表生含钾矿物40Ar／39Ar年代学研究及其古气候意义探讨

杨 静

（中国地震局地质研究所，北京100029）

表生含钾矿物40Ar／39Ar年代学研究及其古气候意义探讨

杨 静

（中国地震局地质研究所，北京100029）

对于中国西北部地区干旱化的时间及原因，国内外的科学家进行了大量的研究，但是现在还存在激烈的争论。黄钾铁矾等含钾硫酸盐矿物通常形成于干旱-半干旱气候条件下，并保存于极端干旱气候条件下，因此对这类矿物进行40Ar／39Ar定年，不仅可以得到大陆化学风化的时间序列，还可以反演区域的古气候特征。本文通过对吐哈盆地2个矿床氧化带：红山铜金矿床和彩华沟铜-硫多金属矿床中表生含钾硫酸盐矿物40Ar／39Ar定年的研究，探索和验证了风化矿物黄钾铁矾、斜钾铁矾等用于40Ar／39Ar定年研究的适用性和可行性，建立了样品的前处理流程和实验测试流程。结合这类矿物的形成条件和环境，分析了吐哈盆地的古气候和古环境，为中国西北部吐哈盆地干旱环境演化提供了年代学证据。主要取得以下认识：

建立了样品的前处理流程和实验测试流程：首先在双目镜下对样品进行观察，以了解其矿物组成和共生关系、以及是否有原生矿物（如伊利石、斜长石等）的混染。将样品破碎到0.2～2mm，在双目镜下挑选2～3g纯净的矿物颗粒。在进行40Ar／39Ar同位素分析之前先进行X衍射分析、扫描电镜分析，以检查样品的纯净度、组成、粒度大小和结晶度。样品经过X衍射分析、扫描电镜分析确定所挑选的样品纯净后，从中挑选大约20～30mg的矿物，将其与中子通量监测标准样品一起进行快中子照射。经过一段时间的放置再用于40Ar／39Ar分析。在40Ar／39Ar分析时，矿物加热析出的气体经过-130℃的冷阱和两个锆铝泵（分别为室温和400℃）的纯化，再进入质谱进行分析；然后用ArArCALC处理数据得到年龄。

根据扩散理论，应用阶段加热的方法对一种新的含钾矿物斜钾铁矾进行Ar的扩散特性研究，在此基础上，应用简单的内生长—扩散模型模拟了可能的高地表温度和矿物颗粒大小对样品年龄的影响。实验结果表明，斜钾铁矾中Ar的扩散频率因子logD0／a2＝13.71／s，活化能Ea＝71.30kcal／mol，封闭温度Tc为294℃（假设冷却速率为10℃／Myr），活化能和封闭温度较高。而且，模拟结果表明斜钾铁矾形成后，在外界环境下温度和矿物颗粒大小对年龄也几乎没有影响。在误差范围内重复性测试结果基本一致，约3.3Ma，进一步证明斜钾铁矾适用于40Ar／39Ar定年。

对一个黄钾铁矾样品的3个子样品进行了40Ar／39Ar定年：每个子样品的坪年龄与反等时线年龄、概率分布年龄基本一致，及这3个子样品年龄的重现性再次证实了40Ar／39Ar定年技术可以对表生含钾硫酸盐矿物进行年龄测定，并且其年龄是其真实的沉淀时的年龄。通过测得的红山铜金矿床的风化矿物的年龄，可以看出硫酸盐矿物从上到下生成年代逐渐变新。根据风化剖面的高程与对应位置风化矿物的年龄的关系就可以计算出风化前锋的拓展速率。这样计算得到氧化带中中新世到早上新世期间风化前锋的平均拓展速率约为2.92m／Ma。

通过对中国新疆吐哈盆地的2个硫化物矿床氧化带（红山铜金矿床和彩华沟铜-硫多金属矿床氧化带）中含钾硫酸盐矿物进行40Ar／39Ar定年，得到了高精度的年龄，范围在30.3Ma～3.3Ma。结合其他学者测得的K-Ar年龄，我们认为在中国西北部地区，在渐新世以来经历了较长时间的风化作用和表生氧化作用，但是各个时期的强度是不同的。对得到的矿物年龄做的一个概率分布，表明吐哈盆地可能在渐新世早期就已经出现干旱半干旱气候；在中新世，10.5～7.3Ma年龄出现的概率达到最大，表明这期间一直盛行干旱-半干旱气候条件，之后气候开始逐渐向极端干旱气候转变。4～3.3Ma斜钾铁矾的出现代表了4～3.3Ma之后的一次干旱化增强事件。

需要进一步开展的工作：继续进行系统的野外采样，争取采集被开挖出来的完整的氧化带剖面，以确保获得比较完整的年龄数据库。由于采集的黄钾铁矾样品中的K部分会被Na替代，造成含钾量较低，如何能寻找到含钾量高的黄钾铁矾是一个难点。对于原生矿物的混染，进一步尝试用HF对黄钾铁矾进行前处理分离得到纯净的矿物。

风化40Ar／39Ar年代学；表生含钾矿物；干旱-半干旱；吐哈盆地

（作者电子信箱，杨静：yangjing822822＠gmail.com）

P532，P597；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.06.010