sup 40 _sup Ar_ sup 39 _sup Ar定年矿物绢云母的提纯研究_张彦.pdf

书书书 2019 年 11 月 November 2019 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 38，No． 6 599 －608 收稿日期 2019 －04 －01; 修回日期 2019 －05 －30; 接受日期 2019 －07 －16 基金项目 国家自然科学基金面上项目 41573049 ; 中国地质调查局地质矿产调查评价专项 DD20190001， DD20190004 作者简介 张彦， 教授级高级工程师， 主要从事 40Ar/39Ar 年代学研究。E － mail yzhang737 sina． com。 张彦． 40Ar/39Ar 定年矿物绢云母的提纯研究［ J］ ． 岩矿测试， 2019， 38 6 599 －608． ZHANG Yan． Study on the Separation of Sericite for 40Ar/39Ar Dating［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2019， 38 6 599 －608． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201904010042】 40 Ar/ 39 Ar 定年矿物绢云母的提纯研究 张彦 自然资源部深地动力学重点实验室，中国地质科学院地质研究所，北京 100037 摘要 绢云母的40Ar/ 39Ar 年龄是研究矿床形成年龄的重要手段， 但是40Ar/39Ar 定年矿物绢云母的提纯一直 是一个难题。现有分离提纯方法得到的绢云母集合体中通常含有微斜长石， 如本研究中常规磁选 － 重液法 得到的微斜长石含量在 0 ～28， 常规悬浮液法得到的微斜长石含量在 3 ～45。当绢云母集合体中的微 斜长石含量超过 10 时， 会直接影响测年的准确性。为探索一种有效的绢云母提纯方法， 本文首先考察了 常规磁选 － 重液法和常规悬浮液法的提纯效果， 实验结果表明两种方法得到的绢云母纯度均不高， 而且常规 悬浮液法的粒度有时很细， 不能满足定年要求。进而采用超声波解离 － 悬浮液法对磁选 － 重液法得到的含 微斜长石的绢云母集合体进行了条件实验， 绢云母的纯度从 28 提高到 77， 微斜长石相对于绢云母的含 量从 12． 5降为 0。绢云母的粒度大于 1μm 的占比在 95 以上， 最小粒度大于 0． 356μm， 大于39Ar 核反冲 丢失的理论估算值 0． 08μm， 该粒度下的绢云母在接受中子照射过程中不会引起明显的核反冲丢失， 对中高 温阶段的40Ar/ 39Ar 年龄影响不大。研究认为， 对于采用磁选 － 重液法得到的绢云母集合体， 当其中的微斜 长石含量大于 10时， 可以采用超声波解离 － 悬浮液法进一步富集绢云母， 降低微斜长石的含量， 保证测年 的准确性。 关键词 40Ar/39Ar 定年; 绢云母提纯; 微斜长石;39Ar 核反冲丢失; 超声波解离; 悬浮液法 要点 1 提高40Ar/ 39Ar 定年矿物绢云母提纯率的关键是去除绢云母集合体中的微斜长石。 2 超声波解离 － 悬浮液法得到的绢云母粒度不会引起明显的核反冲丢失。 3 超声波解离 － 悬浮液法可以显著提高绢云母的纯度， 保证测年的准确性。 中图分类号 P597． 3; P619． 273文献标识码 A 在许多矿床的近矿蚀变岩石中， 广泛分布着浅 色细鳞片状的绢云母。绢云母化与成矿的热液 － 交 代作用的最早阶段有关， 因此绢云母的40Ar/ 39Ar 年 龄可以大致代表同期成矿的矿石的成矿年龄， 是研 究矿床形成年龄的重要手段［1 －13 ］。 40Ar/39Ar 测年法 不仅要求待测样品的纯度高， 粒度也不能太细， 因为 该方法需要将含钾矿物在核反应堆中用热快中子照 射， 将39K 变成39Ar， 在照射过程中， 由于产生的39Ar 原子得到中子传递的动能会在矿物结构中发生位 移 ［14 －31 ］， 位移距离的理论估算值为 0． 08μm［15 ］ ， 这 种现象称之为核反冲效应。这种核反冲效应会导致 矿物颗粒边缘产生的一部分39Ar 位移到颗粒以外， 称之为核反冲丢失， 导致丢失39Ar 部分的颗粒边缘 对应低温阶段放出的气体 的年龄会偏老 假定颗 粒边缘的40Ar 没有丢失 ， 因此40Ar/ 39 Ar 测年法通 常要求待测样品的粒度为 40 ～60 目 380 ～250μm 或 60 ～80 目 250 ～ 180μm ， 以保证颗粒内部 对 应中高温阶段放出的气体 的39Ar 原子不会因为核 反冲效应而移出颗粒以外。然而， 由于绢云母鳞片 粒度很小 粒度一般小于 110μm， 其主要部分的粒 度小于 30μm ， 而且绢云母与石英、 碳酸盐、 硫化物 以及被绢云母交代的长石残余非常紧密地交生在一 995 ChaoXing 起， 使得绢云母在单矿物分离时存在着很大的困难。 现有的分离提纯方法得到的绢云母纯度高低不等， 大部分都含有微斜长石。如本研究的 X 射线衍射 定量分析结果表明微斜长石的含量在 0 ～ 45 之 间， 当微斜长石的含量相对于绢云母的含量超过 10时， 会影响测年的准确性。因此， 需要研究出一 种更好的分离提纯方法作为现有方法的补充。 绢云母提纯的关键之一是使绢云母与其他矿物 解离， 由于绢云母的粒度很细， 采用常规的破碎磨细 方法会使其他矿物进入细粒的绢云母集合体中， 给 后续的提纯带来困难。因此， 国外已有学者采用反 复冷冻 － 解冻的方法 ［32 ］使黏土矿物 粒度小于 2μm 与其他矿物分离， 目的是使其他矿物不会被过 磨碎， 然后采用悬浮液法取得了不错的效果。绢云 母的提纯也可以采用这种破碎方法， 但需要研制专 门的冷冻 － 解冻装置， 而且对于质地致密的岩石样 品需要几天的时间才能彻底散开［33 ］。此外， 法国研 究人员 Clauer［34 ］指出超声波也是破碎含黏土矿物 岩石的一种选择， 但需要控制超声波对矿物的作用 时间。 我国选矿实验室为了保证绢云母的粒度， 大部 分都是采用常规磁选 － 重液法分离出含绢云母矿物 的集合体， 粒度 60 ～ 80 目， 最细不超过 100 目 149μm 。选出的集合体中绢云母和微斜长石的 含量高低不等。有的实验室将样品破碎到 100 目以 下， 采用常规悬浮液法选出绢云母矿物的集合体， 这 种方法获得的绢云母和微斜长石的含量也是高低不 等。为了使绢云母与其他矿物完全解离， 有的实验 室会进一步磨碎矿物， 导致绢云母及其他矿物存在 过磨碎现象， 得到的绢云母集合体的粒度在0． 05μm 左右， 小于理论估算的核反冲丢失距离， 使测得的 40Ar/39Ar年龄偏老［23 ］。李贺臣［35 ］将含绢云母的全 岩样品破碎至 1 ～ 2mm， 清洗脱泥后在超声波水槽 中振动 10min， 然后把全部悬浮液收集起来作为最 终的提纯产品进行了40Ar/ 39Ar 测年分析， 但并未对 分离提纯后的绢云母集合体进行纯度和粒度分析， 该文中说明了 3 个样品的年龄结果与地质情况基本 是一致的， 1 个样品的年龄结果偏年轻， 该方法的优 点是不会使矿物过粉碎， 值得借鉴。本文在前人工 作的基础上， 首先考察了常规磁选 － 重液法和常规 悬浮液法的提纯效果， 然后对超声波解离 － 悬浮液 法进行条件试验， 对提纯后的样品进行纯度和粒度 检验， 拟建立一种有效的绢云母提纯方法， 提高 40Ar/39Ar定年的准确性。 1实验部分 1． 1绢云母磁选 －重液法提纯流程 1 粗选 将样品破碎至 60 ～ 80 目 250 ～ 180μm ， 然后用簸箕振动， 把上部含绢云母集合体 的矿物收集起来， 放入磁性分离机内， 把绢云母集合 体中磁性矿物分离除去。此步骤可重复多次， 尽量 把磁性矿物都分离除去。 2 重液提纯 用三溴甲烷作为重液， 根据需要 选择重液的密度， 把含绢云母集合体中的重矿物分 离除去， 尽可能提高绢云母的纯度。 3 提纯 干燥后的绢云母集合体在镜下观察， 根据镜下结果再次利用电磁精选或重液精选， 进一 步提纯绢云母集合体的纯度。 1． 2绢云母常规悬浮液法提纯流程 常规悬浮液法是将岩石样品破碎到 100 目 150μm 以下， 加水搅拌， 有时需加入六偏磷酸钠 促进样品分散， 然后将上层悬浮液多次沉淀， 取最后 一次的上层悬浮液作为最终的含绢云母矿物的 集合体。 1． 3绢云母超声波解离 －悬浮液法提纯流程 将磁选 － 重液法得到的 60 ～ 80 目 250 ～ 180μm 的绢云母集合体样品放入烧杯中， 加入适量 水， 然后置于超声波水槽中进行振动， 目的是使绢云 母与其他矿物解离而不会使其他矿物被粉碎， 根据 需要确定超声波振动时间， 然后根据需要确定悬浮 液的沉淀时间， 最后根据需要取相关段的悬浮液， 晾 干待测。 1． 4X 射线衍射分析 本项研究中为了检验绢云母集合体的提纯效 果， 需要对绢云母集合体进行矿物定量分析， 矿物定 量分析采用 X 射线衍射法， 所用仪器为日本理学 D/max － rB X 射线衍射仪， 测量条件为 工作电压 40kV， 工作电流 100mA， 发散狭缝 1， 防散射狭缝 1， 接收狭缝 0． 3mm， 扫描范围 3 ～ 70， 扫描速度 8/min， 采样步长 0． 02。计算方法为绝热法。X 射 线衍射法的测试精度为 当矿物含量 ＞40时， 相对 偏差 ＜10; 当矿物含量在 20 ～ 40 时， 相对偏 差 ＜20; 当矿物含量在 5 ～ 20 时， 相对偏差 ＜30; 当矿物含量 ＜5时， 相对偏差 ＜40。 1． 5激光粒度分析 本项研究中为了检验绢云母集合体的粒度， 需 要对绢云母集合体进行粒度分析。粒度分析采用激 光粒 度 分 析 仪，仪 器 型 号 是 Mastersizer 2000。 Mastersizer 2000 激光粒度分析仪的测量范围宽， 006 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 测量的粒度范围为 0． 02 ～ 2000μm， 重现率优于 0． 5， 准确率优于 1。 2结果与讨论 2． 1绢云母提纯方法效果分析 2． 1． 1磁选 －重液法 表 1采用磁选 － 重液法获得绢云母集合体粉晶 X 射线衍射矿物定量分析结果 Table 1X － ray diffraction results of sericite － bearing aggregates concentrated with magnet － heavy liquid 样品编号 绢云母集合体中矿物相对含量 石英绢云母绿泥石斜长石微斜长石方解石纤铁矿赤铁矿蒙皂石 多型 FS1352920943－－－2M1 FS3196219－－－－－－2M1 FS4－6812－13－－－72M1 FS5272024137－－－92M1 FS6253124－11－9－－2M1 FS7－3339－28－－－－2M1 FS8582611－5－－－－2M1 FS9973－－－－－－－2M1 FS106828－－4－－－－2M1 FS116828－－4－－－－2M1 FS125531－73－－4－2M1 FS13－797－14－－－－2M1 FS144753－－－－－－－2M1 FS2042281064－－－102M1 FS25101457118－－－－2M1 W5330674－－－－2M1 注 表中 “－ ” 表示未检出， 下面各表同。 表 2采用常规悬浮液法获得绢云母集合体粉晶 X 射线衍射矿物定量分析结果 Table 2X － ray diffraction results of sericite － bearing aggregates concentrated with conventional suspension 样品编号 绢云母集合体中矿物相对含量 石英绢云母绿泥石斜长石微斜长石方铅矿闪锌矿高岭石黄铁矿方解石 FS156627－43－－－－－ FS1632163－44－－－5－ FS174128－－22－－－9－ FS184726－－22－－－5－ FS194012－－45－－－3－ FS21－49－－－231810－－ FS2223136－23－－－233 为了考察磁选 － 重液法的提纯效果， 本研究对 来自不同选矿实验室的采用磁选 － 重液法得到的 16 件绢云母集合体样品 粒度为 60 ～80 目 进行粉 晶 X 射线衍射定量分析， 结果见表 1。16 件绢云母 集合体样品的绢云母含量为 3 ～ 79， 石英含量 为 0 ～97， 微斜长石含量为 0 ～ 28。由此可见， 磁选 － 重液法得到的绢云母集合体纯度不等， 有的 纯度很差。在这些杂质中， 对年龄有影响的是微斜 长石， 微斜长石的分子式是 K［ AlSi3O8］ ， 其钾含量 一般比绢云母要高， 因此微斜长石的存在会影响绢 云母的年龄， 其影响的程度与微斜长石的含量有关， 微斜长石含量越低影响越小， 所以选矿时尽可能把 微斜长石去除。 2． 1． 2常规悬浮液法 为了考察常规悬浮液法的提纯效果， 本文对来 自不同选矿实验室采用常规悬浮液法得到的 7 件绢 云母集合体样品进行粉晶 X 射线衍射定量分析。 这些样品编号为 FS15 ～ FS22， 其中 FS15 ～ FS19 样 品是采用同样的提纯条件得到的， 粒度近似。并对 样品 FS15 及 FS21 进行了激光粒度分析， 分析结果 分别见表 2 和表 3。表 2 结果表明， 常规悬浮液法 得到的绢云母矿物集合体的纯度高低不等， 大部分 纯度很差， 其中绢云母含量在 12 ～ 49， 石英含 量在 0 ～66， 微斜长石含量在 0 ～45。表 3 结果 106 第 6 期张彦 40Ar/39Ar 定年矿物绢云母的提纯研究 第 38 卷 ChaoXing 表 3采用常规悬浮液法获得绢云母集合体激光粒度分析结果 Table 3Grain sizes measured by laser particle size analyzer for sericite － bearing aggregate concentrated with conventional suspension 样品编号 FS15 样品编号 FS21 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 1．096－11． 482－0． 010－0．105－1．096－11．482－ 1．2590．0013． 1838． 890． 0110．000．1207．911． 2590．0013．1830．13 1．4450．0015． 1369． 040． 0130．000．1387．951． 4450．0015．1360．01 1．6600．0017． 3788． 770． 0150．000．1587．541． 6600．0117．3780．00 1．9050．0019． 9538． 070． 0170．000．1826．691． 9050．2719．9530．00 2．1880．0222． 9097． 030． 0200．000．2095．442． 1880．6822．9090．00 2．5120．1426． 3035． 750． 0230．000．2403．932． 5121．1926．3030．00 2．8840．3230． 2004． 430． 0260．000．2752．342． 8841．7730．2000．00 3．3110．6334． 6743． 210． 0300．000．3160．823． 3112．3434．6740．00 3．8021．0539． 8112． 090． 0350．000．3630．003． 8022．8339．8110．00 4．3651．6245． 7091． 120． 0400．230．4170．004． 3653．1745．7090．00 5．0122．3552． 4810． 340． 0461．150．4790．005． 0123．3052．4810．00 5．7543．2260． 2560． 000． 0521．930．5500．005． 7543．2260．2560．00 6．6074．2469． 1830． 000． 0602．900．6310．006． 6072．9169．1830．00 7．5865．3479． 4330． 000． 0694．060．7240．007． 5862．4079．4330．00 8．7106．4791． 2010． 000． 0795．430．8320．008． 7101．7691．2010．00 10．0007．50104． 7130． 000． 0916．600．9550．0010．0001．11104．7130．00 11．4828．35120． 2260． 000． 1057．441．0960．0011．4820．54120．2260．00 注 表中每个粒度对应的 “范围内体积” 的数值， 表示该粒级与相邻上一个粒级之间具有的所有颗粒的体积分数， 以下粒度分析表格中的数据 含义相同。 表明， FS15 的粒度为 1． 905 ～ 52． 481μm， 小于 5μm 的 占 比 为 6． 13; FS21 的 粒 度 为 0． 035 ～ 15． 136μm， 小于 0． 1μm 的占比约 30， FS21 的粒 度超细的原因是选矿人员为了使绢云母与其他矿物 分离， 对含绢云母集合体矿物进行了磨细处理。由 此可见， 常规悬浮液法得到的绢云母集合体不仅纯 度不高， 而且粒度也很难保证。 2． 1． 3超声波解离 － 悬浮液法 为了考察超声波解离 － 悬浮液法的提纯效果， 本研究进行了下面的条件试验。 1 超声波振动时间对提纯效果的影响 将磁选 － 重液法得到的 60 ～80 目绢云母集合 体样品 FS11 放入烧杯中， 加入适量水， 分别振动不 同时间， 来考察超声波振动时间对粒度和提纯效果 的影响， 振动结束后将所有振动下来的细粒全部都 收集起来进行粉晶 X 射线衍射定量分析和粒度分 析， 分析结果分别见表 4 和表 5。表 4 中“FS11 － 1 上” 表示绢云母集合体样品 FS11 振动 1min 后的上 层悬浮液 ， “FS11 － 5 上” 表示绢云母集合体样品 FS11 振动 5min 后的上层悬浮液。 对比表 1 和表 4 可知， 粒度为 60 ～80 目的绢云 母 集合体样品FS11经超声波解离 － 悬浮液法振动 表 4采用超声波解离 － 悬浮液法获得绢云母集合体粉晶 X 射线衍射矿物定量分析结果 Table 4X － ray diffraction results of sericite － bearing aggregates concentrated with ultrasonic disaggregation －suspension 样品编号 绢云母集合体中矿物相对含量 绿 泥 石 绢 云 母 微斜 长石 斜长石 蒙皂石 石盐 闪石 石英 FS11 －1 上－ 634－－－－33 FS11 －5 上－ 713－－－－26 FS20 上 －111416716－－19 FS20 －20S －22377－－－－－－ FS7 －10 上16 5312－－811－ 1min 后， 绢云母的含量从原来的 28 增加到 63， 微斜长石的含量 4 保持不变。经过计算， 微斜长 石相对于绢云母的含量从原来的 12． 5 下降为 6， 石英含量从原来的 68 下降到 33。粒度为 60 ～80 目的绢云母集合体样品 FS11 经超声波解离 － 悬浮液法振动 5min 后， 绢云母的含量从原来的 28增加到 71， 经过计算， 微斜长石相对于绢云 母的含量从原来的 12． 5 下降为 4， 石英含量从 原来的 68下降到 26。说明延长振动时间会使 206 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 绢云母的含量提高， 这主要是因为石英和微斜长石 的粒度比绢云母稍大， 延长振动时间即延长了石英 和微斜长石的沉降时间， 会使悬浮液中更多的石英 和微斜长石沉淀下来， 进而提高了悬浮液中绢云母 的纯度。 表 5采用超声波解离 － 悬浮液法获得绢云母集合体激光粒度分析结果 Table 5Grain sizes measured by laser particle size analyzer for sericite － bearing aggregate concentrated with ultrasonic disaggregation － suspension 样品 FS11 －1 样品 FS11 －5 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 1．096－11． 482－1．096－11．482－－－ 1．2590． 0013． 1839． 041．2590．0013．1839．27－－ 1．4450． 0015． 1369． 011．4450．0015．1369．26－－ 1．6600． 0017． 3788． 551．6600．0017．3788．78－－ 1．9050． 0019． 9537． 691．9050．0019．9537．87－－ 2．1880． 0122． 9096． 552．1880．0122．9096．67－－ 2．5120． 1226． 3035． 262．5120．1226．3035．28－－ 2．8840． 3130． 2003． 982．8840．3130．2003．90－－ 3．3110． 6534． 6742． 813．3110．6434．6742．61－－ 3．8021． 1139． 8111． 853．8021．1039．8111．49－－ 4．3651． 7445． 7091． 114．3651．7445．7090．54－－ 5．0122． 5352． 4810． 475．0122．5452．4810．00－－ 5．7543． 4860． 2560． 035．7543．5160．2560．00－－ 6．6074． 5769． 1830． 006．6074．6369．1830．00－－ 7．5865． 7379． 4330． 007．5865．8179．4330．00－－ 8．7106． 8891． 2010． 008．7107．0091．2010．00－－ 10．0007． 88104． 7130． 0010．0008．05104．7130．00－－ 11．4828． 64120． 2260． 0011．4828．85120．2260．00－－ 样品 FS20 上 －1 样品 FS20 －20S －2 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 粒度 μm 范围内体积 1．09611． 4820．142－1．002－7．096－ 1．2590． 0013． 1834． 720．1590．001．1250．497． 9626．71 1．4450． 0015． 1363． 370．1780．001．2620．538． 9346．34 1．6600． 0117． 3782． 220．2000．001．4160．6310．0245．80 1．9050． 4519． 9531． 330．2240．001．5890．7911．2475．10 2．1881． 2122． 9090． 640．2520．001．7831．0512．6194．33 2．5122． 3126． 3030． 100．2830．002．0001．3814．1593．52 2．8843． 6730． 2000． 000．3170．002．2441．8115．8872．74 3．3115． 1634． 6740． 000．3560．002．5182．3217．8252．04 3．8026． 6439． 8110． 000．3990．032．8252．9120．0001．44 4．3657． 9645． 7090． 000．4480．113．1703．5622．4400．97 5．0129． 0052． 4810． 000．5020．263．5574．2425．1790．61 5．7549． 6460． 2560． 000．5640．353．9914．9328．2510．37 6．6079． 8069． 1830． 000．6320．424．4775．5731．6980．21 7．5869． 4679． 4330． 000．7100．475．0246．1335．5660．09 8．7108． 6591． 2010． 000．7960．485．6376．5639．9050．04 10．0007． 51104． 7130． 000．8930．486．3256．8144．7740．00 11．4826． 14120． 2260． 001．0020．487．0966．8750．2380．00 从表 5 粒度分析可知， 超声波解离 － 悬浮液法 得到的绢云母集合体样品“FS11 － 1 上” 振动 1min 的粒度在 1． 905 ～60． 256μm 之间 ， “FS11 － 5 上” 振动 5min 的粒度在 1． 905 ～45． 709μm 之间， 说明延长振动时间会使较大颗粒的绢云母集合体进 一步解离。操作时应随时观察解离效果， 一般振动 的瞬间就会有细粒矿物解离下来， 悬浮液立刻变浑 306 第 6 期张彦 40Ar/39Ar 定年矿物绢云母的提纯研究 第 38 卷 ChaoXing 浊， 这时应及时收集解离下来的细粒矿物。粒度分 析结果说明了李贺臣 ［35 ］提出的超声波振动时间 10min 是不合适的， 会使绢云母进一步解离成更细 小的颗粒， 可能会造成39Ar 核反冲丢失。 2 悬浮液沉淀时间对提纯效果的影响 为了考察样品经超声波解离后， 悬浮液沉淀时 间对提纯效果的影响， 对 60 ～80 目的绢云母集合体 样品 FS20 进行了 2 次实验。第一次是超声波振动 1min， 悬浮液不沉淀全部收集起来， 然后再振动 1min， 重复前面操作， 直到烧杯中不再有细粒矿物被 振动下来， 将几次的悬浮液合并在一起摇晃均匀， 然 后取悬浮液的上半段进行粉晶 X 射线衍射定量分 析和粒度分析， 样品编号为“FS20 上 －1” 。第二次 是超声波振动 20s， 悬浮液不沉淀全部收集起来， 然 后再振动 20s， 重复前面操作， 直到烧杯中不再有细 粒矿物被振动下来， 将几次的悬浮液合并在一起摇 晃均匀， 然后悬浮液沉淀 10min， 取悬浮液的中上段 进行粉晶 X 射线衍射定量分析和激光粒度分析， 样 品编号为“FS20 －20S －2” 。上述粉晶 X 射线衍射 定量分析结果见表 4， 激光粒度分析结果见表 5。 从表 4 可知， 悬浮液沉淀 10min 后， 样品 FS20 中的绢云母含量从未沉淀的 41 FS20 上 － 1 增 加到 77 FS20 － 20S － 2 ， 未经超声波处理的 60 ～80目样品 FS20 中的绢云母含量为28 表1 ; 微斜长石的含量从未沉淀的 6 FS20 上 －1 降低 到 0 FS20 －20S －2 ， 未经超声波处理的 60 ～80 目 样品 FS20 中的微斜长石含量为 4 表 1， 经计算， 微斜长石相对于绢云母的含量为 12． 5 ; 石英含 量从未沉淀的 19 FS20 上 －1 降低到 0 FS20 － 20S －2 ， 未经超声波处理的60 ～80 目样品 FS20 中 的石英含量为 42 表 1 。说明延长沉降时间会 使石英和微斜长石的含量大幅下降， 甚至为 0。 X 射线衍射定量分析结果说明了李贺臣［35 ］提出的 把全部悬浮液都收集起来是不合适的， 悬浮液中仍 然含有微斜长石和石英等细粒矿物， 延长沉降时间 会使粒度稍大的石英和微斜长石更多地沉淀到底 部， 而使悬浮液上部的绢云母纯度大大提高。 从表 5 可知， 绢云母集合体样品 FS20 －20S －2 的粒度在 0． 356 ～ 39． 905μm、 0． 356 ～ 1μm 之间的 部分占 3． 08， 在 1 ～5μm 之间的部分占 36． 34， 大于 5μm 的部分占 60． 58， 绢云母的粒度大于 1μm 的部分约占 95以上。 2． 1． 4三种提纯方法小结 通过以上三种方法提纯效果的比较， 可以看出 超声波解离 － 悬浮液法的提纯效果比较好， 通过控 制超声波的振动时间和悬浮液的沉降时间可以大幅 提高绢云母的纯度， 微斜长石的含量大幅降低， 甚至 为 0。通过条件试验可知， 超声波的振动时间越短 越好， 因样品的质地不同， 要随时观察超声波的解离 效果， 及时倒出被解离下来的矿物， 然后加水再继续 振动， 直到不再有矿物被振动下来为止。悬浮液的 沉降时间以 10min 为宜， 如果沉降 10min 后上层悬 浮液中的样品量太少， 可以适当缩短沉降时间。 2． 2绢云母粒度与39Ar 核反冲丢失量的关系 以上实验结果说明了超声波解离 － 悬浮液法处 理石英和微斜长石的效果比磁选 － 重液法和常规悬 浮液法都要好， 多个样品经超声波解离 － 悬浮液法 处理后粒度均大于 0． 356μm， 大于理论估算的39Ar 核反冲距离 0． 08μm［15 ］。尽管如此， 本研究还需要 对如此细粒的绢云母是否适合40Ar/ 39Ar 测年进行 讨论。 2． 2． 1 40Ar/39Ar 测年法粒度与39Ar 核反冲丢失量 关系的研究 此前已有国外研究人员对40Ar/ 39 Ar 年龄与粒 度的关系进行了研究 ［15， 18， 24 ］。Fred 等［18 ］对国外常 用的40Ar/ 39Ar 年龄标样 Fish Canyon 透长石进行了 粒度与年龄关系的研究， Fish Canyon 透长石的标准 年龄是 28． 02Ma。Fred 等 ［18 ］将 Fish Canyon 透长石 破碎筛分成不同粒级 表 6 ， 每个粒级分成 5 ～6 份 进行阶段升温或一次全熔40Ar/ 39Ar 年龄测试， 结果 见表 6 表中年龄数据为每个粒级40Ar/ 39Ar 阶段升 温总气体年龄和一次全熔年龄的加权平均结果 。 从结果来看， 各粒级的年龄差别不是很大， 即使粒度 小于 5μm 也没有明显的核反冲丢失现象 虽然粒度 ＜5μm 的年龄略大于标准年龄， 但是从原文的年龄 谱图可以看出粒度 ＜5μm 的各阶段年龄误差很大， 可能是样品量太小的原因 。 此外， Dong 等 ［15 ］对不同结晶度的黏土矿物伊 利石进行了激光40Ar/ 39 Ar 阶段升温测年实验。实 验结果表明， 结晶度指数为 0． 17 的浅变质伊利石 2M1多型 样品的结晶程度好， 晶格没有位错， 晶片 平均厚度为 0． 1μm， 其真空密封核辐照40Ar/ 39Ar 年 龄与其常规40Ar/ 39Ar 年龄基本一致， 且与变质事件 的年龄基本一致， 对应的39Ar 核反冲丢失率为 0． 82 ～ 0． 99， 39 Ar 核反冲丢失可以忽略不计。 结晶度指数为 0． 4 ～0． 84 的近变质和成岩伊利石样 品发生晶格位错的比例较高， 晶片平均厚度为 0． 01μm或更小， 其常规40Ar/ 39Ar 年龄比真空密封核 406 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 辐照40Ar/ 39Ar 年龄老， 对应的39Ar 核反冲丢失率为 10． 5 ～ 31． 73。Dong 等 ［15 ］认为伊利石的核反 冲丢失量与伊利石的结晶度有关， 结晶程度低， 晶格 空位和晶格位错的比例就高， 晶格空位和晶格位错 为39Ar 核反冲丢失提供了大量的通道， 因此39Ar 核 反冲丢失的比例就高。 另外， 结晶程度低， 晶片的平均厚度就小， 39Ar 发生核反冲丢失的比例就高， Dong 等 ［15 ］提出了一 个简单的模型来解释伊利石晶片厚度与39Ar 核反冲 丢失率的关系， 其原理是 伊利石为 2 ∶ 1 型结构的 黏土矿物， 每个 2 ∶ 1 结构层的厚度是 0． 001μm， 每 个 2 ∶ 1 结构层有 2 个附着 K 的面。对于晶片厚度 为 0． 01μm 的伊利石片， 它由 10 个 2 ∶ 1 结构层组 成， 有20 个含有 K 的面， 其中有2 个面是暴露的而 且 K 的联接力比较弱， 在这 2 个面上产生的39Ar 很 容易发生核反冲丢失， 丢失率为 10 2/20 。对于 晶片厚度为 0． 1μm 的伊利石片， 它由 100 个 2 ∶ 1 结构层组成， 有 200 个含有 K 的面， 其中有 2 个面 是暴露的， 在这 2 个面上产生的39Ar 丢失率为 1 2/200 。这一模型与实验结果很一致， 例如前述 结晶度指数为0． 17， 晶片平均厚度为0． 1μm 的浅变 质伊利石的39Ar 核反冲丢失量为 0． 82 ～0． 99。 前述结晶度指数划分标准为 IC ＞0． 43、 IC 0． 43 ～ 0． 26、 IC ＜ 0． 26 分 别 代 表 伊 利 石 处 于 成 岩 期 diagenetic grade 、 近变质期 anchizone grade 和浅 变质期 epizone grade 。 表 6 Fish Canyon 透长石不同粒级40Ar/39Ar 年龄结果 Table 6 40Ar/39Ar dating results for each fraction of the Fish Canyon sanidine 粒度 μm样品数量 份 年龄 Ma， 2σ ＜5628． 79 0．12 5 ～10628． 47 0．13 10 ～15628． 29 0．13 15 ～22528． 34 0．09 22 ～28628． 35 0．22 28 ～34628． 23 0．06 34 ～38528． 47 0．08 38 ～53528． 14 0．03 2．2． 2超声波解离 － 悬浮液法得到的绢云母集合 体粒度与39Ar 核反冲丢失量的关系 从 Dong 等 ［15 ］的分析可知， 对于晶片平均厚度 为 0． 1μm、 结晶程度好、 晶格没有空位和位错的浅 变质伊利石矿物， 39 Ar 核反冲丢失可以忽略不计。 绢云母的结构与伊利石的结构相似， 都是 2 ∶ 1 型层 状结构硅酸盐， 绢云母层间 K 比伊利石多， 因而层 间联接更强， 结晶程