DZT0184.7-1997钾氩同位素地质年龄测定.pdf 9页

'Ics17.060备案号:505-1997uz中华人民共和国地质矿产行业标准Dz/T0184.1一0184.22-1997同位素地质样品分析方法1997一07一0，发布1998一01一15实施中华人民共和国地质矿产部发布 uz/"r0184.1--0184.22---1997序言同位素地质学是近几十年内快速发展起来的地质学领域里的一个新的分支学科，是当代地质学研究中的热门。作为同位素地质学研究的基础的同位素分析测试技术，也随着技术和仪器的不断发展而取得了重大突破。近年来国际上同位素地质学研究已达到很高的水平，很多方法都已进人单颗粒矿物微区分析直接测定同位素组成的阶段，同时经典分析方法的灵敏度和精确度也有了很大的提高我国于五十-年代末开始建立同位素地质实验室，相继建立了K-Ar,U-Pb,Rb-Sr,Sm-Nd,"C,铀系等年代学方法和C,H,0,S,Si等稳定同位素分析方法，并开展了包括Re-0s,Lu-Hf,La-Ce、裂变径迹、电子自旋共振(ESR)等年代学和B,N等稳定同位素在内的新方法的探索研究，建立了一大批实验室，为地质、水文、环境、能源、考古等研究提供了数以万计的同位素数据然而纵观国内外同位素地质学的发展，迄今还没有形成公认的同位素地质样品分析方法标准，国内各实验室在分析程序和数据处理等方面均不同程度的存在差异，有的甚至还没有成文的分析规程，这就使同位素地质样品分析的规范化和同位素数据的对比遇到很大的困难和障碍，因此制定同位素地质样品分析方法标准既是一项重要的基本建设，也是一项紧迫的任务。“同位素地质样品分析方法标准的制定”是地质矿产部地发(1992)267号文下达的1993年地质矿产行业制定、修订标准项目计划’的项目之一，编号’I"C93/SC8-93-50本标准按国家标准GB1.1-93(标准化工作导则标准编写的基本规定》,GB1.488《标准化工作导则化学分析方法标准编写规定》和GB6379-86(测试方法的精密度通过实验室间试验确定标准测试方法的重复性和再现性》的规范编写。本项目由地质矿产部宜昌地质矿产研究所负责。项目组由宜昌地质矿产研究所张自超，地质研究所刘敦一和矿床地质研究所丁梯平三同志组成。项目组于1992年3月提出书面立项申请,1992年5月卜报项目设计书(项目任务书)，地质矿产部于1992年12月正式批准下达，1993年元月开始执行。除项日组成员外，应邀参加起草的单位和研究测试人员还有:地矿部海洋地质研究所的业渝光、亘三夏I寇亚平、刁少波、和杰、王雪娥，天津地质矿产研究所的李惠民，地质研究所的张宗清、匾三一叠、罗修泉，矿床地质研究所的白瑞梅、万德芳、李延河，宜昌地质矿研究所的李华芹、朱家平、庄龙池、匪匡更亘{和韩友科等fri!」二本标准规定了当前国内广泛应用的地质年代学和稳定同位素地质学的大部分分析方法，计21项对于同位素地质样品分析中若于共同问题的说明和要求，以《总则及一般规定》单独列出，放在各个分析方法之前，!个方法标准中一般不再重复叙述。本系列标准中的大部分分析方法标准都是在现行的行之有效的和公认的分析规程的基础上按照《标准化工作导则》的要求进行起草的。编制过程经过儿次反复，首先由起草人起草了各个分析方法标准的初稿，项目组汇集并按照《标准化工作导则》的要求统一编写了《讨论稿》，再返回起草人进行讨论和修改;然后由项目组修编为《征求意见稿》，《征求意见稿》送清闲内近2。位同行专家分别审阅修改，项目组再次集中并编辑成《送审稿》，《送审稿》报请全国地质矿产标准化技术委员会岩矿测试标准样品及分析方法分技术委员会金秉慧等21位委员和同位素地质专家评审，项目组根据评审意见并按GB/11.1-1993的格式进一步作了重要修改，最后定稿成目前的《报批稿》应当说明，本标准不是同位素地质样品分析方法的全部，还有许多分析方法没有涉及，例如油气及有机物质的同位素分析由于在起草编写时不得其便未能纳人，一些近期建立的新方法，也因需要一个成熟阶段，或者还没有成为常规方法，因此也没有企图在现阶段全都纳人本标准。对于这些随后可以补充 Dz/T0184.1-0184,22-1997编写相应的方法标准，以满足同位素地质样品分析技术日新月异发展的需要。最后，纳入本标准的方法既是独立的，又是“同位素地质样品分析方法(系列)标准”的组成部分。鉴于需要一个试行和考验时期，而且本标准在编写方法和格式上都是以GB1.1-87为依据，与新版GB1.1-93的要求有较大的差别，尚需作较大修改。因此，建议先作为地质矿产行业标准先行审批执行，然后在总结实践情况的基础上经过修改，再上报国家技术监督局作为国家标准审批。本方法标准在编写过程中得到地质矿产部科技司与中国地质科学院实验管理处的大力支持和各有关单位和科技人员的积极参与，陈毓蔚、王松山、李喜斌、夏明、仇士华等近20位专家、教授帮助审阅修改，金秉慧等21位全国地质矿产行业标准化技术委员会委员和同位素地质专家们在百忙中认真对本标准《送审稿》进行评审，提出了很多宝贵意见，在此一并表示感谢。由于编者专业知识和水平所限，错误疏漏在所难免，诚挚地欢迎批评指正。 Dz/T0184.7一1997前言本标准是在总结我国长期工作实践的基础上制定的本标准的附录A、附录B、附录C、附录D都是标准的附录。本标准由中华人民共和国地质矿产部提出。本标准由中华人民共和国地质矿产部科技司归口。本标准起草单位:地质矿产部地质研究所。本标准主要起草人:罗修泉。 中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T01847一1997钾氨同位素地质年龄测定主题内容和适用范围本标准规定了钾氮同位素地质年龄的测定方法。本标准适用于岩石、矿物钾氢同位素年龄的测定。2方法原理岩石和矿物中的钾(aoK)经‘俘获衰变生成稳定同位素"0Ar。根据对试样中母体同位素OK(或钾元素)和子体同位素"0Ar(或氦元素)含量及氮同位素比值的测定，即可根据放射性衰变定律计算试样形成封闭体系以来的时间，即岩石或矿物形成以来的年龄。3方法提要试样在超高真空系统中全部熔融，将一已知量的稀释剂“0Ar与试样混合均匀。混合气体经纯化后送质谱计测定氢同位素比值，求出试样中的放射成因氮。用原子吸收分光光度法测定试样中钾的含量由年龄方程计算被测试样的年龄。4试荆和材料4.1富集"aAr同位素，"Ar/"Ar>1X105,"Ar/"0Ar>1X10",4.2丙酮，分析纯。4.3液氮。4.4去离子水。4.5铝箔4.6玻璃管。4.了石英管。4.8玻璃一石英过渡接头。4.9金丝，0=0.5mm.4.10钨丝，0=0.25mm.4.11钥片，厚。.1一。.2mm4.12活性炭。4.13海绵钦。4.14扩散泵油。4.15聚苯醚。4.16真空泵油。4.17全金属可烘烤超高真空阀门，0=19mm,0=38mm.4.18黑云母标准样，ZBH-25,中华人民共和国地质矿产部1997-07-01批准1998一01一15实施 nz/"r0184.7一1997仪器设备51气体同位素质谱计，分析精度好于。005写。52分析天平。5.3高频电炉,5kW--JokW,烘箱，大于600W，内腔大于250mmX300mmX250mm,;.:超声波清洗机6分析步骤6门样品加工采集新鲜岩石，通过薄片鉴定了解岩石中矿物的赋存关系和新鲜程度。经破碎分选出有代表性的单矿物;对无法分选单矿物者则将全岩破碎到。.2mm^-0.5mm粒度。缩分、收集单矿物lg左右或全岩样品log左右备用。62称样和装样试样分别用去离子水和丙酮清洗(必要时在超声波清洗机中清洗)，在150`C-2000C烘干。根据估算年龄和钾含量确定试样称量(一般从几毫克至几百毫克)，在分析天平(5-2)上准确称重。用铝箔(4-5)包成小样包，把样包装人电子轰击炉或高频电炉的装样管中。6-3析氢系统超高真空的获得和烘烤去气把装样管装人熔样炉内，接通泵系统抽气;当系统的真空度达到10-"Pa时，全系统按如下步骤加热去气，直到真空度达到并保持在10-"Pa为止。6.3.1全系统管道在2000--250℃时加热数小时到数十小时。6-3.2升华钦泵每次加热]min,钦丝加热电流40A，多次加热，直到在加热时离子泵真空度不变。6.3.3海绵钦炉在800c--900℃加热去气约lh;必要时，在600-c左右保持4h-8h或者反复加热数次6一4熔样当析氨系统真空度达到要求后，将熔样系统与真空系统隔断，把样包投入炉中，徐徐升温,30min^-60min内温度加至样品熔点，在最高温度下保持l0min-30min，然后降至常温。6.5稀释与纯化在升温同时，将一已知量的富集aeAr同位素(稀释剂)与试样析出的气体混合;然后将混合气体通人海绵钦炉，在800"C纯化半小时到一小时，海绵钦炉降温至400"C;混合气体通人升华铁泵，令钦丝在40A时加热一分钟，降至常温再保持10min左右，即得到纯化后的混合氢气。用液氮把混合氮吸人装有活性炭的收样管中待分析6.6氨同位素质谱分析在质谱计真空度达到并稳定在10-"Pa，仪器处于正常状态的条件下，将氨由收样管中放出并通人质谱计离子源，设通人时间为零。依次记录质量数40.5,40,39.5,38.5,38,37.5,36.5,36和35.5等质谱峰的强度和每个峰所对应的时间T;循环测定5-8组数据。以质量数40处峰强度的读数减去40.5和39.5两个峰(谷)处读数的平均值，求出n0Ar的峰强度;用同样方法求出“"Ar和“"Ar的峰强度。以‘"Ar峰强度为纵坐标，对应时间T为横坐标作最小二乘法最佳直线拟合，纵坐标截距即为‘0Ar在进样时的峰强度;用同样方法求出a"Ar和36Ar进样时的峰强度。进而可计算出试样与稀释剂混合后同位素比值("0Ar/"Ac)。和(3"Ar/"Ar)mo6，了钾含量的测定从用于氢同位素分析的同一试样中缩分出。.5g，研磨至200目，用原子吸收分光光度法测定钾的百分含量 Dz/T0184.7一19977分析结果的计算与表迷了.1钾含量的计算K=K20写X0.8301(g/g)································⋯⋯(1)式中K,O%为测得之百分含量，0.8301=2K/K30(重量比)。KX1.167X10-0t一.=~39万02(mol/g)··············，·。············⋯⋯(2)式中1.167X10-‘二‘"K(原子数)/K(原子数);39.102为钾的相对原子质量。7.2放射成因A("Ar-)的计算，.}，"0Ar1‘一{"s3"Arr1、("34Ar{S「{、}_;二、:)一{1"0Ar)m‘二八·(3e"Ar"，("Ar"J，一1LI"Arl,("ArkMJJAr,.,-(mol/g)W........................................................................................................................(3)式中:下角标S,M和A分别表示稀释剂、试样与稀释剂的混合物和大气氨的值;"Ar:表示加入之稀释剂的量(mol);W为试样重量(g);大气氮同位素比值为常数，即:("Ar/"Ar)A=5.349,("0Ar/"Ar)A=158173"0Ar总量(".Art)和放射成因2占"Ar的百分比("Ar-oo)的估算"Ar,"0Ar,=t}.)-.“Arc.............................................k4)。U八r"Ar,X100"oAr-YO=(%)···，·······························⋯⋯(5)4.Arr74年龄及很差的计算1，r,oAr.a人+凡、、，，、，__‘，、，、，，、告=，-，二’』川-:;;二-lTl卞土I入ivlVla/·····················一介·、0尹h十np._n人-式中衰变常数A<=O.581X10-`0/年，孙=4.962X10-`0/年。t表示年龄值，以百万年(Ma)表示。年龄的相对标准偏差为:E,=C(EK)"+(E,)z+(E,a"0)z(,oAra%)z+(二;,)z(1o""A0Ar-r,%0o)zwz·一(7)式中:E下—年龄的相对偏差;EK—钾分析的相对偏差;Es—稀释剂标定的相对偏差;Es-("0Ar/"Ar)M的相对偏差;E,N-的相对偏差。年龄的绝对标准偏差(yr)为:(a7)=ET·t············································，.⋯(8)7.5测定结果的表述测定结果包括提供如下数据:钾的百分含量(写)，放射成因氢(mol/g)，放射成因氢占‘0Ar总量的百分数(%)以及试样的年龄值和不确定度(Ma士1的。8精密度和不确定度8，1精密度在同位素质谱分析获取5--8组数据的情况下，同位素"0Ar,"Ar和"Ar峰强度测定的精密度分别为0.0500^"0.5%,0.05%^"0.5%和1%一10% Dz/T0184.7一19978.2钾测定的误差范围在K)1%时，K的测定误差小于士1%，在。.10o