13第6章同位素地球化学2PPT课件
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➢1）体系中氩增长公式
公 式 中 参 数 含 义
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
10
测试样品需要两份：
一份用于测定K
另一份用于测定40Ar
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
11
2）使用条件/前提
封闭体系
➢放射性40Ar（ 40Ar* ）在体系中没
有丢失，形成时或其他地质事件中 没有外来40Ar的加入。
第五章 同位素地球化学Ⅱ
16
3. 岩石和矿物中的外来40Ar和40Ar丢失
① 40Ar丢失
Ar的丢失和过剩是常见的影响K-Ar体系定年
的问题。其中Ar丢失是更是经常遇到的难题。 任何地质作用和简单的机械作用都能造成其丢 失。
各种矿物对Ar的保存或封闭能力是不同的，
即受热能力有差别。
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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2）K-Ar年龄Leabharlann Baidu义
➢K-Ar法测试的年龄一般是最后一次
地质事件（变质作用、岩浆结晶等） 冷却到氩的扩散丢失不明显的温度以 来所经历的时间。
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
14
④ 样品选择
➢考虑因素：
♣晶质结构岩石； ♣矿物含钾； ♣矿物封闭温度（矿物结晶温度或顺序）
第五章 同位素地球化学Ⅱ
6
2 K-Ar年龄测定的原理和计算公式
➢① 40K的衰变方式和衰变常数 ➢② K-Ar年龄的计算公式和应用基本前提 ➢③ K-Ar年龄的含义 ➢④ 样品选择
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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①40K的衰变方式和衰变常数
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
2
6.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法 年龄测定
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
3
6.2.2.1 K-Ar法年龄测定
♣ 1. 自然界中K-Ar同位素 ♣ 2. K-Ar年龄测定的原理和计算公式 ♣ 3. 岩石和矿物中的外来Ar和Ar丢失 ♣ 4. K-Ar等时线年龄 ♣ 5. K-Ar定年实例
第6章 同位素地球化学 Part Ⅱ
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
1
6.2 放射性同位素地球化学
6.2.1 放射性衰变定律及同位素地质年代学原理
♣6.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定 ♣6.2.3 Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学
6.2.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学 6.2.5 U-Th-Pb法年龄测定及Pb同位素地球化学 6.2.6 同位素封闭温度及冷却年龄 6.2.7 同位素地质年代学地质意义
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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常用的K-Ar定年矿物
➢深成岩或变质岩中依次：
➢角闪石、黑云母、白云母、高温碱性长石等；
➢沉积岩：自生海绿石和伊利石； ➢新鲜的粗面岩、玄武岩和辉绿岩也可以给
出有地质意义的年龄。
➢如果样品中的矿物无法分离，采用全岩，
该样品测定的年龄最不可靠。
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② Ar的同位素组成
➢Ar是惰性气体元素，原子量为39.948。 ➢Ar在大气中的质量分数为0.93%。 ➢地球大气Ar同位素组成及丰度为：
➢40Ar——99.60% ➢38Ar——0.063% ➢36Ar——0.337% ➢大气Ar的n（40Ar）/ n（36Ar）=295.52
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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矿物对Ar的保存能力
角石闪对Ar的保存能力最强； 黑云母次之； 钾长石最差。 ♣角闪石中Ar在800℃不丢失，黑云母/白
云母600 ℃，长石400 ℃（有效封闭温 度）。
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② 40Ar过剩
何谓40Ar过剩？
➢可能原因： ➢常见含过剩40Ar的矿物：堇青石、辉石、
等式左右同除以36Ar得：
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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➢一组样品可以求出斜率b ➢由b可以求出样品的形成年龄t
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5. K-Ar定年实例
闪长岩K-Ar定年 测试蚀变闪长岩 : 样品中元素及同位素比值
♣w（K）/10－2： 1.75 ♣w（40Ar）/ 10-10mol/g ：3.226
8
① 40K的衰变方式和衰变常数
4019K + e－→4018Ar+ν+ Q 衰变常数λe表示
4019K→4020Ca+β－+ν（中微子）+Q 衰变常数为λβ表示
总衰变常数λ= λe + λβ
=5.543×10－10a－1
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② K-Ar年龄计算公式和应用前提
电气石，金刚石和海底玄武岩中也发现 有过剩氩。
➢而角闪石、长石、金云母、黑云母和
方钠石中较少含过剩氩。
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➢过剩40Ar对年龄影响：过剩氩存在会
造成样品测年偏大。
➢过剩氩解决途径——氩-氩等时线法
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4. 40K-40Ar等时线 ➢体系氩增长公式：
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③ K-Ar年龄的含义
1）Ar特性：
➢Ar是惰性体，在矿物晶格中不与其它原
子替代，在变质、蚀变、风化甚至是机械 碎样等都能导致矿物中氩的丢失。
♣如果氩丢失将导致测定的年龄比实际年轻； ♣若有过剩氩或大气氩混入则导致测试年龄比
实际大。
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1. 自然界中K/Ar同位素
① K的同位素组成
➢K的3个天然同位素及其丰度： ➢39K——93.2581% ➢40K——0.01167%-放射性 ➢41K——6.7302% ➢由此计算K原子量为39.0983
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根据公式计算成岩年龄
103.3+2.4Ma
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6.2.2.2 40Ar-39Ar 法年龄测定
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1. 40Ar-39Ar法年龄的基本原理及 全氩释放年龄
① 原理
– 含钾矿物中的39K在原子核反应堆中受 快中子辐照转化为39Ar，公式为： 39K+n（中子）→ 39Ar+p（质子）
公 式 中 参 数 含 义
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测试样品需要两份：
一份用于测定K
另一份用于测定40Ar
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2）使用条件/前提
封闭体系
➢放射性40Ar（ 40Ar* ）在体系中没
有丢失，形成时或其他地质事件中 没有外来40Ar的加入。
第五章 同位素地球化学Ⅱ
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3. 岩石和矿物中的外来40Ar和40Ar丢失
① 40Ar丢失
Ar的丢失和过剩是常见的影响K-Ar体系定年
的问题。其中Ar丢失是更是经常遇到的难题。 任何地质作用和简单的机械作用都能造成其丢 失。
各种矿物对Ar的保存或封闭能力是不同的，
即受热能力有差别。
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2）K-Ar年龄Leabharlann Baidu义
➢K-Ar法测试的年龄一般是最后一次
地质事件（变质作用、岩浆结晶等） 冷却到氩的扩散丢失不明显的温度以 来所经历的时间。
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④ 样品选择
➢考虑因素：
♣晶质结构岩石； ♣矿物含钾； ♣矿物封闭温度（矿物结晶温度或顺序）
第五章 同位素地球化学Ⅱ
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2 K-Ar年龄测定的原理和计算公式
➢① 40K的衰变方式和衰变常数 ➢② K-Ar年龄的计算公式和应用基本前提 ➢③ K-Ar年龄的含义 ➢④ 样品选择
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①40K的衰变方式和衰变常数
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第五章 同位素地球化学Ⅱ
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6.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法 年龄测定
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6.2.2.1 K-Ar法年龄测定
♣ 1. 自然界中K-Ar同位素 ♣ 2. K-Ar年龄测定的原理和计算公式 ♣ 3. 岩石和矿物中的外来Ar和Ar丢失 ♣ 4. K-Ar等时线年龄 ♣ 5. K-Ar定年实例
第6章 同位素地球化学 Part Ⅱ
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6.2 放射性同位素地球化学
6.2.1 放射性衰变定律及同位素地质年代学原理
♣6.2.2 K-Ar法及40Ar-39Ar法年龄测定 ♣6.2.3 Rb-Sr法年龄测定及Sr同位素地球化学
6.2.4 Sm-Nd法年龄测定及Nd同位素地球化学 6.2.5 U-Th-Pb法年龄测定及Pb同位素地球化学 6.2.6 同位素封闭温度及冷却年龄 6.2.7 同位素地质年代学地质意义
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常用的K-Ar定年矿物
➢深成岩或变质岩中依次：
➢角闪石、黑云母、白云母、高温碱性长石等；
➢沉积岩：自生海绿石和伊利石； ➢新鲜的粗面岩、玄武岩和辉绿岩也可以给
出有地质意义的年龄。
➢如果样品中的矿物无法分离，采用全岩，
该样品测定的年龄最不可靠。
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② Ar的同位素组成
➢Ar是惰性气体元素，原子量为39.948。 ➢Ar在大气中的质量分数为0.93%。 ➢地球大气Ar同位素组成及丰度为：
➢40Ar——99.60% ➢38Ar——0.063% ➢36Ar——0.337% ➢大气Ar的n（40Ar）/ n（36Ar）=295.52
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矿物对Ar的保存能力
角石闪对Ar的保存能力最强； 黑云母次之； 钾长石最差。 ♣角闪石中Ar在800℃不丢失，黑云母/白
云母600 ℃，长石400 ℃（有效封闭温 度）。
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18
② 40Ar过剩
何谓40Ar过剩？
➢可能原因： ➢常见含过剩40Ar的矿物：堇青石、辉石、
等式左右同除以36Ar得：
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➢一组样品可以求出斜率b ➢由b可以求出样品的形成年龄t
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23
5. K-Ar定年实例
闪长岩K-Ar定年 测试蚀变闪长岩 : 样品中元素及同位素比值
♣w（K）/10－2： 1.75 ♣w（40Ar）/ 10-10mol/g ：3.226
8
① 40K的衰变方式和衰变常数
4019K + e－→4018Ar+ν+ Q 衰变常数λe表示
4019K→4020Ca+β－+ν（中微子）+Q 衰变常数为λβ表示
总衰变常数λ= λe + λβ
=5.543×10－10a－1
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② K-Ar年龄计算公式和应用前提
电气石，金刚石和海底玄武岩中也发现 有过剩氩。
➢而角闪石、长石、金云母、黑云母和
方钠石中较少含过剩氩。
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
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➢过剩40Ar对年龄影响：过剩氩存在会
造成样品测年偏大。
➢过剩氩解决途径——氩-氩等时线法
27.09.2020
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4. 40K-40Ar等时线 ➢体系氩增长公式：
27.09.2020
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③ K-Ar年龄的含义
1）Ar特性：
➢Ar是惰性体，在矿物晶格中不与其它原
子替代，在变质、蚀变、风化甚至是机械 碎样等都能导致矿物中氩的丢失。
♣如果氩丢失将导致测定的年龄比实际年轻； ♣若有过剩氩或大气氩混入则导致测试年龄比
实际大。
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1. 自然界中K/Ar同位素
① K的同位素组成
➢K的3个天然同位素及其丰度： ➢39K——93.2581% ➢40K——0.01167%-放射性 ➢41K——6.7302% ➢由此计算K原子量为39.0983
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
根据公式计算成岩年龄
103.3+2.4Ma
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
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6.2.2.2 40Ar-39Ar 法年龄测定
27.09.2020
第五章 同位素地球化学Ⅱ
25
1. 40Ar-39Ar法年龄的基本原理及 全氩释放年龄
① 原理
– 含钾矿物中的39K在原子核反应堆中受 快中子辐照转化为39Ar，公式为： 39K+n（中子）→ 39Ar+p（质子）