07Lu-Hf同位素年代学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,7.Lu-,Hf,同位素年代学,7.1 Lu-,Hf,的,地球化学性质,Lu,（,Z,71,）,Hf,（,Z,72,）,Lu,和,Hf,的,离子分别呈三价和四价。,Lu,3,的离子半径（,0.93,）与,Ca,2,（,0.93,）,相似，故在晶体中可置换,Ca,2,。,Hf,4+,的离子半径（,0.81,）,几乎与,Zr,（,0.80,）,相等，故,Hf,常常出现在含,Zr,矿物（如斜锆石、锆石、钛锆钍矿）中。,因此,Lu,和,Hf,是,分散元素，不形成独立矿物。,Lu,、,Hf,的,地球化学性质与,Sm,、,Nd,相似：,在地幔部分熔融形成的硅酸盐岩浆中，,Hf,相对于,Lu,发生富集，因此幔源玄武岩浆的,Lu/,Hf,比值一般低于地幔源区，而部分熔融残余固体物质的,Lu/,Hf,比值则高于地幔源区,.,石榴石具有强烈的亲,Lu,性，在地幔部分熔融过程中发挥了重要作用，即石榴石阻止,Lu,进入部分熔融岩浆，从而使得残余固体物质的,Lu/,Hf,比值升高。,由于石榴石具有高的,Lu/,Hf,比值,，,并且具有强的抵抗蚀变的性能，因此石榴石对,Lu,Hf,定年比较有用。,Patchett,et al.(1981),得出结论：,一个超基性岩（,60,橄榄石、,30,斜方辉石和,10,单斜辉石）发生,5,50,的部分熔融，则,Hf,在熔体中的富集因子是,Lu,的,2.3,倍。,一般造岩矿物中,Lu,和,Hf,的含量低（富碱矿物如钠角闪石和霓石除外）,榍石、铬尖晶石和钛铁矿具有较高的,Hf,含量（,10-25ppm,，,Erlank,et al.,1978).,Hf,的最高含量出现在含,Zr,矿物中：,如锆石（,15200ppm,）、,斜锆石（,13340ppm,）,钛锆钍矿（,4700ppm,）、,异性石（,1740ppm,）,这些矿物的,Lu,含量也较高，变化于：,锆石,25ppm,斜锆石和异性石,70ppm,但这些矿物的,Lu/,Hf,比值很低（,0.0016-0.034,）,Lu,的最高含量出现于：,某些稀土氧化物（如黑稀金矿）、,碳酸盐（如氟碳铈矿）、,磷酸盐（如磷钇矿和独居石）、,硅酸盐（如硅铍钇矿和褐帘石）。,这些矿物相对稀有，出现在复杂伟晶岩、富碱侵入体和岩浆碳酸岩中。虽然它们作为副矿物存在将使得全岩的,Lu/,Hf,比值升高，但这些稀土矿物对于,Lu,Hf,定年并不重要。,造岩,矿物和副矿物及岩石的,Lu,、,Hf,平均含量,主要造岩矿物、副矿物和岩石中,Lu,、,Hf,的平均含量,Lu(,ppm,),Hf,(,ppm,)Lu/,Hf,斜长石,0.0620.310.20,辉 石,0.463.60.13,角闪石,1.070.611.75,透辉石,0.60 2.9 0.21,石榴石,2.22.340.94,黑云母,2.71.02.7,钠角闪石,6.8 33 0.21,锆 石,23.7 1 5177 0.0016,异性石,60.017360.034,斜锆石,70.0133400.005,地幔橄榄岩,0.0391.140.034,拉斑玄武岩,0.502.450.20,碱性玄武岩,0.655.20.12,流纹岩,1.6612.80.13,花岗岩,1.435.10.28,碳酸岩,2.4100.24,(,据,Faure,&,Mensing,2005),7.2 Lu-,Hf,同位素体系,Lu-,Hf,同位素丰度,Lu,有,2,个天然存在的同位素,:,175,Lu (97.416%),176,Lu,(2.584%,),在地球和地外为常数,Hf,同位素丰度（在原子量,178.49,时）,:,174,Hf (0.162%),176,Hf (5.206%),177,Hf (18.606%),178,Hf (27.297%),179,Hf (13.629%),180,Hf (35.100%),由于,176,Lu,衰变形成,176,Hf,，故,Hf,同位素丰度是变化的,T,1/2,37.1,10,9,year、,=(1.8670.008)10,-11,/y,(,Soderlund,et al.,2004),176,Lu,176,Hf,decay,Lu,Hf,等时线,7.3,实验技术,7.3.1,早期的分析方法,溶解：,HF,HNO,3,，,160,C,，,4,天,化学分离：,3-4,次离子交换柱方法，并使用大量的,HF(,Patchett,&,Tatsumoto,1980),。,质谱分析：热电离质谱,(TIMS),测定。但是,Hf,具有很高的电离能,(6.8,eV,),，,中心,Re,带温度必须高达,2200,C,才能,电离,Hf,。,分析精度 为,0.000020,0.000050,。,分馏矫正：测定的,176,Hf/,177,Hf,用,179,Hf/,177,Hf=0.7325,进行分馏矫正,7.3.2,化学分离新进展：,（,1,）色谱法,两根离子交换柱,第,1,根交换柱将,HFSE+Ti+REE,和基体元素分离，,第,2,根交换柱分离出,Hf,(,Zr,),备,MC-ICPMS,分析。,（,2,）色谱法,单柱分离,应用,Eichrom公司生产的商品化Ln-Spec特效树脂,，可以实现单柱分离,Hf,(,Zr,),。,李献华等（,2005,）,化学分离参考文献,Barovich,et al.,1995,Chem.Geol.121:303-08,Gruau,et al.,1988,Chem.Geol(Isotope,Geosci,.Sect.)66:99-102,7.3.3,仪器分析进展,离子探针、,TIMS,Hf,同位素测定,误差,0.0000700.000190,JMC 475,0.28213,0.28214,0.28215,0.28216,0.28217,0.28218,0.28219,0.28220,0,2,4,6,8,10,12,176Hf/177Hf,0.282167+/-6,Accepted:0.282163,MC-ICP-MS,测定结果,误差,0.0000060.000018,广州地球化学所,地质与地球物理研究所,李献华等（,2005,）,广州地球化学所,地质与地球物理研究所,(Short-term),Standard 91500(Long-term),LA-ICPMS,测定结果,Standard 91500(Short-term),李献华等（,2005,）,仪器技术参考文献,Walder,et al.,1993,J Anal.Atom.,Spectrom,.8:19-23,Salters,1994,Anal.Chem.66:4186-89,Thirlwall,&,Walder,1995,Chem.Geol.122:241-47,Blichert-Toft,et al.,1997,Contrib.Mineral.Petrol.127:248-60,David et al.,1999,Chem.Geol.157:1-12,7.4.Lu-,Hf,同位素年代学,=(1.8670.008)10,-11,/y,辉绿岩,辉绿岩,MC-ICPMS,(,Soderlund,et al.,2004),确定衰变常数,=(1.940.07)10,-11,/y,Lu,176,初始,176,Hf/,177,Hf=0.27978,9,初始,176,Hf/,177,Hf=0.279742,29,(,Blichert-Toft,&,Albarede,1997),钙长辉长无球粒陨石,TIMS,Patchett,et al.(1981),Tatsumoto,et al.(1981),陨石定年,西,格陵兰,Amitsoq,片麻岩全岩和锆石,Lu,Hf,等时线（,Pettingill,et al.,1981),与,Rb,Sr,等时线吻合,变质岩定年,Anczkiewic,et al/(2004),加州,Franciscan,杂岩高级变质岩,T,1/2,37.1,10,9,y,Lu-,Hf,system,T,1/2,106,10,9,y,Sm-Nd,system,vs,Lu-,Hf,定年,的优势,南英格兰早始新统,London Clay,组中鲨鱼牙齿化石,Barfod,et al.(2003),55.3,1.4 Ma,Lu-,Hf,同位素体系对高级变质岩（含石榴子石）和沉积岩（含磷灰石）定年具有非常重要的应用前景。,沉积岩定年,Barfod,et al.(2002),贵州地区陡山沱组磷块岩,沉积岩定年,