同位素地质年代学

相关图片　　同位素地质年代学（isotope chronology）又称同位素年代学，是同位素地质学分支之一。利用自然界放射性衰变规律研究测定各种地质体的形成时代的同位素记时方法。它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成时间和地事件发生的时代,以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律。所涉及的同位素主要有U Th Pb体系、Sm Nb体系、Rb Sr体系、K Ar体系、Ar Ar体系、Re Os体系、Lu Hf体系、14C等。着重研究含高放射成因同位素的封闭体系。

　　放射性是指原子核自发地放射各种射线（粒子）的现象。在磁场中研究放射性的性质时，发现射线是由α、β、γ3种射线组成。α射线是高速运动的α粒子流,α粒子由两个质子和两个中子组成,实际上就是嬆He。β射线是高速运动的电子流。γ射线是波长很短的电磁波。

同位素地质年代学　　能自发地放射各种射线的同位素称为放射性同位素。放射性同位素放射出α 或β射线而发生核转变的过程称放射性衰变，衰变前的放射性同位素为母体，衰变过程中产生的新同位素叫子体。若放射性母体经过一次衰变就转变为另一种稳定的子体，称为单衰变。如87Rb→87Sr+β-。若放射性母体经过若干次衰变，每一种衰变所形成的中间子体是不稳定的，又继续衰变，一直到产生稳定的最终子体为止，则叫连续衰变或衰变系列。如 238U经过 14次连续变，即238U→8α+6β-+206Pb，最终形成稳定的206Pb子体。有的放射性母体能同时产生两种子体，这样的衰变称分支衰变。如 40K一方面通过β-衰变形成稳定的40Ca，同时又以K层电子捕获方式形成稳定的 40Ar。在放射性衰变过程中放射性母体同位素的原子数衰减到原子数目的一半所需的时间称为半衰期，记作 T1/2。它不随外界条件、元素所处状态或元素质量的变化而改变。半衰期的长短差别很大，短的只有10-7秒,长的可达1018年。半衰期愈短的同位素放射性愈强。放射性同位素在单位时间内每个原子核的衰变几率称衰变常数(λ)。半衰期和衰变常数是利用放射性衰变定律计算地质年代时的两个重要特征常数。一些同位素的半衰期和衰变常数如表。

　　同位素地质年代的测定基于放射性衰变定律，即任何放射性同位素随时间按负指数规律而衰同位素地质年代学相关书籍减，其表达公式为

　　N0表示时间t=0时放射性同位素的初始原子数，N表示经过t时间以后剩下的未衰变母体原子数,λ为衰变常数。经任何时间由母体衰变的子体原子数为

　　D=N0-N

　　将此式代入上式进行推导和计算，得出

　　该式就是同位素地质年代测定的基本公式。

　　应用放射性同位素的衰变作用测定地质年代需具备以下前提：

       ①放射性同位素的衰变常数和半衰期被准确测定

       ②样品及其测得的N和D值能代表想要得到年龄的那个体系

       ③在地球物质中同一元素的几种同位素丰度比值应是恒定的，

       ④对样品中混入的非放射成因稳定子体的初始含量能准确地扣除或校正

       ⑤作为样品的岩石或矿物自形成以后保持封闭体系。

　　任何天然放射性同位素都能用来测定地质年龄。依据半衰期有两类计时方法：①长半衰期同位素计时法，如铀－钍－铅法、钾－氩法、铷－锶法、钐－钕法镧－铈法、镥-铪法、铼-锇法等。这些方法对宇宙年代学同样具有重要意义;②短半衰期同位素计时法,如铀系法、沉降核类法、碳－14法等。这类方法均属直接测定法，即依据放射性衰变定律而测定。还有一类是间接测定法，即依据放射性射线和裂变碎片对周围物质作用的程度来测定年龄，如裂变径迹法、热释光法、辐射损伤法等。^[1]

　　第八届全国同位素地质年代学和同位素地球化学大会在南京举行

　　由中国地质学会同位素地质专业委员会和中国矿物岩石地球化学学会同位素地球化学专业委员会主办，南京大学地球科学系和内生金属成矿机制研究国家重点实验室承办的第八届全国同位素地质年代学与同位素地球化学大会于2005年10月27～30日在南京召开。来自全国各高等院校、中国科学院、中国地质科学院、各部委研究院所的350余名代表出席了会议。与会代表中既有我国同位素地质学领域的著名专家学者，也有许多来自各高等院校和研究院所的青年学者和研究生。地质信息技术导论

　　会议共收到论文摘要130余篇。

　　会议主题是：

　　（1）同位素新技术、新方法与新理论；

　　（2）岩浆岩年代学与同位素示踪；

　　（3）大陆动力学与壳幔物质循环；

　　（4）矿床同位素定年与成矿示踪；

　　（5）（古）海洋环境同位素地球化学；

　　（6）气候变化与环境同位素地球化学、

　　（7）热年代学与年青年代学；

　　（8）地下水定年与同位素地球化学。此外，与会代表还就同位素地球化学的发展方向进行了探讨。会上10位代表做了特邀大会报告，27位代表做了特邀分组主题报告，140余位代表作了分组口头报告，还有30余位代表做了海报张贴。

　　大会特邀报告中，李曙光院士针对中国东部岩石圈减薄这一热门话题，介绍了他近年来在“下地壳对华北克拉通及大别造山带中生代镁铁质岩浆岩地幔源区的贡献”所取得的新认识。刘敦一研究员介绍了SHRIMP远程控制系统的研究成果，这一系统的研制成功为科学家们进行远程锆石SHRIMPU-Pb定年研究提供了技术支持。蒋少涌教授介绍了最近几年来他们在成岩成矿作用过程中的同位素示踪与定年研究方面所取得的成就，特别是一些新的同位素地球化学方法（如B同位素、Re-Os同位素等）在成岩成矿作用过程研究中的进展。刘丛强研究员做了关于“喀斯特地表生物地球化学过程与物质循环的同位素示踪”的报告。丁悌平研究员综述了近年来他们在生物圈的硅同位素地球化学方面的研究进展。陈骏教授报道了我国沙漠、黄土的同位素地球化学研究的最新进展，从同位素地球化学的角度探讨了黄土的来源问题。来自美国明尼苏达大学地质地球物理系的程海研究员则介绍了U系年代学的进展以及在第四纪研究中的应用。储雪蕾研究员报道了新元古代冰期前后海水硫、碳同位素的变化。郑永飞教授介绍了他们通过稳定同位素的证据研究大陆板块俯冲和折返过程中的流体活动方面的最新成果。李献华研究员则综述了Lu-Hf同位素体系的研究进展。

相关数据　　同位素新技术、新方法与新理论是受到与会专家特别关注的一个分会主题。19位专家做了报告，介绍了很多的同位素新技术和新方法，展示了我国同位素研究的良好前景。其中，朱祥坤研究员介绍了过渡族元素同位素的分馏过程和机制，并对这些新的同位素方法在地质中的应用做了探讨，一批开创性的成果已经发表在国际顶级刊物上。丁悌平研究员则对硅的原子量重新进行了精确的校正，在这次会议上报道了这一最新结果。另外，一些同位素仪器公司的代表与会对一些新的同位素质谱仪以及实验室建设等方面进行了介绍。

　　在岩浆岩年代学与同位素示踪分会场，一大批新的重要的成果被展示出来。如朱炳泉研究员介绍了溢流玄武岩的同位素体系。李惠民研究员介绍了岩浆岩中斜锆石的U-Pb定年方法，并将其与锆石的U-Pb定年结果进行了对比。陈福坤研究员介绍了云南特提斯带保山－腾冲地块早古生代岩浆岩的研究成果。徐夕生教授则报道了粤西白垩纪火山-侵入岩浆活动的同位素地球化学特征。

　　大陆动力学与壳幔物质循环也是最近一些年来我国地学家比较关注的科学问题，已经取得了大量的重要成果。支霞臣教授做了关于“中国东部SCLM的Re-Os同位素定年”的报告。张宏飞教授做了“西秦岭－松潘构造及邻区花岗岩类对块体构造属性及其地壳结构的限制”的报告等。

　　同位素是解决矿床形成时代和成因的重要手段，本次大会特设了矿床同位素定年与成矿示踪专题报告会，许多这方面的新的成果在会上得到了充分的交流和讨论。候增谦研究员介绍了973项目组对西藏高原碰撞造山带成矿作用的同位素示踪和定年研究的最新成果。陈衍景研究员则以熊耳地体的金矿为例，介绍了同位素在示踪成矿物质和流体来源的理论和应用。华仁民教授等一批学者则报道了湘东南的众多钨锡矿床的同位素定年和示踪研究的最新成果。孙晓民教授报道了中国大陆深钻中石英脉和东海水晶巨晶流体包裹体惰性气体同位素组成特征，并对其意义进行了探讨。

　　在（古）海洋环境同位素地球化学分会场，16名代表做了发言。会议围绕古海洋的同位素地球化学演化、天然气水合物的同位素示踪、震旦--寒武纪古海洋古环境的同位素研究以及现代海洋沉积物的同位素示踪等多方面开展了交流和讨论，展示了我国在这些研究领域的最新研究成果。凌洪飞教授首次报道了78Ma以来的太平洋海水的Nd和Pb同位素演化，并通过同位素示踪限制了它们的源区。石学法研究员通过有机碳同位素的证据讨论了南黄海沉积作用以及物质来源的问题。马东升教授报道了华南下寒武统黑色页岩的碳-硫同位素地球化学，探讨了它们的古海洋学意义。还有不少代表则对受到广泛关注的天然气水合物开展了多种同位素示踪研究，取得了良好的成果。另外不少学生代表作了口头发言和参与大会讨论。这次会议将对我国的（古）海洋同位素地球化学的研究起到积极的推动作用。图片资料

　　最近几年，我国在环境同位素地球化学方面，特别是第四纪环境与气候变化方面，取得了许多重要的成果，引起国际学术界的广泛关注。27名代表做了报告。其中，周力平教授做了关于北京东灵山现代植物的碳同位素研究的报告。刘卫国研究员报道了陆地植物有机分子化合物氢同位素组成及其古环境意义。胡超涌副教授做了长江中游季节分辨气候的石笋记录的报告。汪永进教授报道了225ka以来东亚季风的岁差旋回与千年尺度变率。覃嘉铭研究员做了题为“末次冰消期以来气候期划分的准确定位与定年”的报告。

　　在热年代学与年青年代学以及地下水定年和同位素示踪的分会场，肖应凯研究员做了海水蒸发过程中硼同位素分馏以及无机碳酸盐沉积时异常的硼同位素分馏的报告。刘存富教授做了河北平原地下水氦氩同位素特征的报告。王仕禄研究员做了喀斯特湖泊碳生物地球化学循环的报告。陈文研究员报道了新疆东天山秋－黄韧性剪切带40Ar/39Ar年代学研究的结果。袁万明研究员做了新疆阿尔泰造山带构造作用的锆石裂变径迹分析的报告。

　　会议期间还召开了中国地质学会同位素地质专业委员会和中国矿物岩石地球化学学会同位素地球化学专业委员会委员会议，确定第九届全国同位素地质学大会将于2009年由中国科学院地球化学研究所（贵阳）来承办。

　　会后部分代表参加了野外实地考察。^[2]