40Ar/39Ar 测年参考矿物 ZBH-25 黑云母的互校

《Journal of Geochemical Exploration》：Intercalibration of 40Ar/39Ar dating reference mineral ZBH-25 biotite

　　

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  参考矿物 ZBH-25 黑云母的单颗粒 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 年龄表现出过度离散。
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  分层和黑云母中的绿泥石共生体增加了 ³⁹Ar_K 的反冲损失。
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  ZBH-25 黑云母不是激光熔融 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 测年的理想参考矿物。

引言

⁴⁰Ar/³⁹Ar 方法在地层学和热年代学中被广泛使用。一个具有独立已知且精确年龄认知的参考矿物至关重要，因为它作为样本在辐照期间接收的积分中子通量的间接度量（例如，Merrihue 和 Turner, 1966; Baksi 等人, 1996）。未知样本的年龄是相对于参考矿物的年龄计算的，这要求监测矿物具有致密且可重现的年龄，特别是在颗粒水平上的均匀性。

黑云母被广泛用作校准其他标准年龄的主标准，因为它可以在炉中完全脱气，从而允许准确的 K-Ar 年龄测定（Renne 等人, 1998; McDougall 和 Wellman, 2011）。ZBH-25 黑云母已被确立为 KAr 测年标准，其 KAr 和 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 年龄由 Wang (1983) 报道。此后，它也被广泛应用于中国的 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 测年社区（例如，Bai 等人, 2024; Chen 等人, 2002; Hu 等人, 2022; Yan 等人, 2010; He 等人, 2018; Song 等人, 2018; Zhao 等人, 2018; Weng 等人, 2025; Yu 等人, 2026）。此外，Sang 等人 (2006) 提供了关于该标准进一步分析的全面总结，确认其在 ⁴⁰Ar^? 的 15 mg 和 K 的 60 mg 样本尺寸下具有同质性，不确定度分别为 0.28% 和 0.08%。他们还建议 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 测量的最小样本尺寸约为 3.35 mg。然而，Zhou 等人 (2013) 观察到在 3-5 颗粒水平上年龄分布范围为 127 Ma 至 138 Ma，得出结论认为 ZBH-25 可能不是理想的参考矿物。

³⁹K(n,p)³⁹Ar 反应是 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 测年方法的基础。这一反应意味着 ³⁹Ar_K 的穿透距离约为 0.14 μm 至 0.18 μm（Renne 等人, 2005），这会导致 ³⁹Ar_K 在矿物颗粒内重新分布或从中丢失。反冲效应在细粒矿物和层状硅酸盐中尤为显著，如白云母和黑云母。辐照期间由于反冲从这些矿物中丢失的 ³⁹Ar_K 量超过了理论预测（Hall, 2014）。Paine 等人 (2006) 研究了 GA1550 黑云母中的 ³⁹Ar 反冲现象，发现当黑云母颗粒厚度小于 50 μm 时，对于厚度仅为 4.5 μm 的颗粒，³⁹Ar 反冲可使 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 年龄增加高达 26%。他们得出结论，这种增加是由于较薄的颗粒在相同体积下具有更高的表面积与体积比。此外，Jourdan 等人 (2007) 指出，晶体结构、晶格缺陷和分析期间热脱气等因素可能会进一步加剧 GA1550 中 ³⁹Ar_K 的损失。真空封装测量表明，GA1550 黑云母中 ³⁹Ar_K 的反冲损失超过 0.3%（Hall, 2014）。

此外，如果黑云母发生绿泥石化，它不仅会增加 ³⁹Ar_K 的反冲损失，还会导致 ³⁹Ar_K 在黑云母和绿泥石层之间重新分布，导致在阶梯加热测量期间出现不一致的 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 年龄谱（Lo 和 Onstott, 1989; Di Vincenzo 等人, 2003）。Hess 和 Lippolt (1986) 发现，黑云母内贫 K 的蚀变相共生体可导致 ³⁹Ar_K 损失范围为 0.1% 至 16%。此外，Di Vincenzo 等人 (2003) 表明，即使 1% 的层间绿泥石也可导致表观 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 年龄比真实的侵位年龄老 2-3%，而当绿泥石层间含量达到 50% 时，表观年龄可增加高达约 41%。

Wang (1983) 观察到 ZBH-25 标准在低温阶段的表观年龄增加，将此现象归因于 ³⁹Ar_K 反冲效应。此外，Sang 等人 (2006) 鉴定出该标准中存在绿泥石。尽管在过去四十年中 ZBH-25 作为参考矿物在 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 测年中被广泛使用，但由绿泥石化和 ³⁹Ar_K 反冲效应引起的年龄异质性的影响尚未得到全面阐明。为了解决这个问题，我们对原始 ZBH-25 参考材料以及经过进一步纯化的等分试样进行了矿物学分析、单颗粒激光熔融和多颗粒阶梯加热 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 测年。

章节摘要

地质背景与前期地质年代学

房山岩体位于北京房山西北部的 Zhoukoudian 地区（图 1）。该岩体呈现近乎圆形的形态，出露面积约为 52 km²（Yan 等人, 2010）。它位于太行山和华北地堑盆地的交界处。周围地层相对连续，包括来自关帝群的新太古代地层、长城系和蓟县系的中元古界地层，以及

样品制备

ZBH-25 黑云母颗粒，本文称为原始材料，显示出显著的磷灰石可见包裹体以及绿色层间。在本研究中，50 个原始 ZBH-25 颗粒通过激光熔融技术进行了测年。其中，41 个颗粒使用配备 LAS V4.9 软件的 Leica M250C 立体显微镜进行测量表面积，而其厚度则使用 ZEISS Scope A1 的显微镜载物台测定，其提供 Z 轴分辨率

EMPA 和 XRD 数据

来自一个颗粒的三个点的 K₂O 含量在 9.095% 和 9.365% 之间变化，而另外两个颗粒显示出约 9.6% 的值（表 1）。K₂O 含量较低的颗粒也显示出降低的 SiO₂ 含量，表明它可能已经经历了一定程度的蚀变或受到了不理想焦点的影响。FeO^T 含量范围为 18.24% 至 19.25%，MgO 含量范围为 11.29% 至 11.87%。Fe/(Fe + Mg) 比率在 0.463 和 0.489 之间变化。

CaO 含量

单颗粒完全熔融实验

ZBH-25 的当前阶梯加热结果与以往研究一致（Wang, 1983; Sang 等人, 2006; He 等人, 2018）。然而，所有 ZBH-25 等分试样的单颗粒熔融研究表明，该标准在颗粒水平上缺乏显著的年龄重现性。Zhou 等人 (2013) 对 3-5 个 ZBH-25 颗粒进行了激光测年，产生了相似的年龄分布。他们认为过量的氩导致了观察到的年龄

CRediT 作者贡献声明

施文北：写作 - 原稿，可视化，验证，资源，方法论，调查，资金获取，正式分析，数据整理，概念化。王飞：写作 - 回顾与编辑，监督，资源，方法论，调查，资金获取。张志勇：资源，方法论，调查。王银枝：验证，方法论，正式分析，数据整理。张丹平：方法论，调查。郭倩：方法论，调查。杨列坤

未引用的参考文献

Heizler, 2001

Jourdan 和 Renne, 2007

McDougall 和 Harrison, 1999

Turner 和 Cadogan, 1974

竞争利益声明

作者声明我们与提交的工作不存在任何代表利益冲突的商业或附属利益。

致谢

本研究由 国家自然科学基金（41903050，41930106）和 中国科学院地质与地球物理研究所实验技术创新基金 联合资助，资助号T201904。感谢中国科学院地质与地球物理研究所土体结构与矿物学实验室的 Hu B 和自然资源部深地动力学重点实验室的 Zheng Y

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