地球上古老岩石的来源基于太古宙岩石-(146)Sm--(142)Nd同位素证据

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1、第37卷第1期2010年2月中国地质V01．37．No．1Feb．，2010地球上古老岩石的来源：基于太古宙岩石146Sm_142Nd同位素证据皮桥辉陈岳龙李泳泉刘雪敏(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083)提要：通过构筑“sm一“2Nd同位素体系，应用于冥古宙(4．6~4．0Ga)时期地幔演化的研究，可以了解这一时期地幔演化过程。对太古宙岩石中⋯Nd的研究发现早期地幔出现明显的不均一性，造成这种不均一性的原因应该来源于地幔的分异作用。加拿大Nuvvuagitmq绿岩带来源于富集地幔和亏损地幔混合，但以

2、富集地幔为主，格陵兰杂岩和变质砂岩来源于亏损地幔，而西澳大利亚伊儿岗片麻岩来源于富集地幔和亏损地幔的混合带，但主要以亏损地幔为主。关键词：早期演化；太古宙；“sm一⋯Nd同位素中图分类号：P597+．3文献标志码：A文章编号：1000—3657(2009)01—0088—06地球早期演化产生化学不均一性亏损地幔已被科学家所证实，产生化学不均一性很可能是均一球粒陨石型地幔不均一性分异产生亏损地幔，但是这种球粒陨石型地幔不均一性演化缺乏令人信服的证据。由于1"Sm核素在太阳系初始丰度比较低且半衰期短(103Ma)，所以它是早期

3、行星演化十分灵敏的指示剂，因此1“Sm-mNd短寿命同位素系统是研究早期地幔分异的重要工具。本文从1蛔Sm-mNd、147Sm_'43Nd同位素体系出发，推导地球早期壳幔分异时间的计算公式及142·143Nd同位素演化图解绘制。最后以加拿大Nu刑agittuq绿岩带、格陵兰、西澳大利亚伊儿岗地区等地球最古老的岩石为研究对象对不均一性地幔演化过程提供有力的证据。1146Sm-mNd同位素表示方法及标准Sm有7个天然同位素的稀土元素，Nd也有7个天然同位素。Sm—Nd之间有两对母子同位素即147Sm衰变143Nd，以及146S

4、m衰变142Nd。14盔锄一嚣0Vd+0【+Qr,／2=1．06x1011a(1)1q沏一著M+a+QL，2=1．03X105a(2)143Nd,raNd增长可用(3)和(4)式来表示：而143Nd=(．嘶143Nd]+，'“47SMm[I∥一1I)(3)一=l—l十P—l，1、1“M＼1’岍』。11时＼。‘，p，器=(器)+制146Sm(e．1I't-1)e(4)一=l—l十，J、1’旧1144A留，。1’憎、”J一‰=【(器L／(器)。捌一]×104(5)∥呦5((器L／(器1。驯一]×104(6)其中，(芸等1。捌有

5、两种参考标准，即球粒陨石标准Ames标准)和现代地球标准(LaJolla标准)，球粒陨石标准Ames标准)142Ndf44Nd=1．141791Ⅲ，现代地球标准(LaJolla标描142Nd／144Nd=1．141839t21,本文采用后一种标准．收稿日期：2009-03---04；改回日期：2009一12—04基金项目：国家自然科学基金项目(40673046，40234052)资助。作者简介：皮桥辉，男。1973年生，博士生，地球化学专业；E—maihpiwenxuan3572@sina．eom。第37卷第1期皮桥辉等：

6、地球上古老岩石的来源：基于太古宙岩石1"Sm一”Nd同位素证据南厶t厶图1地球演化序列图Fig．1EvolutionsequenceoftheEarth2分异时间公式推导及142'143Nd同位素演化图解绘制地球作为一个行星，在约46亿年以前起源于原始太阳星云，同其他行星一样，经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。由于陨石物质的轰击，放射性衰变致热和原始地球的重力收缩，才使地球温度逐渐增加。随着温度的升高，地球内部物质就具有越来越大的可塑性，且有局部熔式和衰变方程，在时间白可得：(器卜(器卜(器■≯，L1‰上一L1‰

7、上1‘L1％上V叫(7)在壳幔分异时间白，时刻：隅一(,‰43Nd上、10M飞(1M43Nd]ch”+(。1‰47Sm，]。h”∽机)(8)上式中chor代表球粒陨石，DM代表亏损地幔。亏损地幔从白时刻演化至f时刻的If函143而Nd,』、DM值等于L(。1143N叼dz]DM加上亏损地幔从匀时刻演化至f时刻放射性衰变成因增量。由于无法知道L。1，47S旧m』]DM的值，所以在计算增量值，我们用亏损地幔从b时刻演化至岛时刻放射性衰变成因增量减去亏损地幔从如时刻演化至f时刻放射性衰变成因增量。(器厂=(器][i：I”+(器■

8、≯’L1呦／I—L1‰』弋1呦』¨7+(嘶147Sm』DM@机。1(9)融现象，地幔分异演化开始。在地幔演化作用过程中，Sm／Nd发生明显的分异，142Nd的地球化学异常只可能发生于1柏Sm衰变灭绝之前，即在地球形成最初的～300Ma内，因此研究142Nd的异常特征，可以了解地球最早期的演化历史f3卅。