40Ar/39Ar定年礦物絹云母的提純研究

張彥

(自然資源部深地動力學(xué)重點實驗室， 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所， 北京 100037)

在許多礦床的近礦蝕變巖石中，廣泛分布著淺色細鱗片狀的絹云母。絹云母化與成礦的熱液-交代作用的最早階段有關(guān)，因此絹云母的40Ar/39Ar年齡可以大致代表同期成礦的礦石的成礦年齡，是研究礦床形成年齡的重要手段[1-13]。40Ar/39Ar測年法不僅要求待測樣品的純度高，粒度也不能太細，因為該方法需要將含鉀礦物在核反應(yīng)堆中用熱快中子照射，將39K變成39Ar，在照射過程中，由于產(chǎn)生的39Ar原子得到中子傳遞的動能會在礦物結(jié)構(gòu)中發(fā)生位移[14-31]，位移距離的理論估算值為0.08μm[15]，這種現(xiàn)象稱之為核反沖效應(yīng)。這種核反沖效應(yīng)會導(dǎo)致礦物顆粒邊緣產(chǎn)生的一部分39Ar位移到顆粒以外，稱之為核反沖丟失，導(dǎo)致丟失39Ar部分的顆粒邊緣(對應(yīng)低溫階段放出的氣體)的年齡會偏老(假定顆粒邊緣的40Ar沒有丟失)，因此40Ar/39Ar測年法通常要求待測樣品的粒度為40～60目(380～250μm)或60～80目(250～180μm)，以保證顆粒內(nèi)部(對應(yīng)中高溫階段放出的氣體)的39Ar原子不會因為核反沖效應(yīng)而移出顆粒以外。然而，由于絹云母鱗片粒度很小(粒度一般小于110μm，其主要部分的粒度小于30μm)，而且絹云母與石英、碳酸鹽、硫化物以及被絹云母交代的長石殘余非常緊密地交生在一起，使得絹云母在單礦物分離時存在著很大的困難?，F(xiàn)有的分離提純方法得到的絹云母純度高低不等，大部分都含有微斜長石。如本研究的X射線衍射定量分析結(jié)果表明微斜長石的含量在0～45%之間，當(dāng)微斜長石的含量相對于絹云母的含量超過10%時，會影響測年的準(zhǔn)確性。因此，需要研究出一種更好的分離提純方法作為現(xiàn)有方法的補充。

絹云母提純的關(guān)鍵之一是使絹云母與其他礦物解離，由于絹云母的粒度很細，采用常規(guī)的破碎磨細方法會使其他礦物進入細粒的絹云母集合體中，給后續(xù)的提純帶來困難。因此，國外已有學(xué)者采用反復(fù)冷凍-解凍的方法[32]使黏土礦物(粒度小于2μm)與其他礦物分離，目的是使其他礦物不會被過磨碎，然后采用懸浮液法取得了不錯的效果。絹云母的提純也可以采用這種破碎方法，但需要研制專門的冷凍-解凍裝置，而且對于質(zhì)地致密的巖石樣品需要幾天的時間才能徹底散開[33]。此外，法國研究人員Clauer[34]指出超聲波也是破碎含黏土礦物巖石的一種選擇，但需要控制超聲波對礦物的作用時間。

我國選礦實驗室為了保證絹云母的粒度，大部分都是采用常規(guī)磁選-重液法分離出含絹云母礦物的集合體，粒度60～80目，最細不超過100目(149μm)。選出的集合體中絹云母和微斜長石的含量高低不等。有的實驗室將樣品破碎到100目以下，采用常規(guī)懸浮液法選出絹云母礦物的集合體，這種方法獲得的絹云母和微斜長石的含量也是高低不等。為了使絹云母與其他礦物完全解離，有的實驗室會進一步磨碎礦物，導(dǎo)致絹云母及其他礦物存在過磨碎現(xiàn)象，得到的絹云母集合體的粒度在0.05μm左右，小于理論估算的核反沖丟失距離，使測得的40Ar/39Ar年齡偏老[23]。李賀臣[35]將含絹云母的全巖樣品破碎至1～2mm，清洗脫泥后在超聲波水槽中振動10min，然后把全部懸浮液收集起來作為最終的提純產(chǎn)品進行了40Ar/39Ar測年分析，但并未對分離提純后的絹云母集合體進行純度和粒度分析，該文中說明了3個樣品的年齡結(jié)果與地質(zhì)情況基本是一致的，1個樣品的年齡結(jié)果偏年輕，該方法的優(yōu)點是不會使礦物過粉碎，值得借鑒。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，首先考察了常規(guī)磁選-重液法和常規(guī)懸浮液法的提純效果，然后對超聲波解離-懸浮液法進行條件試驗，對提純后的樣品進行純度和粒度檢驗，擬建立一種有效的絹云母提純方法,提高40Ar/39Ar定年的準(zhǔn)確性。

1 實驗部分

1.1 絹云母磁選-重液法提純流程

(1)粗選：將樣品破碎至60～80目(250～180μm)，然后用簸箕振動，把上部含絹云母集合體的礦物收集起來，放入磁性分離機內(nèi)，把絹云母集合體中磁性礦物分離除去。此步驟可重復(fù)多次，盡量把磁性礦物都分離除去。

(2)重液提純：用三溴甲烷作為重液，根據(jù)需要選擇重液的密度，把含絹云母集合體中的重礦物分離除去，盡可能提高絹云母的純度。

(3)提純：干燥后的絹云母集合體在鏡下觀察，根據(jù)鏡下結(jié)果再次利用電磁精選或重液精選，進一步提純絹云母集合體的純度。

1.2 絹云母常規(guī)懸浮液法提純流程

常規(guī)懸浮液法是將巖石樣品破碎到100目(150μm)以下，加水?dāng)嚢?，有時需加入六偏磷酸鈉促進樣品分散，然后將上層懸浮液多次沉淀，取最后一次的上層懸浮液作為最終的含絹云母礦物的集合體。

1.3 絹云母超聲波解離-懸浮液法提純流程

將磁選-重液法得到的60～80目(250～180μm)的絹云母集合體樣品放入燒杯中，加入適量水，然后置于超聲波水槽中進行振動，目的是使絹云母與其他礦物解離而不會使其他礦物被粉碎，根據(jù)需要確定超聲波振動時間，然后根據(jù)需要確定懸浮液的沉淀時間，最后根據(jù)需要取相關(guān)段的懸浮液，晾干待測。

1.4 X射線衍射分析

本項研究中為了檢驗絹云母集合體的提純效果，需要對絹云母集合體進行礦物定量分析，礦物定量分析采用X射線衍射法，所用儀器為日本理學(xué)D/max-rB X射線衍射儀，測量條件為：工作電壓40kV，工作電流100mA，發(fā)散狹縫1°，防散射狹縫1°，接收狹縫0.3mm，掃描范圍3°～70°，掃描速度8°/min，采樣步長0.02°。計算方法為絕熱法。X射線衍射法的測試精度為：當(dāng)?shù)V物含量>40%時，相對偏差<10%；當(dāng)?shù)V物含量在20%～40%時，相對偏差<20%；當(dāng)?shù)V物含量在5%～20%時，相對偏差<30%；當(dāng)?shù)V物含量<5%時，相對偏差<40%。

1.5 激光粒度分析

本項研究中為了檢驗絹云母集合體的粒度，需要對絹云母集合體進行粒度分析。粒度分析采用激光粒度分析儀，儀器型號是Mastersizer 2000。Mastersizer 2000激光粒度分析儀的測量范圍寬，測量的粒度范圍為0.02～2000μm，重現(xiàn)率優(yōu)于0.5%，準(zhǔn)確率優(yōu)于1%。

2 結(jié)果與討論

2.1 絹云母提純方法效果分析

2.1.1磁選-重液法

表1采用磁選-重液法獲得絹云母集合體粉晶X射線衍射礦物定量分析結(jié)果

Table 1 X-ray diffraction results of sericite-bearing aggregates concentrated with magnet-heavy liquid method

樣品編號絹云母集合體中礦物相對含量(%)石英絹云母綠泥石斜長石微斜長石方解石纖鐵礦赤鐵礦蒙皂石多型FS1352920943 --- 2M1FS3196219------ 2M1FS4-6812-13---7 2M1FS5272024137---9 2M1FS6253124-11-9-- 2M1FS7-3339-28---- 2M1FS8582611-5---- 2M1FS9973------- 2M1FS106828--4---- 2M1FS116828--4---- 2M1FS125531-73--4- 2M1FS13-797-14---- 2M1FS144753------- 2M1FS2042281064---10 2M1FS25101457118---- 2M1W5330674---- 2M1

注：表中“-”表示未檢出，下面各表同。

表2采用常規(guī)懸浮液法獲得絹云母集合體粉晶X射線衍射礦物定量分析結(jié)果

Table 2 X-ray diffraction results of sericite-bearing aggregates concentrated with conventional suspension method

樣品編號絹云母集合體中礦物相對含量(%)石英絹云母綠泥石斜長石微斜長石方鉛礦閃鋅礦高嶺石黃鐵礦方解石FS156627-43-----FS1632163-44---5-FS174128--22---9-FS184726--22---5-FS194012--45---3-FS21-49---231810--FS2223136-23---233

為了考察磁選-重液法的提純效果，本研究對來自不同選礦實驗室的采用磁選-重液法得到的16件絹云母集合體樣品(粒度為60～80目)進行粉晶X射線衍射定量分析，結(jié)果見表1。16件絹云母集合體樣品的絹云母含量為3%～79%，石英含量為0～97%，微斜長石含量為0～28%。由此可見，磁選-重液法得到的絹云母集合體純度不等，有的純度很差。在這些雜質(zhì)中，對年齡有影響的是微斜長石，微斜長石的分子式是K[AlSi3O8]，其鉀含量一般比絹云母要高，因此微斜長石的存在會影響絹云母的年齡，其影響的程度與微斜長石的含量有關(guān)，微斜長石含量越低影響越小，所以選礦時盡可能把微斜長石去除。

2.1.2常規(guī)懸浮液法

為了考察常規(guī)懸浮液法的提純效果，本文對來自不同選礦實驗室采用常規(guī)懸浮液法得到的7件絹云母集合體樣品進行粉晶X射線衍射定量分析。這些樣品編號為FS15～FS22，其中FS15～FS19樣品是采用同樣的提純條件得到的，粒度近似。并對樣品FS15及FS21進行了激光粒度分析，分析結(jié)果分別見表2和表3。表2結(jié)果表明，常規(guī)懸浮液法得到的絹云母礦物集合體的純度高低不等，大部分純度很差，其中絹云母含量在12%～49%，石英含量在0～66%，微斜長石含量在0～45%。表3結(jié)果表明，F(xiàn)S15的粒度為1.905～52.481μm，小于5μm的占比為6.13%；FS21的粒度為0.035～15.136μm，小于0.1μm的占比約30%，F(xiàn)S21的粒度超細的原因是選礦人員為了使絹云母與其他礦物分離，對含絹云母集合體礦物進行了磨細處理。由此可見，常規(guī)懸浮液法得到的絹云母集合體不僅純度不高，而且粒度也很難保證。

表3采用常規(guī)懸浮液法獲得絹云母集合體激光粒度分析結(jié)果

Table 3 Grain sizes measured by laser particle size analyzer for sericite-bearing aggregate concentrated with conventional suspension method

樣品編號FS15樣品編號FS21粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積 (%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積 (%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)1.096-11.482-0.010-0.105-1.096-11.482-1.2590.0013.1838.890.0110.000.1207.911.2590.0013.1830.131.4450.0015.1369.040.0130.000.1387.951.4450.0015.1360.011.6600.0017.3788.770.0150.000.1587.541.6600.0117.3780.001.9050.0019.9538.070.0170.000.1826.691.9050.2719.9530.002.1880.0222.9097.030.0200.000.2095.442.1880.6822.9090.002.5120.1426.3035.750.0230.000.2403.932.5121.1926.3030.002.8840.3230.2004.430.0260.000.2752.342.8841.7730.2000.003.3110.6334.6743.210.0300.000.3160.823.3112.3434.6740.003.8021.0539.8112.090.0350.000.3630.003.8022.8339.8110.004.3651.6245.7091.120.0400.230.4170.004.3653.1745.7090.005.0122.3552.4810.340.0461.150.4790.005.0123.3052.4810.005.7543.2260.2560.000.0521.930.5500.005.7543.2260.2560.006.6074.2469.1830.000.0602.900.6310.006.6072.9169.1830.007.5865.3479.4330.000.0694.060.7240.007.5862.4079.4330.008.7106.4791.2010.000.0795.430.8320.008.7101.7691.2010.0010.0007.50104.7130.000.0916.600.9550.0010.0001.11104.7130.0011.4828.35120.2260.000.1057.441.0960.0011.4820.54120.2260.00

注： 表中每個粒度對應(yīng)的“范圍內(nèi)體積”的數(shù)值，表示該粒級與相鄰上一個粒級之間具有的所有顆粒的體積分?jǐn)?shù)，以下粒度分析表格中的數(shù)據(jù)含義相同。

2.1.3超聲波解離-懸浮液法

為了考察超聲波解離-懸浮液法的提純效果，本研究進行了下面的條件試驗。

(1)超聲波振動時間對提純效果的影響

將磁選-重液法得到的60～80目絹云母集合體樣品FS11放入燒杯中，加入適量水，分別振動不同時間，來考察超聲波振動時間對粒度和提純效果的影響，振動結(jié)束后將所有振動下來的細粒全部都收集起來進行粉晶 X射線衍射定量分析和粒度分析，分析結(jié)果分別見表4和表5。表4中“FS11-1上”表示絹云母集合體樣品FS11振動1min后的上層懸浮液，“FS11-5上”表示絹云母集合體樣品FS11振動5min后的上層懸浮液。

對比表1和表4可知，粒度為60～80目的絹云母集合體樣品FS11經(jīng)超聲波解離-懸浮液法振動1min后，絹云母的含量從原來的28%增加到63%，微斜長石的含量4%保持不變。經(jīng)過計算，微斜長石相對于絹云母的含量從原來的12.5%下降為6%，石英含量從原來的68%下降到33%。粒度為60～80目的絹云母集合體樣品FS11經(jīng)超聲波解離-懸浮液法振動5min后，絹云母的含量從原來的28%增加到71%，經(jīng)過計算，微斜長石相對于絹云母的含量從原來的12.5%下降為4%，石英含量從原來的68%下降到26%。說明延長振動時間會使絹云母的含量提高，這主要是因為石英和微斜長石的粒度比絹云母稍大，延長振動時間即延長了石英和微斜長石的沉降時間，會使懸浮液中更多的石英和微斜長石沉淀下來，進而提高了懸浮液中絹云母的純度。

表4采用超聲波解離-懸浮液法獲得絹云母集合體粉晶X射線衍射礦物定量分析結(jié)果

Table 4 X-ray diffraction results of sericite-bearing aggregates concentrated with ultrasonic disaggregation-suspension method

樣品編號絹云母集合體中礦物相對含量 (%)綠泥石絹云母微斜長石斜長石蒙皂石石鹽閃石石英FS11-1上-634----33FS11-5上-713----26FS20上-111416716--19FS20-20S-22377------FS7-10上165312--811-

表5采用超聲波解離-懸浮液法獲得絹云母集合體激光粒度分析結(jié)果

Table 5 Grain sizes measured by laser particle size analyzer for sericite-bearing aggregate concentrated with ultrasonic disaggregation-suspension method

樣品FS11-1樣品FS11-5粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)1.096-11.482-1.096-11.482---1.2590.0013.1839.041.2590.0013.1839.27--1.4450.0015.1369.011.4450.0015.1369.26--1.6600.0017.3788.551.6600.0017.3788.78--1.9050.0019.9537.691.9050.0019.9537.87--2.1880.0122.9096.552.1880.0122.9096.67--2.5120.1226.3035.262.5120.1226.3035.28--2.8840.3130.2003.982.8840.3130.2003.90--3.3110.6534.6742.813.3110.6434.6742.61--3.8021.1139.8111.853.8021.1039.8111.49--4.3651.7445.7091.114.3651.7445.7090.54--5.0122.5352.4810.475.0122.5452.4810.00--5.7543.4860.2560.035.7543.5160.2560.00--6.6074.5769.1830.006.6074.6369.1830.00--7.5865.7379.4330.007.5865.8179.4330.00--8.7106.8891.2010.008.7107.0091.2010.00--10.0007.88104.7130.0010.0008.05104.7130.00--11.4828.64120.2260.0011.4828.85120.2260.00--樣品FS20上-1樣品FS20-20S-2粒度 (μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積 (%)粒度(μm)范圍內(nèi)體積(%)粒度 (μm)范圍內(nèi)體積(%)1.09611.4820.142-1.002-7.096-1.2590.0013.1834.720.1590.001.1250.497.9626.711.4450.0015.1363.370.1780.001.2620.538.9346.341.6600.0117.3782.220.2000.001.4160.6310.0245.801.9050.4519.9531.330.2240.001.5890.7911.2475.102.1881.2122.9090.640.2520.001.7831.0512.6194.332.5122.3126.3030.100.2830.002.0001.3814.1593.522.8843.6730.2000.000.3170.002.2441.8115.8872.743.3115.1634.6740.000.3560.002.5182.3217.8252.043.8026.6439.8110.000.3990.032.8252.9120.0001.444.3657.9645.7090.000.4480.113.1703.5622.4400.975.0129.0052.4810.000.5020.263.5574.2425.1790.615.7549.6460.2560.000.5640.353.9914.9328.2510.376.6079.8069.1830.000.6320.424.4775.5731.6980.217.5869.4679.4330.000.7100.475.0246.1335.5660.098.7108.6591.2010.000.7960.485.6376.5639.9050.0410.0007.51104.7130.000.8930.486.3256.8144.7740.0011.4826.14120.2260.001.0020.487.0966.8750.2380.00

從表5粒度分析可知，超聲波解離-懸浮液法得到的絹云母集合體樣品“FS11-1上”(振動1min)的粒度在1.905～60.256μm之間，“FS11-5上”(振動5min)的粒度在1.905～45.709μm之間，說明延長振動時間會使較大顆粒的絹云母集合體進一步解離。操作時應(yīng)隨時觀察解離效果，一般振動的瞬間就會有細粒礦物解離下來，懸浮液立刻變渾濁，這時應(yīng)及時收集解離下來的細粒礦物。粒度分析結(jié)果說明了李賀臣[35]提出的超聲波振動時間10min是不合適的，會使絹云母進一步解離成更細小的顆粒，可能會造成39Ar核反沖丟失。

(2)懸浮液沉淀時間對提純效果的影響

為了考察樣品經(jīng)超聲波解離后，懸浮液沉淀時間對提純效果的影響，對60～80目的絹云母集合體樣品FS20進行了2次實驗。第一次是超聲波振動1min，懸浮液不沉淀全部收集起來，然后再振動1min，重復(fù)前面操作，直到燒杯中不再有細粒礦物被振動下來，將幾次的懸浮液合并在一起搖晃均勻，然后取懸浮液的上半段進行粉晶 X射線衍射定量分析和粒度分析，樣品編號為“FS20上-1”。第二次是超聲波振動20s，懸浮液不沉淀全部收集起來，然后再振動20s，重復(fù)前面操作，直到燒杯中不再有細粒礦物被振動下來，將幾次的懸浮液合并在一起搖晃均勻，然后懸浮液沉淀10min，取懸浮液的中上段進行粉晶 X射線衍射定量分析和激光粒度分析，樣品編號為“FS20-20S-2”。上述粉晶 X射線衍射定量分析結(jié)果見表4，激光粒度分析結(jié)果見表5。

從表4 可知，懸浮液沉淀10min后，樣品FS20中的絹云母含量從未沉淀的41%(FS20上-1)增加到77% (FS20-20S-2)，未經(jīng)超聲波處理的60～80目樣品FS20中的絹云母含量為28%(表1)；微斜長石的含量從未沉淀的6%(FS20上-1)降低到0(FS20-20S-2)，未經(jīng)超聲波處理的60～80目樣品FS20中的微斜長石含量為4%(表1，經(jīng)計算，微斜長石相對于絹云母的含量為12.5%)；石英含量從未沉淀的19%(FS20上-1)降低到0(FS20-20S-2)，未經(jīng)超聲波處理的60～80目樣品FS20中的石英含量為42%(表1)。說明延長沉降時間會使石英和微斜長石的含量大幅下降，甚至為0。X射線衍射定量分析結(jié)果說明了李賀臣[35]提出的把全部懸浮液都收集起來是不合適的，懸浮液中仍然含有微斜長石和石英等細粒礦物，延長沉降時間會使粒度稍大的石英和微斜長石更多地沉淀到底部，而使懸浮液上部的絹云母純度大大提高。

從表5可知，絹云母集合體樣品FS20-20S-2的粒度在0.356～39.905μm、0.356～1μm之間的部分占3.08%，在1～5μm之間的部分占36.34%，大于5μm的部分占60.58%，絹云母的粒度大于1μm的部分約占95%以上。

2.1.4三種提純方法小結(jié)

通過以上三種方法提純效果的比較，可以看出超聲波解離-懸浮液法的提純效果比較好，通過控制超聲波的振動時間和懸浮液的沉降時間可以大幅提高絹云母的純度，微斜長石的含量大幅降低，甚至為0。通過條件試驗可知，超聲波的振動時間越短越好，因樣品的質(zhì)地不同，要隨時觀察超聲波的解離效果，及時倒出被解離下來的礦物，然后加水再繼續(xù)振動，直到不再有礦物被振動下來為止。懸浮液的沉降時間以10min為宜，如果沉降10min后上層懸浮液中的樣品量太少，可以適當(dāng)縮短沉降時間。

2.2 絹云母粒度與39Ar核反沖丟失量的關(guān)系

以上實驗結(jié)果說明了超聲波解離-懸浮液法處理石英和微斜長石的效果比磁選-重液法和常規(guī)懸浮液法都要好，多個樣品經(jīng)超聲波解離-懸浮液法處理后粒度均大于0.356μm，大于理論估算的39Ar核反沖距離0.08μm[15]。盡管如此，本研究還需要對如此細粒的絹云母是否適合40Ar/39Ar測年進行討論。

2.2.140Ar/39Ar測年法粒度與39Ar核反沖丟失量關(guān)系的研究

此前已有國外研究人員對40Ar/39Ar年齡與粒度的關(guān)系進行了研究[15,18,24]。Fred 等[18]對國外常用的40Ar/39Ar年齡標(biāo)樣Fish Canyon透長石進行了粒度與年齡關(guān)系的研究，F(xiàn)ish Canyon透長石的標(biāo)準(zhǔn)年齡是28.02Ma。Fred等[18]將Fish Canyon透長石破碎篩分成不同粒級(表6)，每個粒級分成5～6份進行階段升溫或一次全熔40Ar/39Ar年齡測試，結(jié)果見表6(表中年齡數(shù)據(jù)為每個粒級40Ar/39Ar階段升溫總氣體年齡和一次全熔年齡的加權(quán)平均結(jié)果)。從結(jié)果來看，各粒級的年齡差別不是很大，即使粒度小于5μm也沒有明顯的核反沖丟失現(xiàn)象(雖然粒度<5μm的年齡略大于標(biāo)準(zhǔn)年齡，但是從原文的年齡譜圖可以看出粒度<5μm的各階段年齡誤差很大，可能是樣品量太小的原因)。

此外，Dong等[15]對不同結(jié)晶度的黏土礦物伊利石進行了激光40Ar/39Ar階段升溫測年實驗。實驗結(jié)果表明，結(jié)晶度指數(shù)為0.17的淺變質(zhì)伊利石(2M1多型)樣品的結(jié)晶程度好，晶格沒有位錯，晶片平均厚度為0.1μm，其真空密封核輻照40Ar/39Ar年齡與其常規(guī)40Ar/39Ar年齡基本一致，且與變質(zhì)事件的年齡基本一致，對應(yīng)的39Ar核反沖丟失率為0.82%～0.99%，39Ar核反沖丟失可以忽略不計。結(jié)晶度指數(shù)為0.4～0.84的近變質(zhì)和成巖伊利石樣品發(fā)生晶格位錯的比例較高，晶片平均厚度為0.01μm或更小，其常規(guī)40Ar/39Ar年齡比真空密封核輻照40Ar/39Ar年齡老，對應(yīng)的39Ar核反沖丟失率為10.5%～31.73%。Dong等[15]認(rèn)為伊利石的核反沖丟失量與伊利石的結(jié)晶度有關(guān)，結(jié)晶程度低，晶格空位和晶格位錯的比例就高，晶格空位和晶格位錯為39Ar核反沖丟失提供了大量的通道，因此39Ar核反沖丟失的比例就高。

另外，結(jié)晶程度低，晶片的平均厚度就小，39Ar發(fā)生核反沖丟失的比例就高，Dong等[15]提出了一個簡單的模型來解釋伊利石晶片厚度與39Ar核反沖丟失率的關(guān)系，其原理是：伊利石為2∶1型結(jié)構(gòu)的黏土礦物，每個2∶1結(jié)構(gòu)層的厚度是0.001μm，每個2∶1結(jié)構(gòu)層有2個附著K+的面。對于晶片厚度為0.01μm的伊利石片，它由10個2∶1結(jié)構(gòu)層組成，有20個含有K+的面，其中有2個面是暴露的而且K+的聯(lián)接力比較弱，在這2個面上產(chǎn)生的39Ar很容易發(fā)生核反沖丟失，丟失率為10%(2/20)。對于晶片厚度為0.1μm的伊利石片，它由100個2∶1結(jié)構(gòu)層組成，有200個含有K+的面，其中有2個面是暴露的，在這2個面上產(chǎn)生的39Ar丟失率為1%(2/200)。這一模型與實驗結(jié)果很一致，例如前述結(jié)晶度指數(shù)為0.17，晶片平均厚度為0.1μm的淺變質(zhì)伊利石的39Ar核反沖丟失量為0.82%～0.99%。前述結(jié)晶度指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)為：IC>0.43、IC=0.43～0.26、IC<0.26分別代表伊利石處于成巖期(diagenetic grade)、近變質(zhì)期(anchizone grade)和淺變質(zhì)期(epizone grade)。

表6FishCanyon透長石不同粒級40Ar/39Ar年齡結(jié)果

Table 640Ar/39Ar dating results for each fraction of the Fish Canyon sanidine

粒度(μm)樣品數(shù)量(份)年齡(Ma, 2σ)<5628.79±0.125～10628.47±0.1310～15628.29±0.1315～22528.34±0.0922～28628.35±0.2228～34628.23±0.0634～38528.47±0.0838～53528.14±0.03

2.2.2超聲波解離-懸浮液法得到的絹云母集合體粒度與39Ar核反沖丟失量的關(guān)系

從Dong等[15]的分析可知，對于晶片平均厚度為0.1μm、結(jié)晶程度好、晶格沒有空位和位錯的淺變質(zhì)伊利石礦物，39Ar核反沖丟失可以忽略不計。絹云母的結(jié)構(gòu)與伊利石的結(jié)構(gòu)相似，都是2∶1型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，絹云母層間K+比伊利石多，因而層間聯(lián)接更強，結(jié)晶程度更高。本項研究的粉晶 X射線衍射分析結(jié)果表明絹云母的結(jié)晶程度很好，均為2M1多型(表1)，而且主體部分的最小粒度(1μm)是淺變質(zhì)伊利石的10倍。因此，采用超聲波解離-懸浮液法得到的絹云母在中子照射過程中丟失的39Ar對中高溫階段的40Ar/39Ar年齡影響不大。對于采用磁選-重液法得到的微斜長石含量較高的絹云母集合體，可以采用超聲波解離-懸浮液法進一步富集絹云母，降低微斜長石的含量，以提高測年的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

本文對40Ar-39Ar定年礦物絹云母的提純方法，包括磁選-重液法、常規(guī)懸浮液法及超聲波解離-懸浮液法進行了研究。研究結(jié)果表明，采用常規(guī)懸浮液法，絹云母的提純效果最差而且粒度也很難保證，不建議采用。磁選-重液法是提純絹云母單礦物的首選方法。超聲波解離-懸浮液法可以作為磁選-重液法的補充，當(dāng)磁選-重液法得到的絹云母集合體中的微斜長石相對于絹云母的含量超過10%時，可以考慮采用超聲波解離-懸浮液法進一步富集絹云母，降低微斜長石的含量，提高測年的準(zhǔn)確性。