同位素地球化學8

1、(206Pb/204Pb)0(207Pb/204Pb)0(208Pb/204Pb)0數(shù) 據(jù) 來 源9.5610.4229.71Murthy 和 Patterson(1962)9.3070.00610.2940.00629.4760.006Tatsumoto 等 (1973)9.31010.29629.57*Tilton(1973)地球原始鉛同位素比值5.4 模式模式(方鉛礦方鉛礦)年齡年齡一、一、 Holmes-Houtermans 模式模式 如以上所討論的，不同的如以上所討論的，不同的Pb同位素定年方法著重在不同方面鈾同位素定年方法著重在不同方面鈾活動性問題。在鋯石活動性問題。在鋯石U-Pb

2、定年方法中，所選礦物定年方法中，所選礦物U保持很好，有保持很好，有Pb丟失具模式并能加以校正。在普通的丟失具模式并能加以校正。在普通的Pb-Pb定年中，允許現(xiàn)代定年中，允許現(xiàn)代U丟丟失，如果系統(tǒng)大多數(shù)時間內(nèi)是封閉的。這里討論的方鉛礦方法，所失，如果系統(tǒng)大多數(shù)時間內(nèi)是封閉的。這里討論的方鉛礦方法，所分析的不含鈾的相，因此沒有分析的不含鈾的相，因此沒有U丟失的問題。因為在方鉛礦中沒有丟失的問題。因為在方鉛礦中沒有衰變，我們不直接測定從現(xiàn)今向后的時間，而是測定方鉛礦源從地衰變，我們不直接測定從現(xiàn)今向后的時間，而是測定方鉛礦源從地球形成到方鉛礦孤立的時間。此方法由球形成到方鉛礦孤立的時間。此方法由Ho

3、lmes(1946)和和Houtermans(1946)分別獨立地構(gòu)想出來他們將方鉛礦分別獨立地構(gòu)想出來他們將方鉛礦Pb的同位素演的同位素演化分成兩部分。第一部分當作巖石系統(tǒng)，從地球形成直到方鉛礦分化分成兩部分。第一部分當作巖石系統(tǒng)，從地球形成直到方鉛礦分離必定已保持對離必定已保持對U和和Pb的封閉。第二部分是在方鉛礦本身中，的封閉。第二部分是在方鉛礦本身中，它必定不含鈾。對于地球它必定不含鈾。對于地球Pb同位素演化該模式可作如下總結(jié)：同位素演化該模式可作如下總結(jié)： 鈾在巖石中的衰變鈾在巖石中的衰變 方鉛礦中無鈾的衰變方鉛礦中無鈾的衰變 T t P 地球年齡地球年齡 方鉛礦年齡方鉛礦年齡 現(xiàn)在

4、現(xiàn)在該模式，該模式，207Pb的基本衰變方程為：的基本衰變方程為：)(235235235207207tTTteeUPbPb5.13因為因為“t”不為不為0，此衰變方程比，此衰變方程比5.1更為復雜。接著將每一項除更為復雜。接著將每一項除以以204Pb并重排。對于并重排。對于206Pb使用相同的程序，便得到：使用相同的程序，便得到：tTTteePbUPbPbPbPb2352352042352042072042075.14tTTteePbUPbPbPbPb2382382042382042062042065.15方程方程5.14除以方程除以方程5.15，結(jié)果簡化如下：，結(jié)果簡化如下： 1)方程右邊的

5、方程右邊的204Pb項被消掉。這便得到現(xiàn)今鈾同位素比值的因項被消掉。這便得到現(xiàn)今鈾同位素比值的因子，即常數(shù)子，即常數(shù)1/137.88。 2)(207Pb/204Pb)t和和(206Pb/204Pb)t代表現(xiàn)今的成分，因為方鉛礦中代表現(xiàn)今的成分，因為方鉛礦中沒有鈾。沒有鈾。 3)時間時間“T”時的時的Pb同位素成分代表太陽星云的成分，也就是同位素成分代表太陽星云的成分，也就是原始地球成分，現(xiàn)以原始地球成分，現(xiàn)以Canyon Diablo隕硫鐵代表隕硫鐵代表(C.D.)。方程可寫為：方程可寫為：tTtTPPeeeeDCPbPbDCPbPb23823823523588.1371.2042062042

6、075.16如果方程左邊的同位素比值代表了時間如果方程左邊的同位素比值代表了時間t來自地幔的一個樣品，來自地幔的一個樣品，右邊的項對應于連接太陽星云成分的等時線斜率右邊的項對應于連接太陽星云成分的等時線斜率(圖圖5.9)。8101214161820221012141618mm( P b)/ (P b)207204mm( P b)/ (P b)206204增長曲線地球等時線等時線Pt=3G at=2G at=1G a圖圖9 3Ga前從地幔抽提出來的方鉛礦現(xiàn)今成分的前從地幔抽提出來的方鉛礦現(xiàn)今成分的Pb-Pb等時線圖等時線圖 應用應用Holmes-Houtermans模式，方鉛礦源巖假定是具模式，

7、方鉛礦源巖假定是具“單單階段階段”Pb同位素歷史的封閉系統(tǒng)。對于此方鉛礦源巖可構(gòu)筑出同位素歷史的封閉系統(tǒng)。對于此方鉛礦源巖可構(gòu)筑出其增長曲線，從原始其增長曲線，從原始Pb成分到所分析的方鉛礦成分，對于不同成分到所分析的方鉛礦成分，對于不同的的t值進行校正。值進行校正。(由于此曲線為超越曲線，由于此曲線為超越曲線，t不能直接的代數(shù)從不能直接的代數(shù)從方程左邊的成分解出。增長曲線的形狀由衰變常數(shù)、軌跡由封方程左邊的成分解出。增長曲線的形狀由衰變常數(shù)、軌跡由封閉系統(tǒng)方鉛礦源巖的閉系統(tǒng)方鉛礦源巖的238U/204Pb或或“”值所決定。對于描述的值所決定。對于描述的單階段模式，稱為單階段模式，稱為1，通常

8、在，通常在7與與9之間。之間。 Holmes-HoutermansHolmes-Houtermans模式遇到的主要問題是當更多的方鉛模式遇到的主要問題是當更多的方鉛礦被分析后發(fā)現(xiàn)它們越來越寬地離散分布于礦被分析后發(fā)現(xiàn)它們越來越寬地離散分布于Pb-PbPb-Pb等時線圖上等時線圖上( (圖圖10)10)。一些測出的年齡明顯是錯的，因為它們屬于將來。其。一些測出的年齡明顯是錯的，因為它們屬于將來。其它位于主要趨勢之外的常常給出的年地質(zhì)上證明是不可能的，它位于主要趨勢之外的常常給出的年地質(zhì)上證明是不可能的，它們被稱為它們被稱為“異常鉛異常鉛”。這種情形的關(guān)鍵問題是在缺少其年齡。這種情形的關(guān)鍵問題是在

9、缺少其年齡的其它證據(jù)時缺少可預測方鉛礦是否異常的預先測試。的其它證據(jù)時缺少可預測方鉛礦是否異常的預先測試。圖圖10 所分析的來自不同環(huán)境許多方鉛礦的所分析的來自不同環(huán)境許多方鉛礦的Pb-Pb等時線圖等時線圖二、整合鉛二、整合鉛 由于地球演化的復雜性，即使在由于地球演化的復雜性，即使在5050年代就認識到對于一給定年代就認識到對于一給定方鉛礦礦床的圍巖自地球以來不可能一直保持封閉系統(tǒng)。方鉛礦礦床的圍巖自地球以來不可能一直保持封閉系統(tǒng)。AlpherAlpher和和Herman(1951)Herman(1951)試圖通過將方鉛礦源巖中的試圖通過將方鉛礦源巖中的PbPb同位素演同位素演化歸結(jié)于單一的世

10、界范圍均一源來克服此方題，這種源被化歸結(jié)于單一的世界范圍均一源來克服此方題，這種源被Russell(1956)Russell(1956)當作地幔。作為觀察到的方鉛礦當作地幔。作為觀察到的方鉛礦PbPb同位素變化的同位素變化的解 釋 ， 該 模 式 明 顯 是 非 常 不 適 的 ， 但 它 是解 釋 ， 該 模 式 明 顯 是 非 常 不 適 的 ， 但 它 是 S t a n t o nS t a n t o n 和和Russell(1959)Russell(1959)提出的更現(xiàn)實地質(zhì)模式的基礎(chǔ)。提出的更現(xiàn)實地質(zhì)模式的基礎(chǔ)。 StantonStanton和和RussellRussell發(fā)現(xiàn)一

11、定類的發(fā)現(xiàn)一定類的PbPb確實位于單一封閉系統(tǒng)確實位于單一封閉系統(tǒng)增長曲線上。這些綠巖帶與島弧中與沉積巖和火山巖相組合的增長曲線上。這些綠巖帶與島弧中與沉積巖和火山巖相組合的硫化物，結(jié)構(gòu)上與寄主巖石是整合的硫化物，結(jié)構(gòu)上與寄主巖石是整合的( (與穿切脈形成對比與穿切脈形成對比) )。StantonStanton和和RussellRussell將這些礦床當作沉積盆地中與火山中心相組將這些礦床當作沉積盆地中與火山中心相組合的同成因礦床，并因此作為直接來自上地幔無地殼污染的代合的同成因礦床，并因此作為直接來自上地幔無地殼污染的代表性方鉛礦。表性方鉛礦。 Stanton Stanton和和Russel

12、lRussell選擇了滿足這些條件的選擇了滿足這些條件的9 9個不同時代的個不同時代的礦床，并擬合了一條礦床，并擬合了一條1 1值為值為9 9的單階段的單階段( (上地幔上地幔) )增長線增長線( (圖圖11)11)。因為它們整合產(chǎn)出，這些鉛被稱為因為它們整合產(chǎn)出，這些鉛被稱為“整合鉛整合鉛”，所有其它不能，所有其它不能擬合此曲線的方鉛礦推斷為擬合此曲線的方鉛礦推斷為“異常異?！?。異常鉛被分成幾組，如。異常鉛被分成幾組，如以密蘇里以密蘇里JoplinJoplin礦床為代表的礦床為代表的“J-J-型型”鉛，其年齡給出的是未鉛，其年齡給出的是未來值，一些其它類型如來值，一些其它類型如“B”B”型鉛

13、它給出過去的年齡。不幸的是，型鉛它給出過去的年齡。不幸的是，由于地殼過程中由于地殼過程中PbPb的活動性，很困難開發(fā)出一套先驗標準來擬的活動性，很困難開發(fā)出一套先驗標準來擬合整合合整合PbPb演化模式的方鉛礦。因此，作為一種測年工具，方鉛演化模式的方鉛礦。因此，作為一種測年工具，方鉛礦很大程度上是不可靠的。然而，它可能提供地球演化的有力礦很大程度上是不可靠的。然而，它可能提供地球演化的有力限制。限制。三、開放系統(tǒng)三、開放系統(tǒng)PbPb演化演化 早在早在19561956年，年，RussellRussell就考慮到地幔并不一直對就考慮到地幔并不一直對U U和和PbPb保持封保持封閉系統(tǒng)的可能性，因此

14、它在不同的時間可能具變化的閉系統(tǒng)的可能性，因此它在不同的時間可能具變化的值，因值，因為某種類型的分異機理。然而，用封閉系統(tǒng)地幔解釋無污染方為某種類型的分異機理。然而，用封閉系統(tǒng)地幔解釋無污染方鉛礦成分的整合鉛模式的成功，緩解了這種復雜性。鉛礦成分的整合鉛模式的成功，緩解了這種復雜性。 7070年代早期，對鈾衰變常數(shù)的新測定年代早期，對鈾衰變常數(shù)的新測定(Jaffey et al.,1971)(Jaffey et al.,1971)及從及從Canyon DiabloCanyon Diablo原始原始PbPb的更佳估計有必要重審查整合鉛模式。的更佳估計有必要重審查整合鉛模式。圖圖11 形成整合形成

15、整合Pb模式基礎(chǔ)的方鉛礦模式基礎(chǔ)的方鉛礦Pb-Pb等時線等時線例如，使用新值，根據(jù)例如，使用新值，根據(jù)Pb-PbPb-Pb隕石定年地球的年齡修改為隕石定年地球的年齡修改為4.57Ga(Tatsumoto et al.,1973),4.57Ga(Tatsumoto et al.,1973),對于顯生宙巖石單階段模對于顯生宙巖石單階段模式鉛年齡所給結(jié)果在誤差上高達式鉛年齡所給結(jié)果在誤差上高達1Ga1Ga?；蛘?，得到合理擬合整。或者，得到合理擬合整合方鉛礦計算出的曲線給出合方鉛礦計算出的曲線給出4.43Ga4.43Ga的較低的地球視年齡的較低的地球視年齡(Doe(Doe和和Stacey,1974)S

16、tacey,1974)。 StaceyStacey和和Kramers(1975)Kramers(1975)使用使用Canyon Diablo PbCanyon Diablo Pb和平均的和平均的現(xiàn)代現(xiàn)代Pb(Pb(錳結(jié)核、海洋沉積物及島弧巖石的混合物錳結(jié)核、海洋沉積物及島弧巖石的混合物) )來定義復來定義復合增長線的端元。這是由兩個具有不同合增長線的端元。這是由兩個具有不同值值(1 1和和2 2) )的封閉的封閉系統(tǒng)產(chǎn)生，時間上由世界范圍的分異事情將其分離。該封閉系統(tǒng)產(chǎn)生，時間上由世界范圍的分異事情將其分離。該封閉系統(tǒng)由上地幔與上地殼的相結(jié)合構(gòu)成系統(tǒng)由上地幔與上地殼的相結(jié)合構(gòu)成( (下地殼、下

17、地幔和地核下地殼、下地幔和地核孤立孤立) )。對所選的整合方鉛礦。對所選的整合方鉛礦( (由所包含沉積物定年由所包含沉積物定年) )該模式給該模式給出的最佳擬合是當出的最佳擬合是當1 1=7.2=7.2、2 2=9.7=9.7，該事件的年齡為，該事件的年齡為3.7Ga(3.7Ga(圖圖12)12)。此時間被解釋為地殼形成的高峰，并由對西格。此時間被解釋為地殼形成的高峰，并由對西格陵蘭陵蘭AmitsoqAmitsoq片麻巖測定出的片麻巖測定出的3.7Ga3.7Ga年齡特別有吸引力。然而，年齡特別有吸引力。然而，StaceyStacey和和KramersKramers承認他們的模式僅僅是真實地球中

18、鉛同位素承認他們的模式僅僅是真實地球中鉛同位素演化的一種近似。例如，該模式中離散的演化的一種近似。例如，該模式中離散的3.7Ga3.7Ga可能實際上代可能實際上代表在早太古代期間地球演化的緩慢變化。表在早太古代期間地球演化的緩慢變化。圖圖12 方鉛礦源兩階段鉛演化模式的方鉛礦源兩階段鉛演化模式的Pb同位素圖同位素圖開放系統(tǒng)模式中，最著名的是由開放系統(tǒng)模式中，最著名的是由DoeDoe和和Zartman(1979)Zartman(1979)通過計算通過計算機模擬提出的。這就是著名的機模擬提出的。這就是著名的Doe-ZartmanDoe-Zartman的的PbPb構(gòu)造模式構(gòu)造模式。 在該模式中他們定

19、義了三個源：在該模式中他們定義了三個源：上地殼、下地殼和上地幔上地殼、下地殼和上地幔( (深度深度500km)500km)。根據(jù)大陸增生開始于。根據(jù)大陸增生開始于4Ga4Ga前和經(jīng)常的造山作用前和經(jīng)常的造山作用混合地幔與地殼源從而產(chǎn)生分異的地殼塊體的證據(jù)，他們以混合地幔與地殼源從而產(chǎn)生分異的地殼塊體的證據(jù)，他們以400 Ma400 Ma時間間隔及地幔隨時間的變化貢獻減少來模擬造山作用。時間間隔及地幔隨時間的變化貢獻減少來模擬造山作用。地殼貢獻代表侵蝕和大陸基底。造山作用同時從三個源提取地殼貢獻代表侵蝕和大陸基底。造山作用同時從三個源提取U U、ThTh、PbPb并將它們混合，重新分配它們后返回

20、到這些源中并將它們混合，重新分配它們后返回到這些源中( (圖圖13)13)。U U分餾進入上地殼代表著麻粒巖相變質(zhì)作用。分餾進入上地殼代表著麻粒巖相變質(zhì)作用。 由由“鉛構(gòu)造模式鉛構(gòu)造模式”產(chǎn)生的造山作用成分經(jīng)驗上為擬合方鉛產(chǎn)生的造山作用成分經(jīng)驗上為擬合方鉛礦鉛得以限制，其它結(jié)果產(chǎn)生的增長曲線如圖礦鉛得以限制，其它結(jié)果產(chǎn)生的增長曲線如圖1414所示。計算的所示。計算的上地幔上地幔值類似于全地殼，但是放射成因上地殼值類似于全地殼，但是放射成因上地殼PbPb進入地幔的進入地幔的再循環(huán)使得地幔再循環(huán)使得地幔值隨時間明顯增加。此過程由非放射成因的值隨時間明顯增加。此過程由非放射成因的下地殼源的發(fā)展得到平

21、衡，因為在一地殼的麻粒巖相變質(zhì)作用下地殼源的發(fā)展得到平衡，因為在一地殼的麻粒巖相變質(zhì)作用過程中相對于過程中相對于U U，優(yōu)先保留，優(yōu)先保留PbPb。圖圖13 “鉛構(gòu)造鉛構(gòu)造”模式的示意圖解模式的示意圖解表明了地殼與地幔庫混合進行到造山作用圖圖14 由鉛構(gòu)造模式計算的四個庫同位素演化的由鉛構(gòu)造模式計算的四個庫同位素演化的Pb-Pb等時線圖解等時線圖解第六章第六章 K-ArK-Ar和和Ar-ArAr-Ar定年定年6.16.1 K-ArK-Ar定年法定年法 鉀是地殼中最豐富的鉀是地殼中最豐富的8個元素之一，并且是許多造巖礦物的個元素之一，并且是許多造巖礦物的主要組分。然而，放射性同位素主要組分。然而

22、，放射性同位素40K僅占總鉀的僅占總鉀的0.012%，因此它，因此它有效地位于低有效地位于低ppm濃度內(nèi)。濃度內(nèi)。89.5%的的40K衰變產(chǎn)生衰變產(chǎn)生40Ca，但在多，但在多數(shù)巖石中被普通數(shù)巖石中被普通(非放射成因非放射成因)40Ca所掩蓋，普通所掩蓋，普通40Ca在總鈣中占在總鈣中占97%。因為放射成因。因為放射成因40Ca豐度變化在多數(shù)巖石中非常有限，該豐度變化在多數(shù)巖石中非常有限，該方法作為測年工具其應用受到限制。方法作為測年工具其應用受到限制。40K僅僅11%的衰變產(chǎn)生的衰變產(chǎn)生40Ar，但是因為氬是稀有氣體，放射成因組分為主。它占大氣氬的但是因為氬是稀有氣體，放射成因組分為主。它占大

23、氣氬的99.6%，相當于干空氣體積的，相當于干空氣體積的0.93%。 通過三種不同途徑衰變成通過三種不同途徑衰變成40Ar，其中兩個包含由核對軌道電，其中兩個包含由核對軌道電子的捕獲。正電子發(fā)射僅占衰變到子的捕獲。正電子發(fā)射僅占衰變到40Ar的的0.01%。電子。電子(EC)捕獲捕獲衰變衰變(因此可認為代表因此可認為代表40K到到40Ar衰變的全部途徑衰變的全部途徑)常數(shù)目前的推常數(shù)目前的推薦值為薦值為0.58110-10a-1，相當于半衰期為，相當于半衰期為11.93Ga(國際地球科學國際地球科學聯(lián)合會地質(zhì)年代學分委員會；聯(lián)合會地質(zhì)年代學分委員會；Steiger和和Jager,1977)。這

24、由。這由6個最個最佳計數(shù)測定的加權(quán)平均得到，由佳計數(shù)測定的加權(quán)平均得到，由Beckinsale和和Gale評估。評估。由放出由放出粒子衰變成粒子衰變成4040Ca,Ca,其其衰變常數(shù)現(xiàn)在采用衰變常數(shù)現(xiàn)在采用4.9624.9621010-10-10a a-1-1，相當于半衰期為相當于半衰期為1.397Ga1.397Ga。4040K K兩分枝衰變的總衰變常數(shù)為兩分枝衰變的總衰變常數(shù)為5.5435.5431010-10-10a a-1-1，相當于半衰期為，相當于半衰期為1.25Ga1.25Ga。衰變成衰變成4040ArAr的的4040K K原子分數(shù)由表達式原子分數(shù)由表達式(ECEC/ECEC+)給出

25、。因此，給出。因此，代入一般衰變方程代入一般衰變方程1.10,1.10,含鉀礦的或巖石中含鉀礦的或巖石中4040ArAr的增長可寫成：的增長可寫成：) 1(404040ttotalECItotaltotaleKArAr6.1然而，如果系統(tǒng)在形成時完全脫除了然而，如果系統(tǒng)在形成時完全脫除了ArAr氣氣, ,初始初始ArAr項便消失，方項便消失，方程便簡化成：程便簡化成：) 1(4040ttotalECtotaleKAr6.2一、分析技術(shù)一、分析技術(shù) 已發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的鉀同位素成分在地球各類巖石中是有效恒已發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的鉀同位素成分在地球各類巖石中是有效恒定的，只有極少幾個例外定的，只有極少幾個例外

26、(如如Garner等，等，1976)。因此一礦物或。因此一礦物或巖石的巖石的40K含量通常發(fā)現(xiàn)是直接作總鉀的化學分析，然后乘以含量通常發(fā)現(xiàn)是直接作總鉀的化學分析，然后乘以1.210-4獲得放射性同位素的含量。各種方法可用來測定鉀含量，獲得放射性同位素的含量。各種方法可用來測定鉀含量，包括包括x射線熒光、中子活化分析和同位素稀釋法。通常使用的是射線熒光、中子活化分析和同位素稀釋法。通常使用的是火焰光度法，該方法特別適合于堿性金屬。如果仔細使用此方火焰光度法，該方法特別適合于堿性金屬。如果仔細使用此方法法K的測定精度可達的測定精度可達1%。它的精確度可能比其它方法低。它的精確度可能比其它方法低(如

27、同位如同位素 稀 釋 法素 稀 釋 法 ) ， 但 相 當 迅 速 并 使 用 廉 價 的 設(shè) 備 。 該 方 法， 但 相 當 迅 速 并 使 用 廉 價 的 設(shè) 備 。 該 方 法Vincent(1960)作了詳細描述。作了詳細描述。 地質(zhì)樣品中捕獲的氬在氬提取線上被釋放出來并加以純化，地質(zhì)樣品中捕獲的氬在氬提取線上被釋放出來并加以純化，以富集同位素稀釋，而后送入質(zhì)譜計進行同位素分析以富集同位素稀釋，而后送入質(zhì)譜計進行同位素分析(圖圖1)。因。因為大氣氬的吸附樣品必須具極小可能的表面積，因此單礦物或為大氣氬的吸附樣品必須具極小可能的表面積，因此單礦物或全巖碎片不研磨成粉沫。樣品裝載到提取線

28、內(nèi)后，必須在真空全巖碎片不研磨成粉沫。樣品裝載到提取線內(nèi)后，必須在真空下烘烤以從系統(tǒng)中抽去所有可能的大氣氬。隨后，在隔離泵后，下烘烤以從系統(tǒng)中抽去所有可能的大氣氬。隨后，在隔離泵后，樣品引入到鉬坩鍋中，它位于射頻感應爐內(nèi)。坩鍋被加熱到大樣品引入到鉬坩鍋中，它位于射頻感應爐內(nèi)。坩鍋被加熱到大約約1400，因此樣品熔融并釋放出所有捕獲的氣體。這些，因此樣品熔融并釋放出所有捕獲的氣體。這些圖圖1 與靜態(tài)真空質(zhì)譜計相接的氬抽提線示意圖與靜態(tài)真空質(zhì)譜計相接的氬抽提線示意圖氣體大多數(shù)由氣體大多數(shù)由H2O與與CO2組成，具非常少量的氬和其它稀有氣體。組成，具非常少量的氬和其它稀有氣體。除稀有氣體外的所有氣體

29、可通過與鈦升華爐中的鈦蒸氣反應或使除稀有氣體外的所有氣體可通過與鈦升華爐中的鈦蒸氣反應或使用皂石用皂石“吸氣劑吸氣劑”被去除?；钚蕴坷溱逵糜诓僮鬟^程中暫時吸附被去除?；钚蕴坷溱逵糜诓僮鬟^程中暫時吸附氣體。氣體。 高度富集高度富集38Ar的稀釋劑通常儲存在一大玻璃泡中。該玻璃的稀釋劑通常儲存在一大玻璃泡中。該玻璃泡聯(lián)接到在具低死空間的兩閥門間固定體積的一定長度的毛細管泡聯(lián)接到在具低死空間的兩閥門間固定體積的一定長度的毛細管(圖圖1)。當閥門。當閥門1關(guān)閉時毛細管與玻璃泡相接通。然后關(guān)閉閥門關(guān)閉時毛細管與玻璃泡相接通。然后關(guān)閉閥門2，兩閥門間已知體積的稀釋劑通過打開閥門兩閥門間已知體積的稀釋劑通過

30、打開閥門1加入到樣品中。因為加入到樣品中。因為玻璃泡的壓力隨著每次氣體的引出而降低，隨后稀釋劑分樣含越玻璃泡的壓力隨著每次氣體的引出而降低，隨后稀釋劑分樣含越來越少的來越少的38Ar分量。然而，分樣通過與已知體積的大氣氬混合作分量。然而，分樣通過與已知體積的大氣氬混合作周期性校正從而完成同位素稀釋分析。加入到每一樣品中的周期性校正從而完成同位素稀釋分析。加入到每一樣品中的38Ar稀釋劑的量通過注明其在系列中的序號并在兩個校正分析值間內(nèi)稀釋劑的量通過注明其在系列中的序號并在兩個校正分析值間內(nèi)插得到。從典型幾百毫克樣品中釋放的氬量是非常少的，一般小插得到。從典型幾百毫克樣品中釋放的氬量是非常少的，

31、一般小于于10-6cc(cm3)STP(標準溫度和壓力標準溫度和壓力=1大氣壓下大氣壓下25)。因此，同。因此，同位素分析是靜態(tài)完成的，換言之，在與泵隔之后全部樣品被一次位素分析是靜態(tài)完成的，換言之，在與泵隔之后全部樣品被一次送入質(zhì)譜計。未知的兩個樣品間空氣的送入質(zhì)譜計。未知的兩個樣品間空氣的4040Ar/Ar/3636ArAr比值測定作為對比值測定作為對儀器校正的校對，其通常值為儀器校正的校對，其通常值為295.5295.50.50.5。典型的氬同位素質(zhì)譜如圖典型的氬同位素質(zhì)譜如圖2 2所示。任何所示。任何3636ArAr信號的存在表明普信號的存在表明普通的或非放射成因氬的存在。事實上這幾乎

32、是不可避免的由于通的或非放射成因氬的存在。事實上這幾乎是不可避免的由于從系統(tǒng)中除去所有大氣氬的具大困難性。如果樣品在其形成時從系統(tǒng)中除去所有大氣氬的具大困難性。如果樣品在其形成時完全脫氣，因此它就不含繼承的非放射成因氬，那么測定的完全脫氣，因此它就不含繼承的非放射成因氬，那么測定的36Ar36Ar峰通過乘以峰通過乘以295.5295.5校正大氣氬的校正大氣氬的4040ArAr峰：峰：ArArArtotal3640*405 .295 6.3類似地從類似地從38Ar的峰中減去的峰中減去0.063%的大氣氬。的大氣氬。40Ar和和36Ar的峰也必的峰也必須校正稀釋劑中這些同位素的小量分餾。然后通過與

33、凈須校正稀釋劑中這些同位素的小量分餾。然后通過與凈38Ar峰峰(由已知量的稀釋劑形成由已知量的稀釋劑形成)的大小比較就可得到出樣品中放射成因的大小比較就可得到出樣品中放射成因的的40Ar*的量。的量。(換言之，這是同位素稀釋法測定換言之，這是同位素稀釋法測定)。有樣品中的。有樣品中的40Ar和和40K豐度，年齡通過重排方程豐度，年齡通過重排方程6.2便可以計算出年齡：便可以計算出年齡：圖圖2 表示由于放射成因表示由于放射成因Ar(白白)、稀釋劑、稀釋劑(點區(qū)點區(qū))和大氣污染和大氣污染(斜線斜線)部分的氬同位素質(zhì)譜示意圖部分的氬同位素質(zhì)譜示意圖1ln140*40ECtotaltotalKArt6

34、.4 有必要假定樣品不含初始氬有必要假定樣品不含初始氬(通常稱為通常稱為“過剩過?！睔鍤?，因為這，因為這可能具有不同于大氣氬的可能具有不同于大氣氬的40Ar/36Ar比值，導致不能校正大氣污染比值，導致不能校正大氣污染具中等具中等40Ar/36Ar比值的混合物。另外，比值的混合物。另外，K-Ar年齡取決于樣品年齡取決于樣品K和和A r在其全部歷史中的封閉系統(tǒng)行為。在其全部歷史中的封閉系統(tǒng)行為。 36Ar/40Ar比值必須以高精度分析，因為大氣比值必須以高精度分析，因為大氣Ar校正將此測定校正將此測定的誤差放大近的誤差放大近300倍。這種效應的重要性如圖倍。這種效應的重要性如圖3所示，所示，3

35、6Ar測量的測量的誤差影響是根據(jù)在計算的年齡中所產(chǎn)生的誤差誤差影響是根據(jù)在計算的年齡中所產(chǎn)生的誤差(Cox和和Dalrymple，1967)。一旦大氣污染超過總氬的。一旦大氣污染超過總氬的70%，36Ar的誤差對年齡測定的誤差對年齡測定有嚴重的影響。對老的和有嚴重的影響。對老的和/或富鉀樣品該校正并不是問題，而是或富鉀樣品該校正并不是問題，而是對測定年輕物質(zhì)的主要限制。對測定年輕物質(zhì)的主要限制。圖圖3 由于大氣氬污染造成的由于大氣氬污染造成的K-Ar定年誤差放大定年誤差放大0.5%、1%、2%、5%的誤差曲線指36Ar的測量誤差自自1967年以來，測量精度已有大量提高，能測定非常年輕的巖石。年以來，測量精度已有大量提高，能測定非常年輕的巖石。然而，然而，Mussett和和Dalrymple(1968)證明火山巖含有證明火山巖含有“鎖閉的鎖閉的”大大氣氣(非放射成因非放射成因)氬，其中一些甚至不能真空中的烘烤除去。因此，氬，其中一些甚至不能真空中的烘烤除去。因此，即使低空白分析系統(tǒng)，在地球熔巖中小量殘余的大氣組分幾乎是即使低空白分析系統(tǒng)，在地球熔巖中