同位素地质年代学-Ru-Sr法课件.ppt

1、Rb的特性的特性1.碱金属（碱金属（Alkali metal）；）；2.Rb+的离子半径的离子半径(1.48)；K+的离子半径的离子半径(1.33)，在含，在含K的矿物中，的矿物中，Rb+能替能替代代K+；3.主要矿物：云母类主要矿物：云母类(Micas)，钾长石，钾长石(K-feldspar)（正（正长石和微斜长石），粘土矿物长石和微斜长石），粘土矿物(clay minerals)，蒸，蒸发盐发盐(evaporite minerals)（钾盐和光卤石）（钾盐和光卤石）1 1、RbRb、Sr Sr地球化学性质地球化学性质Sr的特性的特性1.碱土金属（碱土金属（Alkaline earths m

2、etal）；）；2.Sr2+的离子半径的离子半径(1.13)；Ca+的离子半径的离子半径(0.99)，在含，在含Ca的矿物中，的矿物中，Sr2+能替代能替代Ca+；例如：斜长石例如：斜长石(Plagioclase),磷灰石磷灰石(apatite),碳酸钙碳酸钙(calcium carbonate),文石文石(aragonite)Sr2+可以替代可以替代K+，但伴随着，但伴随着Al3+替代替代Si4+；菱锶矿菱锶矿Strontianite(SrCO3),天青石天青石 celestite(SrSO4)1 1、RbRb、Sr Sr地球化学性质地球化学性质3.13.1 Rb衰变衰变 铷，第一主簇碱金属

3、之一，有两个天然产出和同位素铷，第一主簇碱金属之一，有两个天然产出和同位素85Rb和和87Rb，其丰度分别为，其丰度分别为72.17%和和27.83%。这些数据所得到原子丰度。这些数据所得到原子丰度比为比为85Rb/87Rb=2.593。该比值在地球、月球及大多数陨石中由于。该比值在地球、月球及大多数陨石中由于太阳星云的均一化作用是恒定的。太阳星云的均一化作用是恒定的。87Rb具放射性，通过放出具放射性，通过放出 粒子粒子和反中微子衰变成稳定的和反中微子衰变成稳定的87Sr。衰变能作为动能由这两个粒子分享。衰变能作为动能由这两个粒子分享。QSrRb87388737地质年龄计算中使用的衰变常数值

4、地质年龄计算中使用的衰变常数值1.421.421010-11-11a a-1-1值为国际公认值值为国际公认值(Steiger(Steiger和和Jager,1977)Jager,1977)，但也可能还得修改。例如，球粒陨石非，但也可能还得修改。例如，球粒陨石非常精确的常精确的U-PbU-Pb和和Rb-SrRb-Sr等时线如将等时线如将8787RbRb的衰变常数减少到的衰变常数减少到1.4021.4020.008.0081010-11-11a a-1-1,等同于半衰期为等同于半衰期为49.449.40.3Ga,.3Ga,两者才能相两者才能相吻合。吻合。3.23.2岩浆岩定年岩浆岩定年 岩石或矿物

5、中从岩石或矿物中从t t年前形成以来由年前形成以来由8787RbRb衰变产生的衰变产生的8787SrSr子体子体原子的数目通过代入一般衰变方程得到：原子的数目通过代入一般衰变方程得到：)1(878787tIeRbSrSr这里这里8787SrSrI I是开始时存在的是开始时存在的8787SrSr原子数。然而，要精确测定一给定原子数。然而，要精确测定一给定核素的绝对值是困难的。因此，更为方便地是将该数转化为都由核素的绝对值是困难的。因此，更为方便地是将该数转化为都由8686Sr(Sr()相除的同位相除的同位素比值。因此，可以得到：素比值。因此，可以得到：1868786878687tIPeSrRbS

6、rSrSrSr现今的现今的Sr同位素比值同位素比值(P)由质谱计测定，由质谱计测定，87Rb/86Sr原子比从原子比从Rb/Sr重量比计算得到。如果初始比重量比计算得到。如果初始比(87Sr/86Sr)I已知或能估计出，在遵已知或能估计出，在遵守从时间守从时间t到现在以来系统对到现在以来系统对Rb和和Sr的活动性一直保持封闭的假的活动性一直保持封闭的假设条件下，那么设条件下，那么t就可测定出来。就可测定出来。IPSrSrSrSrRbSrt8687868787861ln1二、二、等时线图等时线图 考察方程考察方程)1868786878687tIPeSrRbSrSrSrSr表明它等同于一条直线方程

7、：表明它等同于一条直线方程：xmcy 这就导出了这就导出了Nicolaysen(1961)由投点由投点87Sr/86Sr(y)对对87Rb/86Sr(x)开发出处理开发出处理Rb-Sr数据的一种新方法。截距数据的一种新方法。截距(c)就是系统的初始就是系统的初始87Sr/86Sr比值。在该图上，具有相同年龄和初始比值。在该图上，具有相同年龄和初始87Sr/86Sr比值的比值的一套同岩浆矿物形成一条称之为一套同岩浆矿物形成一条称之为“等时线等时线”的直线。该线斜率，的直线。该线斜率，m(=et-1)，就可得到这些矿物的年龄。如果其中一个矿物非常，就可得到这些矿物的年龄。如果其中一个矿物非常贫贫R

8、b，那么由该矿物可直接得到初始比值。否则，初始比值由，那么由该矿物可直接得到初始比值。否则，初始比值由可用数据点的最佳拟合线外推到可用数据点的最佳拟合线外推到y轴得到轴得到(图图1)。因为。因为8787RbRb是这是这样小，地质上年轻的岩石，其斜率可以非常精确地由样小，地质上年轻的岩石，其斜率可以非常精确地由t近似。近似。此近似对较短半衰期的核素，如此近似对较短半衰期的核素，如K和和U，是不适用的。，是不适用的。图1 01(1)LCCDFF01(1)AlSAACCDFF01(1)BlSBBCCDFF00(1)(1)BlSBBlASAACCDFFCCDFF00BlSBlASACCCC（176Hf

9、/177Hf）A（176Hf/177Hf）S000BlSBlASACCCC（176Hf/177Hf）A（176Hf/177Hf）S08786SrSr143144NdNd176177HfHf00(1)(1)BlSBBlASAACCDFFCCDFF：同时形成，同一源区，形成后体系封闭 在等时线图中一套假设矿物的同位素演化如图在等时线图中一套假设矿物的同位素演化如图2所示。岩石所示。岩石结晶时，所有三个矿物有相同的结晶时，所有三个矿物有相同的87Sr/86Sr比值，如水平线上的比值，如水平线上的投点所示。每个矿物投点所示。每个矿物(对矿物在浅部、快速冷却侵入在相同瞬间对矿物在浅部、快速冷却侵入在相同

10、瞬间有效地有效地)变成封闭系统之后，同位素演化便开始。在该图上两轴变成封闭系统之后，同位素演化便开始。在该图上两轴具相同坐标刻度，因为每个点具相同坐标刻度，因为每个点87Rb衰变增加衰变增加87Sr/86Sr并以相同量并以相同量减少减少87Rb/86Sr比值，点向上运动直线斜率为比值，点向上运动直线斜率为-1。每个矿物的同。每个矿物的同位素组成因其斜率随着时间增加而保持在等时线上。实际上，位素组成因其斜率随着时间增加而保持在等时线上。实际上，为了以合适的格式来显示地质年龄的岩石，为了以合适的格式来显示地质年龄的岩石，y轴通常要夸大得多，轴通常要夸大得多，其增长线接近垂直。其增长线接近垂直。图2

11、 作为单矿物的另一件方法，作为单矿物的另一件方法，Rb-Sr法的另一个发展就是同成法的另一个发展就是同成因全岩样品套的分析。为了有效，全岩样品套在实际矿物含量上因全岩样品套的分析。为了有效，全岩样品套在实际矿物含量上必须具有变化，如样品显示必须具有变化，如样品显示Rb/Sr比值有一定变化范围，而不致比值有一定变化范围，而不致于在初始于在初始Sr同位素比值上有任何变化。实际中，完全的初始比值同位素比值上有任何变化。实际中，完全的初始比值均一化可能没有达到，尤其在具有混合岩浆源的岩石中。然而，均一化可能没有达到，尤其在具有混合岩浆源的岩石中。然而，如果如果Rb/Sr比值的充分散布开，任何初始比值的

12、变化就可以被清比值的充分散布开，任何初始比值的变化就可以被清除，因此就可得到精确的年龄。在除，因此就可得到精确的年龄。在Sm-Nd等时线中，初始比值的等时线中，初始比值的不均一性是较大的问题，因此我们将在后面讨论。不均一性是较大的问题，因此我们将在后面讨论。三、三、喷发等时线喷发等时线如果熔融产生于平衡条件下，原始基性岩浆应继承其地幔源的同如果熔融产生于平衡条件下，原始基性岩浆应继承其地幔源的同位素成分。立本位素成分。立本(Tatsumoto)(1966)(Tatsumoto)(1966)首先提出，依据首先提出，依据U-PbU-Pb数据，数据，原始基性岩浆也应继承其地幔源的母体原始基性岩浆也应

13、继承其地幔源的母体/子体比。如果采集不同子体比。如果采集不同源区元素和同位素组成的不同岩浆批次的样品，那么有可能导出源区元素和同位素组成的不同岩浆批次的样品，那么有可能导出“等时线套等时线套”喷发。从其斜率可得到这些源区被孤立的时间。喷发。从其斜率可得到这些源区被孤立的时间。SunSun和和Hansen(1975)Hansen(1975)在碱性洋岛玄武岩中的在碱性洋岛玄武岩中的Rb-SrRb-Sr系统对该概念系统对该概念进行了检验。进行了检验。1414个不同洋岛玄武岩的平均成分位于一条等时线图上个不同洋岛玄武岩的平均成分位于一条等时线图上(图图3)3)。数据相当离散，但形成一条斜率年龄为大约数

14、据相当离散，但形成一条斜率年龄为大约2Ga2Ga的正相关线。单个的正相关线。单个的洋岛也可形成一条正斜率的排列，但通常更离散。的洋岛也可形成一条正斜率的排列，但通常更离散。SunSun和和HansenHansen将这种正相关归结为对地幔不均一性的将这种正相关归结为对地幔不均一性的Rb/SrRb/Sr比值与同位素组成间比值与同位素组成间的正相关。认为表面年龄代表自那时地幔域与对流地幔相隔离的时的正相关。认为表面年龄代表自那时地幔域与对流地幔相隔离的时间。间。BrooksBrooks等等(1976a)(1976a)将其称为将其称为“地幔等时线地幔等时线”。图3基于一个假设：基于一个假设：所有的洋岛

15、玄武岩均来自同一源区，同时形成，所有的洋岛玄武岩均来自同一源区，同时形成，因此具有相同的初始同位素比值因此具有相同的初始同位素比值地幔等时线的概念由地幔等时线的概念由BrooksBrooks等等(1976b)(1976b)扩展到大陆火成岩。因为这扩展到大陆火成岩。因为这些火成岩常是古老的些火成岩常是古老的(不象大多数海岛玄武岩不象大多数海岛玄武岩)，在对，在对Rb/SrRb/Sr比值作比值作图前有必要将测得的图前有必要将测得的8787Sr/Sr/8686SrSr比值校正到岩浆作用时它们的初始比值校正到岩浆作用时它们的初始比值比值(图图4)4)。1160M amm(R b)/(Sr)878600

16、.050.100.150.200.7050.7100.7150.720(Sr)/(Sr)mm8786I因此，因此，BrooksBrooks等将这种等将这种图称为图称为“”图。图。他们列出了从大陆火山他们列出了从大陆火山和深成岩套中其数据点和深成岩套中其数据点具有粗略线性排列的具有粗略线性排列的3030个例子。该工作引起争个例子。该工作引起争议的是议的是BrooksBrooks等否认等否认而而认为他们测定了在大陆认为他们测定了在大陆岩石圈中建立了不同岩石圈中建立了不同Rb/SrRb/Sr比值地幔域的地比值地幔域的地幔分异事件的年龄。幔分异事件的年龄。图4 地幔等时线模式的地幔等时线模式的然而，一

17、般认然而，一般认为这种假设并没有充分的可靠性来保证这些年龄就是喷发为这种假设并没有充分的可靠性来保证这些年龄就是喷发等时线。例如，苏格兰东北的等时线。例如，苏格兰东北的Haddo House Haddo House 苏长岩苏长岩(图图3.5)3.5)已知包含泥质捕虏体，因此这种排列必定表明了地壳同化已知包含泥质捕虏体，因此这种排列必定表明了地壳同化作用。另一个假等时线的例子是苏格兰西北的下第三纪熔作用。另一个假等时线的例子是苏格兰西北的下第三纪熔岩岩(Beckinsale(Beckinsale等，等，1978)1978)可归结为熔浆中斜长石分馏导致可归结为熔浆中斜长石分馏导致SrSr亏损，随后

18、被地壳污染亏损，随后被地壳污染(图图5)5)。地幔等时线模式的破坏。地幔等时线模式的破坏也可由地幔源低程度的熔融引起超不相容元素也可由地幔源低程度的熔融引起超不相容元素RbRb与中等不与中等不相容元素相容元素SrSr之间的分馏。之间的分馏。图5四、四、陨石年代学陨石年代学 陨石一直是大量陨石一直是大量Rb-SrRb-Sr定年研究的主题，但是定年研究的主题，但是。测定的意义是测定的意义是。第一个精确的陨石初始比值是对第一个精确的陨石初始比值是对测定得到的。测定得到的。这些比值这些比值不同于球粒陨石所表现出的从太阳星云增长后的分馏证据不同于球粒陨石所表现出的从太阳星云增长后的分馏证据。然而，它们可

19、能没有参与产生铁陨石的行星全部分馏过程。它们低然而，它们可能没有参与产生铁陨石的行星全部分馏过程。它们低的的Rb/SrRb/Sr比值是由于自分异后仅仅产生有限的放射成因比值是由于自分异后仅仅产生有限的放射成因SrSr的结果，的结果，因此有可能测定出精确的初始比值。因此有可能测定出精确的初始比值。，得到分析误差之，得到分析误差之上无任何过度离散的等时线上无任何过度离散的等时线(图图6)6)。使用老衰变常数。使用老衰变常数(=1.39(=1.391010-1111a a-1-1)计算出的计算出的。该值代表着其它陨。该值代表着其它陨石初始比值可以对比的基准。石初始比值可以对比的基准。BirckBir

20、ck和和Allegre(1978)Allegre(1978)加入从加入从Juvinas和和Ibitira分离的单矿物重复了此分析，得到一致的初始比值，但年分离的单矿物重复了此分析，得到一致的初始比值，但年龄得到改进，为龄得到改进，为4.574.570.13Ga(0.13Ga(相同衰变常数相同衰变常数)。然而，由于后期。然而，由于后期扰动对其它无球粒陨石不可能得到扰动对其它无球粒陨石不可能得到Rb-SrRb-Sr矿物等时线。矿物等时线。图63.33.3变质岩定年变质岩定年一、开放矿物系统一、开放矿物系统 矿物和全岩矿物和全岩Rb-Sr系统对变质事件的响应可能是不同的。系统对变质事件的响应可能是不

21、同的。使用全岩分析来检查扰动矿物系统的变质事件的想法最初由使用全岩分析来检查扰动矿物系统的变质事件的想法最初由Compston和和Jeffery(1959)构思。该模式由构思。该模式由Fairbairn等等(1961)在同在同位素比值对时间的图位素比值对时间的图(图图7)上进行了图示说明。岩石在时间上进行了图示说明。岩石在时间t0形成形成后，不同的矿物沿着不同的增长线运动，直到它们在时间后，不同的矿物沿着不同的增长线运动，直到它们在时间tM时由时由热事件被均一化。随后同位素演化再一次继续沿不同的增长线到热事件被均一化。随后同位素演化再一次继续沿不同的增长线到现在现在(tP)。该模式中单个矿物在

22、变质作用中属开放系统。因此，。该模式中单个矿物在变质作用中属开放系统。因此，当每个矿物再次成为封闭系统时，矿物等时线得到从热事件开始当每个矿物再次成为封闭系统时，矿物等时线得到从热事件开始的冷却年龄。然而，一定最小范围的全岩在热事件中有效保持封的冷却年龄。然而，一定最小范围的全岩在热事件中有效保持封闭，并可用来测定该岩石的初始结晶年龄。闭，并可用来测定该岩石的初始结晶年龄。无铷相全岩无铷相钾长石黑云母黑云母钾长石全岩无铷相t0t ptM时间不一致矿物年龄mm(Sr)/(Sr)8786图7变质作用对矿物和全岩系统的影响也能在等时线图上加变质作用对矿物和全岩系统的影响也能在等时线图上加以说明以说明

23、(图图8，Lanphere等，等，1964)。全系统起始于水平。全系统起始于水平线。随后同位素演化沿近垂直的平行路径线。随后同位素演化沿近垂直的平行路径(由于由于y轴坐标轴坐标的极端放大的极端放大)。在热事件作用过程中，同位素比值均一。在热事件作用过程中，同位素比值均一至全岩值。如果这仅涉及至全岩值。如果这仅涉及87Sr，那么将会产生垂直方向，那么将会产生垂直方向变化。然而，图变化。然而，图8所示的复杂性可能还涉及到有限的所示的复杂性可能还涉及到有限的Rb再活化。富再活化。富Rb矿物趋向于遭受一些矿物趋向于遭受一些Rb丢失，而贫丢失，而贫Rb矿矿物可能由富物可能由富Rb蚀变产物的增长被污染，导

24、致一定程度蚀变产物的增长被污染，导致一定程度不可预测的变化方向不可预测的变化方向(R)。热事件之后，全岩演化继续。热事件之后，全岩演化继续其固有方向，而矿物系统则构成一条等时线，其斜率得其固有方向，而矿物系统则构成一条等时线，其斜率得出变质作用年龄。出变质作用年龄。12345600.700.710.720.730.74变质重均一化初始比值斜长石全岩钾长石RRmm(Sr)/(Sr)8786mm(Rb)/(Sr)8786图8 对巴尔的摩片麻岩对巴尔的摩片麻岩(图图9)的研究提供了同一岩体的的研究提供了同一岩体的全岩和矿物分析测定深成和变质作用的实例。几个矿全岩和矿物分析测定深成和变质作用的实例。几

25、个矿物等时线都得到大约物等时线都得到大约290Ma的年龄，被解释为与的年龄，被解释为与Appalachian造造 山运动相伴的同位素均一化后的矿物系山运动相伴的同位素均一化后的矿物系统封闭时间。对矿物等时线数据点的良好拟合是变质统封闭时间。对矿物等时线数据点的良好拟合是变质事件中矿物尺度上达到完全同位素均一化的证据。相事件中矿物尺度上达到完全同位素均一化的证据。相反，全岩样品给出的等时线其斜率对应于反，全岩样品给出的等时线其斜率对应于1050Ma。这。这被解释为片麻岩的火成岩前身的结晶时间。然而，更被解释为片麻岩的火成岩前身的结晶时间。然而，更近的研究表明即使是全岩近的研究表明即使是全岩Rb-

26、Sr系统在变质作用过程中系统在变质作用过程中也可以是开放的。因此，巴尔的摩片麻岩也可以是开放的。因此，巴尔的摩片麻岩1050Ma的年的年龄另一种解释是代表高级变质作用后龄另一种解释是代表高级变质作用后Rb-Sr全岩系统的全岩系统的封闭年龄。更多实例的全岩开放系统将在下面加以讨封闭年龄。更多实例的全岩开放系统将在下面加以讨论。论。图图9由由Rb-Sr全岩系统全岩系统()和矿物和矿物()定义的定义的1038Ma的的“深成深成”及及285-292Ma的变质年龄的变质年龄的巴尔的摩的巴尔的摩片麻岩的片麻岩的Rb-Sr数据数据二、二、封闭温度封闭温度 在区域变质事件的热脉冲中在区域变质事件的热脉冲中Rb

27、-Sr矿物系统被打开后，必定矿物系统被打开后，必定再次迎来矿物系统对元素活动性再次封闭的时间。通过测定不再次迎来矿物系统对元素活动性再次封闭的时间。通过测定不同矿物系统的封闭温度，同矿物系统的封闭温度，Rb-Sr年龄给出关于变质地体冷却历史年龄给出关于变质地体冷却历史的信息。这由的信息。这由Jager等等(1967)和和Jager(1973)，在对欧洲中部阿尔，在对欧洲中部阿尔卑斯的工作中首先揭示出来。卑斯的工作中首先揭示出来。Jager等发现在围绕中阿卑斯外部的低级变质岩中，海西期等发现在围绕中阿卑斯外部的低级变质岩中，海西期的的Rb-Sr年龄年龄(200Ma)在黑云母和白云母中都得以保持。

28、向以黑在黑云母和白云母中都得以保持。向以黑硬绿泥石出现为特征的较高变质级硬绿泥石出现为特征的较高变质级(Jager等认为等同于等认为等同于30050的温度的温度)，仅测得，仅测得35-40Ma的黑云母的黑云母Rb-Sr年龄。年龄。Jager等将这些较年轻的黑云母等将这些较年轻的黑云母Rb-Sr系统在系统在Lepontine变质作用的高变质作用的高峰呈开放状态。他们认为使黑云母在变质作用峰期开放的峰呈开放状态。他们认为使黑云母在变质作用峰期开放的300的温度，对应于在更高峰温度的温度，对应于在更高峰温度(如在中部十字石等变质级内如在中部十字石等变质级内500)后经过了几个百万年后，时钟重新启动。

29、换句话说，后经过了几个百万年后，时钟重新启动。换句话说，Jager等的结论是黑云母等的结论是黑云母Rb-Sr系统的封闭温度为系统的封闭温度为30050。封闭温度也能根据体扩散过程的温度依赖关系的计封闭温度也能根据体扩散过程的温度依赖关系的计算加以测定。算加以测定。在快速冷却在快速冷却的火成岩体中，结晶过程非常近似于此理想态。然而，的火成岩体中，结晶过程非常近似于此理想态。然而，在缓冷的区域变质体中从高温的放射成因在缓冷的区域变质体中从高温的放射成因8787SrSr由扩散从由扩散从晶格中逃逸与由晶格中逃逸与由RbRb衰变产生的一样快，到衰变产生的一样快，到8787SrSr的逃逸可的逃逸可忽略不计

30、的低温条件的连续过渡忽略不计的低温条件的连续过渡(图图11)11)。在此系统中，。在此系统中，黑云母这类矿物的表面年龄相应于低温黑云母这类矿物的表面年龄相应于低温8787SrSr增长线的线增长线的线性外推至性外推至x x轴。轴。矿物表面年龄时的系统温度定义为矿物矿物表面年龄时的系统温度定义为矿物的封闭温度的封闭温度。该封闭温度依赖于冷却速率，因为冷却。该封闭温度依赖于冷却速率，因为冷却越缓慢，子体产物可能出现部分丢失的时间就越长，越缓慢，子体产物可能出现部分丢失的时间就越长，表面年龄就越低表面年龄就越低(图图11)11)。图图11区域变质事件区域变质事件矿物冷却中温度和矿物冷却中温度和Sr同位

31、素比值随时同位素比值随时间变化示意图间变化示意图T0=峰值变质温度；Tc=封闭温度；tc=表面封闭年龄。如果一个矿物与能移去放射成因如果一个矿物与能移去放射成因SrSr的流体相接触，的流体相接触，。以黑云母为。以黑云母为例，例，。，Dodson(1979)Dodson(1979)对对0.7mm0.7mm直径的黑云母直径的黑云母Rb-Rb-SrSr系统计算出的封闭温度系统计算出的封闭温度(冷却速率为冷却速率为30/Ma)30/Ma)为为300300。这是。这是依据黑云母中氩扩散的实验研究得出来的，因为两个元素被认依据黑云母中氩扩散的实验研究得出来的，因为两个元素被认为在晶格中具类似的扩散行为。为

32、在晶格中具类似的扩散行为。与封闭温度体扩散控制有关的问题是在中阿尔卑斯山中大的与封闭温度体扩散控制有关的问题是在中阿尔卑斯山中大的(30cm)(30cm)充填裂隙的黑云母具有相同的年龄，因此也就有与相邻充填裂隙的黑云母具有相同的年龄，因此也就有与相邻片麻岩中小的片麻岩中小的(1mm)(1.5m)61323(Rb-Sr)56812(U-Pb 全岩)57214(Rb-Sr 全岩)435-415(Rb-Sr1m)5704(Rb-Sr)57420(Rb-Sr)565-490(Rb-Sr)60215(Rb-Sr 大约 1.5m)4609(Rb-Sr1.5m)7005(Rb-Sr1.5m)58025(Rb

33、-Sr1.5m)7279(Rb-Sr1.5m)460-340(Rb-Sr1m)72827(Rb-Sr)500-360(Rb-Sr1.5m)该解释由最近对摩罗哥、中国、西伯利亚接近寒武纪底部的凝该解释由最近对摩罗哥、中国、西伯利亚接近寒武纪底部的凝灰岩和斑脱岩的锆石灰岩和斑脱岩的锆石U-Pb定年得到支持。它们证实了接近定年得到支持。它们证实了接近540Ma的的年轻的边界年龄年轻的边界年龄(Compston 等，等，1990；Bowring等，等，1993)。二、二、海绿石海绿石 海绿石类似于伊利石，是最易以海绿石类似于伊利石，是最易以宏观球状体出现的云母类矿物宏观球状体出现的云母类矿物(被被Od

34、in和和Dodson(1982)称为称为“海绿海绿石石”)。这些可能是由与排泄物球体的有机质相混合的、非常细的。这些可能是由与排泄物球体的有机质相混合的、非常细的粘土矿物前身蚀变形成。在海洋环境中海绿石形成于近沉积物粘土矿物前身蚀变形成。在海洋环境中海绿石形成于近沉积物-水水界面。界面。(如如Harris，1976)。早期研究者早期研究者(如如Hurley等，等，1960)将这归结为将这归结为。然而，。然而，Morton和和Long(1980)将年轻将年轻的年龄归结的年龄归结为由某种形式与循环卤水的离子交换过程，使为由某种形式与循环卤水的离子交换过程，使87Sr从从粘土矿物晶格的可扩张层中丢失

35、粘土矿物晶格的可扩张层中丢失。Morton和和Long根据假定的沉积时的海水根据假定的沉积时的海水87Sr/86Sr初始比值初始比值计算了一系列的海绿石单矿物的模式年龄。他们证明一些情况计算了一系列的海绿石单矿物的模式年龄。他们证明一些情况下，错误的海绿石模式年龄能由醋酸铵的淋洗而增高至近地层下，错误的海绿石模式年龄能由醋酸铵的淋洗而增高至近地层年龄，这被认为是从晶格可扩张层中除去了过量松散结合的年龄，这被认为是从晶格可扩张层中除去了过量松散结合的Rb。相比之下，用醋酸、盐酸等淋洗，对海绿石的年龄具不可预测相比之下，用醋酸、盐酸等淋洗，对海绿石的年龄具不可预测的影响，可能是由于除去了一些紧密结

36、合的的影响，可能是由于除去了一些紧密结合的Sr。图图15 全新世全新世（年龄）海（年龄）海绿石的绿石的Rb-Sr模模式年龄与钾含式年龄与钾含量的函数关系量的函数关系（空心圆表示粘土矿物部分）3.43.4 海水演化海水演化 生物成因的碳酸盐满足沉积物测年工具所要求条件的其中两个：生物成因的碳酸盐满足沉积物测年工具所要求条件的其中两个：它们相当耐成岩蚀变及由于它们直接由有机体从海水分离出来，它们相当耐成岩蚀变及由于它们直接由有机体从海水分离出来，它们不含碎屑组分。遗憾的是，碳酸盐极少的它们不含碎屑组分。遗憾的是，碳酸盐极少的Rb含量排除了通常含量排除了通常Rb-Sr测年方法的应用。然而，海水测年方

37、法的应用。然而，海水Sr同位素演化路径的校正使得同位素演化路径的校正使得碳酸盐的初始碳酸盐的初始87Sr/86Sr同位素比值被间接用作测年工具。同位素比值被间接用作测年工具。一、一、曲线测量曲线测量 对对。该模式该模式由由Gast(1955)作证明，他分析了不同时代的碳酸盐以作为地质时间作证明，他分析了不同时代的碳酸盐以作为地质时间内特征化海水演化的工具。他发现任何自然变化与那个时代相关内特征化海水演化的工具。他发现任何自然变化与那个时代相关的的87Sr/86Sr分析的分析误差在同一个数量级上分析的分析误差在同一个数量级上(约约0.004)，因此否决，因此否决了了Wickman的模式。的模式。

38、海水锶同位素随时间变化的实际分辨所需要的更精确质谱计海水锶同位素随时间变化的实际分辨所需要的更精确质谱计等待了等待了15年。年。Peterman等等(1970)以一个数量级改进到以一个数量级改进到0.0005(2)测定了大化石壳碳酸盐的测定了大化石壳碳酸盐的87Sr/86Sr组成。他们发现总的组成。他们发现总的0.0022(4倍分析误差倍分析误差)同位素范围，使用早期设备是不可能发现的。同位素范围，使用早期设备是不可能发现的。为了避免沉积后蚀变的影响，为了避免沉积后蚀变的影响，Peterman等剔除了任何重结晶等剔除了任何重结晶的壳体物质。他们认为重结晶能辨认出来。基质与未结晶壳体间的壳体物质

39、。他们认为重结晶能辨认出来。基质与未结晶壳体间的的Sr交换的可能性由同一层位中不同壳体间的良好成分吻合证明交换的可能性由同一层位中不同壳体间的良好成分吻合证明是不可能的。使用了软体动物的混合物是不可能的。使用了软体动物的混合物(箭石、双壳贝和腕足类箭石、双壳贝和腕足类)。因为现在在这些类之间没有看到变化，认为这些软体动物与化石因为现在在这些类之间没有看到变化，认为这些软体动物与化石具有相同的行为方式。具有相同的行为方式。高精度海水高精度海水Sr同位素演化曲线能用作地层测年的工具，对于同位素演化曲线能用作地层测年的工具，对于快速的快速的Sr同位素演化期间其精度同位素演化期间其精度(保守保守)优于

40、优于0.5Ma，但在慢速同，但在慢速同位素演化期间其精度差至位素演化期间其精度差至2Ma。该精度无法与白垩纪与第三纪期。该精度无法与白垩纪与第三纪期间的生物地层测年相比，但对无化石钻孔剖面的校正是有用的。间的生物地层测年相比，但对无化石钻孔剖面的校正是有用的。另外的应用是铁锰壳的定年另外的应用是铁锰壳的定年(Ingram等，等，1990)。过去过去3.5Ga海洋碳酸盐的海洋碳酸盐的Sr同位素成分同位素成分显生宙碳酸盐的Sr同位素数据 Hess等等(1986)在其数据中的一个有趣发现是在白垩在其数据中的一个有趣发现是在白垩纪纪-第三纪边界的海水第三纪边界的海水Sr同位素比值的峰值同位素比值的峰值

41、(图图16)。他。他们推测是们推测是。Martin和和Macdougall(1991)围绕世界在四个更大范围绕世界在四个更大范围收集了数据以支持此模式围收集了数据以支持此模式(图图17)。在。在K-T边界之下海边界之下海水水Sr相当迅速地增加也被相当迅速地增加也被Nelson等等(1991)观察到。然而，观察到。然而，边界本身的峰非常尖，看起来在长期的变化中被压抑边界本身的峰非常尖，看起来在长期的变化中被压抑掉。因此，现在的证据看起来与在掉。因此，现在的证据看起来与在K-T边界陨石冲击是边界陨石冲击是一致的。一致的。8个DSDP钻孔有孔虫Sr同位素比值对年龄图解图17具类似年龄的四个相隔甚远的

42、DSDP中有孔虫的87Sr/86Sr比值图解Palmer和和Edmond测定了测定了Sr的收入和热液通道流体及大的收入和热液通道流体及大多数世界主要河流的同位素组成。多数世界主要河流的同位素组成。(图图18a)，。Ganges（恒河）和（恒河）和Brahmaputra（雅鲁藏布江）（雅鲁藏布江）,它们流过喜马拉雅抬升区，离开总趋它们流过喜马拉雅抬升区，离开总趋势。然而，在势。然而，在Ganges的汇水盆地内，其支流本身显示的汇水盆地内，其支流本身显示出混合线，尽管表现出比其它河流更陡的斜率出混合线，尽管表现出比其它河流更陡的斜率(图图18b)。总之，总之，Palmer和和Edmond的全部数据导出每年估计的全的全部数据导出每年估计的全球河流收入为球河流收入为3.31010mol，其，其87Sr/86Sr比值为比值为0.7119，洋脊热液洋脊热液Sr通量大约为河流的一半，其通量大约为河流的一半，其87Sr/86Sr比值为比值为0.7035。图图18 Sr同位素比值对同位素比值对Sr 浓度倒数图解，左图表示世界的主浓度倒数图解，左图表示世界的主要河流（星号代表全球平均值），右图表示恒河的支流要河流（星号代表全球平均值），右图表示恒河的支流