、母体同位素