同位素地质年代学11
27152502_离子探针Ｕ-Ｐｂ体系研究识别阿波罗１１号月壤及新发现
１０００ ０５６９／２０２２／０３８（０６） １８０４ １０ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ 岩石学报ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２２ ０６ １７离子探针Ｕ Ｐｂ体系研究识别阿波罗１１号月壤及新发现李秋立１，２ 刘宇１ 李金华３ 陈意１，２ 李献华１，２，２，ＬＩＵＹｕ１，ＬＩＪｉｎＨｕａ３，ＣＨＥＮＹｉ１，２ａｎｄＬＩＸｉａｎＨｕａ１，２ＬＩＱｉｕＬｉ１１ 中国科学院地质与地球物理研究所，岩石圈演化国家重点实验室，北京 １０００２９２ 中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 １０００４９３ 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室，北京 １０００２９１ ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃＥｖｏｌｕｔｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ２ ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥａｒｔｈａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ３ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥａｒｔｈａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＰｈｙｓｉｃｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ２０２２ ０５ １４收稿，２０２２ ０６ １６改回ＬｉＱＬ，ＬｉｕＹ，ＬｉＪＨ，ＣｈｅｎＹａｎｄＬｉＸＨ ２０２２ ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｎｅｗｄｉｓｃｏｖｅｒｙｔｏｔｈｅＡｐｏｌｌｏ１１ｌｕｎａｒｓｏｉｌｕｓｉｎｇＳＩＭＳＵ Ｐｂａｎａｌｙｓｅｓ ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，３８（６）：１８０４－１８１０，ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２２ ０６ １７Ａｂｓｔｒａｃｔ ＴｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｐｏｒｔｓｔｈｅｄａｔｉｎｇｏｆｂａｓａｌｔｃｌａｓｔｓｆｒｏｍａｎＡｐｏｌｌｏｌｕｎａｒｓｏｉｌｓａｍｐｌｅ（Ｅ２１）ｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＭｕｓｅｕｍ，ｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ Ｄｕｅｔｏｔｈｅｓｍａｌｌｓｉｚｅｏｆｔｈｅｃｌａｓｔｓ，ｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＰｂ ＰｂｉｓｏｃｈｒｏｎｗｉｔｈａｓｉｎｇｌｅｒｏｃｋｃｈｉｐｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅａｇｅｏｆＡｐｏｌｌｏｓａｍｐｌｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｕｓｅｄ ＷｅｈａｖｅａｄｏｐｔｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｆｉｎｉｎｇｔｈｅａｇｅｏｆｂａｓａｌｔｃｌａｓｔｓｗｉｔｈａｓｉｎｇｌｅＺｒ ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒａｌ（ｂａｄｄｅｌｅｙｉｔｅ，ｚｉｒｃｏｎｏｌｉｔｅａｎｄｔｒａｎｑｕｉｌｌｉｔｙｉｔｅ） Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｒｏｃｋｃｌａｓｔｓｗｉｔｈＺｒ ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｓａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＸ ｒａｙｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｏｆμ ＸＲＦ Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｉｎｓａｍｐｌｅｔａｒｇｅｔｉｓｍａｄｅｆｏｒｆｉｎｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ＴｈｅＺｒ ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｓｅｘｐｏｓｅｄｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅｌｏｃａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅＺｒｓｉｇｎａｌｍａｐｐｉｎｇ Ｌａｓｔｌｙ，ｔｈｅＰｂｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＺｒ ｂｅａｒｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｏｎｐｒｏｂｅ～３μｍｂｅａｍｓｐｏｔａｎｄａｍｕｌｔｉ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅｆｏｒＰｂｓｉｇｎａｌｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅａｇｅ Ｆｏｕｒａｇｅｇｒｏｕｐｓｏｆｒｏｃｋｓｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ｎａｍｅｌｙ３５７０±１４Ｍａ，３７００±８Ｍａ，３８５０±５Ｍａａｎｄ３９００±１２Ｍａ ＴｈｅｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅａｇｅｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｇｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂａｓａｌｔｉｎＡｐｏｌｌｏ１１ｌｕｎａｒｓｏｉｌ，ｓｏｉｔｃａｎｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｓａｍｐｌｅｉｓｆｒｏｍＡｐｏｌｌｏ１１ｌｕｎａｒｓｏｉｌ Ｔｈｅｌａｓｔｏｎｅｉｓａｎｅｗｌｙｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｆｅｌｄｓｐａｒ（Ａｎ＝９３）ａｎｄｐｙｒｏｘｅｎｅ（Ｍｇ＃～７９），ｉｔｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｓｍａｇｎｅｓｉａｎｓｕｉｔｅｏｒｉｇｉｎｎｏｒｉｔｅ Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＰｂｉｓｏｔｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｍｉｎｅｒａｌｓ，ｔｈｅｖａｓｔｍａｊｏｒｉｔｙｏｆｂａｓａｌｔｃｌａｓｓｆａｌｌｏｎｔｈｅＰｂ Ｐｂｉｓｏｃｈｒｏｎｏｆ～３５７０Ｍａ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｉｓｐｅｒｉｏｄｏｆｂａｓａｌｔｉｓｔｈｅｍａｉｎｖｏｌｃａｎｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｅｖｅｎｔｉｎｔｈｅＡｐｏｌｌｏ１１ｓａｍｐｌｉｎｇａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅａｇｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｄａｔｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｃｒａｔｅｒ ｃｏｕｎｔｉｎｇｃｈｒｏｎｏｌｏｇｙＫｅｙｗｏｒｄｓ Ｌｕｎａｒｓｏｉｌ；Ａｐｏｌｌｏ１１；Ｉｏｎｐｒｏｂｅ；Ｕ Ｐｂｓｙｓｔｅｍ；Ｍａｇｎｅｓｉａｎｓｕｉｔｅ摘 要 本文报道对中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏的一件阿波罗月壤样品（Ｅ２１）进行的玄武岩岩屑定年工作。
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。
浅析同位素测年方法及其应用_丛宝华
１前言２同位素测年方法及其应用２．１Ｕ－Ｐｂ法测年及其应用２．２Ｒｂ－Ｓｒ法同位素测年法就是利用天然放射性同位素的衰变规律精确测定岩石或矿物中放射性母体同位素和放射成因的稳定子体同位素的含量来计算该岩石或矿物的地质年龄，主要的同位素测年法包括Ｕ－Ｐｂ法、Ｒｂ－Ｓｒ法、Ｓｍ－Ｎｄ法、Ｋ－Ａｒ法、Ｒｅ－Ｏｓ法等几种方法。
Ｕ－Ｐｂ法是古老的同位素地质年代学方法之一，早期由于分析技术不够高，多使用Ｕ－Ｔｈ含量比较高的矿物，如晶质铀矿、沥青铀矿、独居石等矿物，近来随着质谱同位素分析技术和Ｕ、Ｐｂ化学分离技术的进展，利用Ｕ－Ｐｂ地质年代学最多的矿物是锆石英、独居石、榍石等矿物。
一般的来说，采用Ｕ－Ｐｂ法测定成矿年龄限于含沥青铀矿和晶质铀矿等含铀矿物的伟晶岩矿床和热液铀矿床，这些矿物的特点是稳定，不大容易受到变质作用的影响，并且从基性岩到酸性岩、长英质的正副片麻岩都含有这些矿物，大大扩大了Ｕ－Ｐｂ法测年的范围，通常这些矿物的Ｐｂ／Ｕ年龄代表成矿年龄。
主要是把矿物按特定方法及不同的粒度分成几个粒级，通过加稀释剂，测定Ｕ，Ｐｂ同位素，并经过特定的公式进行修正，最后根据不一致线或一致线法来确定岩石的年龄。
这种方法在我国也得到广泛应用，并取得许多成果。
Ｕ－Ｐｂ同位素测年体系到目前为止发展的这些方法，各有优缺点，在实际工作中要根据自身条件和不同的成矿环境选择适合的方法，以获得满意的年龄数据。
Ｒｂ－Ｓｒ法同位素测年是基于Ｒｂ经过衰变生成Ｓｒ，由于所积累的放射性Ｓｒ的量是Ｒｂ含量及时间的函数，根据放射衰变定律及相应的计算公式，可以绘制出铷锶等时线年龄计算图，根据计算的结果代入等时线图表就可以确定矿石或岩体的年龄。
使用该方法必须满足的条件有：（１）同源，即具有共同的初始锶比值。
（２）同时，即在一个短暂的时刻共同形成，并且在形后一直保持Ｒｂ、Ｓｒ的地球化学封闭系统。
（３）样品形成时到样品测试时始终保持封闭体系。
由于Ｒｂ－Ｓｒ年龄数据可靠，在等时线测定过程中，所获得的Ｓｒ／Ｓｒ值还可用于推测成矿物质来源，而且，目前的实验技术可以检测矿物中极微量的Ｒｂ，Ｓｒ及其同位素组成，所以不少研究人员通过各种途径致力于Ｒｂ－Ｓｒ成矿年龄测定。
百科知识精选同位素地球化学
分馏系数分馏系数表示同位素的分馏程度，反映了两种物质或两种物相之间同位素相对富集或亏损程度。
在自然界，分馏系数是指两种矿物或两种物相之间的同位素比值之商。
其表达式为：□ A-B＝RA/RB式中A和B表示两种物质(物相)，R代表重同位素对轻同位素的比值，如18O/16O，13C/12C等。
□ 值偏离1愈大，说明两种物质之间的同位素分馏程度也就愈大；□=1时，物质间没有同位素分馏。
δ值稳定同位素组成常用δ值表示，δ值指样品中某元素的稳定同位素比值相对标准（标样）相应比值的千分偏差。
其公式为□δ值能清楚地反映同位素组成的变化，样品的δ值愈高，反映重同位素愈富集。
样品的δ值总是相对于某个标准而言的，同一个样品，对比的标准不同得出的δ值各异。
所以必须采用同一标准；或者将各实验室的数据换算成国际公认的统一标准，这样获得的δ值才有实际应用价值。
比较普遍的国际公认标准为：①SMOW，即标准平均海洋水，作为氢和氧的同位素的国际统一标准；② PDB，是美国南卡罗来纳州白垩系皮狄组地层内的似箭石，一种碳酸钙样品，用作碳同位素的国际统一标准，有时也作为沉积碳酸盐氧同位素的标准；③CDT,是美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁，用作硫同位素的国际统一标准。
稳定同位素实验研究表明，大多数矿物对体系（矿物-矿物）或矿物-水体系，在有地质意义的温度范围内,103ln□ 值与T 2成反比,T为绝对温度。
103ln□ 值可以近似地用两种物质的δ差值表示,即δ-δB=ΔA-B≈103ln□A-B。
因此,只要测得样品的δ值,就可直接计算出103ln□值。
它同样表示物质间同位素分馏程度的大小，利用它可绘制同位素分馏曲线，拟合同位素分馏方程式和计算同位素平衡温度(见地质温度计)。
在稳定同位素地球化学研究中，H、C、O、S等研究较深入。
它们在天然物质中分布广泛，可形成多种化合物，由于它们的同位素质量数都比较小，相对质量差别大，因而同位素分馏更明显，这对确定地质体的成因及其物质来源和判明地质作用特征具有重要意义。
碳11衰变方程式
碳11衰变方程式【原创实用版】目录1.碳 11 衰变方程式的基本概念2.碳 11 衰变的过程3.碳 11 衰变方程式的应用正文【碳 11 衰变方程式的基本概念】碳 11 衰变方程式是指一种放射性同位素碳 11（C-11）的原子核发生衰变时，产生的新原子核与辐射的粒子的数量关系式。
碳 11 的原子序数为 6，质量数为 11，它在自然界中存在极少，主要通过核反应产生。
碳 11 的半衰期非常短，仅为 20.3 分钟，因此它在实际应用中的寿命非常有限。
【碳 11 衰变的过程】碳 11 衰变的过程可以分为两步。
首先，碳 11 的原子核会经历一个β+衰变过程，生成一个新的原子核，同时释放出一个正电子和一个中微子。
这个过程的衰变方程式为：^11_6C → ^11_7N + e^+ + ν_e其中，^11_6C 表示碳 11 的原子核，^11_7N 表示生成的新原子核，e^+表示正电子，ν_e 表示电子中微子。
接着，新生成的原子核^11_7N 会经历一个伽马衰变过程，释放出一个伽马射线（高能光子），最终转变成一个稳定的原子核。
这个过程的衰变方程式为：^11_7N → ^11_7O + γ其中，^11_7O 表示生成的新稳定原子核，γ表示伽马射线。
【碳 11 衰变方程式的应用】碳 11 衰变方程式在医学领域有广泛应用，特别是在正电子发射计算机断层显像（PET）技术中。
PET 技术利用碳 11 标记的放射性药物，通过检测药物在人体内的分布和代谢情况，为诊断疾病提供重要信息。
由于碳 11 的半衰期很短，可以保证药物在体内存留时间较短，减少对人体的辐射影响。
此外，碳 11 衰变方程式还在核物理研究、地质年代学等领域有重要应用。
07-10年地球化学真题及答案---名词解释
07-10年地球化学真题及答案---名词解释1、克拉克值：元素在地壳中的丰度（平均含量）称为克拉克值。
2、地壳的丰度：指元素在宇宙体或较大的地质体中整体（母体）的含量。
3、类质同像：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机的被晶体中的其他质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变，这一现象称为类质同像。
4、同质多象：同一化学成分的物质，在不同的外界条件（温度、压力、介质）下，可以结晶成两种或两种以上的不同构造的晶体，构成结晶形态和物理性质不同的矿物，这种现象称同质多像。
5、常量元素：即主量元素，其是一个相对概念，通常将自然体系中含量高于0.1%的元素称为常量元素。
它们与氧结合形成的氧化物(或氧的化合物)，是构成三大类岩石的主体，因此又常被称为造岩元素。
6、微量元素：微量（minor）或痕迹(trace)元素是一个相对概念，通常将自然体系中含量低于0.1%的元素称为微量元素。
7、不相容元素：在岩浆结晶作用过程中，那些不容易以类质同象的形式进入固相（造岩矿物）的微量元素，称为相容元素。
总分配系数D i<1的元素称为不相容元素，在熔体中富集。
8、相容元素：在岩浆结晶作用过程中，那些容易以类质同象的形式进入固相（造岩矿物）的微量元素，称为相容元素。
总分配系数D i>1的元素称为相容元素，在熔体中贫化。
9、分配系数：在温度、压力一定条件下，微量元素i（溶质）在两相平衡分配时其浓度比为一常数（K D), K D称为分配系数。
10、同位素：核内质子数相同而中子数不同的同一类原子。
11、稳定同位素：原子核稳定，其本身不会自发进行放射性衰变或核裂变的同位素。
12、同位素分馏：同位素以不同比例分配于不同物质或物相的现象。
13、分馏系数：达到同位素交换平衡时，共存相间同位素相对丰度比值为一常数，称分馏系数。
14、SMOW：标准平均大洋水，是氢和氧同位素的世界统一标准。
同位素地质年代测定原理
同位素地质年代测定原理同位素地质年代测定原理摘要：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。
同位素在地质年代测定中的应用
同位素在地质年代测定中的应用地质年代测定是地质学中一个重要的研究领域，它帮助我们了解地球的演化历史以及地质事件的时间顺序。
同位素在地质年代测定中起着至关重要的作用。
本文将讨论同位素测年原理和一些常用的同位素测年技术，并介绍一些应用案例。
同位素测年是基于自然放射性衰变原理的方法，其基本思想是通过测量岩石中的同位素活度，了解该岩石形成的时间。
同位素是具有相同化学性质的元素，但具有不同质量数的原子，因此它们的核结构存在差异。
同位素的核结构决定其放射性衰变速率，衰变率是一个恒定的数值，可以用半衰期来表示。
在地质年代测定中，常用的同位素包括铀、钾、铀系列和碳。
铀-铅同位素法是最常用的测定岩石和矿物年龄的方法之一。
它基于岩石中铀的放射性衰变为铅的过程，通过测量铅和锆石中的铀含量及其放射性同位素比例，可以确定岩石的年龄。
铀-铅同位素法在地质年代测定中具有很高的准确性和可靠性。
另一个常用的同位素测年技术是钾-氩法。
这种方法通过测量岩石中钾同位素的放射性衰变产物氩的含量来确定岩石的年龄。
钾-氩法适用于测定较古老的岩石和火山岩的年龄，因为钾-氩的半衰期较长。
除了铀、钾系列外，碳同位素的测年方法也被广泛应用于地质年代测定中。
碳-14同位素是一种放射性同位素，它的半衰期为5730年。
通过测定化石、古代植物或木材中碳-14同位素的含量，可以推断它们的年龄。
碳同位素测年主要适用于约50,000年前的地质事件，例如考古学中人类起源的研究。
同位素测年在地球科学研究中有广泛的应用。
它可以用来测定岩石和矿物的年代，确定断层活动的时间和速率，研究地区的地质演化过程，以及揭示地球发展的历史。
同时，同位素测年技术还可用于火山喷发、地球内部物质循环和气候变化等领域的研究。
一个典型的应用案例是利用同位素测年技术来研究地震断层的活动历史。
通过测量断层上岩石的同位素含量和比例，可以推断断层发生地震运动的时间和幅度。
这对于地震学和地震灾害风险评估非常重要，可以为地震预测和防灾减灾提供科学依据。
- 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)。
参考书目：陈岳龙、杨忠芳、赵志丹.2005.同位素地质年代学与地 球化学.北京：地质出版社. Faure G. 2005. Principles of Isotope Geology (3rd edition) . John Wiley & Sons . Dickin A P. 1997. Radiogenic Isotope Geochronology (2nd edition). Cambridge University Press. 魏菊英、王关玉.1988.同位素地球化学.北京：地质出版社.
2
因为产生的大多数离子是单电价的，不同的核素将被分成简 单的质量谱。每一个质量的相对丰度由其相应的离子电流(由法拉 第筒或电子倍增器捕获)确定。其它的质量分离方法(如四极杆、 飞行时间分析器)也可用于质量分析，但它们对于精确的同位素比 值测量很少广泛应用。
德国产的MAT261固体质谱计
德国产的MAT251稳定同位素质谱计
靠谱不靠谱
衰变常数不变 当使用放射性衰变来测定岩石的年龄时，我们必须应用均一性的经 典原理，即假定母体放射性核素的衰变常数在地球历史中保持恒定。
物理条件(压力和温度)影响 1.由于放射性衰变是核的性质，它不受外部轨道电子的影响，物理 条件要影响α 和β 衰变是很不可能的。 2.电子捕获衰变可能受到影响。Hensley 等(1973)证明7Be到7Li的 电子捕获衰变，当BeO置于270±10kbars压力的金刚石砧中，衰变 增加0.59%。这便引发了究竟40K到40Ar的电子捕获衰变是否影响K-Ar 定年的问题。事实上，这是不可能的。在地球深部的高压-高温下， K-Ar系统化学上是开放的，并且根本就不能定年。而在地壳深度内， λ 对压力的依赖性与实验误差相比是可以忽略的。
目前已知有264个稳定核素，也就是用现行的探测设备观测不 到它们的衰变，它们构成了图1中黑色的稳定性的中央路径。在该 路径的两边锯齿状的轮廓构成了实验上已知的不稳定核素。当某一 同位素离开稳定性路径的边，其衰变更加迅速。平滑的外部范围就 是核素稳定的理论极限，超出此范围便产迅速衰变。 少量不稳定核素具有足够长的半衰 10 期，以致太阳系形成以来还没有衰变 10 至灭绝。几个其它的短寿命核素或产 生于铀和钍的衰变系列中，或者是由 10 半衰期 宇宙射线轰击稳定核素产生。这些核 10 素与一至两个灭绝的短寿命同位素， 加上它们的子体产物就构成了放射成 10 因同位素地质学的领域。图2中标注了 半衰期超过0.5Ma的放射性核素。半衰 期超过1012a的核素衰变太慢以致地质 上无法利用。观察表明，所有其它长 寿命同位素或者已经或正被用于地质 图2 学中。
也就是说板块在冥古宙 就有了。
when-同位素定年 what/how-同位素示踪
同位素地质年代学
课程组成：同位素地质年代学
放射性成因同位素子体示踪 同位素地质年代学：Rb-Sr、Sm-Nd、KAr/Ar-Ar、U-Th-Pb、Re-Os、Lu-Hf、U系 不平衡、宇宙成因母体放射性衰变定年 （14C、210Pb、10Be)、热释光、裂变径迹等。
因此：
t dn n0 n t dt 0 n
n ln t n0
改写为：
n n0e
t
代表一个放射性核素衰变速率的有用方式是“半衰期”:t1/2,它 是母体原子衰变完一半所需要的时间。将n=n0/2和t=t1/2代入方 程,两边取自然对数，我们得到：
t1 / 2
ln 2
when-同位素定年
what/how-同位素示踪
同位素地质年代学
同位素地质年代学
Rb-Sr
事件年龄
Sm-Nd
放射性衰变定律
U-Th-Pb K-Ar，Ar-Ar Lu-Hf Re-Os
§1.2 放射性衰变定律
放射性母体核素衰变成稳定子体产 生的速率与任一时间t时的原子数n成正 比
上式从t=0到t 积分,假定t=0时的原子数为no：
1）己基二乙基磷酸氢(HDEHP)的聚四氟乙烯粉沫(固定相)用 稀盐酸淋洗剂。在该技术(可称为“反相”法)中，轻稀土首先 被淋洗下来，而在其它方法中，重稀土首先被淋洗下来。 反相法出现尖的淋洗前峰但长的拖尾(图5)。它非常有效地 从144Nd中除去Sm的干扰，并且当前最普遍使用。然而，大量 的的Ce通常出现于Nd的收集部分，因此142Nd不能被精确测定。 类似地，轻稀土之间的分离对于Ce同位素分析不够好。
铷－锶同位素分离纯化图例
Ion chromatography
这种序列由元素在固相(树脂)上 分配系数的增高来加以定义，对 于后对于后面元素的释放要增加 淋洗剂的体积。
在收集的Sr部分中大量的Ca存在 将阻止Rb的烧除，87Rb是对87Sr的 直接同量异位体干扰，因此硝酸 是无效的。因为它并不将Sr从钙 中分离。
板块构造理论是产生于20世纪60年代，用于解释大陆 漂移现象具有革命性的现代地球科学理论。
大西洋 太平洋 印度洋
岩浆岩 What and How
变质岩
沉积岩
What and How
反射光下观察到的西澳 阴极发光下观察到的西澳大利亚 大利亚砾岩中的锆石及 砾岩中的锆石结构及不同测定方 不同部分得到的年龄。 法所测部位示意图与微区的稀土 元素组成。
ICP-MS检测限及质量分析范围
Major Components of Mass Spectrometer
Charged Particle in Magnet Field
Mass/Charge ratio (m/q) m B2 • r2 = q 2V
•
四极杆质谱 (Quadrupole Mass)
课程要求： 1. 完成三次课后作业(占总成绩的30%) 2.随机2-3次考勤(占总成绩的10%) 3.不少于5篇参考文献的结课报告(占总成绩30%) 4.课程研讨(占总成绩的30%)
啥是同位素
第一章 核衰变与分析技术
在同位素地质学领域，中 子、质子和电子可认为是 原子的基本组成部分。一 个给定类型的原子(称为核 素)成分由核中特定的质子 数(原子序数，Z)和中子数 (N)来描述。它们的总数就 是质量数(A)。对所有核素 通过在质子数Z对中子数N 间众所周知存在关系图(至 少瞬间存在)，就可获得核 素图（图1）。 图1
母子体怎么测出来
§1.3 分析技术 为了使用放射成因同位素作为定年工具与示踪剂，必须使用 先进、精确的仪器将不同质量的核素分离开，这种仪器就是现代 广泛使用的质谱计。在这种仪器中，使用扇形磁铁，使真空下离 子化的核素先通过高电压加速，然后在磁场中分离不同质荷比的 核素。
m 2V r e H2
Hf =+200
>42亿年的锆石Hf其正的 (亏 损源-软流圈地幔)、负的(富 集库-地壳)如果一直能保持 着，演化到现今的正值库应 为+200、负值库应为-100， 但现今亏损地幔为～+17， 大陆地壳平均为-14)。
Hf =-100
最好的解释是：冥古宙期间地壳 以10倍于现今的速率再循环进入 到地幔中，当时的地幔更热、粘 滞度更低，存在更为强烈的搅动。
18 15 12 9 6
§1.1放射性衰变 低质量核素,Z/N等于1达到稳定;高质量核素,N/Z可达1.5保持稳 定. 能量谷:周围不稳定核素趋向于掉入其中，并放出粒子与能量。
87 37
Rb Sr Q
87 38
放射性衰变
α β…… 注意： 一般同位素衰变都 是由 个核素经 过不同衰变方式形
图5
2）用羟基异丁酸酸(HIBA)淋洗的阳离子交换树脂。这种方法要求 更多的工作准备淋洗剂，它的pH值必须仔细控制。对于Nd，该方 法不及1)普及，但对于Ce非常有效。它被推荐用于Lu-Hf法中的Lu 分离。 3）用甲醇-稀醋酸-稀硝酸淋洗剂的阴离子交换树脂。此方法现在最 少用，但如果要求分析142Nd，此法比1)好。 4）另一种方法就是使用高压液相色谱(HPLC)。 铪(Hf)的分离因为它必须与非常类似的元素Zr分开而变得困难。 由于不溶氟化物沉淀的危险，该程序大部分是在HF介质中进行。然 而，如果氟化物在溶解后再加入浓HNO3可被适当地转移，有可能 用HCl淋洗正常的阳离子柱进行Hf的分离。 （三）Pb 来自锆石的Pb和U通常在阴离子交换柱上用盐酸淋取分离。然而该 法在全岩样品中不能从大量Fe中分离出Pb，它因此引起质谱中Pb发 射不稳定。广泛采用的另一种方法是从最小化的阴离子柱上用稀的 氢溴酸淋洗下除Pb以外的所有其它元素。Pb在正好1M的HBr条
成成另
一
一个核素
What is isotope?
衰变
放射性同位素
放射性成因同 位素
87Sr 143Nd 206Pb 207Pb 208Pb 177Hf
母
87Rb 147Sm 238U
β α α α α
子
体
235U 232Th 176Lu
体
β
怎么定年
同位素地质年代学
放射性同位素 两类 问题
衰变
t
（二）Sm-Nd和Lu-Hf 在阳离子交换树脂上用稀盐酸 淋洗，稀土元素以一组状态被分离 出来，但是由于单个稀土元素的化 学性质如此相似，稀土内部的分离 必须采用更精细的技术。由于有几 个同量异位素(如144Sm对144Nd)的干 扰，这种分离是必须的。Ba由于它 抑制三价稀土离子的离子化，在 REE收集部分也必须保持在最低水 平。这可以在Sr收集部分之后，转 换成稀硝酸淋洗介质，于是，在稀 土之前，Ba被迅速地从柱上淋洗出 来。在大约50%的HNO3介质中， REE作为一组能最快地被淋洗下来 (图4)。 稀土元素间分离的几种方法如下：
共振离子
射频和直流电场同时作用下的振动滤质器
• 双聚焦扇形磁场质谱 ( Double-focused Magnetic-Sector Mass Spectrometer )