第三讲Sm-Nd法概述.ppt

第三讲 Sm-Nd同位素体系 内容提要 REE及Sm-Nd元素地球化学特征 Sm-Nd同位素定年原理 ?Nd与Nd同位素模式年龄 Nd同位素地球化学示踪研究原理 地壳生长模型 其它研究范例 3.1 稀土元素地球化学Geochemistry of Rare Earth Elements 质量数由57La至71Lu的14个元素； 随原子量增加，REE的离子半径由1.15埃( Angstroms,10-8厘米)逐渐减小至0.93埃； Nd属LREE，而Sm属MREE(REE三分法)； 主要分布于硅酸岩、磷酸岩和碳酸岩中； 常在副矿物中形成富集，如锆石zircon、磷灰石apatite、褐帘石allanite、独居石monazite等。 REE离子半径与质量数的关系图 Rare Earth Elements LREE趋向于在长石 feldspars、黑云母biotite中富集； HREE则趋向于在角闪石amphibole、辉石pyroxene和石榴石garnet中富集； 太阳系的 Sm/Nd比值为 0.31； 不同性质地质样品的Sm/Nd比值变化范围较小，为 0.1-0.5，其原因来自REE间相似的离子半径和相同的离子电价(3+)。 地球物质的Sm/Nd比值Sm/Nd ratios for terrestrial materials: Garnet 0.539 MORB 0.32 Seawater 0.211 Shale 0.209 Solar 0.31 Rare Earth Elements Nd和Sm均为不相容元素，通常在地壳地质作用过程中不发生分异； 在岩浆作用过程中，Sm和Nd在岩石中的含量随岩浆结晶分异程度的提高而增加； 由于离子半径(IR)相对较小，Sm较Nd的相容性程度要高； 由于Nd的IR大于Sm，故电离电位(charge/radius)低于Sm，导致其健结合力也低于Sm。 REE地球化学 因此，Nd相对Sm更趋于在熔体中富集，而Sm趋于保留在固相中； 居此原因，高Sm/Nd比值的岩石中，其143Nd在元素Nd中丰度较高，而在低Sm/Nd比值的岩石中143Nd相对较低。 注意：Sm在源区“亏损”的岩石(如MORB)中发生相对富集，这一特征与Rb-Sr同位素体系相反! 3.2 Sm-Nd同位素特征 Sm有7个同位素，其中147Sm、148Sm和149Sm具有放射性，但因后两者半衰期太长(~1016yr)，在现有技术条件下无法准确测量出其子体同位素的变化量，故目前不能成为定年方法； Nd也有7 个同位素，均为稳定同位素。其中143Nd为147Sm经?衰变形成的子体同位素。 Sm同位素组成 同位素 原子量(amu) 丰度(%) 144Sm 143.912009 3.16 147Sm 146.914907 15.07 148Sm 147.914832 11.27 149Sm 148.917193 13.84 150Sm 149.917285 7.47 152Sm 151.919741 26.63 154Sm 153.922218 22.53 Nd 同位素组成同位素 原子量(amu) 丰度(%) 142Nd 141.907731 27.09 143Nd 142.909823 12.14 144Nd 143.910096 23.83 145Md 144.912582 8.29 146Nd 145.913126 17.26 148Nd 147.916901 5.74 150Nd 149.9209001 5.63 Sm-Nd等时线方程 147Sm 143Nd 3.3 等时线定年 Sm-Nd同位素定年方法的双重特征 Sm、Nd同属REE，在自然界中Sm/Nd比值变化范围小，且其数值距等时线坐标的y轴(147Sm/144Nd)较远。因此，Sm-Nd同位素方法对分析技术提出了较高的要求(80年代后期才趋向成熟)； 由于REE地球化学性质相对稳定，在Rb-Sr或K－Ar等方法不适于测年应用时(如受角闪岩相、甚至麻粒岩相不同程度的变质作用影响)，往往选择S