Phương pháp phân tích argon 40 argon 39

phương pháp argon 40-argon 39
(39Ar-40Ar)
8.1 Giới thiệu phương pháp
Phương pháp này được phát triển nhằm khắc phục hạn chế của phương pháp
K-Ar, vì phương pháp K-Ar chỉ được sử dụng rộng rÃi để phân tích đối với những
trường hợp đá được kết tinh tương đối nhanh và chưa bị biến chất như các đá phun
trào. Bên cạnh đó, phương pháp K-Ar là để lại một sai số lớn về kết quả tuổi của
nó, đó là một tuổi biểu kiến, do tuổi thu được không thể xác định được lượng Ar
thừa hoặc mất trong hệ đồng vị của mẫu xem xét. Sự không chính xác này thường
xảy ra đối với trường hợp các đá có một lịch sử phức tạp, ví dụ như các đá biến
chất hoặc biến chất chồng. ưu điểm của phương pháp 39Ar-40Ar là nó giải quyết sự
thiếu chính xác này của phương pháp K-Ar. Với phương pháp Ar-Ar không hoàn
toàn cho kết quả chính xác 100% nhưng có thể có được độ chính xác lớn hơn hẳn.

Nó còn là một phương tiện hữu hiệu để tái lập lịch sử nhiệt mà một đá đà trải qua,
nhờ đó nhiều vấn đề của địa chất được giải thích đầy đủ hơn.
Thực tế phương pháp 39Ar-40Ar là sự cải tiến của phương pháp K-Ar nhưng
nguyên lý của nó đà được đề xuất từ 30 năm trước đây. Những người phát minh
đầu tiên ra phương pháp này phải kể đến, Amstrong (1959). Vào thời điểm đó,
chính ông đà nghĩ ra sự áp dụng kỹ thuật kích hoạt nơtron trong việc xác định tuổi.
Theo đó, mẫu khoáng vật đà biết được đặt trong một dòng nơtron nhiệt, khi đó hai
phản ứng hạt nhân chính xảy ra:
40
18

Ar (n, )1841 Ar

36
18

37
Ar (n, )18
Ar

Các đồng vị 41Ar và 37Ar được tạo ra do kích hoạt lại là đồng vị có bản chất
phóng xạ ứng với thời gian sống rất ngắn trong vòng 1,82 giờ và 35,1 ngày tương
ứng. Chúng chuyển đổi thành
41

18

41
19

K và

37
17

Cl theo phản ứng sau:

41
Ar
19 K (phóng xạ )

37
18

Ar
1737 Cl (bắt điện tử)

Hoạt độ của 37Ar cần phải tính để hiệu chỉnh sự hỗn nhiễm của 36Ar và hiệu
chỉnh lượng Ar khí quyển. Hoạt độ 41Ar có được bằng tính toán tổng lượng 40Ar
(40Ar sinh ra do phóng xạ + 40Ar khí quyển). Việc xác định hàm lượng K dựa trên
phản ứng sau đây:
41

K (n,) 42K

Đồng vị 42K là đồng vị phóng xạ và sinh ra

42
20

Ca trong quá trình phóng xạ - trong

12,4 giờ.
42
19

K

42
20

Ca

Nguyên lý này có thể áp dụng cho các mẫu chứa ít hoặc không có Ca vì nó
đòi hỏi sự hiệu chỉnh khá phức tạp.
Có thể nói phương pháp 39Ar -40Ar được xem như một mũi nhọn trong việc
xác định tuổi. Ưu điểm của nó sẽ được đề cập trong trong các ví dụ trình bày ở
phần sau.

8.2 Nguyên lý phương pháp 39Ar-40Ar
Phương pháp này dựa trên hoạt độ của dòng nơtron nhanh. Để xác định các
đồng vị có được trên cơ sở tính toán hoạt độ của các đồng vị phóng xạ bằng việc
đo các phổ (spectre) của các tỉ số của các khối lượng này. Các khoáng vật (mẫu)
chưa biết tuổi và mẫu chuẩn (standard) có tuổi đà biết được đặt trong một ống
thạch anh đà được hút chân không. Hệ mẫu và chuẩn được kích hoạt trong 24 giờ
dưới một dòng nơtron có cường độ khoảng 1013-1014 n/cm2/s. Nhằm đảm bảo có
dòng đồng nhất trên toàn bộ lô mẫu, các mẫu kích hoạt trong lò phản ứng được đặt
trên một giá đỡ quay, mỗi lớp chứa khoảng 14-16 mẫu.
Đồng vị argon nhân tạo được sinh ra là kết quả của sự kích hoạt 39K theo
phản øng sau:

39
19

39
K (n, ρ )18
Ar

øng víi mét thiÕt diƯn dßng nơtron từ 80 đến 100 mbarn.
39
19

Ar tự nó đà là một đồng vị phóng xạ nhưng thời gian bán rà là 265 năm đủ

dài để có thể bỏ qua các sai sè trong phÐp ®o cđa mét khèi phỉ kÕ:


39


39
Ar
K

ưu điểm của phương pháp này là các 40Ar ,36Ar và 39Ar có thể đo được bằng

khối phổ trong cùng một phân tích. Hơn thế nữa, khối lượng của argon 39 là một
hàm của khối lượng Kali tổng, chỉ cần một phân tích khối phổ có thể đủ để xác
định tỉ số K/Ar, một thông số quan trọng của phương trình tuổi.
Khác với phương pháp K-Ar, để có được tỉ số này phải tiến hành đo bằng
hai phương pháp, trong đó Ar phải đo bằng khối phổ kế và K phải đo riêng bằng
phương pháp hóa thông thường.
Biết chính xác về lượng 39Ar sinh ra là điều rất cần thiết, chính vì thế người
ta đà thiết lập phương trình sau đây sử dụng với mẫu chuẩn có tuổi đà biết được
kích hoạt đồng thời với mẫu cần xác định tuæi:
39

ArS = 39 K∆T ∫ φ E σ E d E (8.1)

39

hc:

Ars = 39K∆TI
∞

I = ∫ φ Eσ E d E

với

0

trong đó 39K là số nguyên tử 39K trong mẫu chuẩn, 39Ars là số nguyên tử 39Ar trong
mẫu chuẩn, E Năng lượng dòng, E thiết diện chiếm của phản ứng 39K 39Ar tại
năng lượng E, T thời gian kích hoạt.
Như vậy khối lượng (40Ar*) sinh ra từ phóng xạ 40K trong tự nhiên tương ứng

40
sẽ là:
Ar = 40 K ε (e λt − 1) (8.2)
λ
s

trong ®ã: λ = λε + λ β ; λ b»ng tỉng cđa λε (hằng số của phóng xạ
ứng bắt điện tử trở thành

40
18

Ar ) và hằng số phóng xạ thành

40
20

40

19

K do phản

Ca . Các giá trị

và được đưa ra ở bảng 8.1 của chương trước ; tS: tuổi đà biết của mẫu chuẩn.
Kết hợp (8.1) và (8.2) ta được phương trình sau:
40

Ar
=

39
Ar

(

)

K 1 e t s 1
39
1
Kλ ∆T

40

(8.3)


Phương trình này chứa tích phân nên việc giải nó khá phức tạp, hơn nữa tỉ
số 39K/40K là không đổi do vậy để giải phương trình này chúng ta đặt:
J=

K
Ti
K

39
40

thay J vào phương trình (8.3) ta được:
e t s 1
J = 40 ∗ 39
Ar / Ar

MÉu chuÈn ®· biÕt tuổi và mẫu cần phân tích đều được kích hoạt cùng nhau
nên chúng đều chịu ảnh hưởng cùng điều kiện kích hoạt như nhau, do vậy đại
lượng J của chúng là bằng nhau. Khi đó, có thể giải phương trình tuổi bằng cách

kết hợp các kết quả từ mẫu chưa biết tuổi và mẫu chuẩn đà biết tuổi. Công thức
tính ti ci cïng lµ nh­ sau:

t i = ln 1 +
λ 
1

(

40

)(

)

Ar ∗ / 39Ar i e λt s − 1
(8.4)
40
Ar / 39Ar s


(

)

ở đây: s- biểu thị cho tỉ số 39Ar/40Ar của mẫu chuẩn tuổi đà biÕt ; i - biĨu thÞ cho tØ
sè 39Ar/40Ar cđa mÉu ch­a biÕt ti.

8.3 HiƯu chØnh argon khÝ qun vµ sự hỗn nhiễm của các khối lượng argon
khác
Với phương pháp K-Ar, viƯc hiƯu chØnh argon khÝ qun dùa trªn viƯc đo
36
Ar vì 40Ar/36Ar trong khí quyển có giá trị không đổi = 295,5.
Tuổi tính được từ phương trình (8.4) sẽ có ý nghĩa với điều kiện là phải hiệu
chỉnh lượng argon khÝ qun tham gia vµo mÉu vµ ti chØ có thể có giá trị nếu như
mẫu phân tích không chứa Ca hoặc có tỉ số K/Ca cao. Ngoài ra trong quá trình kích

hoạt cần phải tính đến một loạt các yếu tố hỗn nhiễm đồng vị có thể làm thay đổi
khối lượng cần tính. Sự hỗn nhiễm argon liên quan đến sự có mặt của Ca và K
được xác định theo các phản ứng trình bày trong bảng (8.1) dưới đây:


Bảng 8.1: Sự phổ biến tự nhiên của đồng vị được sinh ra do kích hoạt
Qúa trình phóng xạ

Argon sinh ra do kích hoạt

Thiết diện của phản ứng

Phóng xạ từ Ca
40
20

Ca (n,n α )

42
20

Ca (n, α )

Ar (a)

96,941 (%)

0,2 (barns)

Ar (b)

0,647 (%)

4,0 (barns)

36

18
39
18

Phãng x¹ tõ K
40
19

0,011672 (%)

40
K (n,p ) 18

Ar (c)

Những sản phẩm hạt nhân không mong muốn này được đưa ra trên biểu đồ hình
8.1.

Hình 8.1: phổ khối lượng của các đồng vị argon với nguồn gốc khác nhau (tỉ lệ
giữa các khối lượng là tương đối).
Sự hiệu chỉnh các khối lượng 36, 39 và 40 của Ar phải thông qua một phản
ứng khác của Ca như sau:
40
20

37
Ca (n, ) 18
Ar

Phản ứng này có được bằng kích hoạt mét mi canxi nguyªn chÊt nh­
CaF2, chóng ta cã thĨ đo được các tỉ số 39Ar/37Ar và 40Ar/37Ar. Cần chú ý 37Ar là
đồng vị phóng xạ và phân rà với thời gian bán huỷ là 35,1 ngày, do vậy cần ®o ®é
cao cđa pic 37Ar ngay sau khi kÕt thóc kích hoạt.
Việc tính độ phóng xạ thường sử dụng theo c«ng thøc:


37

Ar0 =

37

Ard .e λ37t .λ37 t i
1 − e −λ37ti

trong đó: 37Ar0 = khối lượng 37Ar sinh ra tại cuối quá trình kích hoạt ; 37Ard = khối
lượng đo được trên ngày phân tích ; t = thời gian kích hoạt ; ti = khoảng thời gian
từ sau khi kích hoạt và trước khi phân tích ; 37 = hằng sè phãng x¹ cđa 37Ar =
0,01974 d-1.

Nh­ vËy chóng ta có thể xác định 39Ar/37Ar0 và 36Ar/37Ar0 từ việc kích hoạt
muối và đưa vào hiệu chỉnh trên các tỉ số tương ứng của các mẫu. Sự hỗn nhiễm
khối lượng sinh ra tõ 40K theo kiĨu ph¶n øng (c) ë b¶ng 8.1 được hiệu chỉnh bằng
kích hoạt và phân tích một muối K tinh khiết như K2SO4 hoặc KF. Khi đó, việc
hiệu chỉnh 40Ar/39Ar có thể xác lập từ phân tích này và nó luôn không đổi nên các
đặc tính của sự kích hoạt là như nhau.
Khối lượng của 40Ar do kích hoạt từ 40K có thể được tính và trừ đi từ 40Ar
tổng theo cách tương tự như với 40Ar khí quyển.
Cuối cùng, các khối lượng được hiệu chỉnh argon tõ khÝ qun hay argon
sinh ra do kÝch ho¹t cã thể diễn giải theo các phương trình sau đây:
40

Ar *= 40Ard - (40Arkq + 40ArK)
39
36

ArK = 39Ard - 39ArCa

Arkq = 36Ard - 36ArCa

trong đó: d = biểu thị cho argon đo được, * = biểu thị cho argon sinh ra từ phóng xạ
tự nhiên, kq = biểu thị cho Ar cã trong khÝ qun, Ca = biĨu thÞ Ar sinh ra do Canxi
và K = biểu thị Ar sinh ra do Kali.
Việc hiệu chỉnh này là cần thiết trong trường hợp các khoáng vật giầu Ca

hoặc chứa ít argon phóng xạ con, vì chỉ một sự biến đổi nhỏ trong các khối lượng
tính được của 36Ar sẽ dẫn tới sự thay đổi lớn về tỷ số 40Ar*/39Ar và vì vậy gây ra
thay đổi tuổi, đặc biệt với mẫu có tuổi trẻ.

8.4 Quá trình đẩy khí, cách giải thích tuổi và biểu diễn kết quả
Như đề cập ở trên, tuổi của mẫu có được bằng cách nung chảy trực tiếp sẽ lµ
mét ti biĨu kiÕn. Nã hoµn toµn gièng nh­ ti thu được từ phương pháp K-Ar


xác định bằng phương pháp hoà tan đồng vị. Ưu điểm của phương pháp này là sử
dụng tỉ số (40Ar*/ 40K) để tính tuổi. Tỉ số này có được bằng cách xác định 39Ar thay
vì xác định 40K và đồng thời chỉ tiến hành trên cùng một khối phổ mà thôi. Điều

này sẽ tránh được các sai số hệ thống do phân tích từ hai phương pháp khác nhau
như đối với phương pháp K-Ar.
Hơn thế nữa phương pháp 39Ar-40Ar cũng mang lại thông tin chính xác hơn
về phương diện định tuổi của một khoáng vật thông qua các quá trình mang tính
đổi mới: Các mẫu thay vì làm nóng chảy trực tiếp, nó được nung nóng theo từng
nấc (step), tức là nhiệt độ dùng để nung nóng mẫu được điều chỉnh tăng dần theo
những khoảng thời gian cố định, đầu tiên tại 1000C sau đó tại 1500C cho đến khi
nóng chảy mẫu. Trong quá trình nung nóng, các khí thoát ra từ mẫu bao gồm nhiều
loại khác nhau. Khi đó khí argon được làm sạch, được ion hoá rồi được ®o trªn
khèi phỉ kÕ. Khi ®o tØ sè 40Ar*/39Ar thu được sẽ tương ứng với mỗi nấc nhiệt.
Để giải thích các thông số tuổi cung cấp từ phương pháp này chóng ta h·y
sư dơng mét vµi vÝ dơ lý thut từ đó phân tích ý nghĩa của phương pháp với giả sử

mẫu phải tuân thủ các điều kiện sau đây :
a) Giá trị tuổi của một mẫu xem xét có nghĩa khi nó sự trùng hợp với một
hiện tượng địa chất thực tế, giá trị này chỉ có thể được đảm bảo nếu hệ đồng vị của
khoáng vật được giữ kín từ lúc thành tạo cho đến thời điểm xác định tuổi. Điều này
có nghĩa rằng không có sự thay đổi giữa các đồng vị mẹ và con trong ô mạng tinh
thể.
b) 39Ar được tạo ra do kích hoạt 39K phải phân bố như nhau trong ô mạng
tinh thể. Bằng nghiên cứu, người ta chỉ ra rằng quá trình kích hoạt không làm ảnh
hưởng tới ô mạng tinh thể tức là không gây ảnh hưởng tới sự phân bố đồng vị này.
Đường cong biểu thị khí giải phóng ra đối với 40Ar và 36Ar, dựng trên biểu đồ sẽ là
một hàm của nhiệt độ gia tăng, và tương tự nhau đối với cả khoáng vật bị kích hoạt
hay không.

Hai ví dụ sau đây được đưa ra để minh hoạ cho điều này.

8.4.1 Trường hợp đá không bị phá huỷ (không bị biến dạng, không biến chất)
Trước tiên, chúng ta kiểm tra trên một khoáng vật kiềm của một đá không
trải qua quá trình phá huỷ kiến tạo biến chất nào kể từ khi nó được thành tạo. Khi


đó khoáng vật được coi như một hệ kín đối với các nguyên tố phóng xạ mẹ và con,
có nghĩa là không có một sự trao đổi nào xảy ra với môi trường bên ngoài đặc biệt
đối với Ar và K. Argon sinh ra do phóng xạ được tích tụ bên trong khoáng vật
(hình 8.2). K được phân bố đồng nhất ở mọi nơi vì khi đó 40Ar* và 39Ar cũng phân
bố đồng nhất.

Hình 8.2: Biểu diễn đường cong tích tụ argon được sinh ra do phóng xạ (40Ar*)
theo thời gian trong một khoáng vật, và tuổi tương ứng trong trường hợp mẫu
không bị phá hủy (biến chất hay biến dạng) tm = T , tuổi đo được tm bằng tuổi tại
thời điểm hệ kép kín tương ứng nhiệt độ đóng của khoáng vật.
Do không có sự phá huỷ nên 40Ar* không bị thay đổi vị trí. Vì vậy có thể dự
đoán rằng tỉ số 40Ar*/ 39Ar sẽ giữ lại không đổi trên toàn tinh thể. Nếu khoáng vật
bị đẩy khÝ b»ng kü thuËt nung nãng theo tõng nÊc th× các đồng vị 40Ar* và 39Ar sẽ
giải phóng theo cùng tỉ lệ. Nếu áp dụng phương trình tuổi đà giới thiệu ở trên thì
một tuổi biểu kiến sẽ thu được tại mỗi nấc nhiệt và giá trị này là một hàm của phần
trăm tích tụ của 39Ar khi bị giải phãng ra khái mÉu do nung nãng. Mét phæ tuæi sẽ
là tập hợp của các thanh nằm ngang (hình 8.2). Tập hợp các thanh ngang này có

thể xắp xếp thành một mặt bằng phẳng khi mẫu có lịch sử nhiệt đơn giản. Tuổi này
được gọi là tuổi plateau theo người phát minh ra cách biểu diễn tuổi này.

8.4.2 Trường hợp đá bị phá huỷ (bị biến chất)
Khi đá trải qua quá trình biến chất-kiến tạo, các khoáng vật xem xét bị phá
huỷ và đồng thời bị nung nóng. Các khoáng vật sẽ bị ảnh hưởng sự cố nhiệt này
theo mức độ khác nhau: Sự ảnh hưởng này tuỳ theo mức độ tác động (biến dạng đi


cùng với gia tăng nhiệt) của sự cố, có thể bắt đầu từ tái kết tinh cho tới tái kết tinh
hoàn toàn. Khi đó 40K tức 39Ar tương ứng (tạo thành trong quá trình kích hoạt) sẽ
bị thay đổi nhỏ vỊ vÞ trÝ, cịng nh­ vËy 40Ar cịng bÞ thay đổi sang vị trí mới. Các

phân tử sẽ lan truyền trong suốt quá trình biến chất, đặc biệt trong vùng lân cận
của những khuyết tật của tinh thể.
Để giải thích quá trình đẩy khí trong một khoáng vật, người ta ®Ị xt ba
kiĨu vÞ trÝ cđa 40Ar* trong tinh thĨ bị biến chất như sau:
a) Ví trí ở bên ngoài rìa tinh thể, các chỗ khuyết tật của tinh thể, các mặt
khe nứt cơ học và những vị trí cát khai của mạng tinh thể : 40Ar tìm được tại các vị
trí này không được lưu giữ chắc như tại các vị trí khác trong nhân của ô mạng. Xét,
theo quan điểm về thế năng thì các nguyên tố argon nằm trong các vị trí này đà bị
kích hoạt và nhẩy lên các mức có thế năng cao, do đó rất dễ bị đẩy ra ngoài cấu
trúc ô mạng, vì vậy khi bị nung nóng, chỉ cần một lượng nhiệt tương đối thấp, các
argon tại các vị trí này sẽ bị đẩy ra ngoài trong thời kỳ nhiệt độ thấp, giai đoạn đầu
tiên trong quá trình nung nóng, tuổi thu được tương ứng với các nấc nhiệt độ thấp

ban đầu.
b) Vị trí bên trong ô mạng tinh thể khoáng vật nhưng với khả năng di
chuyển linh động cao như tại mặt của tinh thể, tiếp xúc giữa các mặt hay các hạt,
hay trong các khoảng trống nằm giữa cấu trúc tinh thể: Trong trường hợp này phải
cần một năng lượng (nhiệt độ nung nóng) lớn hơn thì mới có thể lấy được Ar từ các
vị trí này ra khỏi khoáng vật.
c) Các vị trí với khả năng lan truyền thấp như trung tâm của ô mạng tinh
thể và hay trong các đới không bị phá hủy : Tại những vị trí này thường giải phóng
argon vào thời điểm cuối cùng, có nghĩa là đòi hỏi một năng lượng cao hơn hẳn,
trong thực nghiệm những argon này thường được giải phóng giữa khoảng 850 9000C và thời điểm khoáng vật nóng ch¶y.

Hình 8.3: Mô hình lý thuyết giải thích tuổi đối với trường hợp mẫu bị biến chất.
Giả sử mẫu bị tác động bởi pha có nhiệt độ và áp suất thấp khi đó chỉ những argon
ở vị trí năng lượng thấp (Ia) mới bị ảnh hưởng. Giả sử tO là thời điểm mẫu kết tinh
và t1 là thời điểm bị tác động bởi pha biến chất. Theo hình Ib, 0 là thời điểm hiện
tại, trục Y tương ứng với lượng argon tÝch tơ. Khi ®ã, øng víi pha nhiƯt ®é thấp thì
argon tích tụ trong khoảng từ tO - t1 sẽ bị giải phóng hoàn toàn và sau đó lại tiếp tục
tái tích tụ lượng argon tương ứng với giai đoạn nhiệt độ thấp đó, trong khi tuổi thu
được là tuổi của quá trình biến chất. Trong quá trình biến chất này, các argon tích
tụ tại các vị trí có năng lượng cao của tinh thể sẽ không bị tác ®éng, ti thu ®­ỵc


sÏ t­¬ng øng víi ti kÕt tinh (t­¬ng øng víi giai đầu). Tuổi của các pha này được

trình bày trong biểu đồ phổ tuổi hình 8.3.A, trong đó tuổi được biểu diễn theo trục
tung và lượng argon tích tụ được giải phóng khi bị nung nóng được biểu diễn theo
trục hoành (39Ar).
Kết quả của sự phá huỷ là sự tái ph©n bè 40Ar* trong cÊu tróc tinh thĨ. Khi
nung nãng dần khoáng vật này, nó giải phóng trước tiên các argon ở vị trí có mức
năng lượng thấp tức là argon ở vị trí bị phá huỷ nhiều nhất liên quan đến sự cố
nhiệt kiến tạo. Trong trường hợp mẫu bị tái lập lại từng phần hệ argon thì tuổi thu
được sẽ phản ánh cả hai pha biến dạng, trong đó lượng argon giải phóng ở khoảng
nhiệt độ thấp sẽ tương ứng với tuổi của pha biến chất nhiệt độ thấp muộn hơn về
sau. Còn lượng argon giải phóng ở nhiệt độ cao sẽ tương ứng với pha biến dạng
trước đó. Hiện tượng này được giải thích chi tiết trong ví dụ lý thuyết trình bày ở
hình 8.3. Hình 8.4 là ví dụ thực tế khi xác định tuổi của các đá mylonit trong đới

siết trượt Trà Bồng, kết quả xác định cho thấy, tuổi phản ảnh hai pha nhiệt kiến tạo
đà tác động lên mẫu. Quá trình đầu tiên đi với sự hình thành đá mylonit này vào
243 triệu năm, sau đó bị ảnh hưởng của hoạt động xâm nhập Yến Sơn vào 70 triệu
năm.

Hình 8.4: Mẫu đá mylonit bị biến dạng ở nhiệt độ thấp [Vũ Văn Tích, 2004].
Trong trường hợp sự cố biến chất-kiến tạo xảy ra rất mạnh gây nên tái lập
lại hoàn toàn tất cả các vị trí của K và Ar trong cấu trúc ô mạng tinh thể, khi đó
tuổi có được tại nhiệt độ thấp tương ứng với tuổi của sự phá huỷ. Tuy nhiên vẫn có
những vị trí trong ô mạng có khả năng lưu trữ argon cao vì vậy phải cần nhiƯt ®é

cao hơn nữa để giải phóng argon. Do khả năng lưu trữ argon cao của những vị trí
này, nên tinh thể vẫn không trải qua sự mất argon hoàn toàn trong quá trình tác
động nhiệt và khi đó cho ra các giá trị tuổi tương ứng với sự khép kín đầu tiên của
cấu trúc tinh thể (hình 8.3). Như vậy, một khối lượng tối đa các thông tin về lịch sử
của một khoáng vật có thể có được dưới các điều kiện lý tưởng.
Trong một số trường hợp, một khoáng vật bị phá huỷ có thể có tất cả các vị
trí bị đặt lại về không, tạo ra một tuổi plateau mà có thể ghi nhận từ nhiệt độ thấp
lên tới khi khoáng vật bị nóng chảy (hình 8.5).

Hình 8.5: Mô hình cho mẫu bị tác động bởi pha biến chất nhiệt độ cao. Cách biểu
diễn hình thể hiện quá trình tích tụ argon và cách biểu diễn tuổi tương tự như trong
hình 3. Tuy nhiên do bị tác động bởi pha nhiệt độ cao nên argon ở tất cả các vị trí

(mức năng lượng thấp và cao) đều bị giải phóng sau đó tái tích tụ trở lại và tuổi thu
được tương ứng với tuổi của pha biến chất biến dạng này.
Tình huống này được tính đến khi mà các đá trải qua một biến cố nhiệt biến
chất-kiến tạo rất mạnh. Nếu một cấu trúc khoáng vật bị tái thiết lập sau một sự cố
và hệ đồng vị được giữ kín, đồng vị argon một lần nữa được tích tụ trở lại. Khi đó,
dáng điệu của phổ tuổi không có dấu hiệu bị tác động một biến cố nhiệt nào. Trong
trường hợp hệ không hoàn toàn đặt về không thì chúng ta có thể thấy rõ hơn khi
kết hợp với phương pháp xác định tuổi khác. Ví dụ hình 8.6 thể hiện rõ vấn đề này,
trong đó, tuổi của muscovit từ đá orthogneiss của vòm biến chất Sông Chẩy cho
tuổi biến chất vào 236 triệu năm, trong khi tuổi xâm nhập granit trước khi bị biến

chất là 428 triệu năm (có được bằng phương pháp U-Pb). Như vậy muscovit mới
hình thành trong đá orthogneis cho tuổi của pha biến chất chứ không phải tuổi của
pha xâm nhập. Và pha biến chất này đà tái đặt lại hoàn toàn hệ argon của đá granit
trước đó.

Hình 8.6: Tuổi của muscovit từ đá orthogneis trong vòm biến chất Sông Chẩy [
Maluski và nnk, 2001].
Nếu một sự kiện nhiệt biến chất-kiến tạo không đủ mạnh để tạo ra một sự
mất toàn bộ argon trên tất cả các vị trí, tuổi đo được sẽ nằm giữa tuổi xâm nhập và
tuổi biến chất. Tuổi thu được cần phải kiểm tra bằng các phương pháp khác.

8.5 Vấn đề thừa argon trong khoáng vật

Như đà chỉ ra trong chương trước, sự thừa argon trong khoáng vật là một
vấn đề tồn tại trong việc giải thích kết quả của phương pháp K-Ar. Vì vậy chúng ta
sẽ quay lại phương pháp 39Ar - 40Ar víi hy väng r»ng kü tht ®Èy khÝ tõng phÇn sÏ


cung cấp một phương tiện có thể phân tách được argon thừa (lượng argon đà thêm
vào tổng lượng argon tạo thành do phóng xạ của 40K trong tự nhiên.
Một vài ví dụ chỉ ra rằng argon thừa được giải phóng tại các nhiệt độ khác
nhau mà các phương pháp khác không cho phép phân biệt giữa một kiểu argon
thừa và argon sinh ra do phóng xạ. Theo nghiên cứu, phần argon thừa được giải
phóng trước tiên tại nhiệt độ thấp, sau đó tại nhiệt độ cao các Ar sinh ra do phóng
xạ mới giải phóng, tuổi gần nhất với tuổi thực được tìm thấy tại nhiệt độ trung

bình. Kết quả này cho phổ tuổi có dáng điệu hình chữ U. Phần lớn các khoáng vật
plagiocla, hornblend và pyroxen cho phổ tuổi kiểu này (hình 8.7). Thực tế các phổ
tuổi kiểu này thường có được từ các khoáng vật với sự có mặt của phần argon thừa.
Tuy nhiên, theo Maluski (1978) tiêu chuẩn này không phải là tuyệt đối vì cũng
chính dáng điệu như vậy nhưng lại là sự mất argon. Harrison và McDougall
(1980b) đà tìm thấy trong các horblend của đá xâm nhập trải qua sự tái nung nóng
do biến chất tiếp xúc, một phân nhỏ argon thừa được giải phóng tại nhiệt độ thấp
trong khi đó các phần tiếp theo tương ứng với tuổi thành tạo khoáng vật (hình 8.7).

Hình 8.7: Ví dụ về thừa argon trong khoáng vật amphibol từ đá biến chất của
thành tạo Sa Thầy thuộc rìa tây Địa khối Kon Tum [ Vũ Văn Tích, 2004].

8.6 Một số ví dụ về xác định tuổi các pha biến chất
Phương pháp này có thể áp dụng để xác định tuổi của một vài loại đá khác
nhau, tuy nhiên để thấy rõ ưu việt của phương pháp, giáo trình này chỉ đưa ra một
số ví dụ về định tuổi của các đá biến chất với mức độ biến chất khác nhau. Như đÃ


chØ ra ë trªn, mét sù cè nhiƯt cã thĨ đặt lại hoàn toàn tất cả các vị trí của argon
trong ô mạng của một khoáng vật tồn tại từ trước. Khi đó chúng ta có thể xác định
tuổi của khoáng vật mới hình thành trong một pha biến chất. Các ví dụ cụ thể về
vấn đề này sẽ được trình bày dưới đây.

8.6.1 Xác định tuổi quá trình biến chất áp suất cao

Nhìn chung các tổ hợp khoáng vật được tìm thấy trong kiểu biến chất áp
suất cao và có thể áp dụng cho phương pháp này là phengit hay paragonit (mica) vµ
glaucophan (amphibol).
Chóng ta sÏ xem xÐt mét ví dụ xác định các đá phiến chứa phengit và
glaucophan lấy từ Lilian Shan ở Trung Quốc (hình 8.8).
Hai khoáng vật này cho hai phổ tuổi Plateau tương tự nhau nh­ lµ 443 ± 6
tr.n cho phengite vµ 430 ± 10 tr.n cho glaucophan, CÇn chó ý r»ng sai sè thu được
từ việc xác định glaucophan lớn hơn hẳn các khoáng vật khác, vì khoáng vật này
cho một hàm lượng K trung bình khá cao 0,01%.

Hình 8.8: Phổ tuổi của glaucophan và phengit trong đá phiến áp suất cao Xilian
Shan ở Trung Quốc [ Maluski, 1998].

8.6.2 Xác định tuổi quá trình biến chất nhiệt độ cao
Chúng ta xem xét ví dụ về xác định quá trình biến chất nhiệt độ cao như
sau:
Một biotit, khoáng vật cộng sinh tạo tướng granulit của các đá metapelit
thuộc phức hệ Kan Nack trong địa khối Kon Tum đà được xác định tuổi bằng


phương pháp 39Ar-40Ar. Tuổi tìm được tương ứng với 241 triệu năm (hình 8.9) [Vũ
Văn Tích, 2004]. Giá trị tuổi này tương ứng với giá trị tìm được từ phương pháp UPb cho cùng mẫu.

Hình 8.9: Tuổi của biotit trong đá granulit thuộc phức hệ Kan Nack, địa khối Kon

Tum [Vũ Văn Tích, 2004].

8.7 Kết luận
Cũng như các phương pháp khác, phương pháp 40Ar-30Ar không thể giải
quyết tất cả các vấn đề mà các nhà địa chất gặp phải. Tuy nhiên, với phương pháp
này, bằng kỹ thuật đẩy khí từng phần nó đà cung cấp một thông tin rõ hơn về lịch
sử của đá mà chúng ta không thể có được từ phương pháp K-Ar.
Việc giải thích dữ liệu từ phương pháp này đà chỉ ra được sự có mặt của
argon thừa và dáng điệu của phổ tuổi còn chỉ ra ảnh hưởng của sự hỗn nhiễm trên
khoáng vật. Hiện tượng này có thể biết được chính bằng sự tương thích hay không
giữa các nấc tuổi khác nhau trên bình ®å ti tỉng t­¬ng øng.