Rb-Sr同位素年代学含作业

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1、5.Rb－Sr同位素年代学5.1Rb和Sr的地球化学Rb是一个碱金属元素，其离子半径(1.48Å）与K+的离子半径（1.33Å）相近，所以Rb+能够在所有含K矿物中置换K+。Rb是一个分散元素，它不形成独立的矿物，但在一般含K矿物如云母、钾长石、某些粘土矿物和蒸发盐中都有一定量的Rb存在。Rb有27个同位素，其中两个是天然存在的同位素85Rb和87Rb，其现代同位素丰度分别为85Rb＝72.1654%87Rb＝27.8346%（Faure,1986），85Rb/87Rb比值在地球、月球和大部分陨石中为常数2.593(Catanzaroetal.,1969),这是因为太阳系星云同位

2、素均匀化的缘故。87Rb是放射性同位素，它通过发射一个-粒子而衰变为87Sr，即87Rb87Sr＋-＋＋Q，半衰期为4.88×1010年（Steiger&Jager,1977），λ＝1.42×10－11。Sr是一个碱土金属元素，其离子半径（1.13Å）稍大于Ca+的离子半径（0.99Å）。在许多矿物中Sr+可以置换Ca+，所以Sr也是一个分散元素，并出现在含Ca的矿物中，如斜长石、磷灰石和碳酸钙矿物。但Sr还可以以少数独立矿物（菱锶矿和天青石）出现，这两种矿物存在于某些热液矿床和碳酸盐岩石中。Sr有23个同位素，其中4个天然存在的稳定同位素及其平均相对丰度为：88Sr＝

3、82.53%87Sr＝7.04%86Sr＝9.87%84Sr＝0.56%（Faure,1986）。由于87Rb衰变形成87Sr，故Sr同位素丰度是变化的。因此，一含Rb矿物或岩石中Sr同位素相对丰度取决于该矿物或岩石的年龄及其Rb/Sr比值。岩浆分离结晶过程中，Sr趋向于浓集于斜长石中，而Rb留在液相中。结果，结晶过程中残余岩浆的Rb/Sr比逐渐增加，所以在一套分异的火成岩石中，Rb/Sr比随分异程度增强而增加。5.2矿物Rb－Sr定年基础矿物中，其中，87Sr为矿物中现今的87Sr的原子数总量，87Sri为矿物中87Sr的初始原子数值，衰变常数＝1.42×10-11a-1，t

4、为矿物形成以来所经历的时间。方程两边同除以86Sr(常数，因为是稳定同位素)得：该方程是Rb－Sr定年的基础。显然，只有当矿物保持对Rb、Sr而言的封闭系统，即矿物中87Rb、87Sr的变化只是衰变的结果，而与矿物以外的环境无关的条件下，该定年方程才有效。反之，若该条件不满足，矿物中Rb、Sr已发生过带入或丢失，则由该方程算出的t值便没有实际意义。要通过方程解出t而获得矿物的年龄，必须测定矿物的87Sr/86Sr比值和87Rb、86Sr含量、以及已知Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)i。87Sr/86Sr比值可通过将矿物用酸溶解并分离提纯出Sr盐在质谱仪上直接测定；87Rb

5、、86Sr含量通常用同位素稀释法测定（参见同位素稀释法）。Rb／Sr含量比值与87Rb／86Sr同位素原子数比值的关系：式中Ab87Rb、Ab86Sr分别为87Rb、86Sr的同位素丰度，WRb、WSr分别为Rb、Sr的原子量。值得注意的是，矿物的86Sr丰度和Sr原子量与87Sr丰度有关，由于不同矿物的Rb含量不同导致87Sr丰度不同，因此对每一个矿物，都要计算86Sr丰度和Sr原子量。计算得Sr的原子量为87.61679。下面的例子将说明该计算过程（Faure,1986）：设某样品的同位素组成为：87Sr/86Sr=0.708961,86Sr/88Sr=0.1194,84Sr

6、/88Sr=0.00675,同位素丰度和Sr原子量可按以下计算：测定了87Sr/86Sr比值、87Rb、86Sr含量，给定一个适当的矿物形成时所进入矿物中的锶的同位素初始比值(87Sr/86Sr)i，即可从前述方程求得t：只有当所给定的(87Sr/86Sr)i值准确、以及所测定矿物对于Rb、Sr保持封闭，由上式求得的t值才代表矿物形成以来所经历的时间（即年龄）。对于富Rb因而87Sr/86Sr比值高的矿物如锂云母，年龄（t）对所选(87Sr/86Sr)i值的大小不敏感，换言之，选择不同的(87Sr/86Sr)i值所引起的年龄误差不大。由于这种方法测定年龄时，必须假定而不是测定(8

7、7Sr/86Sr)i值，因此又称模式年龄。对黑云母、白云母和钾长石等Rb/Sr比值不太高的矿物，由于(87Sr/86Sr)i值选择的偏差，常常产生不一致的模式年龄。这一问题用等时线法即可克服。5.3火成岩Rb－Sr等时线定年岩浆结晶分异可形成一套化学成分变化的岩浆岩，(a)如果整个岩浆的Sr同位素是均一的，即从岩浆中形成的所有矿物或岩石具有相同锶同位素初始比值(87Sr/86Sr)i，(b)若岩浆结晶过程时间相对于结晶后至今的时间而言较短，即所有矿物或岩石具基本相同年龄，(c)结