同位素测年采样和方法选择规则
同位素地质年代测定原理
同位素地质年代测定原理作者：徐向辉查道函来源：《西部资源》2012年第02期摘要：本文阐述了同位素测年的原理、前提、方法，重点介绍了Rb—Sr法的原理、使用要求、适用范围、原理、结果解释及优缺点。
关键字：同位素测定原理 Rb—Sr法1. 测年原理和前提同位素地质年龄，简称同位素年龄（绝对年龄），指利用放射性同位素衰变定律，测定矿物或岩石在某次地质事件中，从岩浆熔体、流体中结晶或重结晶后，至今时间。
放射性同位素进入其中后，含量随时间作指数衰减，放射成因子体积累。
若化学封闭，无母体、子体与外界交换而带进带出，测定现在岩石或矿物中母子体含量，根据衰变定律得到矿物、岩石同位素地质年龄。
这种年龄测定称做同位素计时或放射性计时。
计时的基本原理就是依据天然放射性同位素的衰变规律，由此测定的地质事件或宇宙事件的年龄，谓之同位素年龄。
应用同位素方法测定地质年龄，必须满足以下前提:(1)放射性同位素的衰变常数须精确地测定，并且衰变的最终产物是稳定的。
(2)样品及其测得的N和D值能代表想要得到年龄的那个体系。
(3)已知母体元素的同位素种类和相应的同位素丰度。
并且无论是在不同时代的地球物质中，还是在人工合成物甚至天体样品中，这些元素的同位素都具有固定的丰度值。
(4)体系形成时不存在稳定子体，即D0= 0(对于衰变系列，也不存在任何初始的中间子体)，或者通过一定的方法能对样品中混人的非放射成因稳定子体的初始含量D0作出准确地扣除或校正。
(5)岩石或矿物形成以来，母体和子体既没有自体系中丢失也没有从休系外获得。
也就是说，岩石或矿物对于母体和子体是封闭体系。
其中(1)和(3)两个前提是基本的，(4)和(5)两个条件则决定了岩石或矿物地质历史的一个模式。
2. 同位素测年主要方法在同位素年代学上，除了利用天然放射性的衰变定律直接进行年龄侧定外，还可以根据衰变射线和裂变碎片对周围物质作用所产生的次生现象来计时。
因此，总体上可将同位素年龄测定方法分为两大类:第一类为直接法，它们是基于放射性同位素自发地进行衰变，按照衰变定律来测定年龄。
同位素地质年龄测
同位素地质年龄测定 钾-氩法
方法 1、体积法 2、同位素稀释法 40 3、快中子活化法(又称内标稀释法或 Ar39 Ar法) 该钾-氩法是上世纪末发展建立的，是 40 基于岩石和矿物中的 K经快中子照射后产 39 40 生 Ar，这样可不必测定样品中的 K含量， 40 39 而是根据 Ar/ Ar含量值，按有关公式算 得岩石、矿物形成年龄。
同位素地质年龄测定 钾-氩法
样品要求
②样品重量取决于样品地质年龄的大小，样 品中母、子同位素含量和测试方法灵敏度 （表） 40 39 单矿物纯度应高于98%（ Ar/ Ar法单 矿物样品纯度要求100%，其中不应含其它钾 矿物包裹体）
同位素地质年龄测定 钾-氩法
样品要求 ③试样粒度为0.25-0.63mm；伟晶岩中的云母 可剪成宽3-5mm的细条；全岩样品粒度0.40.6mm。 测量时要求样品中40Ar在矿物形成后就成 为封闭体系，没有逸出过。同时，矿物形 成后对钾也是封闭的，矿物中钾的同位素 组成正常。
40
39
同位素地质年龄测定 钾-氩法
钾-氩法缺点
被测定的岩石或矿物易受后期各种叠加地质作用的影 响,使其中放射成因的氩逸失,导致年龄测定值偏低(在这 种情况下,年龄测定值可视为实际年龄值上限)。所以，不 宜用钾-氩法测定古生代及古生代以前的地质样品。 氩是气体，它可以在变质期间从矿物和岩石中丢失。 由于这个原因，钾－氩法提供的是花岗质岩石最后一次热 事件的年龄，变质岩最后一次变质的年龄，或者一个地区 最后一次重要上升和剥蚀的年龄。因为氩丢失的可能性大， 所以一般认为钾－氩法得出的数据，代表着岩石的最低限 年龄，然而有的情况用钾氩法测得的年龄又太老。如果变 质作用期间它不完全丢失，Ar40可以从沉积岩里原先的矿 物继承下来，变质岩测出的年龄就比真正变质作用的时代 要老。在测定浅变质岩（如板岩）时，会有这种问题。此 外，有些矿物可以吸附外来的氩，对这种矿物用钾氩法测 得的年龄数据一般偏大。
地下水碳同位素采集规程
4.13 待沉淀全部沉降至样品瓶后，站在排水孔的背面，用一手握紧（样品瓶） 衔接件、另一只戴有塑料手套的手将样品瓶取下，迅速旋紧瓶盖。
注：不可将样品瓶中的上层清夜倒出。
3
中国地质科学院水文地质环境地质研究所
图 1 采样器示意图 4.9 打开螺旋盖，加 2g 硫酸亚铁（2.2）于沉淀罐中，加盖后平置于地面并持续 滚动约 1 分钟，使水样产生剧烈震荡。
注：如果水样中含有H 2 S，则不加硫酸亚铁，否则所生成的FeS沉淀会干扰实验室制样。
4.10 将沉淀罐直立，打开螺旋盖，加入 16ml 饱和氢氧化钠溶液（2.3） ，迅速旋 紧螺旋盖。平置沉淀罐并持续滚动约 30 秒，使水样产生剧烈震荡。 4.11 将沉淀罐直立，打开螺旋盖，迅速3 分钟，使水样产生剧烈震荡。 4.10 将沉淀罐直立，打开螺旋盖，迅速加入 15ml 聚丙烯酰胺溶液（2.4）并旋 紧螺旋盖。平置沉淀罐并持续滚动约 2 分钟，使水样产生剧烈震荡。 4.12 将沉淀罐倒置，取下底部的螺旋塞并装上样品瓶。将沉淀罐正置于支架上 （见图 1C） ，使沉淀沉降至样品瓶中。
1
中国地质科学院水文地质环境地质研究所
4 采样步骤 4.1 连接导水管 4.1.1 若潜水泵出水管路上装有龙头或其它小口径分流支管，则将导水管（塑料 软管，φ20～24mm×2mm）的一端通过不锈钢喉箍与之连接。 4.1.2 不具备上述条件的出水管路，若为直排管路（例如农田井）或具有大口径 分流支管，则将导水管的一端（接有一段硬质塑料管）插入出水口中。
− 3
N＝floor(13/ cHCO ) 或 N＝floor(13/ VHCl )
− 3
不同同位素年代学测试方法的技术要求
第三节不同同位素年代学测试方法的技术要求一、采样的要求样品选择的好坏，直接影响到年龄测定的准确性和可靠性。
因此，野外采样是获得可靠同位素地质年龄的基础，是关系到整个研究工作成败的首要环节。
如果选择的样品不当，不具清晰的地质目的或根本不符合年龄测定要求，虽然有先进的测试仪器设备和采用先进的测年技术，也不可能得到真正反映某一地质事件的信息。
为此，在采样之前，对研究区的地层、构造、岩浆活动、变质作用及伴随的成矿作用等方面应尽可能有个全面的了解，把矿床成矿时代研究与区域或成矿区的地质事件紧密联系起来，只有在仔细观察矿区内岩体、脉体和矿体之间的穿插、切割关系、围岩蚀变和构造特征之后，才能制定出正确的采样方案。
（一）、岩体或矿床定年样品采集的基本原则1、不同类型岩石和矿物是不同地质作用的产物，有着不同的地质历史，因而必须根据拟解决的地质问题，有目的性采样。
采样地段必须避开后期侵入体、混合岩化、断层或其他动力变质作用、热液蚀变以及近代风化、淋湿等作用干扰；2、具有多期次和多阶段的矿床或岩体，必须按不同期次和不同成矿阶段分别采样；3、同一成矿期或同一成矿阶段的测年样品，最好采自不同中段的空间部位；4、样品必须新鲜，风化或受后期地质事件影响强烈的样品，不宜采用；5、研究一个复杂地质体的同位素年龄时，应注意使用多种不同测年方法，要采集适合多种测年方法的岩石或矿物样品。
（二）、不同类型矿床等时线定年的具体要求1、金矿床年龄测定的样品采集不同成因类型金矿的测年对象是不同的，当用Rb-Sr、Sm-Nd、40Ar/39Ar和普通铅法（主要指金属硫化物）测年时，可采集不同成矿阶段或同一成矿阶段不同空间分布的脉石矿物（如石英、方解石、绢云母等）或矿石矿物（如金属硫化物、钨酸盐矿物等）样品。
一般来说，石英脉型金矿，采集含金石英脉；蚀变岩型（韧性剪切带型）金矿及卡林型金矿可采集与成矿作用密切相关的富含绢云母的蚀变岩石（如黄铁绢云岩、千糜岩等）和富含毒砂、黄铁矿及绢云母的矿石；块状硫化物型金矿（伴生金矿），采集含金的硫化物矿石及与金矿化同时形成的脉石矿物；绿岩型金矿，可采集含金石英脉及伴生的白钨矿和与石英脉同时形成的低温锆石(水锆石)等，但要特别注意区分石英脉形成时有可能捕获围岩老锆石的影响。
同位素测年原理与方法
4：U-Th-Pb高压釜溶样
• 锆石是一种非常难溶的矿物。一般 酸是溶该矿物的。为保证溶矿完全采用 特别设计的聚四氟乙烯“弹”，外加热 缩管套，然后整个放入不锈钢外套中.并 在“弹”内造成高压以利分解。这种装 置可以在较低温度(～200℃)下溶样。例 如：锆石，榍石，独居石的分解。
5:离子交换
• 为了用同位素稀释法测定放射性母体 元素含量或测定放射成因子体同位素的比 值， 都要求先把纯元素分离出来，同时制 备成适于质谱测定的型式(一般为C1-或NO3 )。 • 离子交换分离是放射性母子体元素分 离时最常用的方法。这是一种利用离子交 换剂与溶液中离子之间发生交换反应来进 行分离的方法。
百分比单位和ppmppm表示一百万份重量的溶液中所含溶质的重表示一百万份重量的溶液中所含溶质的重量量用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表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示的浓度也称百万分比浓度
•
环境同位素地球化学
放射同位素
• •
同位素测年技术
Rb—Sr法年龄测定--古人类迁移 U—Th--Pb法年龄测定 Sm--Nd法年龄测定 Pb—Pb等时线法 普通Pb法--监测环境污染
4：铅同位素---在自然界中铅有四个同位素： 238U→8α+ 6β-→206Pb
→7α+4β-→ 207Pb 232Th→6α+4β-→208Pb
235U 204Pb
5锶同位素---在自然界中铅有四个同位素： 88Sr 87Rb→β- → 87Sr 86Sr 84Sr
二：化学处理
1：化学分离前必须将岩石样品转化为溶液 即溶样。 岩石、矿物样品能否彻底溶解，是得 到可信的析数据的先决条件。岩石中有 相当一部分微量元素，包括放射成因母 子体元素，分布在难溶副矿物中，保证 其全部溶解是十分重要的。此外，还要 求溶矿过程中引入尽可能少的试剂和污 染。
地质年代学中的放射性同位素测年法
地质年代学中的放射性同位素测年法地质年代学是一门研究地球历史发展的学科，它涉及到许多的技术手段，其中放射性同位素测年法就是其中非常重要的一项技术。
这种技术是利用一些天然放射性元素的代谢特性进行的，这些放射性元素的代谢特性是有规律的，可以通过这种规律来推算物质的年龄。
下面我们就来了解一下地质年代学中放射性同位素测年法的具体内容。
一、放射性元素的性质放射性元素是指具有不稳定原子核的元素。
它们会在分解的时候释放出放射性粒子，从而变成另一种元素。
放射性元素的变化过程是非常稳定的，每秒钟分解的数量是固定的。
放射性元素分为天然放射性元素和人工放射性元素。
天然放射性元素是指自然界中存在的放射性元素，如铀、钾、钍等，它们分解的过程是可以用来测定物质年龄的。
而人工放射性元素是指人工合成的放射性元素，如碳14、锶90等，它们的分解速度常常是非常快的，可以用来测定各种的物质。
二、测定物质年龄的原理测定物质年龄主要是利用放射性元素在分解的过程中会释放出特定的放射性粒子，这些放射性粒子可以导致物质中的其他原子发生电离，并与其它的原子重新组合成同位素。
放射性元素的分解速度是随时间推移而变化的，而且是一个可以预测的过程。
利用这个规律，地质学家可以推测出物质从形成之初到现在所经历的时间，并以此测定物质的年龄。
三、放射性同位素的分类放射性同位素可以从不同的分类角度来进行分类。
一种常见的分类方式是根据放射性元素的衰变方式进行分类。
衰变方式常常分为α衰变、β衰变、γ衰变和正电子衰变。
α衰变是指放射性同位素释放出α粒子，α粒子是二价锕元素核中的一个粒子。
β衰变是指放射性同位素释放出β粒子，β粒子是电子的一种。
γ衰变是指放射性同位素释放出γ光线，γ光线是能量很高的光线。
而正电子衰变是指放射性同位素释放出正电子，正电子是与电子具有相同的质量，但是带有相反的电荷的粒子。
四、放射性同位素测年法的具体测定方法放射性同位素测年法是利用放射性同位素的分解过程来推算物质的年龄的方法。
文物鉴定中的放射性同位素测年方法
文物鉴定中的放射性同位素测年方法概述：文物鉴定是一项重要的文化遗产保护工作，而放射性同位素测年方法在文物鉴定领域有着十分重要的地位。
本文将介绍放射性同位素测年方法在文物鉴定中的应用与原理，并探讨其在鉴定中的局限性和前景。
通过对放射性同位素测年方法的深入了解，我们可以更好地保护和研究珍贵的文化遗产。
一、放射性同位素测年方法的原理放射性同位素测年方法是基于放射性同位素的衰变过程来推断物质年代的一种方法，主要分为碳-14测年和铀系列测年两种。
1. 碳-14测年碳-14测年是通过测量文物中的碳-14同位素含量与稳定碳同位素的比值来确定年代。
该方法主要适用于有机物质的测年，如木材、纸张等。
原理是利用地球上不断变化的大气中碳-14同位素的比例，并结合其半衰期来计算样本的年龄。
2. 铀系列测年铀系列测年是通过测量文物中铀系列同位素的衰变情况来推算年代。
常用的铀系列元素有铀、钍和铅等，因其衰变速率稳定且适用范围广，所以在文物鉴定中得到广泛应用。
通过测量样本中铀系列元素与其衰变产物之间的比值，可以计算出样本的相对年龄。
二、放射性同位素测年方法在文物鉴定中的应用放射性同位素测年方法在文物鉴定中有着广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 确定文物的年代通过测定文物中含有的放射性同位素的比例，可以推算出文物的年代。
这对于无法准确判断年代的文物非常有帮助，有助于研究者更好地理解文物的历史背景和文化价值。
2. 推断文物的制作时间和历史变迁放射性同位素测年方法可以帮助研究者确定文物的制作时间和历史变迁，从而揭示文物所蕴含的历史信息。
比如，通过测定陶器中的碳-14含量，可以确定陶器的年代，了解不同年代陶器的制作工艺和风格差异。
3. 辅助文物的鉴定和鉴别在文物鉴定的过程中，有时难以准确判断文物的真伪和年代。
而放射性同位素测年方法可以提供一种客观、科学的手段，帮助鉴定者更准确地判定文物的真实性和年代。
4. 建立文物数据库和年代序列通过对大量文物进行放射性同位素测年，可以建立文物数据库和年代序列，为文物鉴定和历史研究提供良好的参考依据。
同位素地质学(5)取样与加工要求
中南大学—刘继顺 同位素地质学(5)取样与加工 1 不独笑顽石生底事 气势若虹铅变银
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一、同位素实验室
• 锆石U-Pb SIMS：北京离子探针中心刘敦一；中科院地质所离子探针实
验室（李献华）
• LA-(MC)-ICP-MS：西北大学袁洪林、柳晓明 ； 武汉地大刘勇胜、胡兆
• 中国科学院地质与地球物理研究所-固体同位素地球化学实验室-陈福 坤
– 常量和微量矿岩样品Rb-Sr，Sm-Nd和Pb同位素分析 – 颗粒云母和硫化物矿物的Rb-Sr微等时线定年 – 基于微区取样技术和微量Nห้องสมุดไป่ตู้同位素分析技术的矿物Sm-Nd微等时线定
年 – 高精度锆石U-Pb定年 – 超镁铁质岩石的Re-Os同位素分析 – Rb-Sr稀释分析700元/件； Sr同位素比值500元/件； Sm-Nd稀释分析
中南大学—刘继顺 同位素地质学(5)取样与加工 1 不独笑顽石生底事 气势若虹铅变银
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二、同位素研究采样与加工要求
• 块状硫化物铜多金属矿床测年样品采集
– 块状硫化物铜多金属矿床测年,因可供测年对 象少,至今仍难
– 火山喷流沉积MSD,可采不同结构构造的矿石, 或从钻孔中按垂直分带采集不同类型矿石，分 离出黄铜矿, 闪锌矿, 方铅矿和黄铁矿等用 RbSr, Sm-Nd 和 Re-Os 等时线测定年龄
中南大学—刘继顺 同位素地质学(5)取样与加工 1 不独笑顽石生底事 气势若虹铅变银
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二、同位素研究采样与加工要求
• 单矿物的分选
– 从岩石或矿石中分选出进行同位素测年 的单矿物之前, 首先要磨制薄片或光片, 鉴定岩石的结构构造,确定岩石或矿石的 矿物组成,粒径以及要选取的矿物是否新 鲜,了解矿物 之间的物理化学性质差异等
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测年
方法
测年
对象
采样要求
简单评述
单颗粒锆石U-Pb法
同上
同上
该方法是目前国内外应用最为广泛的测年方法，可以获得单颗粒锆石的三组表面年龄信息和不一致线与一致线的交点年龄。除锆石外，还可以测试金红石、石榴石等矿物的年龄
离子探针质谱法
中－酸性岩浆岩中的锆石
无明显蚀变，样品量＞锆石
无明显蚀变，样品量＞40kg
微量锆石U-Pb法年龄无法剔除混合锆石年龄存在的可能，对样品中锆石成因简单的样品仍适用
207Pb/
206Pb蒸发法
同上
同上
利用测定单颗粒锆石207Pb/206Pb比值计算年龄，采用逐层蒸发可以获得锆石核及环带的年龄。方法在普通Pb扣除上不尽完善。但是在测定年代较老的地质体时往往可以获得比较可靠的年龄
附件2同位素测年采样和方法选择规则
测年
方法
测年
对象
采样要求
简单评述
Rb-Sr等时线
岩浆岩
岩石新鲜、无蚀变单个样品量约2kg
作为70年代主导测年方法，近年来研究发现，Rb、Sr具强的活动性，可能造成年龄的偏老或偏新，另外同源要求很难达到要求
Sm-Nd等时线
岩浆岩
同上
Sm、Nd具较强的活动性，很难满足同源要求，同时存在假等时线、视等时线等问题。但矿物内部等时线方法是一个值得推荐的方法
单颗粒锆石离子探针质谱法是目前单颗粒锆石测年最先进的测年方法，它可以单颗锆石不同部位的年龄。目前国内实验室正引入该设备
40Ar-
39Ar测年
角闪石、黑云母、钾长石等
岩浆岩变质岩
利用40Ar/39Ar比值计算年龄，从获得的几组坪年龄还可以分析热扰动历史，在确定事件的时代方面有广泛的应用
40Ar-
39Ar激光
同上
同上
将40Ar-39Ar测年扩展到微区分析
注：1、选取测年方法和采取同位素样品的前期必须对测年的地质
体进行详细的野外地质研究。
2、对采集的同位素样品进行详细的岩石学研究，所有的同位
素样品都需经薄片鉴定。