Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




18.10.2017





Яндекс.Метрика
         » » Главнейшие методы исследований абсолютного возраста горных пород

Главнейшие методы исследований абсолютного возраста горных пород

16.11.2017

Свинцовый метод основан на распаде элементов рядов урана, актино-урана и тория, в результате которого в радиоактивных минералах накапливаются стабильные изотопы 206Pb, 207Pb, 208Pb. Определив изотопный состав выделенного из минерала свинца и зная содержание его в минерале, а также содержание урана и тория, можно произвести вычисление возраста по отношениям 206Pb/238U, 207Pb/235U, 207Pb/206Pb,. 208Pb/232Th.
Вычисление возраста по этим четырем отношениям стало возможным только после применения масс-спектрометрических определений изотопного состава свинца.
В 40—50-х годах в Советском Союзе было получено довольно много данных по свинцовому методу. Работа проводилась в основном в Радиевом институте им. В.Г. Хлоинна, в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Верпадского AН СССР. Исследования в этих институтах доказали, что наиболее достоверными и надежными являются те данные свинцового метода, которые по всем указанным выше отношениям в пределах точности опыта показывают одинаковые значения. Однако в ряде случаев вычисления, сделанные по различным отношениям, расходятся, что в основном вызвано миграцией материнских веществ и продуктов их распада. Ho полученным результатам можно считать, что из радиоактивных минералов, в частности и из уранитов, легче мигрирует свинец, чем материнское вещество, что пи является основной причиной занижения данных по возрасту.
Аргоновый метод определения возраста основан на распаде изотопа калия, при котором распад ядра 40K происходит путем захвата электрона из окружающей его электронной оболочки. В результате захвата ядром 40K электрона образуется аргон с массой 40. Аргоновый метод приобретает с каждым годом все большее значение для геологии, так как он может быть использован для определения абсолютного возраста па широко распространенных минералах.
При вычислении возраста минералов по накопленному в них радиогенному аргону необходимо знать как константу К-захвата, так и константу его p-распада. В лабораториях Советского Союза до последнего времени использовалось значение константы К-захвата, равное 6,02*10в-11 год-1, полученное в Лаборатории геологии докембрия АН СССР, и значение для константы в-распада 40K, равное 4,9*10в-10 год-1, являвшееся средним значением из многих определений, выполненных различными авторами.
В последнее время ряд лабораторий начинают применять значение Лк=5,50*10в-11 год-1 и Лв=4,72*10в-11 год-1.
В исследованиях Геофизической лаборатории Карнеги (отчет лаборатории за 1956 и 1957 гг.) константа К-захвата Лк принималась равной 0,557*10в-10 год-1, a Лв-равной 4,72*10в-10 год-1, что отвечает величине разветвления Лк/Лв=0,118. Поэтому значения возраста, получаемые в лаборатории Карнеги, несколько выше, чем возрасты, получаемые при константах Лк и Лв, принятых в России до последнего времени.
Для выяснения природы аргона, выделенного из калиевых минералов, определяется его изотопный состав. Аргон радиогенного происхождения должен целиком состоять из 40Ar, п в нем должны отсутствовать более легкие массы 38Ar и 36Ar, характерные для аргона воздушного происхождения. Как показал опыт, выделенный из калиевых минералов аргон в основном радиогенного происхождения. Примесь воздушного аргона в древних минералах составляет 1—2%, в молодых 5—10% общего содержания радиогенного аргона, а в некоторых случаях даже больше. Основное количество воздушного аргона попадает в пробу газа за время опыта по его выделению из минералов. Чтобы избежать ошибок при определении возраста, необходимо проверить изотопный состав аргона в каждой исследуемой пробе.
Здесь следует, однако, указать, что масс-спектральный контроль не всегда является исчерпывающим критерием надежности полученных данных, так как в таких минералах, как, например, кварц, берилл и некоторые плагиоклазы, может содержаться избыточный 40Ar, окклюдированный минералами в процессе их кристаллизации. В этом случае приходится прибегать к другим критериям. Нa слюдах получены результаты, хорошо согласующиеся со значениями возраста, выявленными свинцовым методом по уранинитам и монацитам. По данным раз личных лабораторий, для определения возраста тюлевые шпаты менее пригодны. В небольшом числе случаев на слюдах были получены завышенные значения возраста, что можно объяснить унаследованием породой или пегматитом более древней слюды. Этот вопрос нельзя, однако, считать изученным должным образом, и на него в дальнейшем следует обратить особое внимание.
Стронциевый метод основан на радиоактивности изотопа 87Rb, содержание которого в рубидии составляет 26,5%. В результате распада 87Rb в минералах накапливается радиогенный 87Sr. Чтобы установить возраст минералов по стронциевому методу, необходимо знать содержание как рубидия, так и радиогенного стронция. Наиболее быстрое и падежное определение указанных выше изотопов может быть проведено методом изотопного разбавления. Этот метод основан на том, что в анализируемое вещество вводится строго установленное количество элемента с изотопным составом, отличным от изотопного состава этого элемента в зеленой коре. Тогда, зная количество введенного в качестве индикатора стабильного изотопа, можно по изменению изотопного соотношения в смеси вычислить и содержание интересующего нас элемента в исследуемой пробе. В настоящее время стронциевый метод разрабатывается в ряде научных учреждений Советского Союза.
Обращаясь к перспективности охарактеризованных методов определения абсолютного возраста для целей геологии, стоит сказать, что наиболее перспективными в настоящее время являются калий-аргоновый и рубидий-стронциевый методы: при их комбинированном применении они дают сопоставимые, достаточно надежные цифры.
Детальное изучение калийсодержащих минералов (слюд, полевых шпатов) с точки зрения их геологического положения и парагенезиса наложения последующих процессов, наряду с исследованием их возраста различными методами, основанными на радиоактивном распаде элементов, необходимо максимально расширить. Требуется также более широкое проведение экспериментальных исследований, сопровождаемых детальным оптическим и рентгеноструктурным изучением исследуемых минералов; это даст возможность судить о значении перестройки структуры минералов для потерь радиогенного аргона.
В 1955 г. мной отмечались осложнения при определении абсолютного возраста, связанные с недостаточной точностью употреблявшейся методики определения калия (наличие рубидия, гидратация и окисление слюд при подготовке к химическому анализу и т. д.), в особенности при малых его количествах, что для достаточно древних пород может приводить к значительным отклонениям цифры абсолютного возраста. Тогда же было показано значение того, что во многих гранитоидах порфировидные вкрапленники кали-натриевого полевого шпата, являющиеся порфиробластовыми (метасоматическими) образованиями, имеют более-молодой возраст, чем тот субстрат, по которому они развивались. Иными словами, кроме методических причин, намечалось объяснение расхождения цифр возраста в связи с неодновременностью формирования отдельных минералов в гранитоидных породах.
Дальнейшие исследования калий-аргоновым методом минералов и пород различного геологического возраста и размещающихся в различных геологических структурах показали, что наряду с неодновременностью образования в породе отдельных минералов имела место миграция аргона, протекавшая по-разному из различных минералов в связи с последующим влиянием более молодых магматических масс.
Для определенных участков Северного Кавказа, например консолидированных к моменту внедрения изученных пород и позднее не испытавших наложенного влияния более молодых магматических масс, цифры возраста и мусковита, и пертитизированного микроклина из одной и той же пегматитовой жилы оказались идентичными (190 млн. лет) и соответствующими геологическим данным об их возрасте.
Эти жесткие массивы Кавказа интрудированы мелкими интрузиями диоритов и анортоклазовых гранитов, трансгрессивно перекрываются триасом, с образованием базального конгломерата из обломков того же диорита. Возраст валовой пробы диорита оказался равным 220 млн. лет, а полевошпатовой фракции из него — 215 млн. лет. Полевошпатовая фракция из гранитов краевой части, с наличием материала вмещающих пород, захваченного при внедрении интрузии, дала цифру возраста 215 млн. лет. В данном случае ясно, что геологически посленижнепалеозойские, но дотриасовые интрузивные породы и их полевошпатовая фракция явно не претерпели «омоложения» по полевому шпату.
Галька пегматоидных микроклиновых гранитов из конгломератов триаса, петрографически идентичная верхнепалеозойским жильным гранитам других мест Кавказа, оказывается, имеет возраст 210 млн. лет. Следовательно, в триасовые конгломераты попали действительно дотриасовые, а не юрские граниты, как это могло бы получиться при определении возраста микроклина, потерявшего 20—25% радиогенного аргона вследствие пертитизации.
Наряду с такими данными, казалось бы позволяющими с полным доверием относиться к цифрам абсолютного возраста, полученным как по слюдам и полевым шпатам, так и по валовой породе, имеется серия неоднократно повторенных измерений, свидетельствующая о влиянии наложенных геологических процессов на сохранность радиогенного аргона в минералах, что, омолаживая минерал, не позволяет судить о времени его образования. Ho эти же цифры при одновременном глубоком геологопетрографическом изучении объектов исследования могут помочь определить время наложения того или иного геологического изменения породы, связанного с привносом вещества или с физическими процессами.
Проведенные исследования показали, что во всех случаях явного воздействия наложенных высокотемпературных процессов и слюда и калиевый полевой шпат теряют какую-то часть радиогенного аргона, при этом в случае сравнительно высокотемпературного воздействия слюда, по-видимому, в значительно большей степени сохраняет аргон, чем кали-натриевый полевой шпат.
Почти 100%-ная миграция накопленного аргона происходит, вероятно, в случае высокотемпературного и длительного прогрева, обусловленного близким расположением внедрившейся магмы; например, нижнепалеозойские гнейсы из контактного ореола третичной интрузии, оказалось, имеют близкий с ней возраст (60 млн. лет). То же происходит с ксенолитами древних гранитов.
Сказанное выше свидетельствует, что калий-аргоновый метод, с использованием в качестве объекта для исследований одного какого-нибудь минерала без глубокого знания петрологии и геологии изучаемых объектов, не может быть применен как рядовой, для любых случаев пригодный метод стратифицирования изверженных образований складчатых областей со сложной историей развития магматизма.
Вместе с тем применение калий-аргонового метода для получения большого количества цифр, при параллельном глубоком петролого-геологическом изучении изверженных образований, несомненно, позволит и обоснованно расчленить по возрасту магматические породы с их производными, и в ряде случаев выяснить последовательность и характер петрогенетических процессов.
Можно считать, что значение цифры возраста, полученное из хорошо усредненной, даже валовой, пробы породы при достаточной точности измерения радиогенного аргона и количества калия, позволит правильно ориентироваться в вопросе о принадлежности породы к определенной геологической системе. Это следует из того, что разновозрастность минералов и наложенные процессы, способствующие миграции аргона, чаще связаны с эволюцией единого интрузивного комплекса, длительность чего редко превышает 50—60 млн. лет, а это в общем случае дает уже достаточное для некоторых геологических построений обоснование, не достигаемое часто обычными геологическими методами.
Искажения возраста, связанные с наложением влияния магматических масс новых интрузивных циклов, обычно проявляются в специфической геологоструктурной обстановке, сопровождаемой специфическими петрографическими явлениями, что всегда может быть обоснованно выявлено при детальных геолого-петрографических исследованиях. В этих случаях калий-аргоновый метод, не давая истинного возраста породы, помогает уловить характер проходивших процессов.