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日志

同位素地质年代学

已有 334 次阅读2014-9-30 15:16 |个人分类:技术分享|系统分类:技术交流

 同位素地质年代学isotope chronology)又称同位素年代学,是同位素地质学分支之一。利用自然界放射性衰变规律研究测定各种地质体的形成时代的同位素记时方法。它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成时间和地质事件发生的时代,以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律。所涉及的同位素主要有UThPb体系、SmNb体系、RbSr体系、KAr体系、Ar Ar体系、ReOs体系、LuHf体系、C14等。着重研究含高放射成因同位素的封闭体系。

         依据半衰期有两类计时方法:长半衰期同位素计时法,如铀-钍-铅法、钾-氩法、铷-锶法、钐-钕法镧-铈法、镥-铪法、铼-锇法等。这些方法对宇宙年代学同样具有重要意义短半衰期同位素计时法,铀系法、沉降核类法、碳-14法等。这类方法均属直接测定法,即依据放射性衰变定律而测定。
     还有一类间接测定法,即依据放射性射线和裂变碎片对周围物质作用的程度来测定年龄,如
裂变径迹法热释光法、辐射损伤法等

直接测定法  

长半衰期同位素计时法

     UThPb体系铀-钍-铅):最早的年龄测定方法,适用于测定的样品:单矿物主要有锆石独居石榍石等;岩石主要有花岗岩、花岗片麻岩等。此法不宜测定小于50百万年的年轻矿物(跨越年代小、测定误差较大)。

几种同位素半衰期及衰变常数值

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           KAr体系钾-氩法):适用于测定的样品矿物有云母、透长石、歪长石、角闪石、海绿石和伊利石等;岩石主要有辉绿岩、玄武岩、细粒中基性岩和板岩等。

     RbSr体系锶法):测定年龄的样品矿物有黑云母、白云母、锂云母、钾长石和海绿石等;岩石有花岗岩类、酸性火山岩、富钾变质岩沉积岩中的页岩、泥质粉砂岩、粘土等。可以说,适用于钾-氩法测定的样品都可使用铷-锶法。因此,这两种方法可直接检验对比。

     SmNb体系法):与钾-氩、铷-锶、铀-铅等体系相比,受变质作用的影响较小。并且由于钐和钕均为稀土元素,化学性质相似,143Nd 形成之后完全可以继承晶格中母体的位置,不易散失,因此, 钐-钕体系在漫长的地质历史中易保持封闭。钐-钕法在研究和测定陨石、月岩、地球古老岩石年龄方面具有重要意义。钐-钕法更适合测定基性岩和超基性岩以及单矿物辉石、角闪石、黑云母、长石、石榴子石、磷灰石等。

     铪法lutetium-hafnium dating method是利用176 Lu(半衰期约为2.2 X 10^10年)衰变为176 Hf测定地质年龄的一种方法。测年范围在100百万年以上,测年对象为岩浆岩和变质岩。石榴子石是最好的测年矿物。也可进一步分为模式年龄和等时线年龄两种方法。

半衰期同位素计时法

     铀系法测年范围为几十年至100万年,主要用于测定更新世期间在海洋、湖泊中形成的沉积物和碳酸钙的沉积年代。海洋中软泥沉积是230Th/232Th测年的理想样品;动物化石、珊瑚和洞穴沉积碳酸盐类及更新世火山岩是230Th/234U231Pa/235U234U/238U等测年方法的较好样品

 

      沉降核法(method of isotope settlement是第四纪沉积物年代测定的一种方法。它利用由大气中沉降到水圈和沉积物中的天然核反应和人工热核试验产生的各种半衰期较短的放射性同位素来测定沉积物年龄。通常利用的放射性同位素有210Pb137Cs55Fe32Si等。这一方法适用于近代(20003000年以来)海洋与湖泊沉积物年龄的测定,如大气中沉降的55Fe137Cs可用来确定十年来的沉积层序,大气中沉降的210Pb用来测定一万年以来沉积物的年龄,32Si可用来测定两千年来的沉积物年龄,相应地也可求得沉积物的平均沉积速度,如有人测得日内瓦湖现代沉积速率为1.2毫米/年。

     14C年龄测定基于下列前提 :① 14C在所有交换储集库中分布均匀 ,现代碳的放射性比活度是一常数,不随地理位置和物质种类而变化 。若干万年以来 ,大气CO2的放射性比活度不随时间而变化 。样品在停止了14C交换以后保持封闭 。14C法测定的年龄一般为5万年左右,最大限度不超过7万年。因此,凡是几万年以前的含碳物质均可作为14C法样品。例如动植物的残骸、含同生有机质的沉积物和土壤、生物碳酸盐(贝壳、珊瑚) 、无机碳酸盐 、含碳的古代文物等 。14C 法主要应用于第四纪地质史、古地理、古气候、海洋和考古研究等方面。

间接测定法:

     裂变径迹法(fission-track dating):矿物中所含微量铀的自发裂变的衰变引起晶格的损伤产生径迹,测定矿物的铀含量和自发裂变径迹密度,可以确定矿物的年龄。此法用样量少,可用样品种类多,测年范围可由数年到几十亿年,特别是在5万~100万年期间内,测年效果较其他方法为好,是第四纪地质年代测定的重要方法之一。此法还用于火山灰的年龄测定、热事件、考古材料的定年以及测定地貌演化和海底扩张的年龄和速度等。适于这种方法的矿物、岩石有:云母、磷灰石、角闪石、锆石、榍石、褐帘石、绿柱石、沥青铀矿、火山玻璃、黑曜岩、雷公墨等

     热释光法岩石、矿物在其自身或周围天然放射性物质产生的αβγ射线的长期照射下,会在其晶体晶格缺陷中累积和储存了一定的辐射能。当对岩石、矿石加热时,储存的辐射能以光的形式释放出来,即称为热释光效应,所放出的光叫热释光。利用这种热释光效应进行铀矿普查的方法叫热释光法。热释光的强弱取决于累积辐射剂量和辐射强度。依其辐射作用的不同可分为两种:利用天然矿物在天然环境下经受各种辐射作用的热释光效应的方法称为天然热释光法;还有利用人工热释光剂量计记录实测位置放射性的人工热释光法,有α热释光法和γ热释光法等。


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