K-Ar法及<sup><⼀sup>Ar-<sup><⼀sup>Ar法年龄测定

6.2.5.1 K-Ar法

自然界钾有三个同位素，它们的相对丰度是w（³⁹ K）=93.2581%，w（⁴⁰ K）=0.01167%，w（⁴¹ K）=6.73021%。其中⁴⁰ K是放射性同位素，其衰变是分支衰变过程，即一方面以89.33%的几率通过β^-衰变形成⁴⁰ Ca；另一方面以10.67%的几率通过K层捕获衰变成⁴⁰ Ar。由于Ca是常量元素，⁴⁰ Ca又是其中丰度最高的同位素（96.94%），微量的放射成因⁴⁰ Ca所引起的 Ca同位素组成变异是难以觉察的，因此K-Ar法计时只能应用⁴⁰ K→⁴⁰ Ar 这一分支，计算年龄的方程为：

地球化学

式中只考虑衰变成⁴⁰ Ar^*的那部分⁴⁰ K，因此需乘上一个系数λ_e/λ，λ为⁴⁰ K 的总衰变常数，它是λ_e（表示K层捕获的衰变常数）和λ_β（表示β^-衰变常数）之和（表 6.3）。λ=λ_e+λ_β=0.581×10^-10 a^-1 +4.962×10^-10 a^-1 =5.543×10^-10a^-1，变换（6.55）式可得：

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研究时将样品分成两份，一份通过同位素稀释法或通过其他方法测定K含量计算⁴⁰K；另一份用于测定⁴⁰Ar（⁴⁰Ar^*=⁴⁰Ar-295.5×Ar），目前主要采用同位素稀释法计算获得⁴⁰Ar。

用式（6.56）计算的年龄必须满足以下条件：①岩石和矿物形成后钾氩体系始终保持封闭；②样品中不存在过剩氩，并对大气氩进行了合理的扣除。实际上这两个条件往往很难满足。一方面，氩是惰性气体，不可能进入矿物晶格，在发生变质、蚀变、风化，甚至机械破碎、辐射损伤、振动波冲击与制样过程等都能导致氩的丢失，从而使 K-Ar年龄偏低，或者仅代表最后一次热事件的年龄。另一方面，样品中若混入大气氩或有过剩氩的存在，将使所测定的年龄偏老。因而必须进行混入大气氩的校正或过剩氩的检查，为了避免因氩的丢失或过剩得出错误的年龄值，通常采用K-Ar等时线法计算年龄。

钾是常量元素，可进行K、Ar同位素分析的矿物相当多，这是 K-Ar法应用的一个优点，但考虑到岩石或矿物对氩的保存性差，并不是所有含钾的岩石或矿物都可用作K-Ar法年龄测定的对象。一般认为，角闪石、黑云母、白云母、高温碱长石等是 K-Ar 法年龄测定的理想矿物，新鲜的粗面岩、玄武岩、辉绿岩等也可给出有地质意义的年龄，沉积岩中的自生矿物海绿石和伊利石，在研究沉积地层的年龄中已受到重视。

6.2.5.2⁴⁰Ar-³⁹Ar法

40 Ar-³⁹ Ar法是将K-Ar法对Ar绝对量的测定变为对 Ar同位素比值的测定。该方法的原理是将含钾矿物置于核反应堆中，³⁹ K因热快中子照射而形成³⁹ Ar，半衰期为269a。测定被照射样品的⁴⁰Ar/³⁹Ar值，并计算年龄：

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式中：J值可通过一个已知年龄的标准样品的（⁴⁰Ar^*/³⁹Ar）_S来标定：

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式中：⁴⁰Ar^*/³⁹Ar可根据对样品测定的⁴⁰Ar^*/³⁹Ar和³⁶Ar^*/³⁹Ar比值进行计算，即：

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用上述方法所得到的年龄称为“全部氩释放年龄”。这种年龄与常规的 K-Ar法年龄一样，都要求放射成因⁴⁰ Ar没有从样品中逃逸过，也没有过剩氩的存在。这种年龄测量方法的优点是避开了常规 K-Ar法中需用两份样品分别测量钾和氩同位素组成所引起的不均一性，从而提高了年龄测定的精度。

40 Ar-³⁹ Ar法分步加热技术：根据不同矿物中氩的析出特性，选择若干个温度段进行氩萃取，对各个温度段分别计算⁴⁰ Ar-³⁹ Ar阶段年龄，做出不同氩析出阶段的年龄谱，它能显示出比常规⁴⁰ Ar-³⁹ Ar法更多的信息。⁴⁰ Ar-³⁹ Ar法分步加热技术可用于讨论岩石的热历史或变质史。图 6.10 是一个月球玄武岩的⁴⁰ Ar-39 Ar的年龄谱图，在图上显示出了三个坪年龄，除了一个39亿年的玄武岩年龄值外，还显示了38亿年和27亿年的坪年龄，后两个年龄很可能反映了月球玄武岩在38亿年前和27亿年前经受过的两次热事件。

图6.10 月球玄武岩⁴⁰ Ar-³⁹ Ar坪年龄