12 第五章 第五节 K-AR法.ppt

1、第四节 铀-钍-铅法测年及铅同位素地球化学,普通（全岩）Pb-Pb 法测年,两式整理后相除:,这是207Pb/204Pb对 206Pb/204Pb直线方程 的斜率,一组具有相同 年龄和相同初始Pb同 位素比值并保持封闭 的样品,可由直线斜率 通过迭代法求出年龄t,全岩Pb-Pb法理论上可以得到可靠的岩石结晶年龄, 但由于Pb的地球化学性质活泼,很多情况下不能满足同位素封闭体系的要求.除某些特殊岩石外,目前较少用于其定年.,第五节 K-Ar和Ar-Ar法 同位素测年测年,一、K-Ar法测年,（一）K、Ar测年原理 钾（质质数=19）为碱金属元素，是地壳中八个丰 度最大的元素之一，主要形成含钾矿物

2、。K有三个天 然同位素39K、40K、41K，其丰度比值分别为： 93.258%、0.01167%和6.7302 %.其中11.2%的 40K通过一个电子俘获和一个正电子发射衰变40Ar， 88.8%的40K原子通过负电子发射直接衰变成基态的 40Ca。,氩是惰性气体元素。自然界主要存在于空气中，按体积计算，空气中氩的含量为0.934%, 仅次于氮和氧。 氩有三个稳定同位素：40Ar、38Ar、 36Ar，丰度分别为：99.600%、0.063%、 0.337% 由于40K衰变产生40Ar，现代火山喷气中的40Ar含量比大气中的高。,在封闭体系中，40Ar*和40Ca*的增长方程为： 40Ar

3、*+40Ca*=40K(et-1) 为40K的总衰变常数，包扩两个分支衰变常数：=e+ 其中e=40K向40Ar的衰变，=40K向40Ca的衰变，在含K样品中，放射成因40Ar增长公式为： 40Ar*=40Ke/ (et-1） 如果矿物形成时不存在40Ar，40Ari=0，则 t=(1/).ln(40Ar*/40K/e +1),该公式必须满足下列条件： 在矿物形成和以后过程中，同位素保持封闭体系。 在矿物形成过程中，没有过剩氩(初始氩和捕获的大气氩)存在。 3. 除40K衰变外，没有因为分馏作用或其它过程引起Ar同位素组成的变化。,（二）过剩氩及K、Ar等时线,Ar在地质过程中容易丢失，使K-

4、Ar年龄偏低。但也有很多情况K-Ar年龄显著偏高, 被认为有过剩氩存在。过剩氩一般在含钾低的矿物和年轻火山岩矿物中最明显。 过剩氩指矿物结晶时捕获的原始氩或矿物形成后扩散进入的非大气氩。 过剩氩可依据原始的40Ar/36Ar比值大小判断，比值大于295.5说明40Ar过剩，小于40Ar说明36Ar过剩，此时,要求得矿物真实年龄必须依靠等时线。,（1）40K-40Ar等时线,40Ar=40Ari+40Ke/（et-1） 条件： 假定分析出的36Ar都是来自大气。 所选样品的封闭温度要相等或有快速冷切条件。,（2）40K/36Ar-40Ar/36Ar等时线,将40K-40Ar等时线方程除以36Ar

5、得到： 40Ar/36Ar=(40Ar/36Ar)i +(40K/36Ar)e/(et-1） 方程满足条件： 一组样品必须同时形成。 必须有相同的初始 (或过剩) 40Ar/36Ar比值。 对K-Ar保持封闭体系。,二、40Ar-39Ar法测年,K-Ar法过剩氩的问题使年龄常偏老或偏新 40Ar39Ar法克服了上述过剩氩问题. 该方法还有两个优点： （1）在同一样品上测定K和Ar的含量 （2）只需测量氩的同位素比值，不存在样品 均匀性问题。,40Ar-39Ar测年原理,含39K样品经核反应堆快中子照射生成39Ar. 39Ar* 是不稳定的放射性同位素，半衰期为 269年，由于K的同位素丰度是固

6、定的常数，可 以将39Ar*换算成40Ar的量，用质谱计测定样 品中放射成因40Ar与快中子照射产生39Ar* 的 比值，就可以测定年龄。,40Ar-39Ar测年原理,样品中产生的39Ar原子数为： 39Ar*=39KT（）（）d 式中：39K是样品中39K的原子数，T是照射时间 （秒），（）是能量为的中子通量密度， （）为39K对具有能量的中子的捕获截面，该积 分的区间是中子的整个能谱。 样品的放射成因40Ar原子数为: 40Ar*=40Ke/（et-1）,样品照射后的40Ar/39Ar比值由下式给出： 40Ar*/39Ar =e/40K/39K1/T (et-1)/ () () d 定义：J=/e39K/40KT () ()d 代入上式得：40Ar*/39Ar = (et-1)/J 估计中子通量的密度和捕获截面是困难的。通 过同时照射一个年龄已知的样品和一个未知年 龄的样品，来确定J，,J=(etm-1)/40Ar*/39Ar tm为通量监视器的已知年龄 40Ar*/39Ar为测量到的该监视器的比值 t=(1/) ln(40Ar*/ 39Ar J+1),西藏新生代火山岩全岩40Ar/39Ar年龄图谱,三、适合K-Ar和Ar-Ar法测年的岩石与矿物,1、含钾的矿物和岩石 理想矿物：云母类、角闪石、钾长石（无热扰动）；沉积岩成岩作用中的新生伊利石。 岩石：年