Question

锶同位素演化

Answer 1

锶同位素演化涉及3个方面的主要因素，地球的原始锶、地壳或地质体形成至现在的演化时间以及各种地质体的Rb/Sr含量比。所谓锶的演化，就是指地球或地壳或某地质体形成后至今放射性成因⁸⁷Sr的增长趋势。

1.初始锶、放射性成因锶和普通锶

初始锶:是指地球或某一地质体形成时所包含的那部分锶，用(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_初始值或(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀表示。

放射性成因锶:是指地球或某一地质体形成后由⁸⁷Rb衰变至今所积累的那部分⁸⁷Sr，用(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_{放射性成因}表示。

图2－1 同源岩浆岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的增长与⁸⁷Rb/⁸⁶Sr和时间之间的函数关系

普通锶:是指初始锶与放射性成因锶之和，即(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_普通锶=(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_初始值+(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_{放射性成因}。使用中同时出现时，必须加以标明。岩石样品，除极少数不含或含Rb量可以忽略外，实际测定的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值，只能代表普通锶。

在锶同位素地球化学研究中，只利用岩石或矿物形成时的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值，不包括岩石、矿物形成后⁸⁷Rb计时启动至今所积累的放射性成因锶。因此，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)(初始值)的获得，只有通过Rb－Sr等时线年龄算出，或者通过直接测定与岩石同期形成的不含铷的矿物中的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(图2－1)。

地球的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值是根据成分与地球上火成岩相似的玄武质无球粒陨石的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr确定的。根据这一观点，D.A.Papanastasiou和G.J.Wasserburg(1969)分析了7个玄武质无球粒陨石的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始值(0.698990±47)，称之为BABI值(Basaltic Achondrite Best Iniitial)，一般用它来代表地球的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始值。

2.地壳、地幔的锶同位素演化

地球物质的锶同位素组成，总的趋势是地壳物质富含⁸⁷Sr，特别是在地球表面逐步冷却，地壳、地幔分离时，熔融体中的大离子亲石元素和放射性元素(如Rb)向地壳迁移、富集。这一过程导致地幔相对贫Rb，而地壳的Rb含量却远远高于地幔。因此，总体上看，地幔锶同位素的增长速度远远低于地壳，其⁸⁷Sr/⁸⁶Sr对时间的演化线相对比地壳平缓得多。

图2－2以时间为横坐标，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr为纵坐标，地球的形成时间为45.5亿年，其初始锶为0.698990±47。当地壳、地幔分离时，锶同位素在此基础上继续演化，直至原始地壳的形成，这时原始地壳的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始值为0.702～0.704左右。图2－2清楚地显示出上地幔和地壳锶的同位素演化过程。

图2－2 上地幔和地壳锶的同位素演化(据Fuare等，1975)

图2－3 同源岩浆岩(或矿物)不同Rb/Sr比的锶同位素演化(据Fuare等，1972)

3.岩体中的锶同位素演化

岩浆冷却固结成岩石，这时岩体的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr平均值就是它的初始值。在地球表面各类岩石中，从超基性岩、基性岩、中性岩到酸性岩，锶同位素的初始值有所不同，超基性岩最低，酸性岩最高。这种变化主要体现了原始岩浆物质来源的不一致。来自深源的地幔物质的锶同位素组成，远远低于地壳物质。相反，由于地壳物质相对富含Rb，放射性成因积累的锶也相对高得多。如果岩浆的形成是两端员以上物质的混合，岩体⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的初始值不仅取决于各端员物质岩浆原始的锶同位素组成，还与它们的混合比例有关。

在同一岩体中，不同矿物的锶同位素的演化也不相同(图2－3)。在岩浆冷却矿物晶出的过程中，铷和锶在各矿物中进行重新分配，各矿物中Rb/Sr含量比存在着明显的差异，Rb/Sr比高的矿物，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值增长快，对时间的演化线较陡。但大多数矿物容易受热事件的影响，很难保持封闭状态。在温度较高的变质过程中，有可能引起锶同位素的均一化。锶同位素在地球物质中分布很不均一，这种不均一性不仅表现在相同时间不同区域内形成的岩石中有不同的锶同位素组成，而且在同一区域不同时间，甚至同一时间形成的岩石也存在明显的锶同位素组成的差异。导致这种差异的原因十分复杂，但总体上可以归纳为:源岩物质的来源、源岩物质的Rb/Sr比，源岩形成的时间，以及源岩形成后，在后期地质作用过程中能否保持系统封闭等因素的综合结果。