143
Sm-Nd同位素测年
• 二、钐-钕法测年 • 等时线测年的基本公式为:
（143Nd/144Nd)样品=
(143Nd/144Nd)i +(147Sm/144Nd) 样品(eλt-1)
(147Sm/144Nd)样品(eλt-1)为直线的bX项
斜率b=eλt-1
t=1/λ·ln(b+1)
• Sm－Nd法适合于基性、超基性火成岩 的定年，而Rb－Sr法更适合于酸性、中 酸性火成岩的定年。更重要的是REE在 变质作用、热液作用和化学风化作用中 比Rb、Sr稳定的多。对已发生Rb、Sr 迁移的岩石仍能用Sm－Nd法进行定年。 Sm－Nd法为Rb/Sr比值低或对Rb－Sr 不再封闭的岩石的测年提供了一种有效 方法。
• 硅酸盐造岩矿物中，铀和钍的浓度很低， 一般为几个ppm或更少。但这两种元素在 某些副矿物中呈主要组分或者替代别的元 素。这些副矿物包括沥青铀矿、方钍石 (氧化物)；锆石、钍石、褐帘石(硅酸盐)； 独居石、磷灰石、磷钇石(磷酸盐)和榍石 (钛硅酸盐)。
铀主要有235U和238U两种同位素，其丰度比为: 238U/235U=137.88。 钍有一种同位素232Th。这三种同位素通过放射性衰 变都形成稳定的铅同位素: 238U 206Pb十8α十6β 235U 207Pb十7α十4β 232Th 208Pb十6α十4β 衰变常数为：238λ=1.55125×10-10a-1, 235 λ=9.8485×10-10a-1, 232λ=4.975×10-11a-1
(147Sm／144Nd)DM = 0.2136
(Wasserburg et al., 1981)
(143Nd／144Nd)样品 - (143Nd／144Nd)DM TDM＝1/入ln[1+ ] (147Sm／144Nd)样品 - (147Sm／144Nd)DM 式中：入＝0.00654 Ga-1，下标DM为亏损地幔参考值。
2、测年特征： （1）同时获得四个年龄 （2）可对体系封闭性作出判别（应给出一致年龄， 否则体系遭到破坏） （3）对测年样品有严格要求 上述计算方程中，206Pb、207Pb、208Pb是t0- t时 间内生成的子体同位素，需要扣除t0时的初始Pb。 选择结晶时几乎不含铅的铀钍矿物将提高年龄测 定的精度。目前主要采用锆石，过去也曾应用沥 青铀矿、独居石、榍石、磷灰石、钍石等进行过 U-Pb年龄测定。
143
t
0



1
Nd Nd Sm t e 1 144 Nd 144 Nd 144 Nd CHUR CHUR CHUR
143 143 147
t
0
0

整理:
1 t ln
初始铅，也称普通铅是 指矿物结晶时混入的铅
• 测定矿物中204Pb的量，结合全岩 206Pb/204Pb 、207Pb/204Pb比值，来估算进 入锆石的初始206Pb、207Pb的量，并从锆石 测定的206Pb、207Pb总量中扣除。 • 对普通Pb含量很低的锆石，只要知道大致的 年龄，可从一般的地球Pb演化模式获得 206Pb/204Pb 207Pb/204Pb比值，来估算普通 Pb并进行扣除即可，无须通过分析全岩样品 的Pb同位素组成来进行普通Pb扣除。
第三节 Sm-Nd同位素测年
一、钐-钕地球化学
• Nd和Sm属于轻稀土元素，其中Nd的不相 容性大于Sm. Nd3+离子半径为0.108nm， Sm3+为0.104nm。由于Sm和Nd的化学性 质很相似，因此在地质过程中Sm和Nd不会 发生明显的分离。地球上岩石和矿物的 Sm/Nd比值仅变化于0.1到0.5之间。
• 单阶段钕模式年龄的计算
岩石R在 t 时刻从地幔中分离时，岩石R和球粒陨 石均一库（CHUR）的Nd同位素组成相同。
Nd Nd 144 Nd 144 Nd R CHUR
143 143
t
t
岩石R从 t 演化到现今 0, 其Nd同位素组成存在以 下演化关系:
前两个公式相除: 207Pb/206Pb=235U/238U*(e235λt-1)/(e238λt-1) =1/137.88(e235λt-1)/(e238λt-1)
铀一钍一铅法同时获得四个年龄值,对封闭体 系来说,四个年龄值是相同的。
• 实际测年中将方程除以204Pb: 206Pb*/204Pb = 238U/204Pb(e238λt-1)
一、钐-钕地球化学 Sm和Nd是稀土元素，存在于许多造岩矿物 中，如硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐矿物中。
• 钐有七种天然同位素，它们的质量数和同 位素丰度分别为： 143Sm 3.16％， 147Sm 15.07％， 148Sm 11.27％， 149Sm 13.84%， 150Sm 74.7％， 152Sm 26.63％， 154Sm22.53％。
铅有四种同位素：204Pb、206Pb、207Pb 208Pb， 其中206Pb、207Pb和208Pb是由U和 Th衰变而来, 204Pb为非放射性成因的铅同位 素. 它们都是稳定同位。
二 铀一钍一铅法测年
1、铀一钍一铅年龄计算基本公式： 206Pb* = 238U（e238λt-1） 207Pb* = 235U（e235λt-1） 208Pb* = 232Th(e232λt-1）
CHUR
（Wasserburg et al., 1981）
• 单阶段钕模式年龄的计算
地壳物质不断从上地幔中抽出，使上地幔的Nd相对于 Sm亏损, Sm/Nd比值高于CHUR。从亏损上地幔中产 生的地壳岩石，其模式年龄应该用亏损上地幔的演化线 来计算，才更接近实际。这种模式年龄定义为TDM: 亏损上地幔 (143Nd／144Nd)DM = 0.513151
改写成： 同理：
= 238U（e238λt-1） 206Pb*/238U+1= e238λt 207Pb*/235U+1= e235λt
206Pb
t = (1/λ238)ln(206Pb*/238U+1) = (1/λ235)ln(207Pb*/235U+1) 206Pb*/238U+1= (207Pb*/235U+1) λ238/λ235 206Pb*/238U= (207Pb*/235U+1) λ238/λ235-1
（3）富集地幔II (EMII):
(87Sr/86Sr)i<0.7045 (87Sr/86Sr)i>>0.7045
(143Nd/144Nd)i<<0.51264
DMM
Sr-Nd 同 位素揭示出 的地幔同位 素端元组成 和演化趋势.
EM1
EM2
大陆碱性岩浆岩的Sr-Nd同位素 组成演化图
华北中-新生代部分岩浆岩的Sr-Nd同位素组成图解
第四节 铀-钍-铅法测年及铅 同位素地球化学
一 铀、钍和铅的地球化学
• 铀、钍都为第七周期锕系元素，克拉克值分别 为 2.7 及 9.6ppm( 泰勒， 1964) ，在内生成矿 作用中铀、钍都呈四价离子。离子半径 U4+ 为 0.97Å， Th4+ 为 1.02Å，两者电价相同，半径 又非常相近。因此，铀、钍一般紧密共生，含 铀矿物一般都含钍，只是在表生作用下，钍仍 然 是 Th4+ ， 而 铀 易 氧 化 为 六 价 状 态 ， 形 成 [UO2]2+离子，此时铀、钍发生分离。
Nd Nd 144 Nd 144 Nd R CHUR
143 143
t
t
壳-幔分离时 (t) 岩石(R) 和球粒陨石均一库(CHUR) 的Nd同位素组成相同
147 0
其中:
143
Nd Nd Sm t 144 Nd 144 Nd 144 Nd e 1 R R R
Sm-Nd同位素测年
• 在(143Nd/144Nd)i-(87Sr/86Sr)i图解中玄武质岩石的锶-钕
同位素组成表现出三个基本端元：
（1）亏损地幔(DMM): (143Nd/144Nd)i>0.51264 （2）富集地幔 I (EMI): (87Sr/86Sr)i<0.7045
(143Nd/144Nd)i<<0.51264
= 235U/204Pb(e235λt-1） 208Pb*/204Pb = 232Th/204Pb(e232λt-1） 对三种初始铅 (206Pb/204Pb)0进行效正 后即可获得三个年龄值.
207Pb*/204Pb
初始铅，也称普通铅是指矿物结晶时混入 的铅. 在年龄测试中需要扣除
初始Pb的扣除

143 147
Nd Sm
144 144
Nd
Nd
0 R 0 R
143 147
Nd Sm
144 144
Nd
Nd
0
CHUR 0
CHUR
• 式中 t 代表壳-幔分离时间，0代表现今。

143
Nd
Sm
144
Nd
147
144
Nd
0
CHUR
0
= 0.512638
= 0.1967
• 由地幔或地壳岩石部分熔融形成的硅酸 盐熔体中，Nd相对于Sm发生富集，地 壳起源熔体的Sm/Nd比值一般低于上地 幔起源熔体的Sm/Nd比值。 • 在岩浆分离结晶过程中，残余岩浆中Nd 相对于Sm也发生富集, 随岩浆分异程度 增大，残余熔体中Sm和Nd含量升高， Sm/Nd比值有所下降。
Sm-Nd同位素测年
四 钐钕模式年龄简介：
DePaolo 模式(1976) : 假定地球的Nd在一个均一库中演化, 其 Sm/Nd比值与球粒陨石的相等（CHUR）. 地幔部分熔融生成地壳岩石是引起地球 Sm/Nd比值发生变化的主要事件. 地壳岩石在中低级变质作用、剥蚀和沉积作 用中，Sm/Nd比值一般不发生变化。 此时，地壳岩石的Sm-Nd同位素可用来计 算壳-幔分离的时间(模式年龄)。