09.6.0第四纪年代学.ppt

第四纪地质学 第六章 第四纪年代学 二、古地磁测年法 （一）测年原理 地球具有磁场。地磁场可以看作一个地心轴向偶极子磁场。 在地质历史中，地磁场的方向和强度是不断变化的。 地磁场变化的周期有长有短。 极性世 持续时间约106年，分为 正极性世（normal polarity epoch） 与现在地磁极性相同的时期。 负极性世（reversed polarity epoch）与现在的地磁极性相反的时期。 次一级的极性变化称为极性事件 （event）持续时间约104~105年。 这些变化以热剩磁、沉积剩磁和化学剩磁的形式在地层和沉积物中记录下来。 沉积剩磁 在含砂量高于60%的渗透性沉积物中，小磁性颗粒可以在充满水的孔隙中随地磁场变化自由移动，直到固结和脱水作用以后，这些小颗粒的移动才受到限制，最终沿古磁场方向排列。 化学剩磁 化学反应 磁性矿物 古地磁场 气体喷发物 (有毒气体) 火山碎屑流 熔岩流 火山碎屑 火山基浪 火山喷发与热剩磁 地磁场方向 岩浆的居里点500~650oC 在连续的剖面上（也可多个连续剖面相“连接”），密集采样，经古地磁测定和绝对年龄测定，得到一张古地磁表。 450万年以来的古地磁年表 应用古地磁方法时，在连续的剖面上系统采样，在实验室中测定“剩磁”的方向和大小，借助于K—Ar等测年方法，确定某个（些）极性带或极性事件的年龄，就可以确定样品的年龄。 样品年龄的确定 测定对象 火山熔岩和火山灰 静水环境沉积的细颗粒物质（红色粘土，亚粘土，粉砂，细砂等） 黄土 古土壤（由于胶体铁矿物的迁移和聚集，常获得化学剩磁） 古地磁研究样品的采集 采样对象首先是含铁磁性矿物、或磁化率比较高的岩石，如基性岩、超基性岩、中酸性岩中的玄武岩、安山岩、火山凝灰岩、玢岩等 沉积岩类如红色、紫红色细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥页岩、泥灰岩以及富含铁质的黄土、粘土、亚粘土、红土及埋藏土等。 样品必须是在新鲜的未经外营力移动的露头上采集。 采样间距根据研究目的不同而不同。 ①如为建立古地磁极性年表，进行地层划分对比时，则应对地层剖面或钻孔岩心自下而上密集采样； 采样间距可以每个层为单元，每层采样一块，保证每个小层上都有取样点； 如层厚超过5—10m时，则每层的顶部、底部以至中部都应采样。 如当剖面厚度超过500m时，则可每隔5—10米采样一块。 尽量不要漏掉每一地层单元，以免漏掉重要的极性事件。 采样对象为黄土时，对每一黄土层和古土壤层都应采一样块，如某一层厚度较大时，可在其上增采几个样。 ②为研究断层的活动情况，应对断层两壁对应的地层密集采样，并在该区先做一个系统的古地磁剖面。 采样方法： 打定向标本：对所采标本必须测量产状要素，并将其上、下，南、北，东、西方位标在样品上。每块样品的体积为2×2×2cm，如是用采样器采集的圆柱体，则2r=2.54cm。 如为钻孔岩心时，则要记清楚上下层位，样品的上、下方向不能倒置，应先标清楚方向，后再搬动。 钾在元素周期表中的原子序数为19，原子量为39.096。在地球化学分类中钾属于亲石元素，广泛存在于各种造岩矿物中。 在自然界中，钾有三种同位素： 39K19 93.2581% 40K19 0.01167% 41K19 6.7302% 其中39K、41K是稳定同位素，40K是放射性同位素。 在各种不同的含钾矿物岩石中，其同位素组成是一样的，40K的重量百分比为： 40K /（ 39K+40K+41K）=0.0119% 三、K—Ar测年法 氩同位素 氩是惰性气体元素，在元素周期表中的原子序数为18，原子量为39.95。氩在干燥空气中的体积百分含量为0.93%。 在自然界中，氩有三种同位素： 40Ar 99.6% 38Ar 0.063% 36Ar 0.337% 在空气中，其同位素组成是个常数，即40Ar/36Ar =295.5。但是，在矿物和岩石中，氩的含量及其同位素组成是变化的，这是由于40K不断衰变，使岩石中积累了越来越多的40Ar 。 40K的放射性衰变 40K19 40Ar18 K层电子俘获 40Ar18 放出?光子 激发态 基态 11.6% 40Ca20 ?-衰变 88.4% 寿命仅10-12s 40K19具有双重衰变特性（见上图）。基态的40Ar18在地质体中不断地聚集起来。新形成的40Ar占据了结晶格架中母体同位素40K的位置，使子体同位素40Ar在矿物岩石中很好地保留下来。时间越久，岩石中40Ar的含量就越多。这是K—Ar同位素测年的理论基础。 ?衰变——原子核自发地放出电子或正电子，或俘获一个轨道电子而发生的转变，统称