^40AR—^39AR同位素测年方法及其应用

同位素地质年代学的定年方法概述一些元素(K,Rb,Re,Sm,Lu,U和Th)的自然长寿命放射性同位素,衰变为另种元素稳定同位素的作用,广泛应用于岩石和矿物的年龄测定。

这种测年提供了关于地球地质历史的信息,并已用于标定地质年代表。

地质过程时间维的确定是一项重要而复杂的研究任务。

准确标定某一地质体的年代是区域地质学、地球化学、矿床学和大地构造学研究中不可缺少的内容,对于区域地史演化规律的研究和找矿方向的确定,都具有十分重要的理论和实际意义。

可以说，现代岩石学在很大程度上已经离不开同位素地质学的研究。

在上一世纪60-80年代Sr、Nd、Pb 等同位素地质理论蓬勃发展并逐渐成熟的形势下，Re-Os、Lu-Hf等新的同位素体系也在快速发展。

近年来,由于各种新型同位素分析仪器的开发利用和分析测试技术方法上的迅猛发展,例如新一代高精度、高灵敏度、多接收表面热电离质谱仪(TIMS TRITON)、多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和高灵敏度高分辨率离子探针质谱（SHRIMP）技术的开发和利用,大大拓宽了各种同位素新技术方法在地球科学各个领域中的应用,并取得了一系列令人瞩目的新发现和新认识。

目前,地质体的定年主要采用的是K-Ar法、40Ar-39Ar法、U-Pb法、Pb-Pb法、Rb-Sr法、Sm-Nd法等,已经获得了非常丰富的资料。

然而,由于地质作用过程的复杂性、多期性和测年方法及测试对象的局限性,对已经获得的年龄数据,不同的学者往往有不同的地质解释。

因此,开展同位素定年方法学中的适用性和局限性有关问题的研究,不仅有助于重新认识、评价和应用已有的资料,而且有利于今后工作中同位素定年方法的改进。

一、K-Ar法和40Ar-39Ar法常规的K-Ar法定年主要建立在两个基本的假设条件之上。

①矿物或岩石形成以后,对钾和氩保持封闭体系,既没有钾和氩的加入,也没有钾和氩的逃逸。

②矿物或岩石中不含有大气氩;如果含有氩,则只能由大气混染造成,可以进行常规法定年的大气混染校正(穆治国,1990)。

１前言２同位素测年方法及其应用２．１Ｕ－Ｐｂ法测年及其应用２．２Ｒｂ－Ｓｒ法同位素测年法就是利用天然放射性同位素的衰变规律精确测定岩石或矿物中放射性母体同位素和放射成因的稳定子体同位素的含量来计算该岩石或矿物的地质年龄，主要的同位素测年法包括Ｕ－Ｐｂ法、Ｒｂ－Ｓｒ法、Ｓｍ－Ｎｄ法、Ｋ－Ａｒ法、Ｒｅ－Ｏｓ法等几种方法。

Ｕ－Ｐｂ法是古老的同位素地质年代学方法之一，早期由于分析技术不够高，多使用Ｕ－Ｔｈ含量比较高的矿物，如晶质铀矿、沥青铀矿、独居石等矿物，近来随着质谱同位素分析技术和Ｕ、Ｐｂ化学分离技术的进展，利用Ｕ－Ｐｂ地质年代学最多的矿物是锆石英、独居石、榍石等矿物。

一般的来说，采用Ｕ－Ｐｂ法测定成矿年龄限于含沥青铀矿和晶质铀矿等含铀矿物的伟晶岩矿床和热液铀矿床，这些矿物的特点是稳定，不大容易受到变质作用的影响，并且从基性岩到酸性岩、长英质的正副片麻岩都含有这些矿物，大大扩大了Ｕ－Ｐｂ法测年的范围，通常这些矿物的Ｐｂ／Ｕ年龄代表成矿年龄。

主要是把矿物按特定方法及不同的粒度分成几个粒级，通过加稀释剂，测定Ｕ，Ｐｂ同位素，并经过特定的公式进行修正，最后根据不一致线或一致线法来确定岩石的年龄。

这种方法在我国也得到广泛应用，并取得许多成果。

Ｕ－Ｐｂ同位素测年体系到目前为止发展的这些方法，各有优缺点，在实际工作中要根据自身条件和不同的成矿环境选择适合的方法，以获得满意的年龄数据。

Ｒｂ－Ｓｒ法同位素测年是基于Ｒｂ经过衰变生成Ｓｒ，由于所积累的放射性Ｓｒ的量是Ｒｂ含量及时间的函数，根据放射衰变定律及相应的计算公式，可以绘制出铷锶等时线年龄计算图，根据计算的结果代入等时线图表就可以确定矿石或岩体的年龄。

使用该方法必须满足的条件有：（１）同源，即具有共同的初始锶比值。

（２）同时，即在一个短暂的时刻共同形成，并且在形后一直保持Ｒｂ、Ｓｒ的地球化学封闭系统。

（３）样品形成时到样品测试时始终保持封闭体系。

由于Ｒｂ－Ｓｒ年龄数据可靠，在等时线测定过程中，所获得的Ｓｒ／Ｓｒ值还可用于推测成矿物质来源，而且，目前的实验技术可以检测矿物中极微量的Ｒｂ，Ｓｒ及其同位素组成，所以不少研究人员通过各种途径致力于Ｒｂ－Ｓｒ成矿年龄测定。

第29卷第2期2021年4月Vol.29No.2Apr.，2021Gold Science andTechnology173甘肃北山前红泉金矿床绢云母40Ar-39Ar年龄及其地质意义丁书宏甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉735000摘要：前红泉金矿位于甘肃北山造山带南部，是新近发现的金矿床，其成矿时代缺乏准确约束。

通过对该矿床矿石中蚀变绢云母进行40Ar-39Ar测年工作，获得蚀变绢云母40Ar-39Ar坪年龄为（250.4±1.0）Ma，正等时线年龄为（251.3±1.1）Ma，表明其成矿时代为早三叠世。

前红泉金矿与北山南带众多金属矿床成矿时代相当，具相似的成矿地质背景。

综合前人研究成果，认为三叠纪是北山地区一次大规模金属矿床成矿期，造山后伸展阶段是大量金属矿产产出的有利大地构造背景。

关键词：40Ar-39Ar定年；绢云母；成矿时代；地质意义；前红泉金矿床；北山造山带中图分类号：P618.51文献标志码：A文章编号：1005-2518（2021）02-0173-11DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2021.02.039引用格式：DING Shuhong.40Ar-39Ar Age of Sericite and Its Geological Significance in Qianhongquan Gold Deposit，Beishan Area，Gansu Province［J］.Gold Science and Technology，2021，29（2）：173-183.丁书宏.甘肃北山前红泉金矿床绢云母40Ar-39Ar年龄及其地质意义［J］.黄金科学技术，2021，29（2）：173-183.北山造山带地处西伯利亚板块与塔里木板块的交会部位，位于中亚巨型造山带南缘，区内地质构造复杂，岩浆作用频繁，成矿作用强烈，具有良好的找矿前景（左国朝等，2003；龚全胜等，2003；江思宏等，2006a；袁伟恒等，2020）。

Re-Os同位素定年对岩浆型Cu-Ni硫化物矿床成矿时代的制约Re-Os同位素定年法是一种重要的岩石年代学技术，成为了寻找矿床成矿时代的重要手段之一。

基于这种技术，对于岩浆型Cu-Ni硫化物矿床的成矿时代进行定年已经成为了研究者的一个主要课题。

本文将介绍Re-Os同位素定年法的原理及其在岩浆型Cu-Ni硫化物矿床成矿时代定年中的应用。

Re-Os同位素定年法是利用地球上自然存在的铼和锇元素的同位素比值的变化来确定岩石和矿物的年龄。

应用于成矿事件的Re和Os是一种具有不同的化学性质的同位素，它们可以被矿物质体吸收并储存，形成有效的年龄定年系统。

因此，Re-Os 定年法适用于粗晶质矿物和含有可分离有机质的沉积岩。

Re-Os同位素定年法的测年范围可以覆盖从约4.4亿年前到约5000万年前的大部分地质时代，适用于众多岩石类型，包括玄武岩、花岗岩、岩体、环状石墙、长英岩和铜等矿石。

利用Re-Os同位素定年法对岩浆型Cu-Ni硫化物矿床进行研究，尤其是在结合同位素地球化学和地球化学模型的应用之后，可以更准确地确定岩浆成矿事件的年代和形成机制。

根据Re-Os定年技术的应用，目前对于世界上许多重要岩浆型Cu-Ni硫化物矿床形成的时间已经有了比较准确的测定。

例如，北美洲两个重要的硫化物矿床——萨德伯里矿床和克西谷矿床，它们的形成时间都被定在约1.85亿年前。

另外，现代科技手段在芬兰呈现湖矿床地下取样杆测试的结果还确定，例如一个产铜的岩浆事件在1.96至1.97亿年前发生。

尽管Re-Os定年技术被广泛应用于岩浆型矿床的年龄定年，但在一些情况下其使用受限制。

首先，该技术的应用要求样品中铼的含量高于0.1ppm，而锇的含量高于0.5ppb，因此，样品的选择比较困难，可能影响可靠性、精度和成功率。

其次，Re-Os定年结果需与其他方法比对，例如^40Ar/^39Ar定年、U-Pb定年和Sm-Nd定年等，以确定数据的可靠性。

总之，Re-Os同位素定年法是一种有效的岩石年代学技术，适用于众多岩石类型，通常被用于确定矿床中岩浆成矿事件的年代和形成机制。

氩氩定年法
氩氩定年法（argon-argon dating）是一种用于测定岩石或矿物的年龄的放射性定年方法。

它基于氩-40（40Ar）和钾-40（40K）之间的放射性衰变关系。

具体步骤如下：
1. 确定样品中钾元素的含量。

钾-40是一种具有长半衰期的放射性同位素，它在自然界中存在于岩石和矿物中。

2. 通过加热样品，将所有的氩气释放出来。

这个过程通常使用激光加热来实现，以确保只释放氩气而不损坏样品。

3. 测量释放出的氩气中的氩-40和氩-39的含量。

氩-39是一种非放射性同位素，存在于样品中的初始氩气中。

4. 通过测量氩-40与钾-40之间的比率，计算出样品的年龄。

钾-40的衰变产生氩-40，因此衰变比率可以用来确定样品的年龄。

氩氩定年法是一种非常可靠的定年方法，特别适用于年龄超过几百万年的岩石和矿物。

它在地质学和地球科学研究中广泛应用，用于确定地层的年龄和岩浆活动的时序。

同位素测年是一种用来确定物质的年龄的方法。

它是基于同位素的原子核性质和衰变过程的原理。

同位素是具有相同的原子序数但质量数不同的原子，它们在核外电子结构上具有相同的化学性质。

同位素测年通过观察同位素的衰变过程和稳定同位素的比例来确定物质的年龄。

同位素是由原子核中的质子和中子组成的。

原子核中的质子数量决定了元素的化学性质，而质子和中子的总数则决定了同位素的质量数。

同一元素的不同同位素具有相同的化学性质，但它们的质量数不同，因此具有不同的核性质。

放射性衰变是指一些核素的原子核在时间的推移中会自发地发生转变，并释放出一定的能量。

放射性衰变过程中，一种原子核通过放射衰变转变为另一种原子核。

这种衰变过程是随机的，但可以用半衰期来描述。

半衰期是指在衰变过程中，一半的原子核会衰变所需的时间。

不同同位素具有不同的半衰期，可以从此推算物质的年龄。

放射性采样是指在地质或化学过程中，自然界中的一些元素与同位素以特定的比例被捕获或固定到固体、液体或气体中。

例如，放射性同位素碳-14（14C）以特定的比例被生物体吸收，然后在生物体死亡后停止吸收。

通过测量样品中14C和稳定碳同位素的比例，可以确定样品的年龄。

同位素分数是指给定同位素的同位素原子核数量占总原子核数量的比例。

同位素分数可以通过质谱仪等仪器测量得出。

在同位素测年中，研究人员会测量样品中稳定同位素和放射性同位素的比例，然后根据已知的半衰期和放射性衰变方程来确定样品的年龄。

同位素测年方法包括放射性碳测年（利用14C的半衰期为5730年测定有机物的年龄）、钾-氩测年（利用40K的衰变产物40Ar的半衰期为1.28亿年测定岩石和矿物的年龄）、铀-铅测年（利用铀系列同位素衰变到铅系列同位素的比例来测定岩石和矿物的年龄）等。

总之，同位素测年是一种重要的地质年代学方法，它利用同位素的核性质和衰变过程来确定物质的年龄。

通过测量同位素的分数和衰变过程，可以推算出物质的年龄，从而深入研究地球历史和生物进化过程。

同位素测年公式同位素测年公式啊，这可是个挺有趣的科学玩意儿。

咱先来说说啥是同位素测年。

简单来讲，就是通过测量某种元素的不同同位素的比例，来推算出物体或者地质事件的年龄。

就好像是给时间来了个“大揭秘”！同位素测年的原理，其实就像是一个神秘的时钟。

比如说，碳-14测年法，常用于测定有机物的年代。

植物通过光合作用吸收二氧化碳，里面就有碳-14。

当植物死亡后，碳-14 就开始衰变，通过测量剩余的碳-14 含量，就能算出这植物死了多久啦。

再来说说同位素测年公式。

这公式就像是一把解开时间谜题的钥匙。

常见的公式通常会涉及到初始同位素的含量、现在同位素的含量以及同位素的衰变常数等。

比如说，对于一个放射性同位素 A 衰变成稳定同位素 B 的过程，测年公式可以大致表示为：t = (1/λ) × ln(N₀/N) 。

这里的 t 就是年龄，λ 是衰变常数，N₀是初始的同位素 A 的原子数，N 是现在同位素 A 的原子数。

给您讲个我曾经的经历，那时候我带着一群学生去地质博物馆参观。

有个小家伙看着一块古老的岩石标本，好奇地问我：“老师，这石头到底有多老呀？”我就趁机跟他们讲起了同位素测年的知识。

看着他们那一双双充满好奇的眼睛，我心里特别有成就感。

在实际应用中，同位素测年可帮了大忙。

考古学家用它来确定文物的年代，地质学家用它来研究地球的演化历史。

比如说，要研究恐龙灭绝的时间，通过测量相关地层中的同位素，就能得到更准确的时间范围。

但是，同位素测年也不是万能的。

它也有一些局限性和误差来源。

比如，样品可能受到污染，或者初始条件难以准确确定。

这就好像是在解题的时候，有些条件给得不太清楚，就容易得出不太准确的答案。

回到咱们的同位素测年公式，要想准确使用它，得对各种参数进行精确测量和分析。

这可需要科学家们的细心和耐心。

而且，不同的同位素测年方法适用于不同的时间范围和物质。

总之，同位素测年公式虽然看起来有点复杂，但它可是我们探索时间秘密的有力工具。