钾氩计时的适应性

随着钾氩年龄资料的大量积累,出现了不少与野外地质现象不相符的情况。这主要是由于氩丢失引起的年龄变年青,从机理上看,放射成因氩的丢失有二种情况,一是连续的扩散,这是由长期的缓慢冷却造成的;二是阶段性不连续丢失,主要是后期地质作用使封闭体系遭到破坏。

  1. 冷却年龄概念

在缓慢冷却情况下,当矿物岩石处于较高温环境条件时,放射成因氩的积累和由于分子热运动导致的氩扩散数量相当,矿物中不能保存放射成因氩,只有当岩石冷却到某一临界温度以下,体系中因扩散作用而引起氩的丢失与放射成因氩的积累相比可以忽略时,K-Ar 衰变体系这一放射性时钟才能启动。因此,在临界温度以上,体系对 K-Ar 衰变系统是开放的。这样,所得到的年龄不反映岩石矿物的形成时间,而表示了冷却到临界温度(封闭温度) 以后所经历的时间。因此,对深成岩和变质岩的钾氩年龄必需考虑缓慢冷却史的影响。这种情况下得到的年龄即被称为冷却年龄(或封闭年龄、保存年龄)。显然,冷却年龄要比深成岩的侵入年龄或变质年龄低。对于迅速冷却的火山岩或浅成侵入岩,测得的 K-Ar 年龄可以代表其喷出或侵入的年龄。

冷却年龄、封闭温度的概念可以推广和应用于铷锶、铀钍铅衰变体系。只是因为其放射成因子体是固体,不象氩那样易于扩散,因而封闭温度较高, 年龄值较大。

根据对矿物中氩扩散的实验研究,发现不同的矿物对于 K-Ar 计时有不同的封闭温度,角闪石的封闭温度最高,云母次之,长石最低。因此一般情况下,选择角闪石的年龄更接近岩石结晶年龄。目前已可利用二种不同封闭温度的矿物,或者同种矿物在不同计时系统中的封闭温度的差别来推算岩体的冷却速率或上升隆起过程,这对于了解造山带和地盾区的年龄资料有相当的意义,因为这些岩石都经历过长期冷却和隆起过程。

  1. 变质岩年龄

变质岩的钾氩年龄解释,同变质温度有很大关系低。级变质作用中形成的含钾云母适合年龄测定,但需区分碎屑成因和变质成因。碎屑云母的存在会使年龄偏高。多数情况下板岩、千枚岩和片岩的全岩 K-Ar 年龄是不很可靠的。高压低温地质作用下的岩石往往有继承氩的存在,不易获得合适的样品。中高级变质岩石中,已达到化学和同位素的平衡,变质温度超过 K-Ar 计时的封闭温度,因此得到的都是冷却年龄。一般的年龄顺序是:白色云母 Rb-Sr 年龄>白色云母 K-Ar 年龄>黑云母 K-Ar 年龄。

  1. 后期地质作用影响

后期岩浆活动及区域性的热扰动、动力作用下的机械摩擦和破碎、交代作用和化学风化作用等都可以引起 K-Ar 体系的破坏,影响年龄测定,有人对此作过许多估计。单纯的地热增温率可使深埋岩石温度升高,在 10 公里深处就无疑会引起氩的丢失,这些因素在 K-Ar 计时时必需充分考虑。

含钾矿物中放射成因 40Ar 的保存性研究是正确运用钾氩计时系统、合理解释钾氩年龄的关键。这一方面需进行不同温度下的氩扩散实验研究,另一方面应结合地质实例,从大量的实践中总结规律。