同位素地质年代学

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

目 录

1 适用范围 .............................................................................................. 2 2 取样方案的设计 .................................................................................. 2

2.1 对拟研究问题的分析及理论准备 ................................................................... 2 2.2 环境同位素方法选择 ....................................................................................... 3 2.3 采样点线的布置与时间安排 ........................................................................... 4

3 常用环境同位素分析水样采集 .....................

氧同位素古气候学

古海洋学 12.740 2004年 春季 讲义1

同位素古气候学

一．氧同位素古气候

学

1． 尤里（Urey）同位素热力学性质：动力学统计平衡和红外光谱分析

由于同位素原子所处的能量水平不同，一般在不同温度下可以对同位素进行平衡分馏。 被一根弹簧连接的两物体发生振动，振动频率决定于两物体的质量（以及弹簧的劲度系数）。同样的，物体旋转运动和平移运动的运动学特征也与物体质量相关。这一原理也是对同位素进行分馏的理论依据。 基态能量图解：

氧同位素古气候学

同位素原子之间基态能量的差异导致了动力学分异，质量小的原子的活化能也较小；能量水平的差异导致同位素原子在平衡分馏时的行为不同。一个简单（但可能是粗糙的）的道理：较重的原子会“选择”更为稳定的状态。举例来说，平静状态下水蒸气约比水轻0.9%。

转动-振动-平动：物体的三种运动方式。

方解石地温计公式：

公式（1）中，K（T）表示在温度为T时的平衡常数，ΔGO表示吉布斯自由能变化值（初态减末态），R是热力学常数，T是反应温度。

从理论上来说，平衡常数K可以由原子能级的热力学统计得到：

热力学统计：

首先假定所有这些具有系统全部的能量的各种不同状态，是等可能性的。

举例来说，如下图示，我们有5个粒子，以

同位素的应用

自二十世纪初，英国科学家索迪提出同位素的概念到现在已有一百年历史了。这些年来，随着科学技术水平的不断提高，科学工作者对同位素的研究和应用取得了令人瞩目的成就。到目前为止，在已发现的一百多种元素中，稳定同位素约有三百多种，而放射性同位素达到一千五百多种，同位素技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。有由于很少量的放射性物质很容易被检测出，所以，放射性同位素应用地更广泛一些。同位素的应用主要有以下几个方面：

医学上，利用放射性同位素原子示踪，对甲状腺、肝、肾、脑、心脏、胰脏等脏器进行扫描，来诊断肿瘤等疾病。例如：人体内的甲状腺将人体吸收的碘绝大部分集中起来制成甲状腺素，以调节人体中的脂肪、蛋白质和碳水化合物的新陈代谢，正常的甲状腺吸收的碘量是一定的，如果甲状腺功能强，吸收碘的能力就强，如果甲状腺功能弱，吸收碘的能力就弱。所以，口服 Na131I ，一定时间后，观察131I 聚集情况，根据131I 吸收的快慢和多少，与正常值比较便可判断它的功能状态。此外用131I — 马尿酸可测定肾功能，用51Cr 可以测定脾功能，用60Co 可以改善癌症的治疗（即放射疗法）等。

在工业上，利用放射性同位素可以测井探矿、无损探伤、检查管道

第四章 同位素水文地球化学

环境同位素水文地球化学是一门具有良好的前景、发展迅速的新兴学科，也是水文地球化学的一个重要分支。目前，地下水资源可持续利用中的重要问题是地下水补给的更新能力及地下水污染程度的评价。用环境同位素技术研究地下水补给和可更新性，追踪地下水的污染是当前国内外较为新颖的方法之一。目前世界上许多国家已将同位素方法列为地下水资源调查中的常规方法。近年来，国内外环境同位素的研究从理论到实践都有较快的发展。除了应用氢氧稳定同位素确定地下水的起源与形成条件，应用氚、14C测定地下水年龄，追踪地下水运动，确定含水层参数等常规方法外；在应用3H-3He、CFCs示踪干旱、半干旱地区浅层地下水的补给，应用14C、

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Cl确定深层地下水的年龄，追溯地下水的入渗史，应用34S研究地下水中硫酸盐的来源，分析

地下水的迁移过程，应用11B/10B研究卤水成因等方面都有重要进展。

4.1 同位素基本理论

4.1.1 地下水中的同位素及分类

我们知道，原子是由原子核与其周围的电子组成的，通常用 A Z XN来表示某一原子。这里，X为原子符号，Z为原子核中的质子数目，N为原子核中的中子数目，A为原子核的质量数，它等于原子核中的质子数与中子数之

地质年代与地层系统

第一节地质年代的单位与系统

地质年代指各种地质作用发生的时代。

有两种表述地质年代的方法：

相对地质年代——表示地质事件发生的先后顺序。

绝对地质年代——表示地质事件发生至今的年龄。

一、相对地质年代单位的建立

1.化石是指保存在各地史时期中的生物遗体和遗迹。

2.相对地质年代单位：表明相对的新老关系，不具有年代的时间关系。

二、同位素地质年代表的建立

利用放射性同位素的衰变原理来测定地质年代的方法。用百万年（Ma)为单位

放射性铀(U238) ——铅(Pb206)

铷(Rb87)——锶(Sr87)

钾(K40)——氩(Ar40)

若矿物或岩石中含某一放射性元素，开始时有No个原子，由于衰变现在只剩下N个原子，产生新元素的原子数D＝No—N，如果测出矿物或岩石样品中己知放射性元素的N及其衰变产物——终极元素的D，则岩石形成的年龄(t)可按公式计算出来

三、地质时代系统

年代地层单位：是指在特定的时间间隔内形成的全部地层。

年代地层单位与地质年代单位对比表

宙：是最大的地质年代单位。

根据生物出现显著与否划分。

隐生宙和显生宙

太古宙、元古宙、显生宇。

代

是第二级地质年代单位，代的划分是根据全球生物界演化的重大变

1. 同位素地球化学：研究地壳和地球中核素的形成丰度及其在地质作用中分馏和衰变规律，并利用这些规律解决有关地质地球化学问题的学科。

2. 核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。

3. 同量异位数：质子数不同而质量数相同的一组核素。 4. 稳定同位素：目前技术条件下无可测放射性的元素。 5. 放射性同位素：能自发的放出粒子并衰变为另一种核素的同位素。

6. 重稳定同位素：质子数大于20的稳定同位素。 7. 亲稳定同位素：质子数小于20的稳定同位素。 8. 同位素效应：由同位素质量引起的物理和化学性质的差异。

9. 同位素分馏：在同一系统中某些元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或相态中的现象。

10. 同位素热力学分馏：系统稳定时，导致轻重同位素在各化合物或物相中的分配差异。 11. 同位素动力学分馏：不同的元素组成的分子具有不同的质量，由此而引起扩散速度、化学反应速度上的差异，由这种差异所产生的分馏效应称为同位素动力学分馏。 12. 纬度效应：温度效应，随纬度升高，大气降水中的

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δD，δO降低。

13. 大陆效应：海岸线效应，从海岸线到大陆内部，大

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气降水的δD，δO降低。

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14. 高度效应：岁地形增高，大气降水δD，δO

锆石的矿物成因特征分析

姓名：闫旺 学号：2701100222 班级：27011002

摘要：锆石(ZrSiO4)是自然界一种普通的副矿物，广泛地分布于各类沉积岩、变质岩和火成岩中。由于它常常含有为数众多的各种微量和痕量元素，并具有最佳的保存原始的化学和同位素比值等信息的能力，使它在许多地质学科的研究中得到极为广泛的重视，特别在同位素地质年代的研究中(鲍学昭1995 , 1996, 199 7, 1998 ,Gibson and Irland1995，Solar等1998，Bowrin and Schrnit1999)，在地球壳慢演化的研究中(Hanchatr等1993 Bowring，1995 , 1996 Hoskin等2000，V aller等1999),锆石是一个首选的研究对象。如在澳大利亚发现的最古老的锆石可追溯到44亿年以前的地球历史，这仅比形成地一月系统的大碰撞年轻了1亿年。锆石的U-Pb同位素和Hf同位素的研究表明，地壳一地慢的前期历史的区别在它们从这些岩桨池中的不同结晶作用反映出来。此外，锆石矿物的化学同位素组成更可以显示它们所来源的母岩特性从这么小的锆石矿物中得到这么多的信息，我们应该感到庆幸，如果没有锆石，我们这个行星的

2010年2月February,2011

文章编号:0258-7106(2011)01-0103-22

　矿　床　地　质

　MINERALDEPOSITS第30卷　第1期Vol.30　No.1

钼及钼同位素地球化学———同位素体系、测试技术

及在地质中的应用

徐林刚1,2,BerndLehmann1

(1克劳斯塔尔工业大学,克劳斯塔尔-采勒菲尔德　38678,德国;2中国地质科学院矿产资源研究所,北京　100037)

摘　要　多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用使过渡金属元素同位素地球化学的研究近年来获得蓬勃发展。利用元素双稀释剂法对钼同位素值进行校正,目前可以获得±0.1‰(2σ)的测试精度。自然界

-中钼同位素分馏δ98/95Mo可达～3‰,其分馏机制与环境的氧化-还原状态有关。在氧化环境下钼以MoO24的形式-与锰的氧化物和氢氧化物共存,并以富集轻钼同位素为特征。在还原环境下由于水体中H2S的存在使MoO2转换4-为MoOxS2比如黑色页岩)富集重钼同位4-x的形式,钼同位素在这一化学过程中分馏作用明显,静水还原环境沉积物(

素。由于具有对氧化-还原环境敏感的特性,钼同位素被认为是反演全球范围内古海洋及古大气氧化环境变化最有效的手段之

家们统称“加里东运动”(即加里东构造旋回)，而狭义的“加里东运动”则是指发生在志留纪末期，或志留纪与泥盆纪之交的褶皱运动、造山运动。其典型地区是英国北方苏格兰延至斯堪地纳维亚半岛西部的挪威。那里分布有褶皱山系和变质程度很高的岩石，对全球地质和生物演化影响很大。早古生代末古大西洋关闭，从而使北美板块与俄罗斯板块碰撞对接，形成“劳亚大陆”。中国西部柴达木板块与中朝板块拼合，古祁连海褶皱关闭。其他许多古海洋(如古鸟拉尔海洋、古北亚海洋、古太平洋、原特提斯洋等)都遭到加里东运动不同程度的影响，导致各大陆板块边缘的陆壳增生。陆地面积进一步扩大，古老地台更趋向于稳定。 褶皱运动褶皱运动褶皱运动褶皱运动 加里东运动其所形成的褶皱带称加里东褶皱带。1888年由休斯（E.Suess）创用，主要指欧洲西北部晚志留纪至泥盆纪形成北东向山地的褶皱运动。这一时期的地壳运动，使延伸于北爱尔兰、苏格兰和斯堪的纳维亚半岛的北东向格兰扁地槽、西伯利亚的萨彦岭地槽、中国东南部加里东地槽、澳大利亚的塔斯马尼亚地槽及北阿帕拉契亚地槽（古大西洋）形成褶皱山地。加里东运动的完成标志着早古生代的结束。 形成影响形成影响形成影响形成影响 加里东运动在寒武纪时最主要的