同位素地質(zhì)年代學(xué)-Ru-Sr法

1、 Rb的特性的特性 1. 堿金屬（堿金屬（Alkali metal）；）； 2. Rb+的離子半徑的離子半徑(1.48)； K+的離子半徑的離子半徑(1.33)，在含，在含K的礦物中，的礦物中，Rb+能替能替 代代K+； 3.主要礦物：云母類主要礦物：云母類(Micas )，鉀長石，鉀長石(K-feldspar )（正（正 長石和微斜長石），粘土礦物長石和微斜長石），粘土礦物(clay minerals )，蒸，蒸 發(fā)鹽發(fā)鹽(evaporite minerals )（鉀鹽和光鹵石）（鉀鹽和光鹵石） 1 1、RbRb、Sr Sr地球化學(xué)性質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì) Sr的特性的特性 1. 堿土金屬（堿土金屬

2、（Alkaline earths metal）；）； 2. Sr2+的離子半徑的離子半徑(1.13)； Ca+的離子半徑的離子半徑(0.99)，在含，在含Ca的礦物中，的礦物中， Sr2+能替代能替代Ca+； 例如：斜長石例如：斜長石(Plagioclase),磷灰石磷灰石(apatite),碳酸鈣碳酸鈣(calcium carbonate), 文石文石(aragonite) Sr2+可以替代可以替代K+ ，但伴隨著，但伴隨著Al3+替代替代Si4+ ； 菱鍶礦菱鍶礦Strontianite (SrCO3),天青石天青石 celestite (SrSO4) 1 1、RbRb、Sr Sr地球化學(xué)

3、性質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì) 3.13.1 Rb衰變衰變 銣，第一主簇堿金屬之一，有兩個(gè)天然產(chǎn)出和同位素銣，第一主簇堿金屬之一，有兩個(gè)天然產(chǎn)出和同位素85Rb和和 87Rb，其豐度分別為 ，其豐度分別為72.17%和和27.83%。這些數(shù)據(jù)所得到原子豐度。這些數(shù)據(jù)所得到原子豐度 比為比為85Rb/87Rb=2.593。該比值在地球、月球及大多數(shù)隕石中由于。該比值在地球、月球及大多數(shù)隕石中由于 太陽星云的均一化作用是恒定的。太陽星云的均一化作用是恒定的。87Rb具放射性，通過放出具放射性，通過放出 粒子粒子 和反中微子衰變成穩(wěn)定的和反中微子衰變成穩(wěn)定的87Sr。衰變能作為動(dòng)能由這兩個(gè)粒子分享。衰變能作為動(dòng)能

4、由這兩個(gè)粒子分享。 QSrRb 87 38 87 37 地質(zhì)年齡計(jì)算中使用的衰變常數(shù)值地質(zhì)年齡計(jì)算中使用的衰變常數(shù)值1.421.421010-11 -11a a-1-1值為國際公認(rèn)值 值為國際公認(rèn)值 (Steiger(Steiger和和Jager,1977)Jager,1977)，但也可能還得修改。例如，球粒隕石非，但也可能還得修改。例如，球粒隕石非 常精確的常精確的U-PbU-Pb和和Rb-SrRb-Sr等時(shí)線如將等時(shí)線如將87 87Rb Rb的衰變常數(shù)減少到的衰變常數(shù)減少到 1.4021.4020.008.0081010-11 -11a a-1-1, ,等同于半衰期為 等同于半衰期為49.

5、449.40.3Ga,.3Ga,兩者才能相兩者才能相 吻合。吻合。 3.23.2巖漿巖定年巖漿巖定年 巖石或礦物中從巖石或礦物中從t t年前形成以來由年前形成以來由87 87Rb Rb衰變產(chǎn)生的衰變產(chǎn)生的87 87Sr Sr子體子體 原子的數(shù)目通過代入一般衰變方程得到：原子的數(shù)目通過代入一般衰變方程得到： ) 1( 878787 t I eRbSrSr 這里這里87 87Sr SrI I是開始時(shí)存在的是開始時(shí)存在的87 87Sr Sr原子數(shù)。然而，要精確測定一給定原子數(shù)。然而，要精確測定一給定 核素的絕對(duì)值是困難的。因此，更為方便地是將該數(shù)轉(zhuǎn)化為都由核素的絕對(duì)值是困難的。因此，更為方便地是將該

6、數(shù)轉(zhuǎn)化為都由 8686Sr( Sr() )相除的同位相除的同位 素比值。因此，可以得到：素比值。因此，可以得到： 1 86 87 86 87 86 87 t IP e Sr Rb Sr Sr Sr Sr 現(xiàn)今的現(xiàn)今的Sr同位素比值同位素比值(P)由質(zhì)譜計(jì)測定，由質(zhì)譜計(jì)測定，87Rb/86Sr原子比從原子比從Rb/Sr 重量比計(jì)算得到。如果初始比重量比計(jì)算得到。如果初始比(87Sr/86Sr)I已知或能估計(jì)出，在遵已知或能估計(jì)出，在遵 守從時(shí)間守從時(shí)間t到現(xiàn)在以來系統(tǒng)對(duì)到現(xiàn)在以來系統(tǒng)對(duì)Rb和和Sr的活動(dòng)性一直保持封閉的假的活動(dòng)性一直保持封閉的假 設(shè)條件下，那么設(shè)條件下，那么t就可測定出來。就可測

7、定出來。 IP Sr Sr Sr Sr Rb Sr t 86 87 86 87 87 86 1ln 1 二、二、等時(shí)線圖等時(shí)線圖 考察方程考察方程 ) 1 86 87 86 87 86 87 t IP e Sr Rb Sr Sr Sr Sr 表明它等同于一條直線方程：表明它等同于一條直線方程： xmcy 這就導(dǎo)出了這就導(dǎo)出了Nicolaysen(1961)由投點(diǎn)由投點(diǎn)87Sr/86Sr(y)對(duì)對(duì)87Rb/86Sr(x) 開發(fā)出處理開發(fā)出處理Rb-Sr數(shù)據(jù)的一種新方法。截距數(shù)據(jù)的一種新方法。截距(c)就是系統(tǒng)的初始就是系統(tǒng)的初始 87Sr/86Sr比值。在該圖上，具有相同年齡和初始 比值。在該圖

8、上，具有相同年齡和初始87Sr/86Sr比值的比值的 一套同巖漿礦物形成一條稱之為一套同巖漿礦物形成一條稱之為“等時(shí)線等時(shí)線”的直線。該線斜率，的直線。該線斜率， m(=e t-1)，就可得到這些礦物的年齡。如果其中一個(gè)礦物非常 ，就可得到這些礦物的年齡。如果其中一個(gè)礦物非常 貧貧Rb，那么由該礦物可直接得到初始比值。否則，初始比值由，那么由該礦物可直接得到初始比值。否則，初始比值由 可用數(shù)據(jù)點(diǎn)的最佳擬合線外推到可用數(shù)據(jù)點(diǎn)的最佳擬合線外推到y(tǒng)軸得到軸得到(圖圖1)。因?yàn)?。因?yàn)?7 87Rb Rb是這是這 樣小，地質(zhì)上年輕的巖石，其斜率可以非常精確地由樣小，地質(zhì)上年輕的巖石，其斜率可以非常精確地

9、由t近似。近似。 此近似對(duì)較短半衰期的核素，如此近似對(duì)較短半衰期的核素，如K和和U，是不適用的。，是不適用的。 圖1 0 1 (1) L C CDFF 0 1 (1) A l SAA C CDFF 0 1 (1) B l SBB C CDFF 0 0 (1) (1) B l SBB l ASAA C CDFF CCDFF 0 0 B l SB l ASA C C CC （176Hf/177Hf）A（176Hf/177Hf）S0 0 0 B l SB l ASA C C CC （176Hf/177Hf）A（176Hf/177Hf）S0 87 86 Sr Sr 143 144 Nd Nd 176

10、177 Hf Hf 0 0 (1) (1) B l SBB l ASAA C CDFF CCDFF ：同時(shí)形成，同一源區(qū)，形成后體系封閉 在等時(shí)線圖中一套假設(shè)礦物的同位素演化如圖在等時(shí)線圖中一套假設(shè)礦物的同位素演化如圖2所示。巖石所示。巖石 結(jié)晶時(shí)，所有三個(gè)礦物有相同的結(jié)晶時(shí)，所有三個(gè)礦物有相同的87Sr/86Sr比值，如水平線上的比值，如水平線上的 投點(diǎn)所示。每個(gè)礦物投點(diǎn)所示。每個(gè)礦物(對(duì)礦物在淺部、快速冷卻侵入在相同瞬間對(duì)礦物在淺部、快速冷卻侵入在相同瞬間 有效地有效地)變成封閉系統(tǒng)之后，同位素演化便開始。在該圖上兩軸變成封閉系統(tǒng)之后，同位素演化便開始。在該圖上兩軸 具相同坐標(biāo)刻度，因?yàn)槊?/p>

11、個(gè)點(diǎn)具相同坐標(biāo)刻度，因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)87Rb衰變?cè)黾铀プ冊(cè)黾?7Sr/86Sr并以相同量并以相同量 減少減少87Rb/86Sr比值，點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)直線斜率為比值，點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)直線斜率為-1。每個(gè)礦物的同。每個(gè)礦物的同 位素組成因其斜率隨著時(shí)間增加而保持在等時(shí)線上。實(shí)際上，位素組成因其斜率隨著時(shí)間增加而保持在等時(shí)線上。實(shí)際上， 為了以合適的格式來顯示地質(zhì)年齡的巖石，為了以合適的格式來顯示地質(zhì)年齡的巖石，y軸通常要夸大得多，軸通常要夸大得多， 其增長線接近垂直。其增長線接近垂直。 圖2 作為單礦物的另一件方法，作為單礦物的另一件方法，Rb-Sr法的另一個(gè)發(fā)展就是同成法的另一個(gè)發(fā)展就是同成 因全巖樣品套的分析。

12、為了有效，全巖樣品套在實(shí)際礦物含量上因全巖樣品套的分析。為了有效，全巖樣品套在實(shí)際礦物含量上 必須具有變化，如樣品顯示必須具有變化，如樣品顯示Rb/Sr比值有一定變化范圍，而不致比值有一定變化范圍，而不致 于在初始于在初始Sr同位素比值上有任何變化。實(shí)際中，完全的初始比值同位素比值上有任何變化。實(shí)際中，完全的初始比值 均一化可能沒有達(dá)到，尤其在具有混合巖漿源的巖石中。然而，均一化可能沒有達(dá)到，尤其在具有混合巖漿源的巖石中。然而， 如果如果Rb/Sr比值的充分散布開，任何初始比值的變化就可以被清比值的充分散布開，任何初始比值的變化就可以被清 除，因此就可得到精確的年齡。在除，因此就可得到精確的年

13、齡。在Sm-Nd等時(shí)線中，初始比值的等時(shí)線中，初始比值的 不均一性是較大的問題，因此我們將在后面討論。不均一性是較大的問題，因此我們將在后面討論。 三、三、噴發(fā)等時(shí)線噴發(fā)等時(shí)線 如果熔融產(chǎn)生于平衡條件下，原始基性巖漿應(yīng)繼承其地幔源的同如果熔融產(chǎn)生于平衡條件下，原始基性巖漿應(yīng)繼承其地幔源的同 位素成分。立本位素成分。立本(Tatsumoto)(1966)(Tatsumoto)(1966)首先提出，依據(jù)首先提出，依據(jù)U-PbU-Pb數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)， 原始基性巖漿也應(yīng)繼承其地幔源的母體原始基性巖漿也應(yīng)繼承其地幔源的母體/ /子體比。如果采集不同子體比。如果采集不同 源區(qū)元素和同位素組成的不同巖漿批次的樣

14、品，那么有可能導(dǎo)出源區(qū)元素和同位素組成的不同巖漿批次的樣品，那么有可能導(dǎo)出 “等時(shí)線套等時(shí)線套”噴發(fā)。從其斜率可得到這些源區(qū)被孤立的時(shí)間。噴發(fā)。從其斜率可得到這些源區(qū)被孤立的時(shí)間。 SunSun和和Hansen(1975)Hansen(1975)在堿性洋島玄武巖中的在堿性洋島玄武巖中的Rb-SrRb-Sr系統(tǒng)對(duì)該概念系統(tǒng)對(duì)該概念 進(jìn)行了檢驗(yàn)。進(jìn)行了檢驗(yàn)。 1414個(gè)不同洋島玄武巖的平均成分位于一條等時(shí)線圖上個(gè)不同洋島玄武巖的平均成分位于一條等時(shí)線圖上( (圖圖3)3)。 數(shù)據(jù)相當(dāng)離散，但形成一條斜率年齡為大約數(shù)據(jù)相當(dāng)離散，但形成一條斜率年齡為大約2Ga2Ga的正相關(guān)線。單個(gè)的正相關(guān)線。單個(gè) 的

15、洋島也可形成一條正斜率的排列，但通常更離散。的洋島也可形成一條正斜率的排列，但通常更離散。SunSun和和HansenHansen 將這種正相關(guān)歸結(jié)為對(duì)地幔不均一性的將這種正相關(guān)歸結(jié)為對(duì)地幔不均一性的Rb/SrRb/Sr比值與同位素組成間比值與同位素組成間 的正相關(guān)。認(rèn)為表面年齡代表自那時(shí)地幔域與對(duì)流地幔相隔離的時(shí)的正相關(guān)。認(rèn)為表面年齡代表自那時(shí)地幔域與對(duì)流地幔相隔離的時(shí) 間。間。BrooksBrooks等等(1976a)(1976a)將其稱為將其稱為“地幔等時(shí)線地幔等時(shí)線”。 圖3 基于一個(gè)假設(shè)：基于一個(gè)假設(shè)： 所有的洋島玄武巖均來自同一源區(qū)，同時(shí)形成，所有的洋島玄武巖均來自同一源區(qū)，同時(shí)形

16、成， 因此具有相同的初始同位素比值因此具有相同的初始同位素比值 地幔等時(shí)線的概念由地幔等時(shí)線的概念由BrooksBrooks等等(1976b)(1976b)擴(kuò)展到大陸火成巖。因?yàn)檫@擴(kuò)展到大陸火成巖。因?yàn)檫@ 些火成巖常是古老的些火成巖常是古老的( (不象大多數(shù)海島玄武巖不象大多數(shù)海島玄武巖) )，在對(duì)，在對(duì)Rb/SrRb/Sr比值作比值作 圖前有必要將測得的圖前有必要將測得的87 87Sr/ Sr/86 86Sr Sr比值校正到巖漿作用時(shí)它們的初始比值校正到巖漿作用時(shí)它們的初始 比值比值( (圖圖4)4)。 1160M a mm( R b)/ ( Sr) 8786 00.050.100.150.

17、20 0.705 0.710 0.715 0.720 ( Sr)/ ( Sr)mm 8786 I 因此，因此，BrooksBrooks等將這種等將這種 圖稱為圖稱為“”圖。圖。 他們列出了從大陸火山他們列出了從大陸火山 和深成巖套中其數(shù)據(jù)點(diǎn)和深成巖套中其數(shù)據(jù)點(diǎn) 具有粗略線性排列的具有粗略線性排列的3030 個(gè)例子。該工作引起爭個(gè)例子。該工作引起爭 議的是議的是BrooksBrooks等否認(rèn)等否認(rèn) 而而 認(rèn)為他們測定了在大陸認(rèn)為他們測定了在大陸 巖石圈中建立了不同巖石圈中建立了不同 RbRb/ /SrSr比值地幔域的地比值地幔域的地 幔分異事件的年齡。幔分異事件的年齡。 圖4 地幔等時(shí)線模式的地

18、幔等時(shí)線模式的 然而，一般認(rèn)然而，一般認(rèn) 為這種假設(shè)并沒有充分的可靠性來保證這些年齡就是噴發(fā)為這種假設(shè)并沒有充分的可靠性來保證這些年齡就是噴發(fā) 等時(shí)線。例如，蘇格蘭東北的等時(shí)線。例如，蘇格蘭東北的HaddoHaddo House House 蘇長巖蘇長巖( (圖圖3.5)3.5) 已知包含泥質(zhì)捕虜體，因此這種排列必定表明了地殼同化已知包含泥質(zhì)捕虜體，因此這種排列必定表明了地殼同化 作用。另一個(gè)假等時(shí)線的例子是蘇格蘭西北的下第三紀(jì)熔作用。另一個(gè)假等時(shí)線的例子是蘇格蘭西北的下第三紀(jì)熔 巖巖( (BeckinsaleBeckinsale等，等，1978)1978)可歸結(jié)為熔漿中斜長石分餾導(dǎo)致可歸結(jié)為

19、熔漿中斜長石分餾導(dǎo)致 SrSr虧損，隨后被地殼污染虧損，隨后被地殼污染( (圖圖5)5)。地幔等時(shí)線模式的破壞。地幔等時(shí)線模式的破壞 也可由地幔源低程度的熔融引起超不相容元素也可由地幔源低程度的熔融引起超不相容元素RbRb與中等不與中等不 相容元素相容元素SrSr之間的分餾。之間的分餾。 圖5 四、四、隕石年代學(xué)隕石年代學(xué) 隕石一直是大量隕石一直是大量Rb-SrRb-Sr定年研究的主題，但是定年研究的主題，但是 。測定的意義是測定的意義是 。 第一個(gè)精確的隕石初始比值是對(duì)第一個(gè)精確的隕石初始比值是對(duì)測定得到的。測定得到的。 這些比值這些比值不同于球粒隕石所表現(xiàn)出的從太陽星云增長后的分餾證據(jù)不同

20、于球粒隕石所表現(xiàn)出的從太陽星云增長后的分餾證據(jù)。 然而，它們可能沒有參與產(chǎn)生鐵隕石的行星全部分餾過程。它們低然而，它們可能沒有參與產(chǎn)生鐵隕石的行星全部分餾過程。它們低 的的RbRb/ /SrSr比值是由于自分異后僅僅產(chǎn)生有限的放射成因比值是由于自分異后僅僅產(chǎn)生有限的放射成因SrSr的結(jié)果，的結(jié)果， 因此有可能測定出精確的初始比值。因此有可能測定出精確的初始比值。 ，得到分析誤差之，得到分析誤差之 上無任何過度離散的等時(shí)線上無任何過度離散的等時(shí)線( (圖圖6)6)。使用老衰變常數(shù)。使用老衰變常數(shù)(=1.39(=1.391010- - 1111a a-1-1) )計(jì)算出的 計(jì)算出的 。該值代表著其

21、它隕。該值代表著其它隕 石初始比值可以對(duì)比的基準(zhǔn)。石初始比值可以對(duì)比的基準(zhǔn)。BirckBirck和和AllegreAllegre(1978)(1978)加入從加入從 Juvinas和和 Ibitira分離的單礦物重復(fù)了此分析，得到一致的初始比值，但年分離的單礦物重復(fù)了此分析，得到一致的初始比值，但年 齡得到改進(jìn)，為齡得到改進(jìn)，為4.574.570.13Ga(0.13Ga(相同衰變常數(shù)相同衰變常數(shù)) )。然而，由于后期。然而，由于后期 擾動(dòng)對(duì)其它無球粒隕石不可能得到擾動(dòng)對(duì)其它無球粒隕石不可能得到Rb-SrRb-Sr礦物等時(shí)線。礦物等時(shí)線。 圖6 3.33.3變質(zhì)巖定年變質(zhì)巖定年 一、開放礦物系統(tǒng)

22、一、開放礦物系統(tǒng) 礦物和全巖礦物和全巖Rb-Sr系統(tǒng)對(duì)變質(zhì)事件的響應(yīng)可能是不同的。系統(tǒng)對(duì)變質(zhì)事件的響應(yīng)可能是不同的。 。 。 使用全巖分析來檢查擾動(dòng)礦物系統(tǒng)的變質(zhì)事件的想法最初由使用全巖分析來檢查擾動(dòng)礦物系統(tǒng)的變質(zhì)事件的想法最初由 Compston和和Jeffery(1959)構(gòu)思。該模式由構(gòu)思。該模式由Fairbairn等等(1961)在同在同 位素比值對(duì)時(shí)間的圖位素比值對(duì)時(shí)間的圖(圖圖7)上進(jìn)行了圖示說明。巖石在時(shí)間上進(jìn)行了圖示說明。巖石在時(shí)間t0形成形成 后，不同的礦物沿著不同的增長線運(yùn)動(dòng)，直到它們?cè)跁r(shí)間后，不同的礦物沿著不同的增長線運(yùn)動(dòng)，直到它們?cè)跁r(shí)間tM時(shí)由時(shí)由 熱事件被均一化。隨后

23、同位素演化再一次繼續(xù)沿不同的增長線到熱事件被均一化。隨后同位素演化再一次繼續(xù)沿不同的增長線到 現(xiàn)在現(xiàn)在(tP)。該模式中單個(gè)礦物在變質(zhì)作用中屬開放系統(tǒng)。因此，。該模式中單個(gè)礦物在變質(zhì)作用中屬開放系統(tǒng)。因此， 當(dāng)每個(gè)礦物再次成為封閉系統(tǒng)時(shí)，礦物等時(shí)線得到從熱事件開始當(dāng)每個(gè)礦物再次成為封閉系統(tǒng)時(shí)，礦物等時(shí)線得到從熱事件開始 的冷卻年齡。然而，一定最小范圍的全巖在熱事件中有效保持封的冷卻年齡。然而，一定最小范圍的全巖在熱事件中有效保持封 閉，并可用來測定該巖石的初始結(jié)晶年齡。閉，并可用來測定該巖石的初始結(jié)晶年齡。 無銣相 全巖 無銣相 鉀長石 黑云母 黑云母 鉀長石 全巖 無銣相 t0t ptM 時(shí)

24、間 不一致礦物 年齡 mm( Sr)/ ( Sr) 8786 圖7 變質(zhì)作用對(duì)礦物和全巖系統(tǒng)的影響也能在等時(shí)線圖上加變質(zhì)作用對(duì)礦物和全巖系統(tǒng)的影響也能在等時(shí)線圖上加 以說明以說明(圖圖8，Lanphere等，等，1964)。全系統(tǒng)起始于水平。全系統(tǒng)起始于水平 線。隨后同位素演化沿近垂直的平行路徑線。隨后同位素演化沿近垂直的平行路徑(由于由于y軸坐標(biāo)軸坐標(biāo) 的極端放大的極端放大)。在熱事件作用過程中，同位素比值均一。在熱事件作用過程中，同位素比值均一 至全巖值。如果這僅涉及至全巖值。如果這僅涉及87Sr，那么將會(huì)產(chǎn)生垂直方向，那么將會(huì)產(chǎn)生垂直方向 變化。然而，圖變化。然而，圖8所示的復(fù)雜性可能還

25、涉及到有限的所示的復(fù)雜性可能還涉及到有限的Rb 再活化。富再活化。富Rb礦物趨向于遭受一些礦物趨向于遭受一些Rb丟失，而貧丟失，而貧Rb礦礦 物可能由富物可能由富Rb蝕變產(chǎn)物的增長被污染，導(dǎo)致一定程度蝕變產(chǎn)物的增長被污染，導(dǎo)致一定程度 不可預(yù)測的變化方向不可預(yù)測的變化方向(R)。熱事件之后，全巖演化繼續(xù)。熱事件之后，全巖演化繼續(xù) 其固有方向，而礦物系統(tǒng)則構(gòu)成一條等時(shí)線，其斜率得其固有方向，而礦物系統(tǒng)則構(gòu)成一條等時(shí)線，其斜率得 出變質(zhì)作用年齡。出變質(zhì)作用年齡。 1234560 0. 70 0. 71 0. 72 0. 73 0. 74 變質(zhì)重均一化 初始比值 斜長石 全巖 鉀長石 R R mm(

26、 Sr)/ ( Sr) 8786 mm( Rb)/ ( Sr) 8786 圖8 對(duì)巴爾的摩片麻巖對(duì)巴爾的摩片麻巖(圖圖9)的研究提供了同一巖體的的研究提供了同一巖體的 全巖和礦物分析測定深成和變質(zhì)作用的實(shí)例。幾個(gè)礦全巖和礦物分析測定深成和變質(zhì)作用的實(shí)例。幾個(gè)礦 物等時(shí)線都得到大約物等時(shí)線都得到大約290Ma的年齡，被解釋為與的年齡，被解釋為與 Appalachian造造 山運(yùn)動(dòng)相伴的同位素均一化后的礦物系山運(yùn)動(dòng)相伴的同位素均一化后的礦物系 統(tǒng)封閉時(shí)間。對(duì)礦物等時(shí)線數(shù)據(jù)點(diǎn)的良好擬合是變質(zhì)統(tǒng)封閉時(shí)間。對(duì)礦物等時(shí)線數(shù)據(jù)點(diǎn)的良好擬合是變質(zhì) 事件中礦物尺度上達(dá)到完全同位素均一化的證據(jù)。相事件中礦物尺度上

27、達(dá)到完全同位素均一化的證據(jù)。相 反，全巖樣品給出的等時(shí)線其斜率對(duì)應(yīng)于反，全巖樣品給出的等時(shí)線其斜率對(duì)應(yīng)于1050Ma。這。這 被解釋為片麻巖的火成巖前身的結(jié)晶時(shí)間。然而，更被解釋為片麻巖的火成巖前身的結(jié)晶時(shí)間。然而，更 近的研究表明即使是全巖近的研究表明即使是全巖Rb-Sr系統(tǒng)在變質(zhì)作用過程中系統(tǒng)在變質(zhì)作用過程中 也可以是開放的。因此，巴爾的摩片麻巖也可以是開放的。因此，巴爾的摩片麻巖1050Ma的年的年 齡另一種解釋是代表高級(jí)變質(zhì)作用后齡另一種解釋是代表高級(jí)變質(zhì)作用后Rb-Sr全巖系統(tǒng)的全巖系統(tǒng)的 封閉年齡。更多實(shí)例的全巖開放系統(tǒng)將在下面加以討封閉年齡。更多實(shí)例的全巖開放系統(tǒng)將在下面加以討

28、論。論。 圖圖9由由Rb-Sr 全巖系統(tǒng)全巖系統(tǒng)() 和礦物和礦物() 定義的定義的 1038Ma的的 “深成深成”及及 285-292Ma 的變質(zhì)年齡的變質(zhì)年齡 的巴爾的摩的巴爾的摩 片麻巖的片麻巖的 Rb-Sr數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 二、二、封閉溫度封閉溫度 在區(qū)域變質(zhì)事件的熱脈沖中在區(qū)域變質(zhì)事件的熱脈沖中Rb-Sr礦物系統(tǒng)被打開后，必定礦物系統(tǒng)被打開后，必定 再次迎來礦物系統(tǒng)對(duì)元素活動(dòng)性再次封閉的時(shí)間。通過測定不再次迎來礦物系統(tǒng)對(duì)元素活動(dòng)性再次封閉的時(shí)間。通過測定不 同礦物系統(tǒng)的封閉溫度，同礦物系統(tǒng)的封閉溫度，Rb-Sr年齡給出關(guān)于變質(zhì)地體冷卻歷史年齡給出關(guān)于變質(zhì)地體冷卻歷史 的信息。這由的信息。這由

29、Jager等等(1967)和和Jager(1973)，在對(duì)歐洲中部阿爾，在對(duì)歐洲中部阿爾 卑斯的工作中首先揭示出來。卑斯的工作中首先揭示出來。 Jager等發(fā)現(xiàn)在圍繞中阿卑斯外部的低級(jí)變質(zhì)巖中，海西期等發(fā)現(xiàn)在圍繞中阿卑斯外部的低級(jí)變質(zhì)巖中，海西期 的的Rb-Sr年齡年齡(200Ma)在黑云母和白云母中都得以保持。向以黑在黑云母和白云母中都得以保持。向以黑 硬綠泥石出現(xiàn)為特征的較高變質(zhì)級(jí)硬綠泥石出現(xiàn)為特征的較高變質(zhì)級(jí)(Jager等認(rèn)為等同于等認(rèn)為等同于 30050的溫度的溫度)，僅測得，僅測得35-40Ma的黑云母的黑云母Rb-Sr年齡。年齡。Jager 等將這些較年輕的黑云母等將這些較年輕的黑

30、云母Rb-Sr系統(tǒng)在系統(tǒng)在Lepontine變質(zhì)作用的高變質(zhì)作用的高 峰呈開放狀態(tài)。他們認(rèn)為使黑云母在變質(zhì)作用峰期開放的峰呈開放狀態(tài)。他們認(rèn)為使黑云母在變質(zhì)作用峰期開放的300 的溫度，對(duì)應(yīng)于在更高峰溫度的溫度，對(duì)應(yīng)于在更高峰溫度(如在中部十字石等變質(zhì)級(jí)內(nèi)如在中部十字石等變質(zhì)級(jí)內(nèi) 500)后經(jīng)過了幾個(gè)百萬年后，時(shí)鐘重新啟動(dòng)。換句話說，后經(jīng)過了幾個(gè)百萬年后，時(shí)鐘重新啟動(dòng)。換句話說， Jager等的結(jié)論是黑云母等的結(jié)論是黑云母Rb-Sr系統(tǒng)的封閉溫度為系統(tǒng)的封閉溫度為30050。 封閉溫度也能根據(jù)體擴(kuò)散過程的溫度依賴關(guān)系的計(jì)封閉溫度也能根據(jù)體擴(kuò)散過程的溫度依賴關(guān)系的計(jì) 算加以測定。算加以測定。 在

31、快速冷卻在快速冷卻 的火成巖體中，結(jié)晶過程非常近似于此理想態(tài)。然而，的火成巖體中，結(jié)晶過程非常近似于此理想態(tài)。然而， 在緩冷的區(qū)域變質(zhì)體中從高溫的放射成因在緩冷的區(qū)域變質(zhì)體中從高溫的放射成因87 87Sr Sr由擴(kuò)散從由擴(kuò)散從 晶格中逃逸與由晶格中逃逸與由RbRb衰變產(chǎn)生的一樣快，到衰變產(chǎn)生的一樣快，到87 87Sr Sr的逃逸可的逃逸可 忽略不計(jì)的低溫條件的連續(xù)過渡忽略不計(jì)的低溫條件的連續(xù)過渡( (圖圖11)11)。在此系統(tǒng)中，。在此系統(tǒng)中， 黑云母這類礦物的表面年齡相應(yīng)于低溫黑云母這類礦物的表面年齡相應(yīng)于低溫87 87Sr Sr增長線的線增長線的線 性外推至性外推至x x軸。軸。礦物表面年

32、齡時(shí)的系統(tǒng)溫度定義為礦物礦物表面年齡時(shí)的系統(tǒng)溫度定義為礦物 的封閉溫度的封閉溫度。該封閉溫度依賴于冷卻速率，因?yàn)槔鋮s。該封閉溫度依賴于冷卻速率，因?yàn)槔鋮s 越緩慢，子體產(chǎn)物可能出現(xiàn)部分丟失的時(shí)間就越長，越緩慢，子體產(chǎn)物可能出現(xiàn)部分丟失的時(shí)間就越長， 表面年齡就越低表面年齡就越低( (圖圖11)11)。 圖圖11區(qū)域變質(zhì)事件區(qū)域變質(zhì)事件 礦物冷卻中溫度和礦物冷卻中溫度和 Sr同位素比值隨時(shí)同位素比值隨時(shí) 間變化示意圖間變化示意圖 T0=峰值變質(zhì)溫度； Tc=封閉溫度；tc=表 面封閉年齡。 如果一個(gè)礦物與能移去放射成因如果一個(gè)礦物與能移去放射成因SrSr的流體相接觸，的流體相接觸， 。以黑云母為。

33、以黑云母為 例，例，。 ，Dodson(1979)Dodson(1979)對(duì)對(duì)0.7mm0.7mm直徑的黑云母直徑的黑云母Rb-Rb- SrSr系統(tǒng)計(jì)算出的封閉溫度系統(tǒng)計(jì)算出的封閉溫度( (冷卻速率為冷卻速率為30/Ma)30/Ma)為為300300。這是。這是 依據(jù)黑云母中氬擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)研究得出來的，因?yàn)閮蓚€(gè)元素被認(rèn)依據(jù)黑云母中氬擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)研究得出來的，因?yàn)閮蓚€(gè)元素被認(rèn) 為在晶格中具類似的擴(kuò)散行為。為在晶格中具類似的擴(kuò)散行為。 與封閉溫度體擴(kuò)散控制有關(guān)的問題是在中阿爾卑斯山中大的與封閉溫度體擴(kuò)散控制有關(guān)的問題是在中阿爾卑斯山中大的 (30cm)(30cm)充填裂隙的黑云母具有相同的年齡，因此也

34、就有與相鄰充填裂隙的黑云母具有相同的年齡，因此也就有與相鄰 片麻巖中小的片麻巖中小的(1mm)(1.5m) 61323 (Rb-Sr) 56812 (U-Pb 全巖) 57214 (Rb-Sr 全巖) 435-415 (Rb-Sr1m) 5704 (Rb-Sr) 57420 (Rb-Sr) 565-490 (Rb-Sr) 60215 (Rb-Sr 大約 1.5m) 4609 (Rb-Sr1.5m) 7005 (Rb-Sr1.5m) 58025 (Rb-Sr1.5m) 7279 (Rb-Sr1.5m) 460-340 (Rb-Sr1m) 72827 (Rb-Sr) 500-360 (Rb-Sr1

35、.5m) 該解釋由最近對(duì)摩羅哥、中國、西伯利亞接近寒武紀(jì)底部的凝該解釋由最近對(duì)摩羅哥、中國、西伯利亞接近寒武紀(jì)底部的凝 灰?guī)r和斑脫巖的鋯石灰?guī)r和斑脫巖的鋯石U-Pb定年得到支持。它們證實(shí)了接近定年得到支持。它們證實(shí)了接近540Ma的的 年輕的邊界年齡年輕的邊界年齡(Compston 等，等，1990；Bowring等，等，1993)。 二、二、海綠石海綠石 海綠石類似于伊利石，是最易以海綠石類似于伊利石，是最易以 宏觀球狀體出現(xiàn)的云母類礦物宏觀球狀體出現(xiàn)的云母類礦物(被被Odin和和Dodson(1982)稱為稱為“海綠海綠 石石”)。這些可能是由與排泄物球體的有機(jī)質(zhì)相混合的、非常細(xì)的。這些可

36、能是由與排泄物球體的有機(jī)質(zhì)相混合的、非常細(xì)的 粘土礦物前身蝕變形成。在海洋環(huán)境中海綠石形成于近沉積物粘土礦物前身蝕變形成。在海洋環(huán)境中海綠石形成于近沉積物-水水 界面。界面。 (如如Harris，1976)。 早期研究者早期研究者(如如Hurley等，等，1960)將這歸結(jié)為將這歸結(jié)為 。然而，。然而，Morton和和Long(1980)將年輕將年輕 的年齡歸結(jié)的年齡歸結(jié)為由某種形式與循環(huán)鹵水的離子交換過程，使為由某種形式與循環(huán)鹵水的離子交換過程，使87Sr從從 粘土礦物晶格的可擴(kuò)張層中丟失粘土礦物晶格的可擴(kuò)張層中丟失。 Morton和和Long根據(jù)假定的沉積時(shí)的海水根據(jù)假定的沉積時(shí)的海水87

37、Sr/86Sr初始比值初始比值 計(jì)算了一系列的海綠石單礦物的模式年齡。他們證明一些情況計(jì)算了一系列的海綠石單礦物的模式年齡。他們證明一些情況 下，錯(cuò)誤的海綠石模式年齡能由醋酸銨的淋洗而增高至近地層下，錯(cuò)誤的海綠石模式年齡能由醋酸銨的淋洗而增高至近地層 年齡，這被認(rèn)為是從晶格可擴(kuò)張層中除去了過量松散結(jié)合的年齡，這被認(rèn)為是從晶格可擴(kuò)張層中除去了過量松散結(jié)合的Rb。 相比之下，用醋酸、鹽酸等淋洗，對(duì)海綠石的年齡具不可預(yù)測相比之下，用醋酸、鹽酸等淋洗，對(duì)海綠石的年齡具不可預(yù)測 的影響，可能是由于除去了一些緊密結(jié)合的的影響，可能是由于除去了一些緊密結(jié)合的Sr。 圖圖15 全新世全新世 （年齡）海（年齡）

38、海 綠石的綠石的Rb-Sr模模 式年齡與鉀含式年齡與鉀含 量的函數(shù)關(guān)系量的函數(shù)關(guān)系 （空心圓表示 粘土礦物部分） 3.43.4 海水演化海水演化 生物成因的碳酸鹽滿足沉積物測年工具所要求條件的其中兩個(gè)：生物成因的碳酸鹽滿足沉積物測年工具所要求條件的其中兩個(gè)： 它們相當(dāng)耐成巖蝕變及由于它們直接由有機(jī)體從海水分離出來，它們相當(dāng)耐成巖蝕變及由于它們直接由有機(jī)體從海水分離出來， 它們不含碎屑組分。遺憾的是，碳酸鹽極少的它們不含碎屑組分。遺憾的是，碳酸鹽極少的Rb含量排除了通常含量排除了通常 Rb-Sr測年方法的應(yīng)用。然而，海水測年方法的應(yīng)用。然而，海水Sr同位素演化路徑的校正使得同位素演化路徑的校正使

39、得 碳酸鹽的初始碳酸鹽的初始87Sr/86Sr同位素比值被間接用作測年工具。同位素比值被間接用作測年工具。 一、一、曲線測量曲線測量 對(duì)對(duì)。 該模式該模式 由由Gast(1955)作證明，他分析了不同時(shí)代的碳酸鹽以作為地質(zhì)時(shí)間作證明，他分析了不同時(shí)代的碳酸鹽以作為地質(zhì)時(shí)間 內(nèi)特征化海水演化的工具。他發(fā)現(xiàn)任何自然變化與那個(gè)時(shí)代相關(guān)內(nèi)特征化海水演化的工具。他發(fā)現(xiàn)任何自然變化與那個(gè)時(shí)代相關(guān) 的的87Sr/86Sr分析的分析誤差在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上分析的分析誤差在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上(約約0.004)，因此否決，因此否決 了了Wickman的模式。的模式。 海水鍶同位素隨時(shí)間變化的實(shí)際分辨所需要的更精確質(zhì)譜計(jì)海

40、水鍶同位素隨時(shí)間變化的實(shí)際分辨所需要的更精確質(zhì)譜計(jì) 等待了等待了15年。年。Peterman等等(1970)以一個(gè)數(shù)量級(jí)改進(jìn)到以一個(gè)數(shù)量級(jí)改進(jìn)到0.0005(2) 測定了大化石殼碳酸鹽的測定了大化石殼碳酸鹽的87Sr/86Sr組成。他們發(fā)現(xiàn)總的組成。他們發(fā)現(xiàn)總的0.0022(4 倍分析誤差倍分析誤差)同位素范圍，使用早期設(shè)備是不可能發(fā)現(xiàn)的。同位素范圍，使用早期設(shè)備是不可能發(fā)現(xiàn)的。 為了避免沉積后蝕變的影響，為了避免沉積后蝕變的影響，Peterman等剔除了任何重結(jié)晶等剔除了任何重結(jié)晶 的殼體物質(zhì)。他們認(rèn)為重結(jié)晶能辨認(rèn)出來?；|(zhì)與未結(jié)晶殼體間的殼體物質(zhì)。他們認(rèn)為重結(jié)晶能辨認(rèn)出來?；|(zhì)與未結(jié)晶殼體間 的的Sr交換的可能性由同一層位中不同殼體間的良好成分吻合證明交換的可能性由同一層位中不同殼體間的良好成分吻合證明 是不可能的。使用了軟體動(dòng)物的混合物是不可能的。使用了軟體動(dòng)物的混合物(箭石、雙殼