Question

（二）锶（Sr）同位素分析

Answer 1

1.铷-锶（⁸⁷Rb-⁸⁷Sr）同位素

（1）基本原理：岩石或单矿物中的铷（⁸⁷Rb）经β衰变生成稳定同位素（⁸⁷Sr）。根据对试样中母体同位素⁸⁷Rb（或Rb元素）和子体同位素⁸⁷Sr（或Sr元素）含量及锶同位素比值的测定，即可根据放射性衰变定律计算试样形成封闭体系以来的时间，即岩石或单矿物形成以来的时间。样品多采用质谱法分析测定，即将试样分解后，采用离子交换树脂色谱分离和纯化铷和锶。然后用同位素稀释质谱法测定试样中的铷、锶含量及锶同位素比值，然后计算年龄。

（2）样品要求：选择富钾的矿物，如黑云母、白云母。它们是Rb-Sr法中最常用的矿物。通常黑云母比白云母易受变质作用和蚀变作用的影响，易发生Rb、Sr的得失。另外还有钾长石，其Rb/Sr比值较低，但这类矿物受到扰动时，对Rb-Sr的保留能力较强，即Rb-Sr封闭体系较好。角闪石和辉石类矿物中Rb/Sr比值都很低，一般只被用来确定（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）初始比值。沉积岩的年龄测定常选用海绿石，因其含有比较合适的 Rb/Sr比值。

对全岩样品来说，最合适的是花岗岩类和酸性火山岩，因它们含钾比基性岩高，随之铷也较高。玄武岩因Rb/Sr比值很低，常用来确定（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）初始比值。

（3）地质应用：沉积岩黏土矿物的成因类型。由于不同沉积岩常常不只由单一类型的矿物组成，它们的成因往往也不相同，因而对矿物成分的研究就成为应用黏土矿物进行沉积岩铷-锶年代研究的重要内容。

判定黏土矿物成因的标准。采用矿物学标准（如伊利石的多型性及结晶指数）和碳酸盐中锶同位素的组成作为黏土矿物的成因标准。

沉积岩黏土矿物年龄的地质解释。Rb-Sr法已用于沉积岩中沉积层年代的测定，成岩作用的年代测定，轻微变质层年代的测定等。

2.锶（Sr）同位素

（1）基本原理：锶有4种天然同位素⁸⁴Sr、⁸⁶Sr、⁸⁷Sr和⁸⁸Sr，它们都是稳定的。其中⁸⁷Sr是由⁸⁷Rb经β衰变而成，故随着⁸⁷Rb的衰变，⁸⁷Sr在地质历史中是逐渐增多的。实际工作中，锶同位素的组成一般用⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值来表示。锶常以类质同象的形式分散在含钙、钾的矿物中，如钙质碳酸盐（尤其是文石）、角闪石和磷灰石等。在化学与生物化学过程中，锶不会产生同位素分馏，因而在研究物质迁移和变化过程中，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr是有效的示踪剂。

锶在海水中的残留时间大大长于海水的混合时间，因而任一时代全球海水锶元素在同位素组成上是均一的，不受纬度、深度的影响。海相碳酸盐岩形成时，保存了当时地质条件下海水锶同位素组成的信息，因而现在可以通过对未受成岩后生变化影响，保存好的碳酸盐岩（尤其是其中的生物化石）的分析来获得过去的海水锶同位素记录。

（2）样品要求：采样要坚持空间性、时间性、代表性和有效性，采集的样品要分清是原生还是次生，是早期还是晚期，不同地质位置、不同相带、不同层位、不同构造的样品不能混合。

严防样品污染。采集水样时，要马上密封好样品容器，以免发生水蒸气污染和发生蒸发分馏。采集气体样品时，一般要先把容器里的空气排干净，然后再收集气体样品并密封。

（3）地质应用：锶同位素可作为物源的示踪剂，可以根据沉积物的锶同位素组成及其变化规律判读其物质来源；利用锶同位素组成进行海相地层定年；锶同位素是地球化学重要的示踪手段之一，结合C、O同位素可以为研究古气候、古环境的变化提供定量的依据；锶同位素也可用于沉积地层的水-岩相互作用研究。