Pb同位素.

第七节铅同位素一、铅稳定同位素组成•铅有4种稳定同位素：•204Pb、206Pb、207Pb、208Pb204Pb尚未被发现有放射性母体，普遍被认为代表原始铅。•206Pb、207Pb、208Pb都是由放射性母体产生的：•238U206Pb+84He+6-+Q235U207Pb+74He+4-+Q232Th208Pb+64He+4-+Q•地质体中的206Pb、207Pb、208Pb含量随时间而变化（增长）。•用204Pb作基准，用206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb来表述铅的变化规律。几个概念：•放射性成因铅——岩石矿物形成以后，由其中的238U、235U、232Th衰变所产生的那部分206Pb、207Pb、208Pb。•普通铅——不含U、Th及其衰变系列中的放射性同位素的矿物或岩石中的铅，由原始铅+放射成因铅组成，其中放射成因的铅是矿物或岩石形成以前由放射性母体的衰变所形成的。•正常铅——符合单阶段演化模式，能给出有意义模式年龄的普通铅。•异常铅——不符合单阶段演化模式，模式年龄无意义的普通铅。–J型铅（异常铅）——模式年龄小于矿床（或岩石）年龄。–B型铅（异常铅）——模式年龄大于矿床（或岩石）年龄。铅同位素研究中使用的参数和符号：•t0=45.7108aa0=206Pb/204Pb•b0=207Pb/204Pbc0=208Pb/204Pb•=238U/204PbV=235U/204PbW=232Th/204Pb=238U/235U=137.88K=W/•8=0.15512510-9/a(238U的衰变常数)5=0.9848510-9/a(235U的衰变常数)2=0.04947510-9/a(232Th的衰变常数)•a0=9.3070.003b0=10.2940.003c0=29.4760.009•a=18.700b=15.628c=38.63二、单阶段正常铅的同位素演化Holmes-Houtermans模式：•普通铅年龄测定的条件：–1）地球最初是流体，而且是均一的；2）当时U、Th和Pb是均匀分布的；3）原始铅同位素组成到处都一样；4）后来地球成为刚体，并且U/Pb比值出现了区域性的异常；5）在任何给定的地区，U/Pb比值的变化只是由U到Pb的放射性衰变造成的；6）在普通铅矿物（如方铅矿）形成时，铅与U、Th分离开来，而且它的同位素组成从此保持恒定。•如果在t年以前铅从没有同位素分馏的体系中分离出来,则•)()()(88.137)()()(555588020420802042070204206tTttTttTteekcPbPbeebPbPbeeaPbPb把1、2式联立，可以消去：][88.1371)()(885502042060204207tTtTtteeeeaPbPbbPbPb•上式在已知t0(或T)、a0、b0和样品比值的情况下可以求得t（成矿或成岩）年龄。•m是等时线的斜率。当t=0时，称为地球年龄线，等时线通过地球原始铅同位素组成点。][88.13718855tTtTeeeem•前述方程式是一个超越方程，不能用代数方法来求解，可用作图或制表的办法来求解，同样可以得到很好的精度。•求解模式年龄的步骤：•用斜率公式，按一定的时间间隔代入到斜率公式中的t，计算出相应的斜率值，制成表格。•用样品的比值求出等时线的斜率，在用插值法求出年龄值——模式年龄下表是单阶段铅等时线斜率与模式年龄对照表：计算出模式年龄后，将他代入下式，计算、W和k值：tteeaPbPb808020420603.238038.23210028.99WUThtTeecPbPbw220204208严格符合单阶段演化模式的矿床或岩石是必较少的，有一些矿床接近于单阶段演化模式，如与拉斑玄武岩有关的块状硫化物矿床、海底火山喷气沉积矿床以及一些层控矿床等。StantonandRussell（1959）选定了9个整合型矿床，他们认为这些矿床是地幔物质在没有受到地壳物质污染的环境中，通过沉积作用形成的，应该具有单阶段演化的特点。结果拟合出一条生长线，=8.99。见下图。Stacey-Krasters两阶段正常铅演化•该模式假定，普通铅的演化从地球形成时(45.7×108a)开始直到37×108a前为第一演化阶段，其238U/204Pb为7.19，232Th/204Pb为32.2l，Th/U为4.62。•大约在37×108a前，由于发生分离事件，正常铅的演化进入第二阶段，即地壳阶段。•由于地壳比地幔富含铀和钍，所以第二阶段的238U/204Pb为9.74，232Th/204Pb为37.19，Th/U为3.78。•在上述两个阶段中，铅同位素都是在封闭的系统内演化的。两阶段年龄计算表二具有多阶段演化的异常铅•异常铅的特点：•(1)铅同位素组成的变化一般很明显，而且以富含放射成因铅为特征。•(2)在206Pb/204Pb—207Pb/204Pb和206Pb/204Pb—208Pb/204Pb图上呈线性排列。•(3)采用单阶段演化模式所计算的模式年龄与用其他方法测定的年龄是不一致的，有时甚至是负值。•(4)在增长曲线图中，异常铅的数据点或是沿某一原始等时线分布，但落在不同μ值的演化线上；或是落在不同的原始等时线上，但μ值差别不大，数据点都位于增长曲线的弦上，不超出增长曲线;或落在具有不同μ值的增长曲线和不同年龄的原始等时线上。•(5)在异常铅的源区中，通过计算所获得的U/Pb或Th/Pb变化明显。•(6)在很多具有异常铅的矿床中，铅同位素组成的变化具有一定的规律性。如在横山岭铅锌矿床中，206Pb/204Pb或208Pb/204Pb随矿体埋藏深度增加而有升高的趋势(据陈好寿，1979)异常铅有多种可能的形成方式：•两种不同时代的正常铅的混合；•一种正常铅受到了放射成因铅源的污染；•源区中获得或丢失Th、U或Pb；•可能经历多次的放射成因铅的污染，即经历过多个U-Th-Pb系统的演化。•见下图异常铅的年龄计算这是一个二次等时线公式，其斜率R为:需要用其他办法确定一个时间。•][88.137128182515tttteeeeR][88.1371)/()/()/()(281825251212204206204206204207204207tttttttteeeePbPbPbPbPbPbPbPb加拿大大不列颠哥伦比亚库特内弧区矿床中方铅矿的异常铅辽宁东部某些金矿的金属矿物的铅同位素12.0014.0016.0018.0020.0014.0015.0016.00206Pb/204Pb207Pb/204Pb0*10^8a5101520253035大洋年轻火山岩的铅同位素组成阿辛申岛，戈夫岛，圣。海伦纳，卡纳瑞群岛的特奈理夫岛，夏威夷群岛三、在物质来源方面的应用•铅同位素示踪有几种方法：–铅年龄法–特征值法–⊿α－⊿β－⊿γ法–模式图解法–对比法⊿α－⊿β－⊿γ法•用样品铅同位素组成与某时代的地幔（理想）的差值⊿，可以揭示铅同位素的演化信息•⊿α＝[α/αM(t)-1]×1000•⊿β=[β/βM(t)-1]×1000•⊿γ=[γ/γM(t)-1]×1000•α、β、γ是样品的比值，M代表地幔，计算用的μ值取7.8，232Th／238U＝4.04，T=4.57Ga，a0=9.307,b0=10.294,c0=29.476.用单阶段演化公式计算某时间的地幔比值。关于全岩样品的校正•岩石或矿石中含有一定量的U和Th，他们在形成之后的放射成因铅加在了原有的组成上，需要进行校正。方法如下：•(206Pb／204Pb)t＝(206Pb／204Pb)M－μ(eλt－1)•(207Pb／204Pb)t＝(207Pb／204Pb)M－μ／137.88(eλt－1)•(208Pb／204Pb)t＝(208Pb／204Pb)M－w(eλt－1)•t是成矿（成岩）年龄，需用其他方法求得。•可见，源区U、Th含量低，Pb高，年龄小，其校正值小；而源区U、Th含量高，Pb低，年龄大，校正值大。对比法讨论矿质来源•爱尔兰:•东南基底放射性成因铅高,西北低,各种矿化的线性分布可能代表这两种基底前的混合.•爱尔兰Pb同位素分布,反映东南基底具有较高的放射成因铅,尔西北部基底则较低.其它应用•划分成矿区带•矿床评价