12 第五章 第五节 K-AR法

1、含钾的矿物和岩石 、
理想矿物：云母类、角闪石、钾长石（ 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。 ）；沉积岩成岩作用中的新生伊利石 扰动）；沉积岩成岩作用中的新生伊利石。 岩石：年轻火山岩（ 岩石：年轻火山岩（选择含辉石斑晶少的样 ），最适合样品是火山基质 最适合样品是火山基质。 品），最适合样品是火山基质。 侵入岩和变质岩石应选择单矿物样品。 侵入岩和变质岩石应选择单矿物样品。 2、 Ar-Ar法的最大优点是可以给出热扰动年龄。 法的最大优点是可以给出热扰动年龄。 、 法的最大优点是可以给出热扰动年龄 这对确定构造变形发生的时间具有特殊意义， 这对确定构造变形发生的时间具有特殊意义， 是构造岩石学中应用最多的方法。 是构造岩石学中应用最多的方法。
该公式必须满足下列条件： 该公式必须满足下列条件： 在矿物形成和以后过程中， 1. 在矿物形成和以后过程中，同位素保持封 闭体系。 闭体系。 在矿物形成过程中，没有过剩氩( 2. 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。 和捕获的大气氩)存在。 衰变外， 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。 Ar同位素组成的变化 过程引起Ar同位素组成的变化。
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 是不稳定的放射性同位素， 269年 由于K的同位素丰度是固定的常数， 269年，由于K的同位素丰度是固定的常数，可 Ar*换算成 Ar的量 的量， 以将39Ar*换算成40Ar的量，用质谱计测定样 Ar与快中子照射产生 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。 比值，就可以测定年龄。
206
Pb + 204 Pb i
206
U λ238t (e − 1) 204 Pb
这是207Pb/204Pb对 对 206Pb/204Pb直线方程 直线方程 的斜率,一组具有相同 的斜率 一组具有相同 年龄和相同初始Pb同 年龄和相同初始 同 位素比值并保持封闭 的样品,可由直线斜率 的样品 可由直线斜率 通过迭代法求出年龄 迭代法求出年龄t 通过迭代法求出年龄
40K-40Ar等时线 （1） ） 等时线
•
条件： 条件： Ar都是来自大气 都是来自大气。 ①假定分析出的36Ar都是来自大气。 ②所选样品的封闭温度要相等或有快速冷切 条件。 条件。
40Ar=40Ar +40Kλe/λ（eλt-1） Kλe/λ（ i
ArAr等时线 （2）40K/36Ar-40Ar/36Ar等时线
（二）过剩氩及K、Ar等时线 过剩氩及K Ar等时线
• Ar在地质过程中容易丢失，使K-Ar年龄偏低。但 Ar在地质过程中容易丢失， 在地质过程中容易丢失 Ar年龄偏低。 年龄偏低 也有很多情况K Ar年龄显著偏高 年龄显著偏高, 也有很多情况K-Ar年龄显著偏高, 被认为有过剩 氩存在。 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。 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。 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 Ar比值大小判断 比值大小判断， 过剩， Ar说明 Ar过 值大于295.5 295.5说明 Ar过剩 值大于295.5说明40Ar过剩，小于40Ar说明36Ar过 此时,要求得矿物真实年龄必须依靠等时线。 剩，此时,要求得矿物真实年龄必须依靠等时线。
二、40Ar-39Ar法测年 Ar- Ar法测年
• K-Ar法过剩氩的问题使年龄常偏老或偏新 Ar法过剩氩的问题使年龄常偏老或偏新 40Ar—39Ar法克服了上述过剩氩问题. Ar— Ar法克服了上述过剩氩问题 法克服了上述过剩氩问题. • 该方法还有两个优点： 该方法还有两个优点： 在同一样品上测定K Ar的含量 （1）在同一样品上测定K和Ar的含量 只需测量氩的同位素比值， （2）只需测量氩的同位素比值，不存在样品 均匀性问题。 均匀性问题。
40Ar*=40K·λ /λ（eλt-1） e/λ（
Ar比值由下式给出 比值由下式给出： 样品照射后的40Ar/39Ar比值由下式给出： 40Ar*/39Ar =λe/λ·40K/39K·1/ΔT· (eλt-1)/∫φ (ε) σ (ε) dε • 定义：J=λ/λe·39K/40K·ΔT∫φ (ε) σ (ε)dε 定义： 代入上式得： 代入上式得：40Ar*/39Ar = (eλt-1)/J 估计中子通量的密度和捕获截面是困难的。 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 龄的样品，来确定J，
第四节 铀-钍-铅法测年及铅 钍 铅法测年及铅 同位素地球化学
普通（全岩） 普通（全岩）Pb-Pb 法测年

207
Pb = 204 Pb
207
Pb + 204 Pb i
U λ235t (eBaidu Nhomakorabea− 1) 204 Pb
235

Pb = 204 Pb
Pb 204 Pb i
• 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 和 法 同位素测年测年 同位素测年测年
一、K-Ar法测年 法测年
• 将40K-40Ar等时线方程除以36Ar得到： Ar等时线方程除以 Ar得到 得到：
40Ar/36Ar=(40Ar/36Ar) i
+(40K/36Ar)·λe/λ(eλt-1）
• 方程满足条件： 方程满足条件： 一组样品必须同时形成。 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。 或过剩) Ar比值。 比值 Ar保持封闭体系 保持封闭体系。 对K-Ar保持封闭体系。
（一）K、Ar测年原理 Ar测年原理 质质数=19 为碱金属元素， =19） 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。 度最大的元素之一，主要形成含钾矿物。K有三个天 其丰度比值分别为： 然同位素39K、40K、41K，其丰度比值分别为： 93.258%、0.01167%和 %.其中11.2%的 其中11.2% 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， Ar， 88.8%的 88.8%的40K原子通过负电子发射直接衰变成基态的 40Ca。 Ca。
• 在封闭体系中，40Ar*和40Ca*的增长方程为： 在封闭体系中， Ar*和 Ca*的增长方程为 的增长方程为： 40Ar*+40Ca*=40K(eλt-1) 的总衰变常数，包扩两个分支衰变常数： λ为40K的总衰变常数，包扩两个分支衰变常数： λ=λe+λβ • 其中λe=40K向40Ar的衰变，λβ=40K向40Ca的衰 其中λ Ar的衰变 的衰变， Ca的衰 在含K样品中， Ar增长公式为 增长公式为： 变，在含K样品中，放射成因40Ar增长公式为： 40Ar*=40Kλ /λ (eλt-1） e • 如果矿物形成时不存在40Ar，40Ari=0，则 Ar， =0， t=(1/λ).ln(40Ar*/40K·λ/λe +1)
238
• 两式整理后相除:

207
Pb − 204 Pb Pb − 204 Pb
206
207
1 (e λ235t − 1) = λ t 206 Pb 137.88 (e 238 − 1) 204 Pb i
• 氩是惰性气体元素。自然界主要存在于空气 氩是惰性气体元素。 按体积计算，空气中氩的含量为0.934%, 中，按体积计算，空气中氩的含量为0.934%, 仅次于氮和氧。 仅次于氮和氧。 • 氩有三个稳定同位素：40Ar、38Ar、 36Ar， 氩有三个稳定同位素： Ar、 Ar、 Ar， 丰度分别为：99.600%、0.063%、 丰度分别为：99.600%、0.063%、 0.337% Ar， 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。 Ar含量比大气中的高 含量比大气中的高。
40Ar-39Ar测年原理
样品中产生的39Ar原子数为： Ar原子数为： 原子数为 39Ar*=39K·ΔT∫φ（ε）σ（ε）dε K·ΔT∫φ（ 式中： 的原子数，ΔT是照射时间 式中：39K是样品中39K的原子数，ΔT是照射时间 ），φ 是能量为ε的中子通量密度， （秒），φ（ε）是能量为ε的中子通量密度，σ 对具有ε能量的中子的捕获截面， （ε）为39K对具有ε能量的中子的捕获截面，该积 分的区间是中子的整个能谱。 分的区间是中子的整个能谱。 Ar原子数为 原子数为: 样品的放射成因40Ar原子数为:
J=(eλtm-1)/40Ar*/39Ar tm为通量监视器的已知年龄 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 Ar为测量到的该监视器的比值 t=(1/λ) ln(40Ar*/ 39Ar J+1)
西藏新生代火山岩全岩40Ar/39Ar年龄图谱 Ar年龄图谱
三、适合K-Ar和Ar-Ar法测年 适合 和 法测年 的岩石与矿物