Nghiên cứu phương pháp xác định tuổi vết hạch trên thiết bị hiển vi quang học phục vụ việc nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực xác định tuổi đồng vị lấy ví dụ151454

QUỐC GIA HÀ NỘI
)C KHOA HỌC T ự NHIÊN
if: íjc Jịz % ĩị: »5c
TÊN ĐỂ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH T ư ổ l VÊT HẠCH TRÊN THIẾT
BỊ HIỂN VI Q UANG HỌC PHỤC yụ VIỆC NGHIÊN c ứ u VÀ ĐÀO TẠO
TRONG LĨNH vực XÁC ĐỊNH T U ổ I ĐỔNG VỊ: LÂY v í DỤ ÁP DỤNG CHO
CÁC ĐA b i ế n c h ấ t ở Đớ i s i ế t t r ư ợ t Sô n g h ổ n g
MÃ s ố : QT-07-41
CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI : TS. v ũ VÃN TÍCH
-jAi HO C G UỐ C G IA HÀ NÔI
, [RUNG TÂIV THÔNG TIN THƯ ViR
HÀ NỘI - 2008
BÁO CÁO TÓM TẮT
a. Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp xác định tuổi Vết Hạch trên thiết bị hiển vi
quang học phục vụ việc nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực xác định tuổi đồng vị:
Lấy ví dụ áp dụng cho các đá biến chất ở đới siết trượt Sổng Hồng.
b. Chủ trì đề t à i : TS. Vũ Văn Tích
c. Các cán bộ tham gia: Nguyễn Duyên An
d. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:
+ Mục tiêu:
- N ghiên cứu áp dụng phương pháp xác định tuổi Vết phân hạch và xây dựng
quy trình phân tích trên hệ thống kính hiển vi phân cực tại khoa Địa chất.
+ Các nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu áp dụng phương pháp xác định tuổi Vết hạch nhằm triển khai thực
hiện trên thiết bị hiển vi quang học tại khoa Địa chất. Nghiên cứu chuẩn hoá
(calibration) thiết bị đo Vết hạch, quy trình thực hiện việc đo vết hạch trên mẫu chuẩn,
quy trình chuẩn bị mẫu, điều kiện kích hoạt mẫu trong lò phản ứng hạt nhân, qui trình
đếm vết trên thiết bị hiển vi quang học.
- Nghiên cứu tính toán tuổi nguội lạnh của đá biến chất thuộc đới siết trượt Sông
Hồng. Nghiên cứu tốc độ trồi lộ của đá biến chất thuộc đới siết trượt Sông Hồng.

e. Các kết quả đạt được: + Qui trình công nghệ về xác định tuổi đồng vị trên hệ thống
kính hiển vi quang học tại khoa Địa chất.
+ Kết quả tính tuổi hai mẫu áp dụng.
f, Tình hình kinh phí của dể tài:
TT Nội dung chi Kinh phí dược duyêt Kinh phí thưc hiên Ghi chú
1 Thuê khoán chuyên môn 12 triệu đồng 12 triêu đồng
2 Trang thiết bị
3 Chi khác 8 triệu đồng
8 triệu đồng
4 Tổng số
20 triệu đồng 20 triệu đồng
KHOA QUẢN LÝ CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI
PGS. NG UYỄN VĂN VƯỢNG TS. v ũ VÂN TÍCH
C ơ QUAN CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI
SUM M ARY OF PROJECT
a. Title and code.
- Title: Study on Fission Track dating method by optical microscope serving for
research and formation in isotope geochronology: Case study for the metamorphic rock
in Red River shear zone.
- Code: QT-07-41
b. Head o f project.
-D r. Vu V anT ich
c. Participant.
- Graduate student. Nguyễn Duyên An
d. Object and content of project.
+ Object
- Study on dating method of Fission Tracks and their application.
- Application of this m ethod on microscope system at Faculty of geology.
+ Content
- Study on methodology on Fission track dating in order to develop this method

on microscope of Faculty of Geology.
- M aking the calibration FTD system and process of measurement.
- Study on process of sample preparing.
- Study on process of fit counting fission tacks on microscope in high resolution.
- Study on dating the age of rock from Song H ong shear zone.
- Study on rate of exhum ation of m etam orphic rock.
e. Results.
+ In science:
- Process and technique of measurement of fission track age on microscope of
Faculty of geology.
+ In education:
- The datas from this research result help to finish one student’s thesis in 2007.
Lời nói đáu
MỤC LỤC
6
Chương 1: Đồng vị và nguyên lí xác định tuổi đồng vị
1.1 Nguyên tử và cấu tạo nguyên tử
7
1.2 Đổng vị, hệ đồng vị 7
1.2.1 Đổng vị, đồng vị bền và đồng vị phóng xạ 7
1.2.2 Hệ đồng vị 8
1.3 Hiện tượng phóng xạ và các cơ chế phóng xạ 8
1.4 Phương trình tuổi cơ bản và thời gian bán r ã 12
Chương 2: Những Ván để chi phối việc sử dụng các phương pháp xác định tuổi
đồng vị phóng xạ và luận giải kết quả tuổi
2.1 Đạc điểm hoá-Iý cần lưu ý trong xác định tuổi 15
2.2. Nhiệt độ đóng và ý nghĩa tuổi của các phương p h á p
15
2.2.1 Khái niệm nhiệt độ đóng 15
2.2.2 Ý nghĩa tuổi của các phương p háp 16

2.3 Các nguyên nhân gây mất đổng vị trong một hệ
17
Chương 3: Phương pháp vết phân hạch
3.1 Giới thiệu phương p h á p 19
3.2 Nguyên lý của phương p h á p 19
3.2.1 Khoáng vật (detector) ghi nhận các vết hạch ở trạng thái cứ n g

19
3.2.2 Nguồn gốc của các vết trong các khoáng v ật
20
3.2.3 Xác định tuổi bàng vết phàn hạch: phương trình tu ổ i
20
3 .2 .4 Cách xác định tu ổ i 21
3.2.5 Nguvên nhân mất vết phân hạch trong mẫu phân tíc h 23
3.3 Nhiệt độ đóng của hệ và 2,iái thích tuổi vết phân hạch trong địa chất

26
3.3.1 Khái niệm nhiệt độ đóng của phương pháp vết phân hạch

27
4
3.3.2 Xác định nhiệt độ đ ó ng 27
3.3.3 Các thông số ảnh hưởng hưởng tới nhiệt độ đó ng 29
3.3.4 Giải thích tuổi vết phân hạch 30
3.3.5 Hiệu chỉnh tuổi biểu k iế n 32
3.3.6 Hiệu chỉnh tuổi biểu kiến bằng phương pháp tuổi mạt bằng

34
Chương 4: Quy trình phân tích tuổi vết phân hạch trén kính hiển vi phân cực tại
khoa Địa chất và kết quả áp dụng

4.1 Giới thiệu thiết bị phân tích 37
4.1.1 Cấu tạo và tính nân g 37
4.2 Quy trình phân tích tuổi bằng vết phân hạch
38
4.2.1 Chuẩn bị m ẫu 38
4.2.2 Quy trình đếm vết phân h ạc h 39
4.2. 3 Cách xác định liều lượng nơ tro n 40
4.3 Đánh giá độ chính xác của giá trị tu ổ i 40
4.3.1 Tính toán sai số của tuổi xác định từ phương pháp detector ng o à i

40
4.3.2 Tính toán sai số của tuổi xác định từ phương pháp detector trong
43
4.3.3 Sai số trong xác định liều lượng nơtron
43
4.4 Ví dụ áp dụng xác định tuổi bằng phương pháp vết phân hạch
44
4.4.1 Áp dụng phương pháp xác định tuổi đá biến chất tại đới siết trượt Sông Hồng 44
4.4.2 Giá trị địa chất về tuổi của mẫu phân tích 45
Chương 5 Kết luận và kiên nghị 46
3
LỜI MỞ ĐẦU
Nghiên cứu tuổi đồng vị đã phát triển trong một thời gian khá dài gần 100 năm
qua và trở thành một lĩnh vực quan trọng của địa chất đồng vị cũng như khoa học Trái
Sự phát triển về tuổi đồng vị đã giải quyết nhiều vấn đề mấu chốt của địa chất
học, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi từ địa chất định tính (tuổi hoá
thạch) sang địa chất định lượng và có thể áp dụng nghiên cứu trong rất nhiều lĩnh vực
khác nhau của khoa học Trái đất như: quá trình thành tạo quặng, sự tiến hóa vỏ Trái
đất, khảo cổ học và bảo vệ môi trường.
Có thể nói, tuổi đổng vị là một ngã tư của của nhiều lĩnh vực, chính vì vậy, việc

thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định tuổi Vết Hạch trên thiết bị hiển vi
quang học tại khoa Địa chất phục vụ việc nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực xác
định tuổi đồng vị: Lấy ví dụ áp dụng cho các đá biến chất ở đới siết trượt Sõng Hồng”
có ý nghĩa thiết thực, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập tại trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Nội dung báo cáo bao gồm ba phần chính:
(1) Hệ thống hóa những vấn đề về vật lý hạt nhân và nguyên lý của việc xác
định tuổi đổng vị;
(2) Tổng quan vể nội dung của phương pháp phán tích tuổi Vết phân hạch và
xây dựng quy trình phàn tích tuổi trẽn hệ thông kính hiển vi phân cựuc tại khoa địa
chất.
(3) Trình bày kết quả áp dụng phương pháp phân tích tuổi Vết phân hạch và ý
nghĩa của giá trị tuổi thu được từ phương pháp này trên thiết bị kinh hiển vi phân cực.
6
Chương 1
ĐỔNG VỊ VÀ NGUYÊN LÍ XÁC ĐỊNH T ư ổ l ĐỔNG VỊ
1.1 Nguyên tử và cấu tạo nguyên tử
Trước khi đi vào xem xét khái niệm đồng vị và các phản ứng hạt nhân một cách
chi tiết, chúng ta hãy bắt đầu bằng các khái niệm cơ sở về nguyên tử và hạt nhân của
nó. Như chúng ta được biết, nguyên tử bao gồm hạt nhân và các điện tử chuyển động
trong quỹ đạo của hạt nhân. Hạt nhân của một nguyên tử bao gồm các proton và
nơtron. Thông thường nguyên tử được ký hiệu bằng chữ X và cấu tạo chung của nó
được biểu diễn như sau :
trong đó A = N + z được gọi là số khối hay khối lượng của nguyên tử (vì khối lượng
của các điện tử là không đáng kể), N là số nơtron, z là so proton = số điện tích hạt
„ 27 A I
nhân. Ví dụ 13 . Lưu ý, số proton (Z) quyết định độ phổ biến của nguyên tố.
Đơn vị khối lượng cơ sở của hạt nhân hay đơn vị khối lượng nguyên tử là dalton
(tên nhà bác học phát hiện ra nguyên tử), sau nàv lại được gọi là đơn vị carbon (đv.C).
vì đơn vị này dựa trên khối lượng của nguyên tử 12c . Điều này có nghĩa rằng khối

lượng nguyên tử của l2C bàng 12 (đv.C). Khối lượng của nguyên tử bằng tổng khối
lượng của proton, nơtron và electron. Trong đó, khối lượng proton = 1,007593 (đv.C) =
1,6726231.1027 kg. Khối lượng của nơtron - 1,008982 (đv.C) = 1,6726.1027 kg. Khối
lượng của electron = 0,000584756 (đv.C) = 9.10093897.10 ?1kg.
1.2 Đồng vị, hệ đồng vị
1.2.1 Đồng vị, đồng vị bền và đồng vị phóng xạ
Bây giờ chúng ta có thể đi đến khái niệm về đồng vị như sau : Đổng vị là một
trong nhữní: kiểu khác nhau về hạt nhân nsuyên tử của cùng một neuyên tố. chúns chí
khác nhau vể số nơtron (N) nhưng giống nhau về số proton (Z).
Trong tự nhiên có những nguyên tổ có mòt sổ đổns vị nhưng có nguvên tố
không có đổng vị nào. Trên bảng 1.1 trình bày một số đổng vị trong tự nhiên của một
vài nguyên tố.
Trong các đổns vị của một nguyên tố, thì có đổng vị có hạt nhân bến {dồng vị
bển), nhưng có đồng vị lại có hạt nhân không bền (đổng vị phúng xạ). trong đề tài này
chúng tôi chỉ để cập đến các đồng vị phóng xạ và sử dụne chúns như cỏn2 cụ cho việc
xác định tuổi chứ khôns để cập đến các đổng vị bển mãc dù chúng cũng có thế được sư
dụng để xác định tuổi cũng như xác định nguồn gốc cua khoáng vật hay đá chứa nó.
7
Bảng 1.1: Bảng phân loại một sô đồng vị
8
? 7
Q
13
* 0
14
«0
‘« 0
'lo
» 0
’« 0

19
20
sO
“ N
>
>
' I n
/
>
>
%
71N
9
10
11
12 n
14
15
16
',Q 0
C/5
6 ^
6<~'
6 ^
8 y
10
II 12 13
Đồne vi
.1
5 tí

5 b
5b
(Cùnii số Z)
3
4
5 6 7
8
9 10 11
12
Số notron (N)
1.2.2 Hệ đồng vị
Khái niệm về hệ đồng vị ở đáy được định nghĩa là một khoáng vật. một đá hay
một thể vật chất nào đó có chứa một cặp đồng vị mà chúng có quan hệ mẹ-con với
nhau.
Ví dụ khoáng vật biotit có chứa các đồng vị 40K và 40Ar, các đồng vị này có
quan hệ mẹ và con (đổng vị 40Ar được sinh ra từ đồng vị 40K). Khi đó cả khoáng vật
biotit, đồng vị 40K và 40Ar được xem như là một hệ đồng vị.
Hệ đồng vị được gọi là kín nếu từ khi khoáng vật biotit được hình thành (trong
quá trình magma hoặc biến chất) cho đến thời điểm chúng ta lấy khoáng vật này ra để
xác định tuổi, các đổng vị 40K và 40Ar có mặt trong khoáng vật này không bị mất đi hay
thêm vào từ môi trường bén ngoài. Ngược lại hệ được gọi là mở nếu từ thời điếm kết
tinh cho tới hiện tại, hàm lượng của một trong các đổng vị trên bị thay đổi do chúng
thoát ra hay được hấp thụ vào trong khoáng vật này từ môi trường bên ngoài.
1.3 Hiện tượng phóng xạ và các cơ chê phóng xạ
Hạt nhân nguvẽn tử của các nguyên tố không bển vững bị chuyển đổi tức do
hoạt động tự bức xạ các hạt và giải phóng nâng lượns nhiệt, quá trình nàv gâv ra một
hiện tượng gọi là hiện tượng phóng xạ. Hiện tượng này xảy ra theo các cơ chế khác
nhau nhưns đểu dẫn đến thay đổi số z và số N của các nguyên tố. tức là quá trình
chuyển đổi nguyên tố này thành một nguyên tố khác. Nguyên tố mới được sinh ra
(nguyên tỏ con) có thế lại tiếp tục phóng xạ cho tới khi tạo ra nsuyén tố bền vững. Đâv

là nguyên nhàn tại sao một nguyên tố có thể sinh ra cùng một lúc các nguyên tố con
khác nhau. Hiện tượng phóng xa xẩv ra theo các cơ chế khác nhau như sau (hình 1.1):
8
Hình 1.1: Mô hình biểu diễn các quá trình phóng xạ trong tự nhiên của các nguyên tố
có hạt nhân không bền (n là ký hiệu của nơtron).
1.3.1 Phóng xạ Beta (p)
Phần lớn các nguyên tố không bền vững đều phóng xạ do bức xạ một hạt mang
điện tích âm gọi là tia P' và các nơtrino từ hạt nhân, đi cùng với nó là giải phóng một
năng lượng nhiệt dưới dạng tia y. Thực chất phóng xạ [5 là sư chuvển đổi một nơtron
thành m ột prồton và một electron. Khi đó electron bị đẩy ra khỏi hạt nhân như một hat
P' (hình 1.1). Hậu quả của quá trình này làm cho số prồton của nguyên tố tăng lên một
trons khi số nơtron eiảm đi một theo báng 1.2:
Bảng 1.2 : Mối quan hệ giữa đổng vị mẹ và con
Nguyên tố
Số prôton (Z) Số nơtron (N)
Số khối (A)
Me
z
N Z + N
Con z+ 1
N-l
z + 1 + N-1
Quá trình phóng xạ này có thê diên giải theo phương trình phán ứng như ví dụ
|Ĩ’K > ỊjCa + [3 + V +Q
trong đó P' là hạt 3 âm. V là giả nơtrino, Q năns lượns độns học phóns xa.
9
1.3.2 Phóng xạ Positron (P+)
Nhiều phóng xạ hạt nhân là do sự bức xạ một điện tử mang điện tích dương gọi
là positron. Thực chất của quá trình này là sự chuyển đổi một prôton trong hạt nhân
thành một nơtron, một positron và một nơtrino. Theo đó số z giảm đi một, số N tăng

thêm một và số khối vẫn không đổi (hình 1.1). Quá trình này được diễn giải theo bảng
1.3:
Bảng 1.3: M ối quan hệ giữa đồng vị mẹ và con
Nguyên tố
Số prôton (Z)
Số nơtron (N)
Số khối (A)
Me
z N Z + N
Con
Z -1
N +l
Z -1 + N + 1
Rõ ràng các nguyên tố con sinh ra là một đồng đẳng và có số prổton thấp hơn
một so với nguyên tố mẹ. Quá trình này thể hiện dưới dạng phản ứng như ví dụ sau:
'ỈF - > 'Ịo + P+ + V + Q
trong đó p+ là positron, V là nơtrino, Q là năng lượng giải phóng.
1.3.3 Hiện tượng bát điện tử
Các quá trình luân phiên theo đó hạt nhân của nguyên tố có thể bị giám số
prôton và tăng số nơtron của nó liên quan đến sự bắt các điện tứ của lớp trong cùng
(lớp K) gần hạt nhân nhất. Quá trình này thực chất là sự tương tác giữa một prôton
trong hạt nhân và một điện tử ở lớp trong cùng, thành một nơĩron và một nơtrino, quá
trình này được biểu diễn theo hình (1.1) và báng 1.4 sau đây:
Bảng 1.4: Mỏi quan hệ giữa đồng vị mẹ và con
Nguyên tố
Số prôton (Z)
Số nơtron (N)
Số khối (A)
Me
z

N
Z + N
Con
Z-1 N +l
Z -1 + N + 1
Đi cùng quá trình bắt điện tử là sự bức xạ tia X vì khi một điên tử bị trung hoà
bởi một proton trong hạt nhân thì một điện tử khác ờ lớp sát ngoài sẽ thế chỗ. cứ như
vậv một điện tử chuyển đổi từ mức năng lượng cao sang mức năng lương thấp thì sẽ phát ra
tia X.
1.3.4 Phóng xạ alpha (a)
Quá trình phóng xạ thường xảy ra với các nguyên to có số z từ 58 (Ce) trờ lén
đê tạo ra các hạt nhân có số z thấp hơn và một số nguyên tổ như [Li và ' Be
(hình 1.1). Các hạt a bao sổm 2 prỏton và 2 nơtron và có điện tích 2*. Quá trình này.
10
có thể biểu diễn liên quan đến sự thay đổi các giá trị z và N của nguyên tố mẹ thành
nguyên tố con theo bảng dưới đây (bảng 1.5):
Quá trình này làm giảm cả số z và số N đi 2 và dẫn đến số khối giảm đi 4.
Nguyên tố con sinh ra là một đồng vị của một nguyên tố khác chứ không phải là đổng
phân của nguyên tố mẹ như trường hợp của quá trình phóng xạ p và a hay bắt điện tử.
Bảng 1.5: Mòi quan hệ giưa đổng vị mẹ và con
Nguyên tố
Sô' prôton (Z)
Số nơtron (N)
Số khối (A)
Mẹ
z
N
Z + N
Con
Z -2

N-2
z -2 + N - 2
Quá trình này diễn ra theo sơ đồ hình 1.1 và được giải thích theo phương trình
phản ứng như ví dạ sau:
i 28u - > 2;J0Th + ịHe + Q
trong đó ị He là một hạt a , Q là năng lượng nhiệt.
1.3.5 Phân hạch hạt nhân
Ngoài các quá trình phóng xạ kể trên, các nguvên tố có khối lượng nguyên tử
lớn như u còn có khả năng tự phân chia thành nhiều nguyên tố khác khi hạt nhân của
nó bị bắn phá bởi các nơtron, prôton, positron, hay tia a. Trong quá trình phân hạch thì
số z của các nguyên tố con thông thường khổng bằng nhau. Điều này có nghĩa là hạt
nhân mẹ của nó không bị phân đôi thành hai phần bằng nhau (hình 1.1).
Bảng 1.6: Bảng tuần hoàn giản lược thể hiện các đồng vị mẹ và con
11
Các quá trình phóng xạ này làm tăng độ phổ biến của nguyên tố con và ngược
lại làm giảm độ phổ biến của nguyên tố mẹ. Khống những thế, quá trình này còn tạo ra
các đồng vị phóng xạ mẹ và con khác nhau. Trong những nguyên tố đó, có những
nguyên tố vừa là đổng vị con vừa là đồng vị mẹ (bảng 1.6). Ví dụ như với quá trình
phân hạch của u cho ra Th, sau đó Th lại phóng xạ đê cho ra Pb. Như vậy Th vừa là
đồng vị con của u nhưng đồng thời là đồng vị mẹ của Pb.
1.4 Phương trình tuổi cơ sở và thời gian bán rả
Mọi phương pháp xác định tuổi đồng vị đều dựa trên quá trình phóng xạ tự
nhiên của các nguyên tố. Quá trình này không phụ thuộc vào bất cứ một điều kiện lý
hoá nào của m ôi trường mà chỉ phụ thuộc vào thời gian (t). Theo định luật phóng xạ,
tuỳ theo từng nguyên tố, ứng với mỗi khoảng thời gian t nhất định, thì lượng hạt nhân
nguyên tử của nguyên tố đó sẽ bị giảm đi một nửa. Khoảng thời gian này gọi là thời
gian bán rã (T1/2). Nếu gọi F là lượng hạt nhân nguyên tử của nguyên tố, khi đó hoạt độ
của quá trình phóng xạ tỉ lệ với số nguyên tử phân rã trẽn một đơn vị thời gian. Chúng
ta có thể diễn giải hiện tượng này theo ngõn ngữ toán học dưới dạng phương trình như
sau:

^ - = -ÂF (1.1)
dt
trong đó là hoạt độ phóng xạ tại thời điểm t nào đó, dấu biểu hiện cho sự giảm
của số nguyên tử mẹ theo thời gian t, X là hầng số phóng xạ của nguyên tố.
Phương trình (1.1) có dạng một phương trình vi phân của số nguvên tử mẹ theo
thời gian, nếu lấy tích phân hai vế của phương trình này ta có:
Giải phương trình tích phân vô hạn này ta được
lnF = -Ằt + c (1.2)
trons; đó lnF là ỉogarit tự nhiên cơ số e của F (e = 2.718 — ) và c là hãns số tích phân
vô hạn. nó tương ứng với giá trị F = F0 tại thời điếm t = 0. tức là c = lnFt). Thay vào
phương trình (1.2) ta có:
F F
lnF = -Ât + lnF„ hay ]nF = ìnF„ - Ầt hay In — = -At hay = e
F, ' F
0 0
và cuối cùng ta có : F = F0.e (1.3)
phương trình (1.3) chi ra sô nguyên tố mẹ còn lại (F) sau thời gian t kê từ khi bắt đầu
phóng xạ với số nguyên tứ mẹ ban đầu ( F j tại thời điém t,,. Đây là phươns trình cơ bán
miêu tả tất cả các quá trình phóne xạ trong tự nhiên.
Giả sử quá trình phóng xạ của nguyên tố mẹ cho ra nguyên tố con bển vững và
số nsuvên tố con tại thời điếm ban đầu (t = 0) là băns khòne irons hẽ đone vị mà tí'
12
xem xét. Khi đó số nguyên tố con sinh ra do quá trình phóng xạ (D* ) từ nguyên tô mẹ
sau một thời gian t sẽ là :
D* = F0 - F (1.4)
Nếu đổng vị con sinh ra được lưu giữ trong một hệ kín mà không bị mất đi hay thêm
vào, thì từ phương trình (1.3) và (1.4) ta có :
D* = F0 - F0 e /4, hay ta có : D* = F0 (1- e','t) (1.5)
Phương trình (1.5) biểu diễn sô' đồng vị con bền vững sinh ra sau thời gian t từ quá
trình phóng xạ của m ột nguyên tô mẹ không bền có sô nguyên tử ban đầu tại t = 0 là

F0. Trước khi đi vào giải phương trình (1.5) theo t để có được thời gian đã trôi đi kể từ
khi phóng xạ (tức là tuổi), chúng ta cần tìm hiểu khái niệm thời gian bán rã (T,/2). Đó
là khoảng thời gian (t = T 1/2) sao cho cứ sau một khoảng thời gian này thì sỏ' nguyên tử
của nguyên tố mẹ lại giảm đi một nửa (1/2) tức là F = — F0. Thay giá trị này vào
phương trình (1.3) ta có :
I Fo = F0.eu w => Ti2 = Ịn2 = 0693 (L6)
Phương trình (1.6) thể hiện quan hệ giữa thời gian bán rã T 1/2 và hằng số phóng xạ Ằ
hay nói rõ hơn nó chỉ ra quan hệ giữa số nguyên tử của nguyên tố mẹ và số nguyên tử
của nguyên tố con sau mỗi khoảng thời gian T l/2. Sơ đổ hình 1.2 có thể giúp chúng ta
hiểu rõ hơn quan hệ này và bảng 1.7 trình bày thời gian bán rã và hằng số phóng xạ của
một số cập đổng vị mẹ con sử dụng trong giáo trình này.
Thói sian bán rã
Hình 12: Sơ đổ biếu thi quan hệ giũa sô nguyên tử mẹ và sô nguyên tử con sau thời áan bán r ì
Bảng 1.7: Thời gian bán rã và hằng số phóng xạ của một số cặp đồng vị theo Faure.G. 1997
Cặp đồng vị
Thời gian bán rã (T1;2) theo nám
Hằng số phóng xạ Ã / năm
232Th.20Spb
1.39.10"'
4,99.10 11
wU -2(,6Pb 4.47. 10"
0.155125.1 0 9
235Ư.207pb
0,704.10"
0.98435.10
13
Trong quá trình tính toán thực tế, người ta thường chỉ biết được số nguyên tử của
đổng vị mẹ còn lại (F) và số nguyên tử của đồng vị con sinh ra (D*) chứ khống biết
được số đồng vị mẹ ban đầu (F0). Chính vì vậy, từ phương trình (1.5) chưa thể tính
được tuổi, do đó xuất phát từ phương trình (1.4) D* = F0 - F và thay F0 = F.eí [ (biến đổi

từ phương trình 1.3) ta có:
D* = F.eXt- F = F .(e'‘ - 1) (1.7)
Giả sử trường hợp tổng quát nhất là trong hệ đã có một lượng đồng vị con (D0)
nào đó ngay từ thời điểm ban đầu, khi đó tổng số đồng vị con trong hệ sẽ là:
D = D* + D(1
Từ phương trình (1.7) ta có: D = D0+ F.(e5'' - 1) (1.8)
Giải phương trình này theo t, chúng ta sẽ được phương trình tuổi như sau:
t = r-ln
D -D
— = -s- + l
r - - (1-9)
ở đây giá trị D, Du và F là các thông số hoàn toàn có thể xác định được (bằng khối phổ
kế) và giá trị t tìm được sẽ tương đương với một tuổi địa chất nếu khoáng vật hay đá
(cần xác định tuổi) thỏa mãn điều kiện sau đây:
Giá tri P -~ thav đổi chỉ do quá trình phóng xa, tức là không có sư tăng
p
thêm hoặc mất đi khỏi hệ (khoáng vật hay đá chứa cập đổng vị- được gọi là
một hệ đồng vị) xem xét.
- Giá trị Ầ. của cạp đổng vị xem xét phải xác định.
- Việc thực hiện phép đo các tỉ số đồng vị trẽn khối phổ kế phải chính xác.
Phương trình 1.9 là phương trình tuổi cơ bản thể hiện mối quan hệ giữa thời gian t (tuổi
địa chất) VỚI hằng số phóng xạ X của nguyên tố và tỉ số đồng vị mẹ và con của nguyên
tố phóng xạ. Như vậy theo phương trình này, ứng với những cặp đồng vị khác nhau (U-
Pb, Sm-Nd, K-Ar, Rb-Sr ) sẽ cho chúng ta những phương pháp xác định tuổi đổng vị
tương ứng (phương pháp U-Pb, phương pháp Sm-Nd. phương pháp K-Ar. phương pháp
Rb-Sr ). Tuỳ theo từng phưưng pháp sẽ có cách biểu diễn giá trị tuổi khác nhau.
14
Chương 2
NHŨNG VẤN ĐỂ CHI PHỐI VIỆC s ử DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC
ĐỊN H TUỔI ĐỔNG VỊ VÀ LUẬN GIẢI KẾT QUẢ T u ổ i

Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu, chúng tôi đưa ra đây các yếu tối chi phối sự
chính xác trong việc phân tích tuổi đồng vị nói chung và phương pháp Vết phân hạch
nói riêng.
Như chúng ta đã biết, các nguyên tố phóng xạ thường nằm trong cấu trúc của
tinh thể khoáng vật dưới dạng thay thế đồng hình (Rb, Sr, Sm, Nd ) hay là tạo khoáng
trực tiếp (K, u ), do đặc tính địa hoá mà chúng nằm trong các khoáng vật khác nhau
với hàm lượng khác nhau, ứng với mỗi khoáng vật hoạc đá nhất định ta sẽ có một hệ
đồng vị nhất định và từ đó sẽ có phương pháp riêng. Việc phân tích tuổi đòi hỏi các
mẫu (khoáng vật hay đá) phải chứa nhiều nguyên tố phóng xạ. Chính vì vậy khi ta có
một mẫu đá hay khoáng vật cần phân tích, thì điều đầu tiên cần đặt câu hỏi liệu nó có
thể chứa nhiều nguyên tố phóng xạ nào để từ đó ta định hướng sử dụng phương pháp
cho phù hợp. Mặt khác, tuỳ theo từng mục đích m à chúng ta muốn xác định tuổi thì
cũng cần lựa chọn phương pháp sao cho thích hợp. Thí dụ muốn xác định tuổi kết tinh
của khối xâm nhập thì phải lựa chọn phương pháp nào hoặc xác định tuổi của pha biến
chất hay pha tạo quặng nhiệt dịch thì phải sử dụng phương pháp nào. Tất cá những điều
này đều phụ thuộc vào sự hiểu biết về hành vi địa hoá của nguyên tố mà chúng ta sử
dụng để xác định tuổi cũng như đặc tính vật lý của chúng.
2.1 Đặc điểm hoá-lý cần lưu ý trong xác định tuổi
Trước khi đi vào giới thiệu chi tiết phương pháp, chúng ta cần tìm hiếu về một
số đặc tính địa hoá và vật lý có ý nghĩa đối VỚI việc xác định tuổi của một số cập đồng
vị sử dụng trong từng phương pháp.
Với phương pháp Vết phân hạch, việc định tuổi khỏns dựa trên nguyên lý của
các phương pháp xác định tuổi thông thường, thay vì SÍT dụng thời gian bán rã của cặp
đổng vị mẹ-con để xác định tuổi thì phương pháp này lại sử dụng hoạt độ phóng xạ (số
bức xạ/đơn vị thời gian) sinh ra do sự phóng xạ tức thời cùa -■ 5U để xác đinh tuổi. Các
bức xạ nàv thường đế lại dấu vết (gọi là vết phún hạch) trẽn các khoáng vặt chứa nó
như zircon, titanit, apatit
Phương pháp này khôns có sự giới hạn về tuổi nhưng lại bị ràng buộc chãt chẽ
bởi khả nãng bảo tồn các vết sinh ra do phóng xa.
15

2.2. Nhiệt độ đóng và ý nghĩa tuổi của phương pháp
2.2.1 Khái niệm nhiệt độ đóng
Như trên đã biết, khi một khoáng vật hay đá kết tinh sau đó nguội dần, trong
quá trình này các đồng vị có trong hệ có thể bị thay đổi do sự khuếch tán của chúng
(đặc tính địa hoá). Nhưng tới một nhiệt độ nào đó thì tại đó các đồng vị không thể di
chuyen ra hay vào khoáng vật hoặc đá được nữa. Ngưỡng nhiệt độ khi đó được gọi là
nhiệt độ đóng của hệ đồng vị xem xét.
Điều này có nghĩa là bắt đầu từ giá trị nhiệt độ đó tỷ sô đồng vị giữa mẹ và con
sẽ không thay đổi và được giữ lại trong cấu trúc tinh thể khoáng vật hav trong đá cho
đến khi ta đem mẫu đi xác định tuổi.
Với định nghĩa này chúng ta có thể thấy rằng tuỳ từng cặp đồng vị, từng khoáng
vật và đá hay một vật chất nào đó, chúng sẽ có nhiệt độ đóng khác nhau. Có nghĩa rằng
với một phương pháp sẽ có nhiều nhiệt độ đóng khác nhau phụ thuộc vào khoáng vật
hay đá chứa cặp đồng vị nào. Ngược lại, với một khoáng vật cũng có thế có nhiều nhiệt
độ đóng tuỳ thuộc vào việc sử dụng chúng để định tuổi bằng phương pháp nào.
Hình 2.1 biểu diễn một số giá trị về nhiệt độ đóng của một số phương pháp phổ
biến và các khoáng vật và đá áp dụng tương ứng theo các phương pháp khác nhau.
H ình 2.1: Nhiệt độ đón 2 của một số cặp nhiệt thời và một số khoáng vật. đá tổng (tổng
đá) tương ứng. Đường cong c tương ứng với quá trình biên chát cao hay quá trình kết
tinh magma, đường cong T tương ứng với quá trình biến chất thấp.
- Với phương pháp vết phân hạch, xác định trên zircon, tuổi tương ứng với thời
điểm mà m ẫu đã vượt qua ranh giới đường đảna nhiệt là dưới 250 + 5Ơ°C. (chương 3)
Như vậy với kết quả phân tích từ một phươns pháp thồns thường không cho ra
tuổi thành tạo của m ột khoáng vật hay một đá. tuy nhiên nêu đá hay khoáng vật khóng
bị tái lập lại hệ đổne vị thì các tuổi đó đều có 2 Ĩá trị. Nsoài ra đôi với mỏi khoáng vạt
chúns ta có thể sử du ns khỏns chi một nhiệt đô đóns mà nhiều nhiệt đỏ đón” tùv theo
16
từng phương pháp khác nhau. Chính vì vậy các nhà địa chất khi giải thích các số liệu
cân tính đên phương pháp đang áp dụng là phương pháp nào, bản chất mẫu và bối cảnh
hch sử địa chất của nó. Việc lựa chọn phương pháp để xác định tuổi đòi hỏi các nhà địa

chất phải tính đên bản chất của đá và hiện tượng cần xác định. Chi tiết về vấn đề nàv
chúng ta có thể thấy rõ hơn khi giới thiệu về phương pháp trong chương tiếp theo của
đề tài này.
2.3 Các nguyên nhân gây mất đồng vị (vết) trong hệ
Tuổi của mẫu cần phân tích phụ thuộc rất nhiều vào quá trình tiến hoá đồng vị
trong một hệ. Hệ được gọi là kín có nghĩa là cả nguyên tố mẹ và con không mất đi
(không thoát khỏi hệ) kể từ khi đá hay khoáng vật được hình thành. Đây là điều kiện
tiên quyêt cho việc sử dụng các cặp đồng vị để xác định tuổi. Có hai nguyên nhân đẫn
đên sự thay đổi tỉ lệ đổng vị trong một hệ đó là:
- Nguyên nhân thứ nhất là một sự mất đồng vị một cách hệ thống thông qua hiện
tượng khuếch tán. Quá trình này tái lập lại hệ đồng vị một cách dần dần cho đến khi đá
nguội tới một nhiệt độ nhất định thì không còn sự thay đổi về hệ đổng vị nữa. Nhiệt độ
này được gọi là nhiệt độ đóng của hệ đổng vị đã nêu ở trên. Nó phụ thuộc vào hành vi
địa hoá của từng cập đồng vị và từng khoáng vật xem xét.
- Nguyên nhân thứ hai là sự thay đổi hệ đồng vị (hệ đồng vị bị mở) liên quan
đến vấn để phá hủy cơ học hay do phong hoá. Các quá trình này dẫn đến sự thay đổi hệ
đồng vị do sự trao đổi các nguyên tố với môi trường bên ngoài. Hiện tượng này dẫn đến
thay đổi tuổi vì hành vi địa hoá của các nguyên tố mẹ và con là không giống nhau.
Trường hợp này thường phố biến đối với các nguvẽn tố đất hiếm Sm và Nd. Quá trình
trao đổi này có thể thấy rõ thông qua sự biến đổi về khoáng vật học hay có thể biết
được nhờ những phương pháp phân tích hóa thòng thường. Tuy nhiẽn quá trình trao đổi
này thường không đáng kể và chỉ là một phần chứ khôn2 phải toàn phần như trường
hợp ban đầu. Để khắc phuc tình trạng này, khi phân tích đồng vị phóng xạ chúng ta
nên lấy những mẫu tươi.
NÓI tóm lại, cho dù với bất kỳ phương pháp nào, nguyên lý chưng cua việc xác
định tuổi bao gồm việc đo nổna độ của một nguyên tố phóng xạ (nguvên tó mẹ hay
đồng vị mẹ) và nồng độ của nguyên tố sinh ra do phóns xạ (nguyên tô con hay đổng vị
con). Để có thể giải thích tuổi chính xác thì việc đo phải thỏa mãn một số điều kiện :
(1) Xác định được nồng độ của nguyên tố con tại thời điếm cùa một sự kiện địa
chất nào đó (pha biến chất, pha biến dạng, pha xâm nháp m agma) mà ta

muốn xác định tuổi. Điểu này có nghĩa là hệ dong vị cua mẫu mà ta muốn
xác định phái đổng nhất về mặt đổng vị:

—

—

ĐAI HOC QUỐC Gi* ha. ,'JÕ;
TPUNG TÂM THCNG TỊM THU '/|ỆÍ'J
17
(2) Đối với bất kỳ phương pháp nào, hệ đổng vị cần xác định tuổi phải là một hệ
kín. Tức là đối với các nguyên tố mẹ và nguyên tô' con không có sự thay đổi
giữa thời điểm của sự kiện cần xác định và hiện tại (thời điểm phân tích
mẫu).
Hai điều kiện này sẽ được thảo luận chi tiết trong các phần cụ thể của phương
pháp được trình bày ngay sau đây.
18
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Tuổi BANG VÊT PHÂN HẠCH
Trên cơ sở tìm hiểu và nghiên cứu của đề tài này, chúng tôi giới thiệu bản chất
phương pháp phân tích tuổi bằng vết phân hạch như sau:
3.1 Giới thiệu phương pháp
Trong tự nhiên, luôn luôn diễn ra quá trình phân hạch của các nguyên tô' phóng
xạ như u , Th gắn liến với sự bức xạ của các hạt. Quá trình bức xạ này bắn phá cấu
trúc tinh thể của các khoáng vật, đồng thời để lại dấu vết trong cấu trúc tinh thể dưới
dạng các vết có thể quan sát được dưới kính hiển vi VỚI độ phóng đại lớn, và ta gọi là
vết phân hạch (hình 3.1). Do các vết phân hạch ti lệ với quá trình phóng xạ theo một
hằng số nhất định và quá trình phóng xạ lại tỉ lệ với thời gian, như vậy số lượng vết
phân hạch sẽ tỉ lệ với thời gian. Chính vì vậy người ta đã sử dụng các vết phân hạch lưu
giữ trong khoáng vật như một công cụ để xác định tuổi và tuổi có được gọi là tuổi vết

hạch.
■
\
\
Hình 3.1: Vết phân hạch để lại trên khoáng vật: bẽn trái chưa tay rửa ; bên phải đã tấv rửa.
3.2 Nguyên lý của phương pháp
Trước khi đi vào nguyên lý của phương pháp cần xem xét một số yếu tố ảnh
hưởng đến đặc điểm của vết phân hạch. Vết được lưu giữ lại trong cấu trúc tinh thế phụ
thuộc vào các yếu tô' sau:
- Đặc tính của khoáng vật bị bắn phá bởi quá trình phân hạch.
- Đặc tính cua các hạt băn phá gãy ra vết.
- Các điều kiện bảo tổn vết khi nó thành tạo.
- Các điểu kiện tẩy rửa hoá học các vết trước khi sử dụng để nghiên cứu.
3.2.1 Khoáng vật ghi nhận các vết hạch ở trạng thái cứng (detector)
Độ nhạy của detector được xác định bằng điện tích nhỏ nhất Zm cán thiét để một
ion có thể để lại vết trong khoáng vật này. Các nghiên cứu cho thấy ion của các nguyên
tố với số nguyên tử lớn hơn 20 được ehi nhận trong tất cá các cấu trúc cua khoáng vật
hoặc nền thuỷ tinh.
19
Sự phân hạch của một nguyên tử uran mẹ tạo ra hai hạt nhân con nhẹ hơn với
hai khối lượng nguyên tử trung bình là 96 và 140 và với mỗi “hạt nhân” có một năng
lượng động học biến đổi trong khoảng từ 0,4 đến 1 MeV/nucleon. Những bức xạ của
quá trình phân hạch sẽ được ghi nhận dọc theo đường đi của chúng, một phân hạch cho
ra một vêt duy nhất và độ dài của nó phụ thuộc vào khoáng vật mà nó xuyên qua từ 10
|im trong zircon đến 22 Ịxm trong khoáng vật mica.
3.2.2 Nguồn gốc của các vêt trong các khoáng vật
Vêt phân hạch có thể sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, hoặc do nhân tạo từ các
vụ nổ hạt nhân, hoặc do sự bức xạ của các hạt nhân nặng trong vũ trụ, hoặc do các
nguyên tố phóng xạ có ngay trong đá. Tuy nhiên, trong việc xác định tuổi chì sử dụng
các vêt sinh ra từ phân hạch tức thời của 23iiu vì thời gian phân hạch tức thời của 235u ,

232Th, Pb là quá dài để tạo ra các vết có thể đo được. Mật khác các vết sinh ra từ các vụ
nổ hạt nhân hay từ các tia trong vũ trụ là rất ngắn chỉ xấp xí 1 0 2 micron. Vì vậy, nguồn
duy nhất của vết phân hạch là sinh ra từ phóng xạ tức thời của 23íiu .
3.2.3 Xác định tuổi bằng vết phân hạch: phương trình tuổi
Mật độ vết được định nghĩa là số vết trên một đơn vị diện tích. Nó tỉ lệ với tuổi
của khoáng vật và nồng độ uran trong khoáng vật. Để tính tuổi của khoáng vật hay một
nền thuỷ tinh nào đó cần phải đo được mật độ vết tự nhiên và nồng độ uran của nó. Đối
với các khoáng vật và nền thuỷ tinh có thể dùng trong xác định tuổi bằng phương pháp
vết hạch đòi hỏi phải có sổ lượng vết đáng kể, do vậy cần có các khoáng vật khá cổ.
Đối với các đá trẻ, phải chọn các khoáng vật giầu uran, Ngược lại. với đá tiền Cambri
thì chúng ta chỉ cần chọn các khoáng vật nghèo uran nếu không sẽ có quá nhiều vết.
Như vậy, để xác định tuổi bằng vết hạch cần phải đo hai mật độ vết:
- Mật độ các vết sinh ra từ phán hạch tức thời của 238Ư, gọi là Df. và tính theo số
vết trên cm 2
- Mật độ vết sinh ra từ phân hạch của 235u do kích hoạt dưới một dòng neutron
nhiệt (vết nhân tạo), nhằm xác định nồng độ của u trong khoáng vật và được ký hiệu là
D| ứng với số vết trên cm 2,
áp dụng phương trình tuổi cơ bản ở chương I, ta có phương trình tuổi của phươns pháp
vết phân hạch là:
I ; R-235, R238 là những độ dài của vết hạch có thể phát hiện được của 235u và 2?xu tưcms
ứng.
R235/R23X có thể xem như bằng 1 vì năng lượng phân hạch của 235u và nãng
lượng phân hạch tức thời của 238u là gần bằng nhau, xấp xỉ 200 MeV), vì vậy chiều dài
của vết phân hạch của 235u và 238u là bằng nhau.
Phương trình (3.1) có thể được viết ngắn gọn lại thành:
1 /
t-T ^ lO g
A.I-S
1 + 2 l H221 Ad ơ
D j TÌ238

(3.2)
trong đó t]235 và T|238 là hiệu suất phát hiện các vết của 235u và 23xu . Đè tính toán tuổi thì
tỉ số T]235/r|23íị được coi bằng 1 với điều kiện sau:
- khi việc xử lý nhiệt các vết trong phòng thí nghiệm và ảnh hưởng của sự kích
hoạt không làm thay đổi các khoáng vật được xác định tuổi.
- không có ảnh hướng của sự cố nhiệt địa chất đến vết hạch của 23SU.
Khi đó phương trình tuổi trở thành:
] ( D X 'ì
t - — log \ + —^ . — .ơ.l.<Ị> (3.3)
I D| K J
D f
nếu t < 108 năm, khi đó t = ' ■ƠẢ.Ọ Các hàng Sô' của phương trình (3.3) tương ứng
D ị
là : ẢD = 1,551 X 10‘10/năm (Joffrey và nnk.1971) ; I = 7,252 X 10'3; kp= 7,03 X 10
17/nãm (Roberts và nnk.1964 a). ơ = 580 X 10'24cm2
Nếu các vết sinh ra do phân hạch tự nhiên bị tác động bởi một sự kiện nhiệt địa
chất làm tái chín các vết thì tuổi đưa ra từ phương trình (3.3) sẽ là tuổi biểu kiên. Tuv
nhiên chúng ta vẫn có thể xác định tuổi các mẫu với m ột số hiệu chỉnh như đối với các
phương pháp khác.
3.2. 4 Cách xác định tuổi
Để có đựợc giá trị tuổi lý tường đối với phương pháp vết phàn hạch, thì hai giá
trị Dp và Dj phải đều được xác định trong cùng điều kiện như tẩy rửa. kích hoạt nhiệt,
điều kiện địa chất và phương thức đếm vết. Tuy nhiên, những điều kiện lý tương không
bao giờ xảy ra đổng thời và vì vậv trong cách đo phải lựa chọn sao cho tuổi có được là
tuổi của sự kiện địa chất. Đê giải quyết vẫn đề này neười ta sử dụng hai cách đo là:
-Phương pháp detector trong.
-Phươns pháp detector ngoài.
Cả hai cách đo này đểu cho tuổi biểu kiên, có nghĩa là chưa tính đên anh hương
của sự kiện nhiệt đã tác động từng phần vào các vết sinh ra do phân hạch tư nhiên. Đế
có được tuổi địa chất thực sự thì các tuổi này phái được hiệu chinh.

21
3.2.4.1 Phương pháp detector trong
Phương pháp dectector trong hay còn gọi là phương pháp tập hợp do Naeser để
xuất nãm 1967 và chỉ có thể áp dụng cho các khoáng vật có uran phân bố đồng nhất.
Nội dung chính của phương pháp là các giá trị Dp và D| (sau khi kích hoạt) được tính
trên mặt trong của khoáng vật (mặt cát khai của các mica) hay một mặt đánh bóng của
khoáng vật nào đó. M ật độ vết Dp và Dị được xác định trên hai mẫu đại diện của cùng
một khoáng vật cần xác định tuổi. Đối với các pha khoáng vật mà quá trình kích hoạt
nhiệt trong phòng thí nghiệm không tác động đến các đặc điểm kết tinh thì tất cả các
vêt sinh ra đo phân hạch tự nhiên từ uran có thể được nhìn thấy khi mẫu được nung
nóng trước khi kích hoạt. Phương pháp này thực hiện nhăm tránh sự hồn nhiễm bề mặt
của các khoáng vật được đem kích hoạt trong lò phản ứng và đê có điều kiện hình học
(471) ghi nhận tương tự nhau trong quá trình tính toán. Phương pháp này cho phép trung
bình hoá một số sai số trong việc xử lý kết quả để có được tuổi địa chất thực sự. Tuy
vậy, vấn đề đặt ra là làm thế nào để xác định tuổi của một mảnh thuỷ tinh tự nhiên mà
chúng có uran phân bô' đổng nhất nhưng cấu trúc của nó rất nhạy cảm với quá trình xứ
lý nhiệt. Trong trường hợp này, người ta thường sử dụng phươna pháp tập hợp nhưng
khổng nung nóng mẫu đế loại bỏ các vết hạch trước khi kích hoạt. Khi đó, nồng độ vết
tính được trên các mẫu là tổng các vết hạch sinh ra do phóng xạ tự nhiên và các vết
được sinh ra từ quá trình kích hoạt. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điếm là kém
chính xác bởi vì sai số trong D] là khá lớn (bàng sai số trong D| + sai số trong Dp).
Ó.2.4.2 Phương pháp detector ngoài
Khi uran phân bố không đồng nhất trong pha khoáng vật cần xác định tuổi, thì
không nên tính Dp và Dj trong hai phần mẫu đại diện, trường hợp này chúng ta nén đo
trẽn cùng một khu vực của mẫu cần xác định. Đây chính là phương pháp sử dụng
detetor ngoài do N aeser và nnk đề xuất vào năm ỉ 969. Với phương pháp này. sau khi
các vết hoá thạch đã lộ ra trên bề mặt đánh bóng của khoáng vật. nó được kích hoạt
trong lò phán ứng. Tuv nhiên, trước khi kích hoạt thì người ta sư dựng một tấm
muscovit hay một miếng nhựa lexan hay kepton có nồng độ uran thấp hơn 10 ppb cũng
được đánh bóng hể mặt (gọi là detector ngoài) được đặt ốp sát với mặt mài bóng của

khoáng vật. M ật độ các vết sinh ra do kích hoạt được tính trên detetor này. Trong
trường hợp nàv điều kiện hình học kích hoạt mẫu khác với phương pháp detector trong
là 2n (thay vì 4tc đối với Dp). Như vậy trong phương trình tuổi (3.3) phai nhân ti sò
Df/D| với 0,5.
So sánh mật độ vết có được báns phươns pháp detetor ngoài (hình học 2z) và
phương pháp detector trong (hình học 471) trên zircon, sphen. apatit cho tháy (hình 3 2)
yêu tố hình học liên quan đến hiệu ứng ghi nhận vết, mặc dù là 0,5 (271/471) nhưng vẫn
tương tự nhau trên cả 2 phương pháp đối với apatit. Còn đối với zircon và sphen thì
hiệu ứng ghi nhận vết từ phương pháp tập hợp luôn luôn lớn hơn phương pháp detector
ngoài, Hiện tượng này là do ảnh hưởng của nhiệt đối với các vết đã bị nung nóng trước
sự kích hoạt.
Hình 3.2: So sánh tuổi trên sphen, zircon và apatit có được trên hai phương pháp
detector trong và phương pháp detector ngoài.
3.2.5 Nguyên nhân mất vết phân hạch trong mẫu phân tích
Không như các phương pháp xác định tuổi khác, các yếu tố phục vụ xác định
tuổi trong phương pháp này là các khuyết tật vật lý (vết) chứ không phải nguyên tô' hoá
học và vì vậy không có sự di chuvển ra ngoài hay vào trong hệ xem xét như các nguyên
tố hoá học. Tuy nhiên cũng có một vài yếu tố là nguyên nhân gây nên sự mất các vết
phán hạch mà kết quả là dẫn đến một tuổi trẻ hơn tuổi thực.
3.2.5.1 Nhiệt độ
Những người sử dụng phương pháp xác định tuổi vết hạch đã sớm nhận ra rằng
tuổi có được thường trẻ hơn tuổi dự đoán tù những tài liệu địa chất hay xác định từ các
phương pháp khác. Heischer (1965a) đã chỉ ra rằng các vêt hạch trong nên thuý tinh và
khoáng vật là rất nhạy cảm đối với hiệu ứng nhiệt. Sự gia tăng nhiệt làm tôi luyện lai
các vết, có nghĩa là đã sửa lại vết ban đầu. Hiệu ứns này phán ánh hãng SƯ co ngót
chiểu dài của vết. Sư tôi luyện có thể là hoàn toàn và như vậy tất ca các vết bị xoá hết,
hệ bị tái đặt về không.
23
Quá trình nung nhiệt tùng phần tương ứng với (giảm ĩ]23s) sự co ngót chiều dài
vết và vì th ế làm giảm mật độ vết như biểu diễn ở hình 3.3. Kết quả là, tuổi biểu kiến

đã tính toán từ phương trình (3.3) là trẻ hơn tuổi của sự kết tinh khoáng vật.
động nhiệt, B và B’ mẫu bị tác động nhiệt. B’ bị tác động bởi một pha nhiệt mạnh hơn
làm cho các vết co lại nhiều hơn dẫn đến tuổi thu được sẽ cổ hơn trường hợp B và A
Nhiều nghiên cứu về khả năng bền vững của các vết trong khoáng vật đã chi ra
rằng các khoáng vật khác nhau sẽ có biểu hiện khác nhau về mức độ ảnh hưởng nhiệt
của chúng (hình 3.4). Vì vậy, nếu quá trình nung nóng kéo dài một giờ, nhiệt độ cần
thiết để xoá hết hoàn toàn các vết biến đổi từ hơn 100°c đối với aragonit. tới 715°c cho
epidot và với 1050°c đối với thạch anh. Hơn nữa, đối với một khoáng vật đã biết, nhiệt
độ tại đó các vết bị xoá hoàn toàn phụ thuộc vào việc tẩy rửa axit sử dụng để làm lộ
vết, đó là trường hợp của sphen, các vết bị xoá hêt tại 630"c với sự tẩy rửa bằng axit
HCL và tại 780°c VỚI N aO H (Naeser & Faul 1969).
T("C)
khoáng vật sử dụng cho xác định tuổi.
24
Sự xoá nhoà vết phân hạch hoá thạch trong một khoáng vật có thể là do một sự
kiện nhiệt ngắn tại một nhiệt độ cao hay một sự kiện nhiệt tại nhiệt độ trung bình kéo
dài lâu. Vì vậy, với một khoáng vật đã biết sự xoá nhoà các vết phụ thuộc vào nhiệt độ
của biên cố nhiệt và thời gian của nó. Trong thực nghiệm, tất cả các loại khoáng vật
cho thây răng sự xoá nhoà các vết có thể tuân theo quy luật Arrheius:
T = a e (E/la)
trong đó: k = hằng số Boltzmann, a = hằng số, E = nãng lượng hoạt động, t = thời gian
nung, T = nhiệt độ nung nóng (nhiệt độ Kelvin).
Kết quả thực nghiệm ghi lại dưới dạng đường cong Arrhenius (hình 3.5): chỉ ra
phân trăm đã m ất đối với mật độ vết nàm dọc theo một đường thẳng. Các đường này,
được ngoại suy với thời gian địa chất, cho phép đưa ra khái niệm nhiệt độ đóng của hệ
cho vêt phân hạch. Theo hình (3.5) cho thấy rằng nhiệt độ thấp nhất có thể bảo tồn vết
là 65°c và nhiệt độ cao nhất là 210°c. Khoảng nhiệt độ này chính là giới hạn nhiệt độ
đóng của phương pháp vết phân hạch, Như vậy thì phương pháp này chỉ cho phép xác
định tuổi của các pha nhiệt độ thấp mà thôi.
Thời íỊÌan

H ình 3.5: Đường Arrhenius biểu diễn theo thời gian địa chất [W anger và Reimer.
1972]. Mỗi đường thẳng biếu thị cho một mức độ lưu trữ vết của khoáng vật theo %.
Như vậy với apatit thì trên 210°c và dưới 64°c thì không vết nào có thể được bảo tổn.
Khoảng nhiệt độ từ tu 65 - 210 ° c tương ứng với nhiệt độ đóng của vết.
3.2.5.2 Ánh huỏíig do phong hoá của các đá
Ảnh hưởng của quá trình phong hoá các đá đến việc xác định tuổi vét phán hạch
là khônạ quan trọng so với các phương pháp đổng vị. Bởi vì các vết tiềm ẩn trong hệ là
một khuyết vật lv khôns phải do nguyên tố hoá học linh động. Năm 1974 Gbeadcnv &
25