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Lu_Hf同位素体系对若⼲基础地_省略_问题的新制约_之⼀_地球早期演化_凌⽂黎Lu-Hf同位素体系对若⼲基础地质问题的新制约(之⼀)——地球早期演化①凌⽂黎 程建萍(中国地质⼤学地球科学学院,武汉,430074)摘 要 Lu-Hf同位素⽅法已趋成熟,主要得益于其化学⽅法的极⼤改进和与之配套的⾼电离率质谱仪的使⽤。
Lu-Hf 同位素⽅法在地球的早期性质研究中表明,部分古太古代⽚⿇岩Sm-Nd同位素体系所记录的早期地幔的“极度”亏损,实际是对其同位素体系热扰动的反映;关于⼤陆地壳的⽣长模式,⽯英岩锆⽯Lu-Hf同位素特征⽀持了幕式增⽣的观点。
关键词 Lu-Hf法 地质应⽤ 地球早期演化 新制约关键词 P597在同位素定年和⽰踪研究的新⽅法中,与Re-Os同位素体系⼀样,Lu-Hf同位素体系近年来在地质研究中不断推⼴应⽤,其成果受到了⾼度重视。
在我国,Re-Os同位素年代学实验室(如中国地质科学院北京地质研究所同位素室和中国科学技术⼤学地球与⾏星科学系同位素室)已初步建⽴,并取得了初步的研究成果。
然⽽,Lu-Hf 同位素实验室及Lu-Hf同位素地质应⽤在我国⽬前仍属空⽩。
笔者⽬前有幸与法国⾥昂师范⼤学(ENSL)⽣命与地球科学系同位素实验室开展⼤别地区U HP岩类的Lu-Hf同位素合作研究,现就所了解到的有关Lu-Hf同位素体系的实验技术及地质研究动态作综述介绍。
1 Lu-Hf同位素实验技术发展简况Lu元素由两个同位素175Lu和176Lu组成。
176Lu是放射性同位素,分别以U-和电⼦捕获⽅式衰变成176Hf和176Yb。
由于后⼀种衰变形式仅占总衰变量的较⼩百分⽐,在Lu-Hf放射性体系176Lu半衰期定值中常被忽略〔1〕。
Lu-Hf同位素实验研究的最早期⼯作始于1958年,利⽤已知形成时代的富含重稀⼟的硅铍钇矿单矿物(gado linite)中Lu含量⾼达n×10-3的特点,Herr 等〔2〕对 176Lu同位素的放射性半衰期进⾏了测定。
第六讲Lu-Hf同位素体系锆石钙铝榴石Lu-Hf 同位素体系◆元素地球化学特征◆同位素地球化学特征◆定年原理◆ Hf与模式年龄◆Hf同位素示踪研究与意义6.1 元素地球化学特征●Lu是REE中质量数最大的元素，具有+3价离子电价，离子半径为0.95Å；●Hf与Ti、Zr同属第IV副族元素。
Zr、Hf具相似的地球化学性质；元素地球化学特征●Hf具+4离子电价，离子半径在6次配位中为0.71Å，8次配位中为0.83Å；●Zr同样具+4离子电价，离子半径在6次配位中为0.72Å，8次配位中为0.84Å；●Ti也表现为+4价离子，但其离子半径相对较小(0.61Å)；●Zr与Hf具相似的地球化学性质，被称为地球化学孪生元素(Geochemical Twins)，类似的元素对有Nb-Ta。
元素地球化学特征●Lu是弱-中等不相容元素，与Sm相似；●Hf是中等不相容元素，与REE中的Nd相似；●Lu-Hf同位素体系与Sm-Nd同位素体系类似，即母、子体元素均难溶于水，在变质作用过程中不易活动而保持相对稳定。
因此，地球系统的Lu/Hf比值应具有球粒陨石的演化趋势。
6.2 Lu-Hf同位素地球化学特征Lu有两个同位素质量数原子量amu丰度%175Lu 174.940768 97.41176Lu 175.942682 2.59其中176Lu为放射性同位素，且存在两种不同的衰变形式：●经- 衰变形成176Hf子体；●经电子捕获衰变形成176Yb子体。
由于176Lu的电子捕获衰变只占其总衰变量中很少部分，在Lu-Hf同位素体系的年代学应用中常被忽略。
Lu-Hf同位素地球化学特征●Hf有6个同位素质量数原子量amu丰度%174Hf 173.940040 0.16176Hf 175.941402 5.26177Hf 176.943220 18.60178Hf 177.943698 27.28179Hf 178.945815 13.62180Hf 179.946549 35.08●其中176Hf为176Lu放射衰变子体：由Lu直接衰变形成的子体176Hf 为激发态，需经释放出 能量后变成稳定基态。
Lu-Hf 同位素体系简介一、Lu-Hf 同位素镥是一种稀土元素，镥在沉积岩、变质岩和火成岩中的分布相当广泛，但含量很低。
自然界中镥的重要载体矿物是磷灰石、榍石、锆石、石榴石、黑云母及某些稀土矿物（如独居石、黑稀金矿、铌钇矿、褐帘石和硅铍钇矿等）。
镥有两个天然同位素：175Lu 和176Lu 。
它们的相对丰度分别为97.39%和2.61%。
176Lu 为放射性同位素，通过β—衰变形成更稳定的176Hf 。
铪是一种分散元素，其化学性质和离子半径与锆石非常相似，因而常以类质同像替换锆的方式进入许多矿物的晶体结构，其中以锆石中铪的含量最高。
铪有6个同位素：174Hf,176Hf,177Hf,178Hf,179Hf,180Hf ，它们的相对丰度分别为：0.20%，5.2%，18.6%，27.1%，13.7%，35.2%。
其中174Hf 是放射性同位素，它通过α衰变形成稳定的170Yb 。
二、Lu-Hf 法定年基本原理：173176Lu Hf E βγ-→+++含镥岩石或矿物的年龄可根据下式计算：173177176177176177/(/)/(1)t i Hf Hf Hf Hf Lu Hf e λ=+-176Lu 的衰变常数λ=1.94±0.07×10-11a-1。
对于满足等时线年龄测定的一组样品，可采用与Sm-Nd 和Rb-Sr 法相似的等时线方法来测定样品的Lu-Hf 等时线年龄。
适合于Lu-Hf 同位素年龄测定的常见矿物为磷灰石、石榴石和独居石。
锆石的镥含量虽高达24×10-6，但因其铪含量太高；硅铍钇矿虽具有很高的镥含量，但因其极少见，因而这两个矿物通常不适合用于Lu-Hf 年龄的测定对象。
三、Lu-Hf 法定年实例1.含石榴石变质岩的Lu-Hf 同位素定年石榴石是结晶岩，特别是变质岩中一中非常常见的矿物。
石榴石具有较高的Hf 封闭温度和其中大多数包裹体矿物较低的Hf 含量使Lu-Hf 法比Sm-Nd 和Pb-Pb 法有更优越的特点。
Lu—Hf同位素示踪体系的理论、原理、方法及手段作者：汪振宇来源：《中国科技博览》2018年第18期[摘要]元素周期表中，Lu作为最重的稀土元素（REE）位于镧系尾端，其化合价为+3，离子半径为0.93A；Hf是周期表中WB族元素，化学性质类似于Ti、Zr等其他高场强元素（HFSE），化合价为+4，离子半径为0.71A。
从地幔部分熔融过程中Lu和Hf所表现出的相容性来看，Lu为弱-中等不相容元素，而Hf为中等不相容元素。
在自然界中，Lu有两个同位素175Lu和176Lu；Hf有六个同位素：174Hf、176Hf、177Hf、178Hf、179Hf、180Hf。
在上述Hf同位素中，部分176Hf可由176Lu衰变而来，这样用稳定的177Hf同位素标准化可获得样品的176Lu/177Hf与176Hf/177Hf比值，从而使Lu-Hf体系成为与通常Rb-Sr和Sm-Nd体系相似的同位素定年工具。
同时，其176Hf/177Hf比值通过时间校正后，可对岩石的成因提供重要信息。
[关键词]Hf同位素；不相容元素；Lu-Hf同位素体系中图分类号：S747 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0361-010 前言20世纪80年代以来，随着质谱技术的发展，地质样品中Lu-Hf同位素的研究越来越多，特别是多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）出现后，Lu-Hf同位素研究发展更加迅速。
Lu-Hf法是七十年代开始探索的同位素测年方法之一。
它基于母体元素Lu的放射性同位素176Lu经单一的β衰变，生成子体元素Hf的稳定性同位素176Hf的原理，用于测定含Lu样品的同位素地质年龄。
此外，Hf的初始比值也是岩石成因的“示踪剂”（林源贤，1992）。
锆石具有抗风化、富集Hf（类质同像替代Zr，含量0.5%～2%）和极低的Lu-Hf比值的特点，具有近似于地质体形成时刻初始Hf同位素组成，结合U-Pb地质年代学，它是一种获取准确Hf 同位素初始比值、进而更好地理解大陆地壳增长和演化的理想矿物。
Lu-Hf 同位素体系简介一、Lu-Hf 同位素镥是一种稀土元素，镥在沉积岩、变质岩和火成岩中的分布相当广泛，但含量很低。
自然界中镥的重要载体矿物是磷灰石、榍石、锆石、石榴石、黑云母及某些稀土矿物（如独居石、黑稀金矿、铌钇矿、褐帘石和硅铍钇矿等）。
镥有两个天然同位素：175Lu 和176Lu 。
它们的相对丰度分别为97.39%和2.61%。
176Lu 为放射性同位素，通过β—衰变形成更稳定的176Hf 。
铪是一种分散元素，其化学性质和离子半径与锆石非常相似，因而常以类质同像替换锆的方式进入许多矿物的晶体结构，其中以锆石中铪的含量最高。
铪有6个同位素：174Hf,176Hf,177Hf,178Hf,179Hf,180Hf ，它们的相对丰度分别为：0.20%，5.2%，18.6%，27.1%，13.7%，35.2%。
其中174Hf 是放射性同位素，它通过α衰变形成稳定的170Yb 。
二、Lu-Hf 法定年基本原理：173176Lu Hf E含镥岩石或矿物的年龄可根据下式计算：173177176177176177/(/)/(1)t i Hf Hf Hf Hf Lu Hf e176Lu 的衰变常数λ=1.94±0.07×10-11a-1。
对于满足等时线年龄测定的一组样品，可采用与Sm-Nd 和Rb-Sr 法相似的等时线方法来测定样品的Lu-Hf 等时线年龄。
适合于Lu-Hf 同位素年龄测定的常见矿物为磷灰石、石榴石和独居石。
锆石的镥含量虽高达24×10-6，但因其铪含量太高；硅铍钇矿虽具有很高的镥含量，但因其极少见，因而这两个矿物通常不适合用于Lu-Hf 年龄的测定对象。
三、Lu-Hf 法定年实例1.含石榴石变质岩的Lu-Hf 同位素定年石榴石是结晶岩，特别是变质岩中一中非常常见的矿物。
石榴石具有较高的Hf 封闭温度和其中大多数包裹体矿物较低的Hf 含量使Lu-Hf 法比Sm-Nd 和Pb-Pb 法有更优越的特点。
LuHf同位素体系及其岩石学应用随着科学技术的不断发展，岩石学研究的方法和手段也不断丰富和更新。
其中，LuHf同位素体系作为一种新的岩石学研究工具，在近年来越来越受到。
LuHf同位素体系是指由 lutetium（Lu）和氦（Hf）两种元素组成的同位素体系，具有独特的地球化学性质，可用于探讨地球壳幔演化、岩石成因等方面的研究。
本文将介绍LuHf同位素体系的基本知识及其在岩石学研究中的应用。
LuHf同位素体系的应用主要集中在岩石年代学和矿物成分测定两个方面。
在岩石年代学方面，LuHf同位素体系可以用于确定岩石的形成年龄。
这是因为在地球演化过程中，Lu和Hf元素会发生分异，不同成因的岩石具有不同的LuHf同位素组成特征。
通过对比不同岩石的LuHf同位素组成，可以推断它们之间的亲缘关系，进而确定岩石的形成年龄。
在矿物成分测定方面，LuHf同位素体系也具有很高的应用价值。
一些矿物在形成过程中会发生成分变化，导致其Lu和Hf元素的含量发生变化。
因此，通过测定这些矿物的LuHf同位素组成，可以推测出其形成过程中的成分变化情况，进而深入了解矿物的成因和演化历史。
LuHf同位素体系还可以用于探讨地球壳幔演化、岩石成因等方面的研究。
例如，在地球壳幔演化方面，LuHf同位素体系可以用于研究地壳与地幔之间的物质交换和地壳板块的运动。
在岩石成因方面，LuHf同位素体系可以用于探讨岩浆的形成和演化过程、岩石的变质和变形等过程。
LuHf同位素体系作为一种新型的岩石学研究工具，在岩石学研究中具有重要的应用价值和前景。
它不仅可以用于确定岩石的形成年龄，还可以用于推测矿物的成因和演化历史，探讨地球壳幔演化、岩石成因等方面的问题。
随着科学技术的不断发展，LuHf同位素体系的应用也将不断完善和深化，为岩石学研究带来更多的创新和突破。
秦岭山阳柞水地区位于陕西省南部，地处秦岭山脉东段。
该地区在燕山期经历了大规模的中酸性侵入岩活动，形成了丰富的地质资源和矿产资源。
LuHf同位素体系及其岩石学应用一、本文概述《LuHf同位素体系及其岩石学应用》这篇文章旨在深入探讨Lu-Hf同位素体系的基本原理及其在岩石学领域的应用。
我们将首先概述Lu-Hf同位素体系的基本概念，包括Lu和Hf的元素特性，以及它们在自然界中的同位素组成和变化过程。
接着，我们将详细介绍Lu-Hf 同位素体系的地质年代学应用，如何通过测量岩石中Lu和Hf的同位素比值来推断岩石的形成年龄和地壳演化历史。
文章还将探讨Lu-Hf 同位素体系在示踪岩石源区和地壳再循环等方面的应用，以及该体系在解决一些地质学难题中的潜力。
通过这篇文章，我们希望能够为岩石学研究者提供关于Lu-Hf同位素体系的深入理解，并促进该体系在岩石学领域的应用和发展。
二、LuHf同位素体系的基本理论LuHf同位素体系是由镥（Lu）和铪（Hf）两种元素构成的同位素体系，它在地质学和岩石学研究中具有非常重要的意义。
Lu和Hf属于同一元素族，它们在自然界中主要存在于锆石（ZrSiO₄）等矿物中，而且它们的化学性质非常相似，因此在许多地质过程中，Lu和Hf的行为非常接近。
LuHf同位素体系的基本理论主要基于放射性衰变和同位素比值的变化。
Lu是一种放射性元素，它会通过α衰变产生Hf。
这种衰变过程会导致岩石中Lu和Hf同位素比值的变化，这种变化可以被用来研究岩石的形成和演化历史。
在LuHf同位素体系中，通常使用¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf和¹⁸⁰Lu/¹⁷⁷Hf这两个比值来进行研究。
这两个比值的变化可以反映岩石中Lu和Hf的来源、迁移和演化过程。
例如，当岩石受到热液作用或岩浆活动时，Lu和Hf可能会从周围岩石中被带入，导致Lu/Hf比值的变化。
这种变化可以被用来推断热液或岩浆活动的来源、时间和强度。
LuHf同位素体系还可以用来研究地壳的演化历史。
由于地壳中Lu和Hf的来源和迁移过程不同，不同地壳区域中的Lu/Hf比值也会有所不同。
lu-hf同位素体系及其岩石学应用
链接同位素体系（LU-HF）是一种利用235U/238U的同位素比值来提供精确的年龄测定的技术，它是世界上最精确的年龄测定技术之一。
LU-HF的主要特点是可以提供高精度的测定，允许在母体的灰尘的风化中测定母体变质的形成后的历史，从而提供作者关于某岩类本省成因成熟度等信息。
LU-HF由放射性链接元素组成，这些元素可以被分成两类：稳定态和不稳定态。
LU-HF的不稳定链接元素235U/238U与238U/232Th的比值测定可以提供精确的年龄测定和精确的历史的构造，而不稳定态的链接元素以及中性态的同位素可以提供信息以便更好地理解岩石构造和成熟度。
在岩石学应用中，LU-HF技术能够提供新的深入的信息，可以探讨不同区域的构造演化statigy。
此外，它可以提供关于天然长期变质过程，基性岩、轻质元素和其他组分的成熟度等有用的信息。
LU-HF系统是岩石研究的非常强大的工具，它可以用来弄清岩石的演化历史。
在总结中可以说，LU-HF的链接同位素体系不仅能够提供精确的测定，还能够为岩石研究和构造演化提供有价值的信息，并弄清岩石的演化历史。
因此，LU-HF的使用绝对值得期待，并将极大地改善前期研究成果，增强人们对岩石构造和成熟度的认识。
Lu-Hf 同位素体系简介一、Lu-Hf 同位素镥是一种稀土元素，镥在沉积岩、变质岩和火成岩中的分布相当广泛，但含量很低。
自然界中镥的重要载体矿物是磷灰石、榍石、锆石、石榴石、黑云母及某些稀土矿物（如独居石、黑稀金矿、铌钇矿、褐帘石和硅铍钇矿等）。
镥有两个天然同位素：175Lu 和176Lu 。
它们的相对丰度分别为97.39%和2.61%。
176Lu 为放射性同位素，通过β—衰变形成更稳定的176Hf 。
铪是一种分散元素，其化学性质和离子半径与锆石非常相似，因而常以类质同像替换锆的方式进入许多矿物的晶体结构，其中以锆石中铪的含量最高。
铪有6个同位素：174Hf,176Hf,177Hf,178Hf,179Hf,180Hf ，它们的相对丰度分别为：0.20%，5.2%，18.6%，27.1%，13.7%，35.2%。
其中174Hf 是放射性同位素，它通过α衰变形成稳定的170Yb 。
二、Lu-Hf 法定年基本原理：173176Lu Hf E βγ-→+++含镥岩石或矿物的年龄可根据下式计算：173177176177176177/(/)/(1)t i Hf Hf Hf Hf Lu Hf e λ=+-176Lu 的衰变常数λ=1.94±0.07×10-11a-1。
对于满足等时线年龄测定的一组样品，可采用与Sm-Nd 和Rb-Sr 法相似的等时线方法来测定样品的Lu-Hf 等时线年龄。
适合于Lu-Hf 同位素年龄测定的常见矿物为磷灰石、石榴石和独居石。
锆石的镥含量虽高达24×10-6，但因其铪含量太高；硅铍钇矿虽具有很高的镥含量，但因其极少见，因而这两个矿物通常不适合用于Lu-Hf 年龄的测定对象。
三、Lu-Hf 法定年实例1.含石榴石变质岩的Lu-Hf 同位素定年石榴石是结晶岩，特别是变质岩中一中非常常见的矿物。
石榴石具有较高的Hf 封闭温度和其中大多数包裹体矿物较低的Hf 含量使Lu-Hf 法比Sm-Nd 和Pb-Pb 法有更优越的特点。
Lu-Hf 同位素体系简介一、Lu-Hf 同位素镥是一种稀土元素，镥在沉积岩、变质岩和火成岩中的分布相当广泛，但含量很低。
自然界中镥的重要载体矿物是磷灰石、榍石、锆石、石榴石、黑云母及某些稀土矿物（如独居石、黑稀金矿、铌钇矿、褐帘石和硅铍钇矿等）。
镥有两个天然同位素：175Lu 和176Lu 。
它们的相对丰度分别为97.39%和2.61%。
176Lu 为放射性同位素，通过β—衰变形成更稳定的176Hf 。
铪是一种分散元素，其化学性质和离子半径与锆石非常相似，因而常以类质同像替换锆的方式进入许多矿物的晶体结构，其中以锆石中铪的含量最高。
铪有6个同位素：174Hf,176Hf,177Hf,178Hf,179Hf,180Hf ，它们的相对丰度分别为：0.20%，5.2%，18.6%，27.1%，13.7%，35.2%。
其中174Hf 是放射性同位素，它通过α衰变形成稳定的170Yb 。
二、Lu-Hf 法定年基本原理：173176Lu Hf E βγ-→+++含镥岩石或矿物的年龄可根据下式计算：173177176177176177/(/)/(1)t i Hf Hf Hf Hf Lu Hf e λ=+-176Lu 的衰变常数λ=1.94±0.07×10-11a-1。
对于满足等时线年龄测定的一组样品，可采用与Sm-Nd 和Rb-Sr 法相似的等时线方法来测定样品的Lu-Hf 等时线年龄。
适合于Lu-Hf 同位素年龄测定的常见矿物为磷灰石、石榴石和独居石。
锆石的镥含量虽高达24×10-6，但因其铪含量太高；硅铍钇矿虽具有很高的镥含量，但因其极少见，因而这两个矿物通常不适合用于Lu-Hf 年龄的测定对象。
三、Lu-Hf 法定年实例1.含石榴石变质岩的Lu-Hf 同位素定年石榴石是结晶岩，特别是变质岩中一中非常常见的矿物。
石榴石具有较高的Hf 封闭温度和其中大多数包裹体矿物较低的Hf 含量使Lu-Hf 法比Sm-Nd 和Pb-Pb 法有更优越的特点。
1.1石榴子石Lu-Hf 封闭温度对封闭温度的解读是诠释放射性同位素年龄代表矿物生长/结晶年龄或冷却年龄的重要前提。
放射性同位素母子体在特定矿物中的封闭温度与其活化能、元素扩散系数、岩石冷却速率以及矿物颗粒大小和开头等因素密切相关。
目前一般认为石榴子石Lu-Hf体系封闭温度高于700℃，高于或者等于同等条件下石榴子石Sm-Nd体系的封闭温度。
1.2包裹体的影响变质岩中石榴子石中常见大量的固相包裹体，例如单斜辉石、角闪石、绿泥石、云母、锆石、磷灰石、金红石和榍石等。
这些常见包裹体矿物中，富集Lu元素的磷灰石和含大量Hf的锆石和金红石包裹体对石榴子石Lu-Hf定年的影响不容忽视（图1），其他常见矿物包裹体对石榴子石Lu-Hf体系的影响则非常有限。
图1 锆石对于石榴子石Lu-Hf等时线影响示意图1.3以大别榴辉岩为例的Lu-Hf年代学图2 大别榴辉岩样品SH02的石榴子石—全岩176Lu/177Hf-176Hf/177Hf等时线图石榴子石—全岩的等时线图见图2。
全岩与石榴子石的176Lu/177Hf比值范围为0.01~0.05，得到的等时线年龄为254±16Ma，初始176Hf/177Hf比值为0.282121±0.000010，MSWD=0.35，对应的εHf（254Ma）=-16.6。
石榴子石Lu-Hf 定年方法由于石榴子石生长的复杂性，需要考虑多种因素对Lu-Hf 年龄结果的影响，才能赋予年龄正确的地质意义。
2.含磷灰石岩石的Lu-Hf 同位素定年磷灰石是另一个Lu/Hf 比值较高的矿物，由于该矿物不仅产于通常的岩浆岩和变质岩中，在沉积岩中也经常出现，因而也是进行沉积作用定年代的重要对象。
岩浆岩，特别是镁铁质岩浆岩由于经常缺乏锆石等适合测年的矿物，成为年代学研究中的一个难点。
Barfod et al. (2003)对Gardiner 、Skaergaard 和Khibina 三个侵入体岩石中的磷灰石、异性石、榍石和全岩进行了Lu-Hf 同位素测定，所获得的等时线年龄分别为53.53±0.53、60.18±0.45和402.4±2.8Ma （采用的176Lu 衰变常数为1.869×10-11）。
之后，Larsson and Soderlund (2005)对瑞典南部含Fe-Ti 矿化的镁铁质堆晶岩进行了测定，其磷灰石、斜长石和全岩构成一条1204.3±1.8Ma 的Lu-Hf 等时线，这一年龄也与用其它方法获得的年龄一致。
3. 岩石圈地幔的Lu-Hf 同位素定年岩石圈地幔的定年一直是固体地球科学研究的难点，一方面是缺少常见的定年矿物，其二是地幔的温度高，通常的同位素体系在地幔中不能封闭。
此外，岩石圈地幔在形成后大多经历过后期交代作用。
因此，传统的Sr-Nd-Pb 等同位素大多采用Re-Os 法来对此年龄加以限定，但Re 的活动性质使获得年龄的解释复杂化。
因此，近几年来，各国学者都在努力探索Lu-Hf 法对岩石圈地幔定年的可行性。
从理论上来说，Lu-Hf 同位素体系具有较高的封闭温度，并有可能在岩石圈地幔形成后一直保持封闭，从而可以给出可信的年龄。
四、Hf 同位素在地质学中的应用1.Hf 同位素示踪的基本原理Lu 与Hf 均为难溶的中等—强不相容性亲石元素，这一点与Sm-Nd 体系有很大的类似性。
因此，Hf 同位素示踪的基本原理与Nd 同位素相同。
1.1Hf 同位素研究中的有关公式()()()()176177176177,0176177176177176177176177,017617717617717611(0)((/)/(/)1)10000()((/)(/)(1))///11)100001/ln 1((/)(/)/((/Hf S CHUR t t Hf S S CHUR CHUR Hf S DM Hf Hf Hf Hf t Hf Hf Lu Hf e Hf Hf Lu Hf e T Hf Hf Hf Hf Lu λλεελ=-⨯=-⨯--⨯--⨯=⨯+-77176177211176177176177/)(/))()(()/())(/)/(/)1S DM Hf Hf Hf cc s cc DM Lu Hf S CHUR Hf Lu Hf T T T t f f f f f Lu Hf Lu Hf ⎡⎤-⎣⎦=----=-其中， (176Lu/177Hf)S 和 (176Hf/177Hf)S 为样品待测值， (176Lu/177Hf)CHUR =0.0332， (176Hf/177Hf)CHUR,0=0.282772； (176Lu/177Hf)DM =0.0384， (176Hf/177Hf)DM =0.28325。
f cc ，f s ，f DM 分别为大陆地壳、样品和亏损地幔的f Lu/Hf 。
T 为样品形成时间，λ=1.867×10-11year -1。
1.2Nd-Hf 同位素的相关性和解耦Sm-Nd、Lu-Hf体系的相似性导致Nd与Hf同位素间呈现正相关（Vervoort and Patchett,1996），并提出εHf(t)≈2εNd(t)的关系式。
但这两个体系仍存在一定的差别：（1）在部分熔融过程中，Lu/Hf元素的比值变化范围要大于Sm/Nd的变化范围。
同时，176Lu的半衰期（36Ga）要比147Sm的半衰期（108Ga）差不多要短三倍，从而出现在相同的时间内，Hf同位素比值的变化要大于Nd同位素的变化（约两倍关系），这也使得Lu-Hf体系还可适应于年轻体系的研究；（2）在风化作用过程中，不同产物的Sm/Nd比值不会发生很大的变化；但对Lu-Hf体系，情况变得不同。
因为，Hf主要与Zr结合而赋存在锆石中，在岩石风化过程中，锆石主要在粗粒的碎屑沉积物中富集；而细粒的沉积物，如粘土，其锆石的含量很少。
因此，不同风化程度岩石的Lu/Hf比值有很大的变化范围，这一现象又称“锆石效应”(zircon effect, Patchett et al.,1984)。
但是Vervoort el al.(1999)对100余个沉积岩样品的测定发现，所谓的锆石效应并不明显。
（3）尽管Hf、Nd同位素存在一定的正相关性，但与Sm-Nd体系中Sm的Nd同属稀土元素的特点不同的是，Lu属稀土元素，而Hf属高场强元素，因而Lu和Hf的地球化学性质存在显著差异。
这样在岩石变质和岩浆作用过程中，有可能εHf和εNd之间并不存在预想的线性关系，即存在Nd-Hf同位素的解耦。
图3 下地壳麻粒岩的Nd-Hf同位素变异图但是，尽管局部地区存在Nd-Hf同位素解耦的实例，但下地壳麻粒岩Nd-Hf 同位素间的线性关系仍非常清楚（图3），表明在宏观尺度上，石榴石可能并未进入熔体相，或者在下部地壳中，石榴石出现的时间较短而不足以产生放射性成因Hf的积累。
表1 重要地球化学储源库现今Hf同位素组成储源库名称176Lu/177Hf176Hf/177Hf f Lu/Hf球粒陨石0.0332±20.282772±290.00亏损地幔0.03840.283250.16下地壳（镁铁质）0.022-0.34上地壳（长英质）0.0093-0.72平均地壳0.015-0.551.3重要地球化学储源库的Hf同位素组成表1列出了目前相对确定的球粒陨石和亏损地幔的Hf同位素组成，对不同类型富集地幔及地壳等的Hf同位素组成目前还缺乏应有的研究。
1.4锆石Hf同位素示踪在Hf同位素示踪研究中，锆石是一个非常重要的矿物。
由于该矿物具有较高的Hf含量，但Lu的含量又极低，从而导致其176Lu/177Hf具有非常低的比值。
因此，锆石在形成后基本没有明显的放射性成因Hf的积累，所测定的176Hf/177Hf 比值基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成。
运用锆石Hf同位素示踪地质演化具有一系列的优越性。
首先，锆石在大多数岩石中都存在，而且极抗风化；其二，锆石具有很高的Hf同位素体系封闭温度；第三，锆石具有较高的Hf含量和极低的Lu/Hf比值，因而由年代不确定性引起的176Hf/177Hf比值误差有限；第四，和Nd同位素不同，一个岩石若由多种组份构成，则我们可以通过获得多组锆石来认识它的演化，而对于该岩石，我们获得的同Nd同位素数据只有一个。
1.5Hf同位素模式年龄的解释就锆石的Hf同位素示踪而言，我们在大多数情况下还应考虑其两阶段的模式年龄，基本原理如图4所示。
图4 单阶段与两阶段Hf模式年龄计算示意图假设2.5Ga时亏损地幔熔融形成玄武质下地壳岩石（地壳形成事件，模式年龄的涵义），而该岩石在1.0Ga时发生再熔融形成花岗岩（地壳物质再循环）。
