~(40)Ar/~(39)Ar热年代学现状与问题

Ar同位素体系定年矿物的封闭温度范围广,并且可以获得650℃～150℃温度段的非线性冷却历史,因此~(40)Ar/~(39)Ar热年代学成为研究地质体热演化历史过程中最有效的工具之一。但是由于矿物中Ar同位素扩散机制还有一些问题没有清楚地被认识,因此在一定程度上制约了~(40)Ar/~(39)Ar热年代学的发展。本文介绍了目前应用最广泛的两种~(40)Ar/~(39)Ar热年代学模式:多重扩散域模式和多路径扩散模式,讨论了它们的发展现状、存在的问题、可能解决的方法以及今后的发展方向。     

40Ar/39Ar年代学中几个重要问题的讨论

40Ar/39Ar年代学是同位素地质年代学中重要的两个"金钉子"手段之一(另一个为U-Pb法),广泛应用于重大地质事件、地质界线的精确定年,是确定地质年表的主要手段。40Ar/39Ar年代学测定的母体元素钾为常量元素,且实现分析时由于只需测定Ar同位素的比值,因而具有很高的分析精度,因此可以测定非常年轻(数千年)地质体的年龄。此外,由于在自然界中不易发生(物理、化学)反应的特性,Ar在矿物中的扩散可被准确地定量描述,因此40Ar/39Ar年代学也是热年代学的重要支柱,被广泛应用于地球深部物质上涌、折返、剥露、变质的冷却历史,率先提供了解析造山带、地壳作用过程等热历史的定量模型。这些特点使得40Ar/39Ar年代学成为地质年代学的三大支柱之一。那么,近年来该方法发展到了什么程度,其精确度和准确度达到了怎样的高度?为何年轻火山样品中极少发现过剩Ar?高压环境中的样品过剩Ar为何难以辨认?压力影响矿物的封闭温度吗?缓慢冷却K-长石的年龄谱是否可以真实地反映岩体所经历的热历史?多重扩散域模型(MDD)遇到了哪些挑战、该如何应用?40Ar/39Ar法和U-Pb法在构造热过程研究中有何不同的应用?本文对这些问题进行了思考和讨论,以期推动大家对40Ar/39Ar年代学的深入探索,推动其在我国地质研究中的应用。     

~(36)Ar/~(39)Ar-~(40)Ar/~(39)Ar等时线方法的应用——以新疆查汗萨拉锑、银矿带为例

等时线方法在K Ar年代学中得到广泛应用 ,本文利用一种新的3 6Ar 3 9Ar 4 0 Ar 3 9Ar等时线方法 ,计算查南疆汗萨拉锑、银矿带中石英脉的40 Ar 3 9Ar实验数据 ,并与其他等时线方法进行对比 ,得到非常一致的结果。     

东天山造山带右行剪切变形及构造演化的40Ar-39Ar年代学证据

对新疆东天山觉罗格地区克孜尔塔格岩体（舌状岩体）角闪石、黑云母和钾长石进行了^40Ar/^39Ar年代学及热年代学研究，为确定该区右行走滑作用及NS向挤压作用结束的时间，提供了科学依据。研究表明，东天山造山带，NS向挤压作用结束于276Ma，右行走滑发生于276Ma至240－239Ma间，主要集中于276－253.9Ma。     

滇西高黎贡变质带热史演化与变形时限研究

高黎贡变质带位于高黎贡走滑剪切带以西,呈NS向或NE—SW向带状展布,是滇西最显著的带状变质带之一,其热演化史和变形时限不清晰。本文选取变质带内花岗质糜棱岩、花岗质片麻岩及其斜长角闪岩包体和云母片岩为研究对象,利用40Ar/39Ar和K Ar法地质测年,获得40Ar/39Ar年龄结果为33.7~10.18Ma,K Ar年龄结果主要集中在10~13Ma和16.7~22.8Ma。据野外地质产状和显微结构特征,研究认为高黎贡山变质岩的变形时限为35Ma之后。综合研究区内40Ar/39Ar年代学和裂变径迹年龄结果,变质带热演化史显示高黎贡变质带在24Ma伴随部分基性岩浆侵位并隆升,古温度降低至350~300℃, 12~10Ma变质带继续隆升冷却至300~220℃,此后经历缓慢冷却过程,约5.5Ma降至120~60℃,热年代学年龄数值结果显示从南向北隆升幅度差异。     

36Ar/39Ar-40Ar/39Ar等时线方法的应用——以新疆查汗萨拉锑、银矿带为例

等时线方法在K-Ar年代学中得到广泛应用,本文利用一种新的36Ar/39Ar-40Ar/39Ar等时线方法,计算查南疆汗萨拉锑、银矿带中石英脉的40Ar-39Ar实验数据,并与其他等时线方法进行对比,得到非常一致的结果.     

激光显微探针~(40)Ar/~(39)Ar同位素定年

已有 5 0年历史的K Ar定年法 ,由于过剩Ar和Ar丢失的普遍发现 ,使其最广泛的应用面临着严重挑战。40 Ar/ 3 9Ar分步加热释氩法是常规K Ar定年法的发展 ,它克服了常规K Ar定年法的一些局限 ,又可以测定岩浆构造热事件。激光显微探针40 Ar/ 3 9Ar定年法是在 2 0世纪末把聚焦激光束应用在40 Ar/ 3 9Ar分步加热释氩法中而发展起来的一种定年方法。它既具有常规K Ar定年法和40Ar/ 3 9Ar分步加热释氩法的所有优越性 ,又把定年引入微观领域。特别是在 2 0世纪的最后几年 ,以激光显微探针40 Ar/ 3 9Ar定年方法的完善和精度的提高为标志 ,把K Ar年代学研究推向了一个新的里程碑。微区微量高精度高分辨定年 ,把定年时限扩展到人类历史范畴 ,精细的分析技术拓宽了年代学的应用范围 ,使之解决的地质问题更广泛和深入 ,并且开始冲击着地球科学中的某些热点和难点课题。     

东天山尾亚镁铁-超镁铁岩体侵位年龄新证据

尾亚钒钛磁铁矿床地处新疆天山造山带东段中天山地块,区内可见石英正长岩脉侵入含矿辉长岩类。利用矿区辉长岩类中的黑云母40Ar/39Ar热年代学方法,获得含矿角闪黑云辉橄岩的坪年龄为(248.6±1.7)Ma,略早或近似于前人获得的石英正长岩年龄数据246.6 Ma。该数据与地质事实相吻合,并为解释尾亚地区岩体侵位时间提供新证据。     

琼北火山岩激光40Ar/39Ar定年研究

新生代以来,雷琼地区多次、大量地喷发了一系列火山岩。前人主要基于K-Ar法对此划分了期次。本文采用激光40Ar/39Ar年代学方法,对琼北火山岩区进行了精细定年研究。低本底激光40Ar/39Ar法能够对低钾含量,极少量样品(毫克级)进行精细测定,非常适合极年轻火山岩的定年工作。结果显示的火山岩激光40Ar/39Ar法高质量数据表明琼北火山喷发活动时限跨越1.3～0.052Ma。在比较了表观年龄与等时线年龄差异之后,本文给出了年龄推荐值。正如测试数据所显示,本地区新生代火山岩普遍存在40Ar和36Ar过剩的问题,此时只有等时线年龄才代表喷发的真实年龄。     

东喜马拉雅构造结气候构造作用下热史演化的40Ar/39 Ar年代学记录

以喜马拉雅山系为典型实例,究竟是气候作用还是构造作用引起山体隆升的问题已经成为地球系统科学研究中的重要前沿问题.无论是气候因素还是构造因素引起山体隆升,二者都与一个共同的地表过程--剥蚀作用相关,剥蚀作用对山体中地质体的影响可以用岩石矿物经历的热史演化来描述,所以,在造山作用研究中,山体或山脉的热史演化是揭开地质体经历地质过程、山体隆升研究的重要途径.利用河砂组成矿物来研究流域的地质过程和构造演化已经成为现代地质科学的重要手段.本文采集了雅鲁藏布江下游墨脱县以南约50 km处地东河段内的现代河砂,对其中的角闪石、白云母、黑云母及钾长石等四种矿物进行了高精度单颗粒激光40Ar/39Ar年代学测试,并进行了概率统计.地东河段河砂中富钾矿物40Ar/39Ar年代学统计结果显示,大峡谷流域的热史演化可以确定有多个阶段,分别可以识别出70～69、61～60、43～42、35～34、26～25、25～23、22～20、20～18、17～14、12～11、8～6、5～4及＜2Ma等13个热史演化阶段.通过将上述热史信息与印度大陆与欧亚大陆碰撞角度和碰撞速率变化曲线的对比,可以确定70～69、61～60、43～42、35～34、22～20和12～11Ma等6个阶段的年代学信息是两大陆碰撞角度和碰撞速率变化事件在东喜马拉雅构造结热史上的记录;通过与全球深海氧、碳同位素记录曲线的对比,可以认为26～25、25～23、17～14、8～6、5～4和＜2Ma等6个阶段的年代学信息是气候变化在东喜马拉雅构造结热史上的记录.东喜马拉雅构造结地质体热史演化是构造与气候相互作用的结果.     

40Ar-39Ar同位素定年方法研究进展

^40Ar-^39Ar同位素定年法是由K-Ar法发展而来,通过将39K利用快中子辐照衰变成^39Ar,测量40Ar^＊/^39Ar来获得年龄值.经过长期发展,该方法的测试技术逐渐成熟,其中气体提取发展为常规阶段升温法、激光显微探针法以及真空压碎流体包裹体法;气体纯化主要有冷阱去除法、钛泵吸附法、锆铝泵吸附法;气体测试的质谱仪也在灵敏度、分辨率、背景值等技术指标上有很大提高.^40Ar-^39Ar同位素定年法在石油、固体矿产等方面应用广泛,尤其在油气成藏时间、成岩成矿作用时间的热年代学研究等领域.     

哈萨克斯坦阿克斗卡特大型斑岩铜矿床成矿时代与剥露历史研究

哈萨克斯坦阿克斗卡特大型斑岩型铜矿床产在中亚成矿域巴尔喀什成矿带阿克斗卡矿田。本文根据花岗岩类岩石的锆石U-Pb、40Ar/39Ar和裂变径迹(FT)热年代学研究,结合前人研究成果,给出了阿克斗卡斑岩铜矿床从深成岩浆活动、成矿作用、区域冷却到剥露作用的全过程。阿克斗卡矿床及附近花岗岩类锆石SHRIMPU-Pb定年结果,给出科尔达尔岩体早期英云闪长岩的结晶年龄为335.7±1.3Ma;主成矿期的含矿二长花岗斑岩结晶年龄为327.5±1.9Ma,反映了阿克斗卡矿床斑岩型铜成矿作用的年龄。花岗岩类角闪石、黑云母、钾长石40Ar/39Ar热年代学分别给出矿物冷却年龄为310.6Ma、271.5Ma和274.9Ma,进一步限定了深成斑岩型铜成矿作用的时代和区域冷却的历史。磷灰石FT测年数据揭示,受区域构造作用的影响,阿克斗卡铜矿田在晚白垩世(91～68.0Ma)发生地块的差异隆升和剥露作用。     

Late Palaeozoic mineralization and tectonic evolution of the West Junggar metallogenic belt,Central Asia: constraints from Re–Os and 40Ar/39Ar geochronology

ABSTRACT

The West Junggar Metallogenic Belt (WJMB) is located between the Tianshan fault system and the Ertix fault system in the western part of the Central Asian Metallogenic Domain (CAMD). The belt features widespread late Palaeozoic granitic plutons, strike-slip faults, and porphyry copper and orogenic gold deposits. We collected nine molybdenite samples from the Baogutu III–IV Cu–Mo deposit and the Suyunhe Mo–W deposit, and 12 granitoid samples from the Jiaman, Kangde, Kulumusu, Bieluagaxi, Hatu, Akbastau, Miaoergou, Baogutu, Karamay, and Hongshan plutons in the WJMB. Molybdenite Re–Os dating gives metallogenesis ages of 312.7 and 299.7 Ma for the Baogutu III–IV and Suyunhe deposits, respectively. ⁴⁰Ar/³⁹Ar thermochronology yields biotite ages ranging from 326 to 302 Ma and K-feldspar ages from 297 to 264 Ma, indicating a regional medium-temperature cooling history in the WJMB during the late Carboniferous to middle Permian. By integrating these data with previous zircon U–Pb, amphibole ⁴⁰Ar/³⁹Ar, and zircon and apatite fission-track ages, we reconstruct the whole thermal history of the WJMB, which includes late Palaeozoic intrusive magmatism, porphyry Cu and W–Mo mineralization, and late Mesozoic tectonic uplift and exhumation of the WJMB. The regional ⁴⁰Ar/³⁹Ar cooling ages are consistent with the timing of regional sinistral strike-slip faulting, thereby indicating the tectonic significance of the cooling ages. We suggest that the biotite ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages represent the static cooling of the granitic plutons after emplacement, since the ages are consistent with the U–Pb ages of the plutons. Thereafter, the oldest K-feldspar ⁴⁰Ar/³⁹Ar age may record the initiation of sinistral strike-slip movement on the Darabut, Mayile, and Baerluke faults. The regional faulting resulted in significant uplift of the WJMB during the early and middle Permian.     

Highly retentive core domains in K-feldspar and their implications for 40Ar/39Ar thermochronology illustrated by determining the cooling curve for the Capoas Granite,Palawan, The Philippines

K-feldspar from the late Miocene Capoas Granite on Palawan in The Philippines appears to contain highly retentive diffusion domains that are closed to argon diffusion at near-solidus temperatures during cooling of this ～7 km-diameter pluton. This is an important result, for K-feldspar is commonly considered not retentive in terms of its ability to retain argon. Closure temperatures for argon diffusion in K-feldspars are routinely claimed to be in the range ～150–400°C but the release of ³⁹Ar from irradiated K-feldspar during furnace step-heating experiments in vacuo yields Arrhenius data that imply the existence of highly retentive core domains, with inferred closure temperatures that can exceed ～500–700°C. These high closure temperatures from the Capoas Granite K-feldspar are consistent with the coincidence of ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages with U–Pb zircon ages at ca 13.5 ± 0.2 Ma. The cooling rate then accelerated, but the rate of change had considerably slowed by ca 12 Ma. Low-temperature (U–Th)/He thermochronology shows that the cooling rate once again accelerated at ca 11 Ma, perhaps owing to renewed tectonic activity.     

铜陵地区中酸性侵入岩年代学研究

本文选择了铜陵地区主要岩石类型的代表性岩体中黑云母为测定对象，准确地测定了侵入岩的４０Ａｒ／３９Ａｒ同位素年龄。测定结果表明，区内侵入岩的年龄均小于１４０Ｍａ，属燕山晚期的产物，后期热事件为成矿时代，晚于岩浆侵入时代，在此基础上，分析了ＫＡｒ法、ＲｂＳｒ法同位素年龄产生偏差的原因     

热年代学方法、技术手段及其在矿床地质中的研究进展

同位素地质年代学是一门传统的定年学科,广泛应用于地质各个领域研究中.随着同位素地质年代学理论创新与技术进步,现在逐步发展成为地质热年代学,即将地质年代数据赋予相应封闭温度属性,使之不仅揭示地质事件年龄,而且反映该事件发生的温度条件.不同定年方法以及测试样品的不同,其对应的封闭温度不同,从而可以揭示地质体在更大温度或年龄范围的形成演化过程,定量研究矿区或矿体的隆升与剥露,评价矿床形成后的保存与变化状况,提高找矿预测效果.主要总结和论述诸如40Ar-39Ar、裂变径迹和（U-Th）/He等中-低温热年代学技术方法及其在矿床地质中的应用研究状况,分析热年代学技术与应用发展趋势,以期为成矿作用研究提供新的应用技术手段.      

Comparison between grain size and multi-mineral Ar/Ar thermochronology

In the case of volume diffusion, the closure temperature of a mineral is function of, among other factors, the characteristic diffusion dimension, which can be approximated by the grain size of the mineral analysed for grains smaller than or similar in size to the diffusion domains. The theoretical possibility of single mineral grain size thermochronology had been demonstrated empirically in earlier studies, mostly using biotite. In order to examine the potential of this method, it was tested alongside the widely used multi-mineral ⁴⁰Ar/³⁹Ar thermochronology. The sample comes from the granitic McLean pluton, in the south section of the Grenville orogeny. Seven grain size separates of biotite (ranging between 90 and 1000 μm), eight size fractions of amphibole (between 63 and 1000 μm), and three size fractions of K-feldspar (250-600 μm) were extracted and dated by the laser step-heating ⁴⁰Ar/³⁹Ar method. The total gas ages obtained behave as theoretically predicted, with increasing ages for increasing grain sizes, including for K-feldspar, but with the exception of the smallest and the largest grains for biotite and amphibole. The calculated cooling rates are ca. 0.7 °C/Ma for K-feldspar, ca. 2.5 °C/Ma for biotite, and ca. 11 °C/Ma for amphibole, corresponding very well to a monotonic cooling of the McLean pluton. A quick initial thermal re-equilibration with the cooler host-rocks is followed by a much slower cooling on a thermal path parallel to that of the Frontenac Terrain situated immediately to the southeast. The validity of the single mineral grain size thermochronology is demonstrated by comparison with the thermal evolution of the adjacent units and with the cooling history derived from a multi-mineral thermochronology, suggesting that it can be routinely used. The application of this method can be hampered by insufficiently low analytical uncertainties.