地化总复习

除常量元素外，Harker图解中也可用微量元素(含量或比值)和同位素组成； 对于基性-超基性岩，可用MgO含量或Mg#代替SiO2，可更有效地反映岩浆的结晶分异和化学演化特征。

第五章

1. 何为“同位素”、“放射性同位素”、“放射成因同位素”？

同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素的总和，称为元素的同位素，它们在元素周期表上占据相同的位置。

放射性同位素：发生放射性衰变的同位素，也称母体同位素。

（放射性衰变：自然界中部分核素在能量上处于不稳定状态，自发地从某一元素的同位素衰变成为另一元素的同位素，并伴随各种粒子形式的能量释放的过程。） 放射成因同位素：放射衰变过程中和最终形成的稳定同位素，也称子体同位素。

2. 同位素发生放射性衰变的原因是什么？有几种衰变形式（请举例说明）？ 同量异位素衰变：?-衰变、 电子捕获衰变（ ?+衰变） 重粒子衰变（?衰变） 核裂变

① β-衰变

原子核中一个中子分裂成为一个质子和一个电子（ 即?-粒子或?-质点 ）， ?-质点被射出核外，同时放出中微子v的过程称为β-衰变。

反应通式为：AZX→AZ+1Y+β-+v+E，其中Z为核电荷数，A为质量数。

衰变结果：原子核内减少一个中子，增加一个质子，质量数不变，核电荷数增加1，原子序数增加1，元素变为周期表右侧的相邻元素。 如：8737Rb→8738Sr+β- 4019K→4020Ca+β- ② 电子捕获衰变（ ?+衰变）

原子核自发地从K或L层电子轨道上捕获一个电子（多数为K层捕获），与一个质子结合转变成一个中子，亦即一个质子转变为一个中子和一个正电子，正电子发射出来就是?+粒子；它是β-衰变的逆反应（并非可逆反应）。 反应通式为：AZX+e→AZ-1Y+E

衰变结果：原子核内减少一个质子，增加一个中子，质量数不变，核电荷数减少1，原子序数减少1，元素变为周期表左侧的相邻元素。如：4019K+e→4018Ar 。

以上8737Rb与8738Sr、4019K与4020Ca、 4019K与4018Ar等母、子体同位素为同量异位素，故?-衰变和电子捕获衰变又被统称为同量异位素衰变。 ③ 重粒子衰变（?衰变）

放射性母体同位素（重核，原子序数通常大于83（Bi））放射出?粒子而转变为另一个新的子体核素。?粒子由2个质子和2个中子组成，带正电荷＋2。实际为He原子核，即He2+，称四粒子组。 反应通式为：AZX+e→A-4Z-2Y+α

衰变结果：原子核内减少2个质子和2个中子,质量数减少4，核电荷数减少2，原子序数减少2,元素在元素周期表中向左移动2格。

如：23892U→23490Th+42He 22688Ra→22286Rn+42He（镭-氡） ④ 重核裂变

238235

重同位素自发地分裂为2-3片原子量大致相同的碎片。如：U、U和232Th

等重核都可能发生这种裂变。

3. 放射性同位素定年的原理和基本公式是什么？ 原理：

(1) 衰变作用是发生在原子核内部的反应，反应结果是由一种核素变成另一种核素；

(2) 多数衰变自发地不断进行，并有恒定的衰变比例； (3) 衰变反应不受温度、压力、电磁场和原子核存在形式等物理化学条件的影响； (4) 衰变前和衰变后核素的原子数只是时间的函数。 基本公式：

N?N0e??t

N0?Ne?t

上式表明母核原子数为N0的放射性同位素，经时间t后残存的母体原子数为N= N0e-λt，亦即任何放射性同位素随时间按指数规律衰减，这就是放射性衰变定律。

4. 何为 ?常数、半衰期、同位素等时线？

?常数：λ为衰变速率常数，表示单位时间内放射性核素的原子发生衰变的概率，它是每个放射性核素的特征值，称之为衰变常数，用实验方法测定获得，其量纲为时间单位的倒数，如1/年或1/秒等。

半衰期：对于任一放射性同位素体系，放射性核素母体原子衰变完一半所需要的时间称为半衰期，以T1/2表示。T1/2?ln2?0.693

??同位素等时线：对于同期同源的一套地质样品，它们应有相同的初始子体同位素比值和形成时间，即在放射成因子体同位素衰变方程中，各样品均具相同的参数：D?(D)0?N(e?t?1) 表现为各样品沿以初始子体同位素比值为截距，

DSDSDSt

以(e -1)为斜率的直线分布，这条直线称为等时线。故对一套同源同期样品进行同位素测定，对各样品点进行线性拟合，可对该地质体进行定年和初始比值确定。 5. 放射性同位素定年的前提是什么？ ① 衰变的最终产物是稳定同位素。

② 必须准确知道或能有效校正岩石或矿物形成时就己经存在的子体同位素初始比值（含量）。

③ 能够精确测定获得放射性母体同位素的半衰期和衰变常数，同时，用作年龄测定的放射性母体同位素的半衰期应与所测地质体的年龄大体相当（？）。 ④ 准确知道放射性母体同位素的种类和相对丰度，并有精确测定计算岩石或矿物中母、子体同位素比值和含量的高精度的同位素制样和质谱测定实验室方法技术。

⑤ 自岩石或矿物形成以来，同位素体系保持封闭，母体和子体核素只因衰变反应而改变，没有因后期地质作用（如变质、热液蚀变、风化等）的影响而发生母、子体同位素的带入或迁出。

6. 用同位素等时线法测量地质年龄的基本要求是什么？

①具相同的物质来源—同源 ②具相同的形成时代—同期 ③体系封闭：未受后期地质作用明显改造和明显的围岩混染—封闭（采样时不要在接触带上采）

④组成等时线的样品具合适的N/D比值变化

7. 同位素封闭温度和冷却年龄的概念

同位素封闭温度：在地质事件（侵入体的结晶和变质作用等）中，当温度降低到能使该计时体系达到封闭状态时，即子体由于热扩散丢失可以忽略不计时，子体才开始积累，这个开始计时的温度就是封闭温度，得到的年龄即为表面年龄或称冷却年龄。

8. Rb-Sr同位素体系定年的特点是什么？需注意什么？

Rb由两个同位素组成，其中87Rb经-衰变成为87Sr。 85Rb为稳定同位素。 Sr由四个同位素组成，均为稳定同位素，其中87Sr除了宇宙成因外，还有由87Rb衰变形成的放射成因同位素。

87

?87Sr?37Rb→38Sr+β- ?86?Sr87??87Sr??87Rb??t???86???86?(e?1) ??Sr??????0?Sr?※要正确获得样品的Rb-Sr等时线年龄，必须满足以下条件：

所研究的一组样品具有同时性和同源性，所谓同源性是指每一个样品具有相同的(87Sr/86Sr)0比值。

在样品形成后，Rb、Sr体系保持封闭，没有与外界发生物质上的交换。 所测样品中，有较为明显的Rb/Sr比值差异（ Rb/Sr比值变化范围尽可能大），以确保获得一条较好的等时线。

Rb－Sr等时线法常用来测定中酸性岩浆岩的年龄，它可以同时给出其结晶年龄和初始Sr比值，数据点线性拟合的程度还可检验样品是否保持封闭。对于基性岩浆岩，由于Rb含量低，Rb-Sr等时线法定年较为困难，可用Sm-Nd法进行定年。（为什么？）

※局限性：由于Rb-Sr元素的易活动性，当所研究的地质体发生过有流体作用参与的变质作用后，其同位素体系可能发生不同程度的开放，若开放过程不能导致体系内同位素组成均一化时，其结果可能是无地质意义的混合线，或根本不能形成等时线。因此难以获得原岩的形成年龄。结论：Rb-Sr法不太适合于对较高变质程度的地质体进行原岩形成时代定年。（注意：足够大体积的全岩样品仍可能获得原岩年龄，而变质作用使得体系Sr同位素组成达新的均一化的样品，可获得变质事件的年龄（内部等时线）。）

为什么Rb-Sr全岩等时线法很少用于沉积岩的年龄测定。

如对沉积岩进行定年，则应分离其中的自生矿物，尽可能避免使用全岩样品，因为全岩样品含有较多的碎屑矿物（如云母和长石等），将对测定的年龄值产生明显的影响，为了合理的解释自生矿物的Rb-Sr年龄数据，还必须对矿物本身进行详细的研究。

9. BABI的定义和意义是什么？是如何确定的？ Basaltic Achondrite Best Initial

以公认的玄武质无球粒陨石的(87Sr/86Sr)0代表地球开始形成时的初始比值。 比值为0.69897±0.00003(Faure,1977) 通过研究陨石确定。 10. 何为UR、?Sr？

UR代表原始物质的组成

??87Sr?t???86??????Sr?sample?4?Sr(t)???1?10 ?t87??Sr??????86Sr??????UR??表示样品在t时刻的Sr同位素比值与地球均一储库t时刻的Sr同位素比值偏差

值

11. Sm-Nd同位素等时线法定年的特征是什么？为什么Sm-Nd同位素方法可对较高级变质地质体进行定年？

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。 ※基本公式

衰变方程：14762Sm →14360Nd +α

?143NdSm-Nd法定年基本公式：??144Nd???143Nd???144??Nd????147Sm???144???0?Nd??t?(e?1) ??式中：143Nd/144Nd是样品现今的比值，用质谱直接测定；(143Nd/144Nd)0是样品的初始比值；147Sm/144Nd是样品现今的147Sm和144Nd 原子数比，用同位素稀释法测定并计算获得，λ是147 Sm 的衰变常数(6.54 ? 10-12 yr-1)；t是样品形成的年龄。

※要获得可靠的Sm-Nd 等时年龄，要满足下列条件 ①所研究的样品具有同时性和同源性； ②样品形成后，保持Sm、Nd的封闭体系； ③所测样品有较明显的Sm/Nd比值差异。 ※特征

①能正确地给出变质岩原岩年龄的信息

②不宜对酸性岩进行年龄测定，主要应用于对基性岩、超基性岩等岩类 ③测定古老岩石的年龄-陨石

12. Sm-Nd同位素体系与Rb-Sr同位素体系在地球化学特征及等时线定年方法上有何差异？

13. 何为CHUR、DM岩浆库，其现在Sm-Nd同位素组成是什么？

CHUR 球粒陨石均一储库，当做地幔源 DM 亏损地幔，代表壳幔分离后的地幔

(143Nd/144Nd)CHUR 和(147Sm/144Nd)CHUR分别为CHUR的现代值，其中(143Nd/144Nd)CHUR=0.512638，(147Sm/144Nd)CHUR=0.1967。 14. 何为Sm-Nd同位素的?参数和模式年龄，如何计算？ ※模式年龄：

TCHUR 和TDM 仅参照标准不同

TDM=1/λln{1+[(143Nd/144Nd)DM- (143Nd/144Nd)S]/[(147Sm/144Nd)DM-（147Sm/144Nd)S]} 用假定的(143Nd/144Nd)0计算出来的同位素年龄