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120090122

木虫 (著名写手)

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[资源] PDF: Radiogenic Isotopes in Geologic Processes（2010）

1 Theory and Experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 The Law of Rutherford–Soddy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Determination of Decay Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Isotope Dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Statistical Estimation of Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Geochronometric Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Isochron Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1 Isochron Plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 Common Rb–Sr Isochron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Pb–Pb Isochron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 Concordia–Discordia Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 Summary: Models for Open and Closed
Parent–Daughter Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3 Principle Geochronometric Isotope Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1 Th, U–Pb Isotope System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.1 Decay Constants of 235U and 238U . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.2 U–Pb Dating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.3 Pb–Pb Dating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 K–Ar Isotope System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.1 Constants of Radioactive Transformation . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.2 Conventional K–Ar Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.3 40Ar/39Ar Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 Rb–Sr Isotope System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4 Sm–Nd Isotope System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5 Re–Os Isotope System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 Isotope Systems of Extinct Nuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Contents
3.7 Isotope System of 14C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.8 Summary: Reliability of the Modern Isotopic Methods . . . . . . . . 42
4 Atmospheric Argon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.1 Origin of 40Ar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2 Variations of 40Ar/36Ar and 36Ar/38Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3 Summary: Isotopically Inhomogeneous Atmosphere . . . . . . . . . . . 48
5 Distribution of Radiogenic ArgonWithin a Mineral . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.1 Closing Isotopic System: α-Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2 The α-Factor in the Conventional K–Ar Method . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3 Influence of Argon Distribution on Diffusion Parameters . . . . . . . 53
5.4 Application for Dating of Imposed Geologic Processes . . . . . . . . 55
5.4.1 Rectangular Distribution of Argon (α = 0) . . . . . . . . . . . . 56
5.4.2 Dominating Rectangular Argon Fraction
(0 < α < 0.5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.4.3 Dominating Semi-Sinusoidal Argon Fraction
(0.5 < α ≤ 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.5 Summary: Low-Temperature Argon Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6 Thermal Spectra of Argon Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.1 Presentation of Argon–Argon Spectra on Diagrams . . . . . . . . . . . 61
6.2 Histograms of Argon Release . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.3 Deduction of an Algebraic Expression for an Isochron Line
in Inverse Ar–Ar Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.4 Kinetics of Stepwise Heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.5 Separating Air and Radiogenic Argon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.6 Econt = Erad = E39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.7 Econt < Erad = E39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.8 Econt < E39 < Erad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.9 Loss of Radiogenic Argon in the Geologic Past . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.10 Excessive Argon-40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.11 Argon of Poly-mineral Aggregates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.12 Argon in Two-Component Crystal Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.13 Irreversible Processes of Argon Release from Mineral Phases . . . 78
6.14 Summary: Peculiarities of Ar–Ar Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
7 Radiogenic Argon in a Cooling Dike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.1 Argon Kinetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.2 K–Ar Isotopic Balance in a Cooling Dike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.3 Closure of K–Ar Isotope System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.4 Geologic Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.5 Summary: Temporally Varying Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
8 Radiogenic Isotopes in an Exocontact Zone
of a Magmatic Body . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
8.1 Theoretical Consideration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
8.1.1 Thermal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
8.1.2 Radiogenic Argon Retention in a Mineral under
Varying Temperatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
8.2 Geochronological Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
8.3 Summary: Theory of Diffusion and Its Application
for Study of Exocontact Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
8.4 Appendix: Two- and Three-Dimensional Cases . . . . . . . . . . . . . . . 107
9 Diffusion in a Laplace Regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9.1 Deduction of the Laplace Age Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9.2 Geologic Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
9.3 Summary: Estimation of the Diffusion Parameter D/h2λ . . . . . . . 113
10 Early Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
10.1 Initial Processes in the Solar System (4.57–4.54 Ga) . . . . . . . . . . 115
10.1.1 Classification of Meteorites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
10.1.2 Dating of Meteorites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
10.1.3 Significance of Short-Lived Radionuclides . . . . . . . . . . . . 118
10.1.4 Evolution of Asteroids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
10.2 Priscoan Crust (4.4–3.8 Ga) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
10.3 Archean Crust (3.8–2.5 Ga) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
10.4 Oldest Crust in Asia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
10.5 Summary: Geologic Processes of the Early Earth . . . . . . . . . . . . . 126
11 Important Phanerozoic Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.1 Vendian–Cambrian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.1.1 Stratotype Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.1.2 Radiogenic Isotope Ages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
11.1.3 Events and Hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
11.1.4 Alkaline Ultramafic Magmatism with Carbonatites
in Cissayan, Siberia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
11.2 Permian–Triassic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
11.2.1 Stratotype Sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
11.2.2 Radiogenic Isotope Ages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
11.2.3 Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
11.2.4 Hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
11.2.5 Siberian Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
11.3 Cretaceous–Tertiary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
11.3.1 Definition of the Boundary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
11.3.2 Radiogenic Isotope Ages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
11.3.3 Events and Hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
11.3.4 Deccan Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
11.4 Summary: Specifications of the Important
Phanerozoic Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
12 Late Phanerozoic Magmatic Evolution of Asia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
12.1 Hierarchy and Periodicity of Magmatic Events . . . . . . . . . . . . . . . 152
12.2 Middle–Late Cretaceous: First-Order Processes . . . . . . . . . . . . . . 158
12.2.1 Dating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
12.2.2 Geologic Background. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
12.3 Early Tertiary: First-Order Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
12.3.1 Thanetian Magmatic Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
12.3.2 Spatial Connections Between the Thanetian
and Lutetian Magmatic Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
12.3.3 Geologic Background. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
12.4 Middle–Late Tertiary through Quaternary Transition from the
First-, through the Second- to the Third-Order Processes . . . . . . . 166
12.4.1 Central Mongolia and Adjacent Regions . . . . . . . . . . . . . . 167
12.4.2 South Primorye and Adjacent East Asia . . . . . . . . . . . . . . . 190
12.5 Summary: Magmatic Geodynamics in Asia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
13 Late Phanerozoic Magmatic Evolution of North America
and Northeast Africa: Comparisons with Asia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
13.1 North America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
13.1.1 Magmatic Migration of 120–37 Ma . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
13.1.2 Transition from Intermediate–Silicic to Basaltic
Magmatism of 37–18 Ma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
13.1.3 Predominating Basaltic Magmatism of the Past
17–15 Ma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
13.1.4 Geodynamic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
13.2 Northeast Africa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
13.2.1 Earliest Volcanic Events in theWestern Rift . . . . . . . . . . . 216
13.2.2 Hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
13.2.3 Bilateral along-Axis Propagation of Rift-Related
Magmatism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
13.2.4 Geodynamics of the East African Plateau . . . . . . . . . . . . . 221
13.3 Comparisons: Africa—Eurasia—North America . . . . . . . . . . . . . . 222
13.4 Summary: Two Geodynamic Patterns of Rift-Related
Magmatic Evolution in Continents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
14 Separated Lead Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
14.1 Dating Problems of Ore Mineralization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
14.2 Definition of Separated Leads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
14.3 Diffusion Discordia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
14.4 Electrical Charge of Pb Separated from U–Pb System . . . . . . . . . 236
14.5 Connected Points of Concordia and Discordia . . . . . . . . . . . . . . . . 236
14.6 Leads Released by Continuous Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
14.7 Instant Release of Leads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
14.8 Tuning of T, t, and μ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
14.9 Interpreting Separated Leads from Ore Deposits in Asia . . . . . . . 242
14.9.1 The Southern Part of the Siberian Craton . . . . . . . . . . . . . . 242
14.9.2 The Gargan Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
14.9.3 Geologic Implication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
14.10 Summary: Application of Separated Leads
for Understanding Timing of Ore-Forming Processes . . . . . . . . . . 247
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

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