南京大學(xué)同位素地質(zhì)學(xué)-08Re-Os同位素年代學(xué)

8、Re-Os同位素年代學(xué)187Re-衰變?yōu)?87Os不僅可用來研究鐵隕石的來源，還可對(duì)Cu、Mo硫化物礦物等進(jìn)行定年結(jié)合Rb-Sr、Sm-Nd、Lu-Hf和U-Pb同位素，可用來研究地幔的分異和陸殼的增長8.1Re、Os的地球化學(xué)性質(zhì)Re與Mn和Te屬于VIIB族元素，但Re的地球化學(xué)性質(zhì)更接近于Mo。Re是分散元素，在輝鉬礦中含量最高（變化于幾ppm至1.88%）。只有在CuReS4,(Seyfullin,etal.,1975）礦物中，Re是主要成分。在火成巖中，Re的豐度大致為0.5ppb。Os在周期表中位于VIIB族，是一個(gè)Pt族元素Os具有親硫的地球化學(xué)性質(zhì)，主要出現(xiàn)在銥鋨礦礦物中，包括Os在內(nèi)的Pt族元素在含有Cu、Ni硫化物的超基性巖和輝長巖、以及碲化物、硒化物、砷化物和銻化物中含量較高。Os的地殼豐度大致為0.4ppb。在太陽系中，Re、Os的絕對(duì)豐度:Re=5.0710-2

個(gè)原子/106個(gè)Si原子,Os=7.1710-1個(gè)原子/106個(gè)Si原子,Re/Os比值≈0.072。與金屬隕石相比，地球和月球上由硅酸鹽礦物組成的巖石極度虧損Re和Os，這是由于親硫Re、Os的進(jìn)入了地核的結(jié)果。橄欖巖Re/Os=0.081隕石Re/Os=0.083拉斑玄武巖和花崗巖的Re/Os比值則高得多（10-30）地殼巖石的高Re/Os比值主要是由于Os含量降低而不是由于Re含量增加的緣故。｝相似地外物質(zhì)包括球粒隕石及其分異的鐵隕石、玄武質(zhì)無球粒隕石(BAC)和月巖：Os的豐度變化范圍很大(10-12~10-4)，但是它們的Re/Os值幾乎穩(wěn)定在0.1隕石而地球物質(zhì)和火星隕石(SNC)中Os的豐度較低(為10-12~10-9),變化范圍小于地外物質(zhì)，但是它們的Re/Os值變化很大（達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)：0.01~100)，并且它們的Re-Os豐度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性，與地外物質(zhì)有顯著差異。隕石在海島玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)和科馬提巖中Re的豐度大于Os.而在幔源橄欖巖包體中Os的豐度大于Re。5.2Re-Os定年Re有2個(gè)天然存在的同位素，其豐度如下：185Re，37.398%，穩(wěn)定187Re，62.602%，放射性187Re通過衰變成為187Os：其譜的終點(diǎn)能很低（2.5keV），因而用直接計(jì)數(shù)法測定187Re的半衰期很困難。WattandGlover(1962)用直接計(jì)數(shù)法測得T1/2=31010aHirtetal.(1963)用10個(gè)已知年齡的輝鉬礦獲得T1/2=(4.30.5)1010aLucketal.(1980)從鐵隕石Re-Os等時(shí)線獲得T1/2=(4.270.2)1010aLuck&Allegre(1983)修訂結(jié)果為

T1/2=(4.560.11)1010a和=（1.520.04)10-11a-1Yinetal.(1993)給出=（1.640.05)10-11a-1Shenetal.(1998)隕石=1.6610-11a-1Shirey&Walk(1998)隕石=（1.6660.017)10-11a-1Os有7個(gè)天然出現(xiàn)的穩(wěn)定同位素。Luck&Allegre(1983):(NH4)2OsCl6的Os同位素豐度：184Os=0.023%186Os=1.600%187Os=1.510%188Os=13.286%189Os=16.251%190Os=26.369%192Os=40.957%含Re體系中187Os的增長可表示為（Hirtetal.,1963）：式中衰變常數(shù)=（1.6660.017)10-11a-1

Shirey&Walk(1998)

。其形式與Rb-Sr體系相似。Hirtetal.（1963）首先用187Os/186Os來表示Os同位素的組成，后來Luck&Allegre(1983)和許多其他研究者沿用了這一傳統(tǒng)形式。然而，190Pt經(jīng)衰變?yōu)?86OsT1/2=(8.8±0.7)1011a隕石中190Pt的同位素相對(duì)豐度低0.0122%（Walkeretal.,1991），因此在隕石定年中采用187Os/186Os問題不大。但對(duì)含Pt族元素的礦床進(jìn)行Re-Os定年時(shí)，由于Pt/Os比值可能很高，相當(dāng)一部分186Os可能是由190Pt衰變產(chǎn)生，從而導(dǎo)致定年偏差。為避免該問題，現(xiàn)多采用187Os/188Os比值（如Fehnetal.,1986;Dickinetal.,1992）(見下式)。以下早期例子為與引用文獻(xiàn)一致仍用187Os/186Os在假定Os同位素初始比值的前提下，從單個(gè)樣品的分析數(shù)據(jù)可以計(jì)算出其模式年齡?；蛘邷y定一套符合等時(shí)線條件的樣品，用等時(shí)線法計(jì)算年齡和初始比值。輝鉬礦具有很高的Re含量（2-230ppm），但Os含量低于0.2ppm（Hirtetal.,1963）并且主要是由187Re衰變成因的187Os。因此輝鉬礦具有非常高的Re/Os比值，特別適合于Re-Os定年。為含輝鉬礦的熱液脈狀礦床的定年提供了一種有效的方法。Hirtetal.(1963)試圖用Re-Os等時(shí)線法對(duì)14個(gè)鐵隕石進(jìn)行定年，其結(jié)果(4.0±0.8Ga)精度較差，不能說明鐵隕石是否與石隕石同時(shí)形成。Lucketal.(1980)和Luck&Allegre(1983)用離子探針質(zhì)譜和同位素稀釋法測定Re、Os的含量，獲得了較高的精度(4.42±0.20Ga)并且發(fā)現(xiàn)：鐵隕石和球粒隕石的金屬顆粒擬合在同一條等時(shí)線上，這些隕石是在太陽星云以后不久（約90Ma）形成的，太陽星云所含Os同位素是均一的，其原始的187Os/186Os等于0.807±0.006隕石的Re、Os同位素組成與地球樣品相一致這些研究結(jié)果不僅揭示了隕石的來源，而且為研究地球Os同位素提供了基礎(chǔ)基性火成巖定年Allegreetal.(1999).MonroTownship科馬提巖Re-Os等時(shí)線（Walkeretal.，1988）基性火成巖定年Gannounetal.,2004,SCIENCE基性火成巖定年沉積巖定年Cohenetal.（1999）將Re-Os等時(shí)線法應(yīng)用于英國侏羅紀(jì)黑色頁巖的定年：黑色頁巖Re、Os含量高于地殼，Re/Os高；95%以上的Re、Os來自海水，黑色頁巖中高的有機(jī)質(zhì)含量保證了當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為還原環(huán)境，在還原環(huán)境下，Re、Os產(chǎn)生沉淀。巖石形成后，若未遭到氧化，則保證了其中Re、Os的穩(wěn)定和封閉。因此其年齡為沉積年齡。（Cohenetal.,1999）富含有機(jī)質(zhì)的幾個(gè)地層的沉積巖全巖Re–Os年齡:(a)Kimmeridgianage1554.3Ma,(b)Toarcianage18113Ma(c)Hettangianage20712Ma,對(duì)應(yīng)于沉積物的沉積年齡.初始187Os/188Os(i)比值代表了當(dāng)時(shí)海水的Os同位素組成.Exshaw組TOC>5%的樣品(可能最能反映水成Os組分)給出等時(shí)線年齡358±9Ma,初始187Os/188Os=0.59，即為海水Os同位素估計(jì).用王水溶樣Creaseretal.,2002加拿大西部沉積盆地晚泥盆紀(jì)Exshaw組富含有機(jī)質(zhì)沉積巖Re-Os體系ExshawFmTOC<5%的樣品結(jié)果偏大MSDW偏大，可能因除水成Os組分外，所含非水成的非放射成因Os組分(碎屑)所致。(A)Exshaw組地層巖石樣品初始187Os/188Os值vs.巖石中碳?xì)浠衔锍墒於?以參數(shù)Tmax表示)，圖顯示無相關(guān)性，表明碳?xì)浠衔镖吺觳⒉伙@著擾動(dòng)Re-Os同位素體系.Creaseretal.,2002因此，Re-Os地質(zhì)年代學(xué)方法可用作測定富含有機(jī)質(zhì)沉積巖年齡的可靠工具，而無需考慮沉積巖中碳?xì)浠衔锍墒於人?為獲得高精度的Re-Os年齡，重要的是要選擇初始187Os/188Os比值變化小的樣品，這比避開碳?xì)浠衔锍墒於雀叩臉悠犯鼮橹匾?Creaseretal.,2002用HF–BF3法分離有機(jī)質(zhì)時(shí)，Re發(fā)生丟失用王水法溶解富有機(jī)碳沉積巖全巖中有機(jī)碳的Re、Os時(shí)，碎屑中的Re、Os也被溶解，碎屑中的Re、Os量相對(duì)于有機(jī)質(zhì)而言是很少量的，可能導(dǎo)致年齡稍有偏差。Selby&Creaser,2003用CrO3–H2SO4法溶解沉積巖全巖有機(jī)碳中Re、Os所獲得的等時(shí)線年齡與火山層中鋯石U－Pb年齡（363.3±0.4Ma）相吻合。Selby&Creaser,2003溶樣方法改進(jìn)貴州王家彎下寒武統(tǒng)黑色頁巖中Ni-Mo硫化物富集層Maoetal.,2000加拿大Sudbury的McCreedyWestores(Ni–Cusulfide)

的Re-Os等時(shí)線.Morganetal.,2002礦床定年加拿大Sudbury的Falconbridgeores(Ni–Cusulfide)

Re-Os等時(shí)線Morganetal.,2002加拿大Sudbury的StrathconaHangingwall