Способ определения привноса калия в процессе эволюции минерала Советский патент 1991 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к исопедова- нию минералов и может быть использовано в геохимии, геохронологии, для геолого-петрографических исследований.

Цепью изобретения является повышение точности определения привноса капия в минералах за время их геологической эволюции.

Для достижения указанной цели необходимо измерить истинный возраст исследуемого геологического района рубидий-стронциевым, свинцовым или иным методом, выбрать из этого района два сингенетических минерала, один из которых (№ 1) хорошо удерживает калий в решетке (желательно калиевый полевой шпат), а другой - исследуемый минерал (NJ 2) , измерить калий-аргоновый возраст и диффузионные параметры аргона для обоих минералов, затем, учитывая структуру образцов минералов и среднегодовую температуру исследуемого района в данное время, по формулам определить сте- 1 пень измененности содержания калия в исследуемом минерале № 2 за время его геологической эволюции.

Способ осуществляется следующим образом.

Отбирают пробы нескольких (i) сингенетических минералов из изучаемого геологического массива пород. Определяют содержание калия-40 и аргона

О

со оо

СЭ

40 в отобранных пробах и вычисляют ( их калий-аргоновый возраст tr. Известным способом определяют истинный возраст t данного геологического мае сива пород При необходимости производят комплексное исследование данного массива, включая использование петрологических и пратиграфических исследований Определяют энергию ак тивации объемной диффузии калил в каждой из проб в интервале температур существования твердой фазы 1-го минерала ) и параметры диффузии аргона в каждой из проб: DQ(i)

и Е в интервале температур существования твердой фазы 1-го минерала (DQ(i) и Е - предэкспоненциальный множитель и энергия активации диффузии аргона в i-м минерале; а - размер фракции i-го минерала: радиус сферического зерна или толщина пластины слюды). При отборе проб сингенетических минералов в обязательном порядке среди прочих необходимо ото- брать пробы минерала (опорного), который в силу своих физико-химических свойств хорошо удерживает калий в своей структуре

В качестве опорного минерала (№ 1) берут минерал, у которого величина энергии активации объемной диффузии калия не менее, чем в 1 ,5-2 раза боль ие, чем у других сингенетических с ним минералов Это необходимо для того, чтобы эволюционными искажениями калия в опорном минерале можно было бы пренебречь по сравнению с искажениями калия в сингенетических с ним минералах Кроме того, опорный минерал не должен иметь нестабильного, привнесенного на поверхность калия Определяют среднегодовую температуру изучаемого геологического массива пород на глубине отбора проб сингенетических минералов (TR).

Для образцов, взятых с глубины более 15 м, достаточно измерить температуру этого слоя 1 или 2 раза, тик как на этих глубинах сезонные

v 2R . 1 кТ to

l ri exEil ЈL.1

exp(-flt/4)J

0

Q 5

5

0

5

5

колебания температуры весьма малы (доли градуса).

Исходя из внешнего обли-ка фракции, минерала, определяют преобладающий механизм, по которому происходит диффузи аргона, и в соответствии с этим структурную постоянную для каждого минерала

2 для фракции, зерна которой имеют приближенно сферическую форму, со средним радиусом зерна, равным а ;

1 для фракции минерала, имеющей пластинчатый, листоватый облик (например, слюды), где а{ - толщина пластины.

с;

Определенные таким образом значения: t,;, D0(i)/a,2, Е,-, t, С;, TR позволяют определить долю привнесенного калия в исследуемом i-м минерале

Для определения привноса калия в i-м минерале необходимо, используя измеренные указанные выше параметры, вычислить

Z.(i) - долю (от имеющегося на настоящий момент количества) аргона-40, которую потерял (или, если Z(i)0 приобрел) i-й минерал в предположении, что содержание калия не испытало эволюционных искажений (. в предположении, что содержание калия в минерале изменялось только за счет радиоактивного распада): 0 zj(i) - expCftt)-expCAt;)/ exp(flt ,)-l

где номер соответствует опорному минералу (у которого энергия активации диффузии калия не менее чем, в 1,5-2 раза больше, чем у других);

0

.1

ft 5,543 х КГ год- ;

X - параметр прогрева, характеризующий тепловое воздействие, которое претерпел i-й минерал при своей эволюции:

«В. -°

4)J

fJl

Ut

3 2дШ

I С; DR(i)«Z

Изобретение откосится к физике минералов и может быть использовано при геолого-петрографических исследованиях и в геохронологии. Цель изобретения - повышение точности определения калия, приобретенного минералом при его геологической эволюции Способ реализуют путем определения истинного возраста пород отбором двух сингенетических минералов - исследуемого минерала и минерала, хорошо удерживающего калий в структуре, измерением для этих минералов калий- аргонового возраста и диффузионных параметров аргона и затем, учитывая структуру образцов (пластинчатая или зернистая) и среднегодовую температуру исследуемого района, рассчитывают изменение содержания калия в ис- Jследуемом минерале. с SS (Л

где R - газовая постоянная: R DR(i) De(i)(-t;/RTe),

Физический смысл параметра Х- следующий

1,987, кал/моль-К:

X; 0, если температура минерала не изменялась со временем; X тем

5163

ближе к величине 1/Т,,, чем выше была температура минерала за время его эволюции; X 0, если минерал в пе- риод своей эволюции был охлажден и большую часть своей истории провел при Т ниже, чем TR.

Кроме того, необходимо вычислить Z(i) - долю аргона-40, которую по терял (или, если гл(1)0, то приоб- рел), за время своей эволюции i-й минерал, с учетом эволюционной искажен- ности калия-40:

15

гося в минерале щий момент) кали руга потерял или Zk(i)0) приоб N при своей гео эволюции:

« - « §jЈH-H

I

z.d) fz.(i) - Zfl0(i)i rszBiteiLi-i---

L A4 J Lexp(flt) + ) - 2J)

(для опорного минерала согласно условию считаем Z(I)0);

Р- - параметр эволюционной иска- женности калия в i-м минерале.

Если 1 Ј PJ 0, то калий в i-м минерале искажен за счет вноса

Если 0 1 Р; +1 , то калий в i-м минерале искажен за счет выноса

Знание величины изменчивости содержания калия в минерале позволяет более достоверно определить пути миграции калия в исследуемом массиве, что повышает достоверность выводов, например, о характере гидротермальной деятельности исследуемой территории. Формула изобретения

по формул i-м минер

. (i)- 2Да)-20А-лсехр(;)-д

U; CexpCAt:)+exp(-ftt)-2T

exp( Xt)+exp

)ЭТОМ расчет показателей Zft(i) и 45 ZJJ; производят, используя следующие

соотношения:

z°, ЛА.expfot;) - 1

Е ;

VMS))

G-(X- ) 4 ri-3 §5Ell3tZ4I | exo /5i x. . UJ; 4 l - exp(--At) JeXp(

де G;(Xj)

- 4

1 - е

- е

-flt

|ехр

Е,

(-- Х-1 l2R Xj),

где X f - параметр прогрева опорного минерала, для которого согласно условию Z.(I)Z.(I); долю (от количества имеюще-

z(i)

гося в минерале на настоящий момент) калий-40, кото- руга потерял или (если Zk(i)0) приобрел минерал N при своей геологической эволюции:

5

0

5

чающий отбор проб минералов, определение содержания калин О и аргона-40 с определением абсолютного возраста t ; минералов и истинного возраста t данного геологического массива, от куда взяты минералы, энергии активации объемной диффузии калия Qx( отличающийся тем, что, с целью повышения точности, отбирают не менее двух сингенетических минералов, один из которых должен иметь значение Q г не менее чем в 1,5- 2 раза больше, чем у других, определяют диффузионные параметры аргона в минералах (В0/аг); и Е |, среднегодовую температуру Т- данного геологического массива, вносе калия

0 ни ZK(i):

а суждение о при- в i-м минерале производят по формуле, % к количеству калия в i-м минерале на данный момент време-

fi f2 3

V flt

ZJJ.L

С- DR(i)«B

i - . да+

где DO - коэффициент диффузии аргонаR - газовая постоянная

в минерале;5 С; - параметр, учитывающий габиа - радиус минерала или толщинатуе зерен 1-го минерала.

пластинки;| ,

Е - энергия активации диффузии2. Способ поп. 1,отличак 1 аргона в i-м минерале ;щ и и с я тем, что, с целью учета

.i- габитуса минералов, при пластинчатом

(А APT постоянные электронногооблике вводится расчетное значение

f захвата и и-распада калия-параметра С, 1, а при изометричном

40;облике - С ; 2