Datación samario-neodimio y geoquímica de isótopos de neodimio
Sm y nd pertenecen al tercer subgrupo del sexto período de la tabla periódica de elementos (también llamado serie de lantánidos o elementos de tierras raras, con números atómicos de 62 y 60 respectivamente). Todos tienen siete isótopos. La abundancia relativa de isótopos de los dos elementos y las vidas medias de los isótopos radiactivos se muestran en la Tabla 6.4.
El método Sm-Nd se basa en la reacción de desintegración del 147Sm producida por desintegración alfa;
Geoquímica
Tabla 6.4 Abundancia relativa y vida media del samario e isótopos de neodimio
*Isótopos radiactivos.
(Según N.E. Holden, 1980)
Según la ley de desintegración:
Geoquímica
Considerando el Para el Nd inicial composición de isótopos, divida ambos extremos de la fórmula (6.25) por el isótopo estable 144Nd para obtener:
Geoquímica
Donde: (143Nd/144Nd)S es la proporción de la muestra actual (143Nd/144Nd)0 es la relación inicial de la muestra; (147Sm/144Nd)S es la relación de números atómicos de 147Sm y 144Nd; λ es la constante de desintegración de 147Sm; t es la edad de formación de la muestra.
La datación Sm-Nd utiliza principalmente el método isócrono de roca entera o el método isócrono de roca entera + mineral, y su método de estructura isócrona es el mismo que el método Rb-Sr. Para obtener una edad isócrona confiable de Sm-Nd, también se deben cumplir las siguientes condiciones: ① Un grupo de muestras de investigación tiene simultaneidad y homología ② Existen diferencias obvias en la relación Sm/Nd de las muestras analizadas; formado, el sistema mantiene Sm y nd cerrados.
Los isótopos padre-hijo 147Sm y 143Nd pertenecen a elementos de tierras raras y tienen propiedades geoquímicas muy similares, por lo que el hijo radiactivo 143Nd hereda naturalmente la posición del padre en la red cristalina y no escapará. Además, es difícil para varios procesos geológicos separar y migrar Sm y nd, por lo que generalmente es fácil que el sistema Sm-Nd permanezca cerrado. Las investigaciones muestran que si no hay fluido en el sistema, las rocas que han experimentado metamorfismo en fase anfibolita o incluso en fase granulita aún pueden mantener cerrado el sistema de isótopos Sm-Nd, obteniendo así información más precisa sobre la edad de las rocas metamórficas. Dado que la constante de desintegración del 147Sm es pequeña, el método Sm-Nd suele ser adecuado para determinar la edad de rocas antiguas (>:100 millones de años).
La relación w(Sm)/w(Nd) de las rocas naturales tiene un rango pequeño (generalmente 0,1~0,5). En un grupo de rocas homogéneas de sílice-alúmina, w(Sm)/w(Nd). ) La diferencia de ratios es aún menor. Por lo tanto, el método isócrono de roca entera Sm-Nd no es adecuado para datar rocas ácidas. La relación w(Sm)/w(Nd) de rocas máficas y ultramáficas homólogas varía mucho. Se pueden obtener mejores resultados utilizando el método de isócrono de roca completa Sm-Nd o el método de isócrono de roca completa + mineral. Este método se puede utilizar para determinar la edad de meteoritos, piedras lunares, rocas básicas antiguas y rocas ultrabásicas de la Tierra. El método de isócrona mineral + roca entera de condrita de Moama obtenido por Hamet et al (1978) determinó que la edad de formación del meteorito fue (4580 ± 50) Ma, (431ND/41ND).
6.2.3.2 La edad del modelo de isótopos de samario y neodimio
La clave para datar usando la fórmula (6.26) es conocer la relación (143Nd/144Nd) 0 cuando la muestra fue Se formó y se puso la edad inicial supuesta. La edad calculada sustituyendo la relación en la fórmula (6.26) se denomina edad modelo. Claramente, la confiabilidad de la edad del modelo depende de la elección de los ratios iniciales.
Supongamos que la cámara de magma del manto original es una cámara de magma homogénea (CHUR) con una relación condrita w(Sm)/w(Nd). Se supone que la roca de la corteza terrestre w(Sm)/w(. Nd) permanece sin cambios, entonces la roca de la corteza terrestre en el momento t es (143 ND/.
Geoquímica
Donde: (143Nd/144Nd)CHUR (t) es el CHUR en el momento t Ratio; (143Nd/144Nd)CHUR y (147Sm/144Nd)CHUR son los valores modernos de CHUR respectivamente, donde (143 nd/144 nd)CHUR = 0.5643.00000000001 para muestras de corteza, según (6.26):
Geoquímica
Donde: (143Nd/144Nd)S (t) es la relación de la muestra en el tiempo t (143Nd/144Nd)S y (147Sm/144Nd)S son los; valores modernos de la muestra respectivamente. /p>
Dado que la muestra proviene del área de origen de CHUR, existen:
Geoquímica
Expresiones simultáneas (6.27) y ( 6.28), y reescribe t como TCHUR, luego:
Geoquímica
En la fórmula, TCHUR es la edad del modelo de isótopo Nd de la muestra en relación con CHUR, que representa el tiempo de separación. del material de la corteza de CHUR o el tiempo de diferenciación corteza-manto
Con la profundización de la investigación, se descubre que el manto se agota a medida que la corteza y el manto se separan, por lo que se calcula la edad del segundo modelo isotópico. en relación con el manto empobrecido (DM) es más razonable.
A través de una deducción similar a TCHUR, hay:
Geoquímica
En la fórmula: TDM es la edad del modelo de isótopo Nd de la muestra en relación con el manto empobrecido, que representa la separación de la corteza materiales del manto empobrecido Edad; (143Nd/144Nd)DM y (147Sm/144Nd)DM son las proporciones de isótopos actuales del manto empobrecido representado por el basalto de las dorsales oceánicas (MORB). En general, los valores son (143 nd/144 nd)DM = 0,51315 y (147 sm/144 nd)DM = 0,2135(r . g
Si el magma se deriva directamente de la fusión parcial de material empobrecido del manto o cristalización diferencial, la edad de cristalización del magma es cercana a la DTM. Si el magma proviene del reciclaje de materiales corticales tempranos o de la mezcla corteza-manto, la edad de cristalización del magma es menor que la TDM. principalmente rocas clásticas finas) en rocas sedimentarias generalmente solo representan materiales de la corteza terrestre La edad o la edad promedio de la formación de la corteza regional Si la relación Sm/Nd del material de la corteza terrestre cambia después de la formación, es necesario utilizar un modelo de dos etapas o de varias etapas. utilizado para calcular la edad del modelo (iLew, 1988). p>6.2.3.3 Geoquímica de isótopos de neodimio
Dado que los isótopos nd tienen las siguientes características: ①Sm y Nd tienen propiedades geoquímicas similares, excepto que durante el proceso de magma el w La relación (Sm)/w(Nd) puede Excepto por un cierto grado de cambio, es difícil separar Sm y Nd por otros procesos geológicos, especialmente durante los procesos de meteorización, alteración y metamorfismo después de la formación de cuerpos geológicos ② El inicial. Las proporciones de 143Nd/144Nd de algunas muestras arcaicas caen todas sobre la bola. La línea de evolución de las condritas 143Nd/144Nd muestra que la proporción inicial de isótopos de Nd en la etapa de evolución temprana de la Tierra es muy consistente con la de las condritas. ③ El estudio de isótopos de Nd en rocas volcánicas jóvenes muestra que la proporción de abundancia de los átomos de 143Nd/144Nd y 87S86/Sr tiene una buena correlación negativa. Por lo tanto, los isótopos de Nd son de gran importancia para explorar el manto, la evolución de la corteza y la corteza-manto. intercambio, petrogénesis y fuentes de materiales.
Isótopo de Nd (143Nd/144Nd)0. La relación inicial es una base importante para el rastreo geoquímico de isótopos de Nd. Se puede obtener mediante el método isócrono. , también se puede obtener midiendo la relación de abundancia atómica de 143Nd/144Nd y 147Sm/144Nd y sustituyendo en la fórmula (6.26) se obtiene
Dado que la relación de abundancia atómica de 143Nd/144Nd no cambia. A lo largo del período geológico, se introduce el parámetro εNd, a saber:
Geoquímica
Donde: εNd(0) representa la desviación de la relación de la corriente (143Nd/144Nd) S y CHUR actual (143 nd/144 nd) de la muestra
Geoquímica
Donde: εNd. (t) representa la desviación de la muestra en el tiempo t (143Nd/144Nd)S( t) y Chur (143 nd/144 nd) en el momento t. Entre ellos (143Nd/144Nd)CHUR(t) y (143Nd/144Nd)S (t) se pueden obtener de las fórmulas (6.27) y (6.28) respectivamente.
Durante la evolución de la Tierra, la afinidad de los iones grandes por los elementos pétreos suele concentrarse preferentemente en las rocas de la corteza superior. Para caracterizar con precisión los cambios en las composiciones isotópicas de Nd y Sr en rocas de la corteza terrestre, es necesario introducir el parámetro fm/SNd, a saber:
Geoquímica
Entre ellos: (147Sm /144Nd)S y (147Sm /144Nd) CHUR son las proporciones de la muestra actual y CHUR respectivamente, fSm/Nd representa la muestra actual (147Sm/144Nd). Por deducción:
Geoquímica
Donde: QNd = 24,7t es la edad (la unidad es Ga). el valor de εNd(t) es mayor que 0, lo que indica que el material proviene del manto empobrecido; εNd(t) es menor que 0, lo que indica que el material proviene de la corteza o del área de origen del manto enriquecido; 0, lo que indica que el material proviene del tipo condrita indiferenciada.
Los isótopos de Sr también se pueden expresar mediante parámetros correspondientes a los anteriores:
Geoquímica
En la fórmula anterior: (87Sr/86Sr)S y (87Rb/ 86Sr )S es la relación de isótopos actual de la muestra; (87Sr/86Sr)U.R y (87Rb/86Sr)U.R son las relaciones de isótopos actuales de U.R uniforme. La primera es 0,7045 y la segunda es 0,0827. (87Sr/86Sr)S(t) y (87Sr/86Sr)U.R(t) son las proporciones de isótopos de la muestra y del reservorio homogéneo en la tierra en el momento t, respectivamente; εSr(0) representa la proporción de isótopos Sr actual de la tierra; muestra y el reservorio homogéneo en la tierra La desviación entre la relación de isótopos Sr actual del reservorio εSr(t) representa la desviación entre la relación de isótopos Sr de la muestra en el momento t y la relación de isótopos Sr uniformemente almacenada en la tierra en. el tiempo t; fRb/Sr representa la (87Rb/desviación de la relación 86Sr)S de la relación (87Rb/86Sr)U.R actualmente almacenada uniformemente en la Tierra.
La evolución de εNd(t) en el sistema corteza-manto suele representarse mediante el diagrama de variación εNd(t)-t (Figura 6.4), donde la línea CHUR representa la línea de evolución del manto original. equivalente a las condritas, εNd( El valor t) es siempre igual a 0, la línea DM representa la línea de evolución del manto empobrecido, ε nd (t) evoluciona en la dirección de un crecimiento positivo con el tiempo, y el valor promedio de εNd(; t) del manto empobrecido es +10. La línea C es la línea de evolución de los materiales de la corteza terrestre. El patrón de composición de los elementos de tierras raras es correcto (las tierras raras ligeras son mayores que las tierras raras pesadas), lo que muestra que los materiales de la corteza terrestre formados por la diferenciación del manto están evolucionando en la dirección de. disminuyendo εNd(t). La pendiente de esta línea de evolución El grado depende del valor de fSm/Nd en los productos de diferenciación del manto. Si el valor de fSm/Nd es grande, la línea C es pronunciada si el valor de fSm/Nd es pequeño. , la línea C es suave y la intersección de la línea C y la línea de evolución del manto empobrecido es TDM, y la línea C es con CHUR.
El rastreo de isótopos del sistema corteza-manto generalmente utiliza una investigación exhaustiva sobre los isótopos de Nd y Sr, tomando como ejemplo el diagrama εNd(t)-εSr(t) (Figura 6.5). La figura está dividida en cuatro cuadrantes por dos rectas εNd(t)=0 y εSr(t)=0:
Cuadrante I εNd(t)>0, εSr(t)>0, muestras en En esta zona, con menos frecuencia, generalmente se trata de ofiolitas alteradas por agua de mar, como la ofiolita de Samal εnd(t)=7,8±0,3, εSr(t)=-20~+30 (M.L. McCulloch, 1981).
Cuadrante ⅱεNd(t)>0, εSr(t)<0, a este cuadrante pertenecen muestras del manto empobrecido, como el basalto toleítico de la dorsal oceánica y el basalto insular.
Figura 6.4 Diagrama esquemático de la evolución de εNd(t)-t en el sistema corteza-manto
Figura 6.5 Diagrama esquemático de εnd(t)-εSr(t)
ⅲCuadrante ε nd (t) <0, εSr (t) <0, y hay muy pocas muestras en este cuadrante. Como se muestra a continuación, algunas rocas en fase granulita en la corteza terrestre tienen valores negativos para εNd(t) y pequeños valores positivos para εSr(t).
ⅳCuadrante εnd (t) < 0, εSr(t)>0, en esta zona caen principalmente muestras de material cortical, entre las que caen muestras de la corteza superior o corteza joven en la zona superior del cuadrante, de Las muestras de la corteza inferior o antigua caen en la región inferior del cuadrante. Cabe señalar que los cambios en los isótopos de Nd y Sr en muestras de material de la corteza terrestre de edades similares aún pueden tener características propias. Normalmente el valor de εNd(t) cambia muy poco, mientras que el valor de εSr(t) cambia mucho. El rango de variación de los valores de εSr(t) en muestras de la corteza terrestre es de 10 a 100 veces mayor que el de los valores de εNd(t), lo que indica Sr en la corteza continental.
De la discusión anterior se puede ver que el diagrama εNd(t)-εSr(t) es un método eficaz para analizar la fuente de materia. Además, según la correlación de εNd(t). -εSr(t), también puede Discutir la evolución corteza-manto, la interacción corteza-manto y las faltas de homogeneidad del manto.