表生含鉀礦物40Ar／39Ar年代學(xué)研究及其古氣候意義探討

楊 靜

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

表生含鉀礦物40Ar／39Ar年代學(xué)研究及其古氣候意義探討

楊 靜

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

對于中國西北部地區(qū)干旱化的時(shí)間及原因，國內(nèi)外的科學(xué)家進(jìn)行了大量的研究，但是現(xiàn)在還存在激烈的爭論。黃鉀鐵礬等含鉀硫酸鹽礦物通常形成于干旱-半干旱氣候條件下，并保存于極端干旱氣候條件下，因此對這類礦物進(jìn)行40Ar／39Ar定年，不僅可以得到大陸化學(xué)風(fēng)化的時(shí)間序列，還可以反演區(qū)域的古氣候特征。本文通過對吐哈盆地2個(gè)礦床氧化帶：紅山銅金礦床和彩華溝銅-硫多金屬礦床中表生含鉀硫酸鹽礦物40Ar／39Ar定年的研究，探索和驗(yàn)證了風(fēng)化礦物黃鉀鐵礬、斜鉀鐵礬等用于40Ar／39Ar定年研究的適用性和可行性，建立了樣品的前處理流程和實(shí)驗(yàn)測試流程。結(jié)合這類礦物的形成條件和環(huán)境，分析了吐哈盆地的古氣候和古環(huán)境，為中國西北部吐哈盆地干旱環(huán)境演化提供了年代學(xué)證據(jù)。主要取得以下認(rèn)識(shí)：

建立了樣品的前處理流程和實(shí)驗(yàn)測試流程：首先在雙目鏡下對樣品進(jìn)行觀察，以了解其礦物組成和共生關(guān)系、以及是否有原生礦物（如伊利石、斜長石等）的混染。將樣品破碎到0.2～2mm，在雙目鏡下挑選2～3g純凈的礦物顆粒。在進(jìn)行40Ar／39Ar同位素分析之前先進(jìn)行X衍射分析、掃描電鏡分析，以檢查樣品的純凈度、組成、粒度大小和結(jié)晶度。樣品經(jīng)過X衍射分析、掃描電鏡分析確定所挑選的樣品純凈后，從中挑選大約20～30mg的礦物，將其與中子通量監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)樣品一起進(jìn)行快中子照射。經(jīng)過一段時(shí)間的放置再用于40Ar／39Ar分析。在40Ar／39Ar分析時(shí)，礦物加熱析出的氣體經(jīng)過-130℃的冷阱和兩個(gè)鋯鋁泵（分別為室溫和400℃）的純化，再進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行分析；然后用ArArCALC處理數(shù)據(jù)得到年齡。

根據(jù)擴(kuò)散理論，應(yīng)用階段加熱的方法對一種新的含鉀礦物斜鉀鐵礬進(jìn)行Ar的擴(kuò)散特性研究，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用簡單的內(nèi)生長—擴(kuò)散模型模擬了可能的高地表溫度和礦物顆粒大小對樣品年齡的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，斜鉀鐵礬中Ar的擴(kuò)散頻率因子logD0／a2＝13.71／s，活化能Ea＝71.30kcal／mol，封閉溫度Tc為294℃（假設(shè)冷卻速率為10℃／Myr），活化能和封閉溫度較高。而且，模擬結(jié)果表明斜鉀鐵礬形成后，在外界環(huán)境下溫度和礦物顆粒大小對年齡也幾乎沒有影響。在誤差范圍內(nèi)重復(fù)性測試結(jié)果基本一致，約3.3Ma，進(jìn)一步證明斜鉀鐵礬適用于40Ar／39Ar定年。

對一個(gè)黃鉀鐵礬樣品的3個(gè)子樣品進(jìn)行了40Ar／39Ar定年：每個(gè)子樣品的坪年齡與反等時(shí)線年齡、概率分布年齡基本一致，及這3個(gè)子樣品年齡的重現(xiàn)性再次證實(shí)了40Ar／39Ar定年技術(shù)可以對表生含鉀硫酸鹽礦物進(jìn)行年齡測定，并且其年齡是其真實(shí)的沉淀時(shí)的年齡。通過測得的紅山銅金礦床的風(fēng)化礦物的年齡，可以看出硫酸鹽礦物從上到下生成年代逐漸變新。根據(jù)風(fēng)化剖面的高程與對應(yīng)位置風(fēng)化礦物的年齡的關(guān)系就可以計(jì)算出風(fēng)化前鋒的拓展速率。這樣計(jì)算得到氧化帶中中新世到早上新世期間風(fēng)化前鋒的平均拓展速率約為2.92m／Ma。

通過對中國新疆吐哈盆地的2個(gè)硫化物礦床氧化帶（紅山銅金礦床和彩華溝銅-硫多金屬礦床氧化帶）中含鉀硫酸鹽礦物進(jìn)行40Ar／39Ar定年，得到了高精度的年齡，范圍在30.3Ma～3.3Ma。結(jié)合其他學(xué)者測得的K-Ar年齡，我們認(rèn)為在中國西北部地區(qū)，在漸新世以來經(jīng)歷了較長時(shí)間的風(fēng)化作用和表生氧化作用，但是各個(gè)時(shí)期的強(qiáng)度是不同的。對得到的礦物年齡做的一個(gè)概率分布，表明吐哈盆地可能在漸新世早期就已經(jīng)出現(xiàn)干旱半干旱氣候；在中新世，10.5～7.3Ma年齡出現(xiàn)的概率達(dá)到最大，表明這期間一直盛行干旱-半干旱氣候條件，之后氣候開始逐漸向極端干旱氣候轉(zhuǎn)變。4～3.3Ma斜鉀鐵礬的出現(xiàn)代表了4～3.3Ma之后的一次干旱化增強(qiáng)事件。

需要進(jìn)一步開展的工作：繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的野外采樣，爭取采集被開挖出來的完整的氧化帶剖面，以確保獲得比較完整的年齡數(shù)據(jù)庫。由于采集的黃鉀鐵礬樣品中的K部分會(huì)被Na替代，造成含鉀量較低，如何能尋找到含鉀量高的黃鉀鐵礬是一個(gè)難點(diǎn)。對于原生礦物的混染，進(jìn)一步嘗試用HF對黃鉀鐵礬進(jìn)行前處理分離得到純凈的礦物。

風(fēng)化40Ar／39Ar年代學(xué)；表生含鉀礦物；干旱-半干旱；吐哈盆地

（作者電子信箱，楊靜：yangjing822822＠gmail.com）

P532，P597；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.06.010