ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 0
Указанную поправку можно внести с достаточной точностью только в тех случаях, когда примесь постороннего свинца в радио активных минералах бывает незначительна.
При введении поправок на присутствие в урановом |
минерале |
|||
рудного свинца на основании содержания тРЪ |
следует |
иметь в |
||
виду, что возможны случаи нахождения в минерале в |
качестве |
|||
постороннего переотложенного почти |
чистого |
уранового |
свинца |
|
( 2 0 6 РЬ) . В |
таких случаях формальное |
введение |
поправки |
на руд |
ный свинец |
не обеспечивает получения |
точного |
значения |
возраста. |
Для определения абсолютного возраста свинцовым методом жела тельно использовать минералы, содержащие большие количества урана и тория, в которых примесь нерадиогенного, обычного свинца
не влияет существенно на результаты (уранинит, |
торианит, |
торит |
и т. д.). Широкое применение для определения |
возраста |
нашли |
уран- и торийсодержащие акцессорные минералы, например |
мона |
|
цит, ортит, циркон, ксенотим и др. При использовании для опреде |
||
ления возраста акцессорных минералов введение поправки на не радиогенный свинец может приобрести существенное значение. Для определения изотопного состава нерадиогенного свинца сле дует использовать минералы, содержащие много свинца и ничтож но мало урана и тория' (например, галениты).
Поправка на посторонний свинец исключается при использова нии изохрон. Для расчета возраста по изотопам свинца кроме описанного выше метода изохрон для отдельного радиоизотопа могут применяться специальные изохронные методы.
1. Графический метод Аренса — Везерилла нахождения истин ного возраста и времени метаморфизма минералов заключается в следующем. Пусть в начальный момент времени Т образовался урановый минерал, не содержащий радиогенного свинца. В неко торый позднейший момент времени т в результате однократной дифференциации упомянутого минерала или содержащей его по роды, сохранявших до этого момента свойства закрытой системы, образовалось семейство минералов, отличающихся величиной отно шения свинца к урану (в процессе дифференциации не изменяются свинцовые изотопные отношения). Полагая, например, что вторич
ные минералы захватили различную долю а (где |
0 < с < 1 ) радио |
генного свинца, накопившегося в первоначальном |
минерале до |
дифференциации, можно написать для какого-либо . из вторичных минералов следующее уравнение: .
206 = |
а • 238 (e*iг — е^) |
4- 238 (е*«* — 1), |
207 = |
а-235 (е^-т — еЩ |
+ 235 (е^— 1), |
где 206 и 238 — современное содержание свинца-206 и урана-238 в
числе атомов; Xi и i 2 — константы |
распада ураиа-238 |
и урана-235; |
|||
238(eX i T |
— е^т ) |
—количество |
радиогенного свинца-206, накопив |
||
шегося |
за время |
Т — т, т. е. с |
момента образования |
породы до ее |
|
дифференциации; |
238(е**г — е%-х) |
—количество |
радиогенного |
||
146
свинца-206, накопившегося за время Т — т, т. е. от образования материнской породы до ее дифференциации.
Следовательно:
206
238
207
235
аналогично:
Отсюда получим
— (e*"T— .1) |
0^1 У |
g^l^ |
|
|
|
„Яд Т |
= ПТ, т), |
|
|
лАгвТ* |
|
206 |
|
|
- 1 ) . |
238 |
|
|
|
|
|
|
|
207 |
= а (еЬ*т — е^т ) -+- (е^ т • - 1 ) . |
||
235 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
206 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
238 |
|
|
|
|
|
|
|
= |
/(7 \ г). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
207 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
( е ^ — 1) |
|
л., т — -Ят |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
235 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
206 |
„ |
207 |
|
Это уравнение |
изохроны — прямой |
в координатах |
—— и -——, |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2оо |
2OD |
тангенс угла |
наклона которой равен f(T, -с). На эту прямую |
лягут |
||||||||||||||||
точки, |
|
соответствующие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
каждому из |
семейства |
вто- я>бп |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ричных |
минералов, |
образо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
вавшихся |
в |
указанных |
вы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ше условиях. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4500^f^^i750Mm/iet |
|||||||
|
|
Если на |
этом |
же |
гра |
|
|
|
|
|
|
|
' \4670шм.ле/п |
|||||
фике нанести |
конкордию, |
|
|
|
|
|
'"'А |
|
|
|
||||||||
т. е. кривую |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
206 |
|
207 |
е*"т |
— 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
238 |
|
235 |
е |
^ _ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
то |
эта |
последняя |
|
пересе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
чется |
изохроной |
в |
|
двух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
точках: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1) |
при |
а = 0 — полное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
отсутствие |
|
|
захваченного |
Рис. |
28. Изохрона |
Аренса — Везерилла |
||||||||||||
свинца, |
что |
|
соответствует |
|||||||||||||||
|
|
|
для |
лунных пород: |
|
|||||||||||||
2 |
0 |
6 |
екх—\ |
|
|
(возраст |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
1 — изохрона; |
2 — конкордия |
|
|||||||||||||
238 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
метаморфизма); |
|
|
|
|
|
206 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2) |
при |
а = 1 это |
соответствует |
|
еКТ— |
J |
(истинный |
|||||||||
|
|
238 |
|
|||||||||||||||
возраст) (рис. 28). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
10* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
147 |
|
Данный изохронный метод позволяет объективно определять как абсолютный возраст содержащей уран породы, так и время дифференциации (метаморфизма), но только при указанных выше предпосылках.
2. Для урано-свинцового метода можно написать уравнения изохроны, содержащие только изотопные отношения свинца и не содержащие урана:
|
2 о о Р Ь |
|
|
|
[ |
2 0 6 Р Ь |
^ |
„ « и |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
,_! о! рь_ч |
e |
J 5 L _ ( e w _ _ 1 ) t |
|
||||||||
|
2 °Ф Ь |
|
|
|
|
V 2 0 4 Pb Jo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
204pb |
|
|
|
|
2 M P |
b ^ |
|
|
" |
|
|
||||||
После деления |
первого уравнения0 |
на второе |
|
получим |
|
|||||||||||||
|
' 200рЬ |
|
|
, |
|
гоорь |
°ФЬ |
J |
|
2 |
°*Pb |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
/ |
|
2 0 °РЬ |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
204pb |
|
— |
VV 204pР Ьb |
JУ, |
|
2S8TJ |
</. 238 |
_ ! |
|
|
F(t). |
||||||
|
|
|
|
|
|
0 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 0 7 P b |
|
|
/• |
|
220 ?7 p b |
^ |
|
236TJ |
е Л . 2 3 6 |
< |
|
|
|
||||
|
|
|
|
/ |
|
|
Р Ь |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 0 i p b |
|
|
Л м |
Ф Ь Jo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
В правой части имеем функцию только времени, так как изо |
||||||||||||||||||
топный |
состав |
урана |
во всех земных |
веществах |
постоянный: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
138,4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
235TJ |
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение |
изохроны (изохрона |
|
Паттерсона) |
имеет вид (рис. 29) |
||||||||||||||
|
204pb |
^_ |
|
2 0 4 P b |
JQ |
|
2 0 4 P b |
|
|
^ ' |
^ 2 0 4 P b |
J^ |
V |
' |
||||
Тангенс |
угла наклона |
равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
\ga |
= F {t) = |
|
|
|
1 |
|
/ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
23STJ |
g 238 |
I |
|
|
|
||||||||
Вопросы, которые позволяет решать свинцовый метод, весьма |
||||||||||||||||||
обширны. Сюда |
входит |
определение |
абсолютного |
возраста Земли |
||||||||||||||
в целом, земной коры, метеоритов, Луны, датирование разнооб
разных земных |
объектов (расчленение |
немых толщ, |
составление |
||
абсолютной геохронологической |
шкалы |
докембрия, |
определение |
||
возраста интрузивных тел, установление и датирование |
отдельных |
||||
этапов активизации магматического очага, возраста |
месторождений |
||||
и т. д.). Примеры использования |
свинцового и других методов |
||||
для определения |
абсолютного возраста |
небесных |
тел приведены |
||
в§ 5 этой главы.
Вкачестве примера применения свинцового изотопного метода для определения возраста уранового месторождения и установле ния источника рудного вещества можно привести данные А. И. Тугаринова и других по излучению браниеритовых руд одного из
148
месторождений. Руды залегают в тектонических зонах и сформи рованы во внутренних частях платформы. Возраст вмещающих оруденение метаморфических толщ около 2 000 млн. лет. Предпо лагалась связь эпохи рудо образования с мезозойским магматизмом, хотя терри ториально эта связь под тверждается не всегда.
Изучение изотопного соста ва свинца браннеритовых руд, вмещающих руды докембрийских пород и ще лочных мезозойских интру зий, позволило сделать следующее заключение.
1. Возраст руд оказал |
|
|
|
|
|
|
||||||
ся равен |
145 млн. лет, что |
|
|
|
|
|
|
|||||
соответствует |
времени |
про |
|
|
|
|
|
|
||||
явления |
юрского |
магма |
|
|
|
|
|
|
||||
тизма. |
|
|
|
|
|
|
Рис. 29. |
Изохрона |
Паттерсона: |
|||
2. |
Сравнение |
изотоп |
|
|||||||||
|
/—каменные метеориты; 2 — же |
|||||||||||
ного |
состава свинца |
суль |
|
лезные |
метеориты; 3-—земная |
ко |
||||||
фидов |
рудных |
зон и мик- |
|
|
|
ра |
|
|
||||
роклинов |
вмещающих |
до- |
|
|
|
|
|
|
||||
кембрийских |
пород |
(табл. 23) |
показало, |
что источником |
рудного |
|||||||
вещества |
являются |
не юрские |
интрузии, |
а |
метаморфические тол |
|||||||
щи нижнего протерозоя и прорывающие |
их гранитоиды |
возра |
||||||||||
стом |
1 900 ± |
130 млн. лет. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 23 |
||
|
Изотопный |
состав |
свинца месторождения |
браннеритовых руд |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
(по А. И. Тугаринову) |
|
|
|
|||
|
|
|
Исследуемый материал |
|
2 0-ОрЬ |
20'РЬ |
говрь |
|||||
|
|
|
|
2 °«РЬ |
=°<РЬ |
«<РЬ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Галениты, |
сопутствующие урановой |
16,76 |
15,30 |
36,94 |
||||||||
|
минерализации |
|
|
|
16,30 |
15,24 |
36,91 |
|||||
Средний |
состав свинца вмещающих |
|||||||||||
|
гранитоидов |
и гнейсов |
|
18,70 |
15,71 |
38,52 |
||||||
Галениты |
возраста |
150 млн. лет |
|
|||||||||
|
|
|
|
§ 3. КАЛИЙ-АРГОНОВЫЙ |
МЕТОД |
|
|
|||||
Еще в начале столетия было обнаружено, что калий и руби дий обладают радиоактивностью. Однако только после развития масс-спектрального метода было показано, что радиоактивностью, в отличие от урана и тория, обладают только их отдельные изо-
149
топы: распадающийся двояким образом изотоп калия 4 0 К и испу скающий р-лучи изотоп рубидия 8 7 Rb, превращающийся в S 7 Sr. На возможность использования радиоактивности калия для опреде ления абсолютного возраста обратили внимание многие ученые. Наиболее разносторонне изучил калий-аргоновый метод извест ный советский геохимик Э. К. Герлинг, заложивший его практи
ческие основы. Как указано |
выше, |
|
калий-40 |
распадается |
двояким |
|||
образом: около 88% дают р-лучи с превращением в 4 0 Са, |
а около |
|||||||
12% захватывают |
электрон |
и превращаются |
в 4 0 Аг. |
Содержание |
||||
радиоактивного изотопа 4 0 К составляет в природном |
калии 0,012%. |
|||||||
Превращение 4 0 К в 4 0 Аг происходит |
по следующему |
закону: |
||||||
|
4 о А г = |
— 4 0 К ( в « _ i ) f |
|
|
|
|
||
|
V + ч |
|
|
|
|
|
|
|
где 4 0 К, 4 0 Аг — число атомов |
изотопов; Я-к. константа |
К-захвата; |
||||||
л.р — константа р-распада; \ |
= \к+к$ . |
методом состоит в |
||||||
Определение |
возраста |
калий- |
аргоновым |
|||||
|
— |
|
|
|
|
|||
отборе представительных образцов, определении содержания в них калия обычными методами, выделении аргона в смеси газов, его
очистке |
и определений |
его количества объемным |
или другим ме |
||||||||
тодом |
(изотопного разведения и др.). Во встречающихся |
иногда |
|||||||||
случаях недостаточного |
или избыточного содержания |
аргона уста |
|||||||||
новление |
причин требует дополнительных |
исследований |
с |
учетом |
|||||||
в первую |
очередь геологической |
обстановки. |
Если |
недостаток |
|||||||
аргона |
вызван его потерей при нагревании |
образцов |
или другими |
||||||||
|
|
Т а б л и ц а 24 |
изменениями, |
связанными с |
|||||||
|
|
потерей |
газов, |
можно |
по ос |
||||||
Изотопный состав К, Аг и Са |
тавшемуся |
аргону |
определить |
||||||||
|
|
(по А. О. Ниру) |
|
время |
действия |
процессов, |
|||||
Элементы |
Изотопы |
ат. % |
вызвавших |
такие |
изменения |
||||||
(метаморфизм). |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Содержание, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поправка |
на |
присутствие |
|||||
Калий |
|
з о К |
93,08 |
в пробе атмосферного |
аргона |
||||||
|
производится |
путем |
|
опреде |
|||||||
|
|
40К |
0,0119 |
|
|||||||
|
|
« к |
6,91 |
ления изотопного состава ана |
|||||||
Аргон |
|
з в А г |
0,337 |
лизируемого |
|
аргона. |
|
Содер |
|||
|
|
s s A r |
0,063 |
жание |
нерадиогенного |
аргона |
|||||
Кальций |
|
40Аг |
99,600 |
будет ' служить указанием на |
|||||||
|
4°Са |
96,97 |
|||||||||
|
|
«Са |
0,64 |
пропорциональное |
|
содержа |
|||||
|
|
«Са |
0,145 |
ние воздушного аргона и поз |
|||||||
|
|
«Са |
2,06 |
волит |
ввести |
|
соответствую |
||||
|
|
«Са |
0,0033 |
щую поправку |
(табл. |
|
24). |
||||
|
|
«Са |
0,185 |
|
|||||||
|
|
Чувствительность |
|
приме |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
няемой |
аппаратуры |
позволя |
|||||
ет определять возраст калий-аргоновым методом начиная с мил лиона лет и даже ниже.
В качестве примера применения калий-аргонового метода для определения возраста можно привести данные Г. П. Багдасаряна
150