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摘 要：同位素地质学是地球科学、物理学、化学和技术科学相互交叉发展起来的一门新兴学科。它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成和地质事件发生的时代，以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律。主要对Sm-Nd法同位素测年的研究现状、研究方法、适用对象、年龄测定、特点等方面予以简要总结和介绍。
关键词：Sm-Nd同位素测年；方法；特点
1 Sm-Nd法同位素定年方法簡介
Sm在自然界有7个同位素，144Sm（3.16%），147Sm（15.07%），148Sm（11.27%），149Sm（13.84%），150Sm（7.47%），152Sm（26.63%），154Sm（22.53）。Nd在自然界也有7个同位素，142Nd（27.09%），143Nd（12.14%），144Nd（23.83%），145Nd（8.29%），146Nd（17.26%），148Nd（5.74%），150Nd（5.63%）。147Sm和148Sm具有放射性，通过α衰变转变成143Nd和144Nd。144Nd也具有放射性，通过α衰变转变成140Ce，但是由于其极端长的半衰期（2.1×1015a），放射性所引起的变化可以忽略，实际上可作为稳定同位素看待。
由于148Sm衰变半衰期十分长（7×1015a），目前在地质应用上尚无价值。因此仅147Sm（t12=1.06×1011a）能用于年龄测定。通常所指的Sm-Nd测年法实际上是147Sm-143Nd法，利用的是147Sm→143Nd+α的核衰变过程。
Sm-Nd年龄计算方程：
（143Nd/144Nd）=（143Nd/144Nd）i+（147Sm/144Nd）（eλ-1）
方程中t为样品形成时间或被彻底改造Nd同位素均一化时间，λ为147Sm衰变常数（6.54×10-12a-1）；（143Nd/144Nd）和（147Sm/144Nd）比值是样品现代值，由实验直接测定；（143Nd/144Nd）i是样品形成时或被彻底改造时值。（143Nd/144Nd）i值在应用时，经常用同时代球粒陨石标准化值εNd（t）表示。
2 适用于Sm-Nd法年龄测定的岩石矿物
原则上，酸性、基性到超基性的火成岩、变质岩和沉积岩类均可用于Sm-Nd法年龄的测定和研究。但由于基性和超基性岩类为Sm-Nd全岩等时线的测定提供了足够的Sm-Nd比值，所以这类岩石易于获得理想的结果。酸性岩类的Sm-Nd比值变化窄小，不宜单独作Sm-Nd全岩等时线年龄测定，但它们可以用于模式年龄测定。
斜方辉石、单斜辉石、斜长石和磷酸盐矿物是Sm-Nd内部等时线年龄测定的常用对象。因为在岩浆分异和矿物结晶过程中辉石相对富集重REE，而斜长石和磷酸盐矿物则富集轻REE，它们的Sm/Nd比值差异能满足内部等时线年龄测定的要求。
3 Sm-Nd法的特点
（1）Sm-Nd同位素年代学方法的最大特点之一是对镁铁质和超镁铁质岩石能够进行年龄测定，这使得该方法在研究这些岩石的年龄和成因中获得了极其广泛的应用。镁铁质岩和超镁铁质岩，如玄武岩、科马提岩、辉长岩、基性麻粒岩及月岩、陨石等，Rb含量很低，Rb/Sr比值很小；同时岩石中锆石十分稀少，颗粒很细，挑选十分困难。这极大限制了Rb-Sr和U-Pb年代学方法在这些岩石中的应用。大多数镁铁质岩、超镁铁质岩具有较低轻稀土含量，较高147Sm/144Nd比值和其足够的变化，这为Sm-Nd等时年龄测定提供了条件。
（2）Sm-Nd年代学的另一个特点是可以很有效的应用于古老变质岩年代学和成因研究。由于Sm、Nd都是稀土元素，地球化学性质类似，与其他年代学方法（如Rb-Sr，Pb-Pb）相比，Sm-Nd同位素系统具有强抗变质和蚀变能力。据现有研究，在绝大多数情况下，岩石变质程度达到麻粒岩相，Sm-Nd同位素系统也基本保持不变。这个特性使得研究占地球历史4/5的前寒武纪变质岩石的年龄和成因，及相应的地球早期历史提供了可能。Sm-Nd同位素系统已被广泛用于前寒武纪，特别是早前寒武纪岩石年龄、成因及地壳形成及演化历史的研究。
（3）细碎屑沉积岩的模式年龄也被广泛利用。细碎屑沉积岩为原岩（可以是火成岩、沉积岩和变质岩）机械破坏产物，在岩石风化、破碎、搬运、沉积过程中，Sm/Nd比值保持不变，形成的沉积物保持原岩的Sm/Nd比值和同位素特征，模式年龄和原岩相同。碎屑沉积岩一般为不同原岩混合物，通过模式年龄可以鉴别沉积物的源区，判断岩石形成构造背景，了解其物源区存留地壳的平均年龄，揭示地壳形成和演化历史。
4 Sm-Nd模式年龄和Sm-Nd等时线年龄
Sm-Nd模式年龄假设地壳岩石产生于Sm/Nd比值接近于球粒陨石型的均一岩浆房（CHUR，Chondritic Uniform Reservoir）的地幔源，并且稀土元素的化学分馏作用主要发生在CHUR源区分异和派生地壳岩石的时候，这样，地壳岩石的143Nd/144Nd初始值就是CHUR源区产生它的那个时候所具有的143Nd/144Nd演化值。根据这一假设，定义Sm-Nd模式年龄就是地壳岩石从CHUR地幔源中分异出来的时间[4]。即由它所代表的地壳形成年龄（tCHUR）。利用亏损地幔演化模式计算出来的Nd模式年龄称作tDM，它是假定地壳岩石从亏损地幔岩库中分出，一般认为tDM年龄更接近真实，更能代表地壳形成时间。
Sm-Nd等时线法测定年龄无需对样品的Nd同位素初始值作任何假设，通过等时线不仅可以求得岩石形成的时间，而且可以获得源区Nd同位素的初始值。它需要达到的是一组保持Sm-Nd封闭体系的具有相同初始比值的同源样品。由一组全岩样品获得的等时线年龄叫全岩等时线年龄，由某一个岩石样品与从其中分选出的矿物所组成的等时线年龄叫内部等时线年龄。前者代表岩石形成的时间，后者代表矿物结晶的时间。
在一组同源的酸性岩样品中Sm/Nd差别极小，但在一组同源的基性、超基性岩样品中，Sm/Nd差异可以满足等时线年龄测定的要求。因此，Sm-Nd等时线法已成功地应用于月球、陨石和地球古老的铁镁、超镁铁岩类的等时线年龄侧定。
5 结语
同位素地质学研究并不只是实验室内年龄数据的获得，还必须以地质为基础，与地质相结合，才能获得有地质意义的年龄数据，并对所获得年龄数据的地质意义给予科学的解释。简言之，同位素地质学研究既不是单纯的年龄测定技术问题，也不是单纯的地质问题，而是两者的有机结合。同位素地质学研究需要同位素和地质两方面的知识结构。■
参考文献
[1] 李献华，赵振华，桂训唐等. 华南前寒武纪地壳形成时代的Sm- Nd和锆石U-Pb同位素制约[J].地球化学：1991，20（3）：255-264.
[2] 李献华，桂训唐.花岗岩的定年方法学初论[J].地球化学：1990，（4）：303-311.
[3] 朱炳泉.地球科学中同位素体系理论与应用兼论中国大陆壳幔演化[M].北京：科学出版社，1998：260-283.
[4] 刘建明，赵善仁，沈洁等.成矿流体活动的同位素定年方法评述[J].地球物理学进展：1998，13（3）：46-55.
[5] 陈文，万渝生，李华芹等.同位素地质年龄测定技术及应用[J].地质学报：2011，85（11）：1934-1935.
关键词：Sm-Nd同位素测年；方法；特点
1 Sm-Nd法同位素定年方法簡介
Sm在自然界有7个同位素，144Sm（3.16%），147Sm（15.07%），148Sm（11.27%），149Sm（13.84%），150Sm（7.47%），152Sm（26.63%），154Sm（22.53）。Nd在自然界也有7个同位素，142Nd（27.09%），143Nd（12.14%），144Nd（23.83%），145Nd（8.29%），146Nd（17.26%），148Nd（5.74%），150Nd（5.63%）。147Sm和148Sm具有放射性，通过α衰变转变成143Nd和144Nd。144Nd也具有放射性，通过α衰变转变成140Ce，但是由于其极端长的半衰期（2.1×1015a），放射性所引起的变化可以忽略，实际上可作为稳定同位素看待。
由于148Sm衰变半衰期十分长（7×1015a），目前在地质应用上尚无价值。因此仅147Sm（t12=1.06×1011a）能用于年龄测定。通常所指的Sm-Nd测年法实际上是147Sm-143Nd法，利用的是147Sm→143Nd+α的核衰变过程。
Sm-Nd年龄计算方程：
（143Nd/144Nd）=（143Nd/144Nd）i+（147Sm/144Nd）（eλ-1）
方程中t为样品形成时间或被彻底改造Nd同位素均一化时间，λ为147Sm衰变常数（6.54×10-12a-1）；（143Nd/144Nd）和（147Sm/144Nd）比值是样品现代值，由实验直接测定；（143Nd/144Nd）i是样品形成时或被彻底改造时值。（143Nd/144Nd）i值在应用时，经常用同时代球粒陨石标准化值εNd（t）表示。
2 适用于Sm-Nd法年龄测定的岩石矿物
原则上，酸性、基性到超基性的火成岩、变质岩和沉积岩类均可用于Sm-Nd法年龄的测定和研究。但由于基性和超基性岩类为Sm-Nd全岩等时线的测定提供了足够的Sm-Nd比值，所以这类岩石易于获得理想的结果。酸性岩类的Sm-Nd比值变化窄小，不宜单独作Sm-Nd全岩等时线年龄测定，但它们可以用于模式年龄测定。
斜方辉石、单斜辉石、斜长石和磷酸盐矿物是Sm-Nd内部等时线年龄测定的常用对象。因为在岩浆分异和矿物结晶过程中辉石相对富集重REE，而斜长石和磷酸盐矿物则富集轻REE，它们的Sm/Nd比值差异能满足内部等时线年龄测定的要求。
3 Sm-Nd法的特点
（1）Sm-Nd同位素年代学方法的最大特点之一是对镁铁质和超镁铁质岩石能够进行年龄测定，这使得该方法在研究这些岩石的年龄和成因中获得了极其广泛的应用。镁铁质岩和超镁铁质岩，如玄武岩、科马提岩、辉长岩、基性麻粒岩及月岩、陨石等，Rb含量很低，Rb/Sr比值很小；同时岩石中锆石十分稀少，颗粒很细，挑选十分困难。这极大限制了Rb-Sr和U-Pb年代学方法在这些岩石中的应用。大多数镁铁质岩、超镁铁质岩具有较低轻稀土含量，较高147Sm/144Nd比值和其足够的变化，这为Sm-Nd等时年龄测定提供了条件。
（2）Sm-Nd年代学的另一个特点是可以很有效的应用于古老变质岩年代学和成因研究。由于Sm、Nd都是稀土元素，地球化学性质类似，与其他年代学方法（如Rb-Sr，Pb-Pb）相比，Sm-Nd同位素系统具有强抗变质和蚀变能力。据现有研究，在绝大多数情况下，岩石变质程度达到麻粒岩相，Sm-Nd同位素系统也基本保持不变。这个特性使得研究占地球历史4/5的前寒武纪变质岩石的年龄和成因，及相应的地球早期历史提供了可能。Sm-Nd同位素系统已被广泛用于前寒武纪，特别是早前寒武纪岩石年龄、成因及地壳形成及演化历史的研究。
（3）细碎屑沉积岩的模式年龄也被广泛利用。细碎屑沉积岩为原岩（可以是火成岩、沉积岩和变质岩）机械破坏产物，在岩石风化、破碎、搬运、沉积过程中，Sm/Nd比值保持不变，形成的沉积物保持原岩的Sm/Nd比值和同位素特征，模式年龄和原岩相同。碎屑沉积岩一般为不同原岩混合物，通过模式年龄可以鉴别沉积物的源区，判断岩石形成构造背景，了解其物源区存留地壳的平均年龄，揭示地壳形成和演化历史。
4 Sm-Nd模式年龄和Sm-Nd等时线年龄
Sm-Nd模式年龄假设地壳岩石产生于Sm/Nd比值接近于球粒陨石型的均一岩浆房（CHUR，Chondritic Uniform Reservoir）的地幔源，并且稀土元素的化学分馏作用主要发生在CHUR源区分异和派生地壳岩石的时候，这样，地壳岩石的143Nd/144Nd初始值就是CHUR源区产生它的那个时候所具有的143Nd/144Nd演化值。根据这一假设，定义Sm-Nd模式年龄就是地壳岩石从CHUR地幔源中分异出来的时间[4]。即由它所代表的地壳形成年龄（tCHUR）。利用亏损地幔演化模式计算出来的Nd模式年龄称作tDM，它是假定地壳岩石从亏损地幔岩库中分出，一般认为tDM年龄更接近真实，更能代表地壳形成时间。
Sm-Nd等时线法测定年龄无需对样品的Nd同位素初始值作任何假设，通过等时线不仅可以求得岩石形成的时间，而且可以获得源区Nd同位素的初始值。它需要达到的是一组保持Sm-Nd封闭体系的具有相同初始比值的同源样品。由一组全岩样品获得的等时线年龄叫全岩等时线年龄，由某一个岩石样品与从其中分选出的矿物所组成的等时线年龄叫内部等时线年龄。前者代表岩石形成的时间，后者代表矿物结晶的时间。
在一组同源的酸性岩样品中Sm/Nd差别极小，但在一组同源的基性、超基性岩样品中，Sm/Nd差异可以满足等时线年龄测定的要求。因此，Sm-Nd等时线法已成功地应用于月球、陨石和地球古老的铁镁、超镁铁岩类的等时线年龄侧定。
5 结语
同位素地质学研究并不只是实验室内年龄数据的获得，还必须以地质为基础，与地质相结合，才能获得有地质意义的年龄数据，并对所获得年龄数据的地质意义给予科学的解释。简言之，同位素地质学研究既不是单纯的年龄测定技术问题，也不是单纯的地质问题，而是两者的有机结合。同位素地质学研究需要同位素和地质两方面的知识结构。■
参考文献
[1] 李献华，赵振华，桂训唐等. 华南前寒武纪地壳形成时代的Sm- Nd和锆石U-Pb同位素制约[J].地球化学：1991，20（3）：255-264.
[2] 李献华，桂训唐.花岗岩的定年方法学初论[J].地球化学：1990，（4）：303-311.
[3] 朱炳泉.地球科学中同位素体系理论与应用兼论中国大陆壳幔演化[M].北京：科学出版社，1998：260-283.
[4] 刘建明，赵善仁，沈洁等.成矿流体活动的同位素定年方法评述[J].地球物理学进展：1998，13（3）：46-55.
[5] 陈文，万渝生，李华芹等.同位素地质年龄测定技术及应用[J].地质学报：2011，85（11）：1934-1935.