角闪石过剩40Ar赋存状态与40Ar/39Ar年代学研究

Amphibole, a potassium-containing mineral with high closure temperature, is widely used in 40Ar/39Ar geochronology for dating igneous and metamorphic rocks. However, excess 40Ar in many amphiboles seriously affected the age spectra and their geological significance. In this study, amphibole samples in magmatic and metamorphic rocks from some typical regions, will be investigated by joint techniques of laser stepwise heating, in-vacuo crushing and powder stepwise heating. Based on the amphibole 40Ar/39Ar age spectra, isochrons and Ar isotope outgassing patterns, combined with K, Ca and Cl (corresponding to 39Ar, 37Ar and 38Ar) characteristics and mineral structure, we can better constrain the occurrence of excess 40Ar inside amphiboles and obtain significant ages. We will finally establish an optimum experimental procedure of 40Ar/39Ar dating for trace-low potassium minerals, such as pyroxene and amphibole of the rock-forming minerals, and cassiterite and wolframite of ore minerals.

角闪石广泛用于中酸性岩和变质岩的40Ar/39Ar法定年。其中过剩40Ar影响了其年龄谱解译和地质应用。本项目以岩浆岩和变质岩角闪石为研究对象，综合角闪石、共生云母、长石类矿物40Ar/39Ar定年和锆石U-Pb定年，确定岩石形成年龄。对于表现为马鞍形等复杂年龄谱的含过剩40Ar的角闪石，进一步采用真空击碎和粉末阶段加热技术相、激光微区40Ar/39Ar定年技术结合的方法，详细进行40Ar/39Ar定年分析，研究角闪石年龄谱、等时线和Ar同位素释气特征，结合K、Ca和Cl（分别对应于39Ar、37Ar和38Ar）比值特征和矿物结构，探讨过剩40Ar在角闪石中的赋存状态和来源，探索含过剩40Ar的低钾矿物40Ar/39Ar定年实验流程，指示变质角闪石中继承40Ar的存在，获得有意义年龄结果，为微-低钾矿物（如辉石、角闪石和斜长石）和矿石矿物（如锡石和黑钨矿）40Ar/39Ar定年奠定基础。

大别-苏鲁超高压变质超高压榴辉岩在折返过程中普遍经历了退变质作用过程，尤其在西大别山地区，退变质作用更为明显。大别山南部的碧溪岭超高压榴辉岩在退变质作用过程中形成了后成合晶岩、斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩等岩石类型组合，是超高压岩石不同退变质阶段的产物。本项目中主要以含石榴子石斜长角闪岩和含石榴子石角闪斜长片麻岩为研究对象，探讨退变质角闪石中过剩40Ar的赋存状态特征，体现真空击碎-粉末加热联合分析技术在40Ar/39Ar年代学研究中的应用价值。.含榴角闪片麻岩位于碧溪岭榴辉岩体边部，其中角闪石的主微量元素特征表明该角闪石的生长经历了降温降压的过程，是榴辉岩退变质产物。角闪石核部与边缘具有不同的微量元素特征，说明角闪石后期可能受到流体作用的影响。显微观察结果显示，该角闪石中主要存在原生和次生两种流体包裹体。对该角闪石样品进行激光阶段加热40Ar/39Ar定年分析，获得马鞍形年龄谱，说明该角闪石样品中含有明显的过剩40Ar，中间阶段数据点构成线性相对较差的反等时线，年龄为（267.9 ± 4.1）Ma。为了查明过剩40Ar的赋存状态，进一步对该角闪石进行真空击碎分析和粉末加热分析。真空击碎分析获得逐渐下降的年龄谱，表观年龄从2927 Ma逐步下降，最终形成年龄坪（254.3 ± 2.5）Ma，等时线年龄为（253.8 ± 5.5）Ma；用外置电炉对击碎实验后的粉末继续进行阶段加热40Ar/39Ar分析（200～800℃），在加热温度为560-800℃阶段获得了平坦的年龄谱，坪年龄为（258.2 ± 3.5）Ma。显然过剩40Ar主要存在于击碎实验的开始阶段。尽管如此，在反等时线图解上这些数据点形成反等时线年龄为（194.9 ± 21.6）Ma。该年龄与采自碧溪岭的花岗片麻岩BX12中的黑云母年龄一致（坪年龄 204.9 ± 1.4 Ma，等时线年龄为（193.1 ± 12.5 Ma）。根据K/Ca比值，以及38ArCl、39ArK和40Ar*释出曲线特征，推断真空击碎开始阶段释放出来的过剩40Ar 主要来自次生包裹体，而最后击碎阶段形成年龄坪的气体来源于原生包裹体；粉末加热释出的气体来源于矿物晶格。因此，角闪石中过剩40Ar赋存于次生包裹体中，是后期流体活动带入的。真空击碎—粉末阶段加热联合40Ar/39Ar分析技术为判别过剩40Ar赋存状态提供了技术手段。