книги из ГПНТБ / Радиогенный аргон в минералах и горных породах Х. И. Амирханов, С. Б. Брандт, Е. Н. Бартницкий Академия наук Союза ССР, Дагестанский филиал. 1960- 9 Мб

158 Механизм выделения радиогенных газов

получено, что для фракции полевого шпата 100—150 меш/ дюйм наблюдается обеднение калиевым полевым шпатом при­ мерно на 20% по сравнению с фракцией 16—-28 меш/дюйм (63,8% калиевого полевого шпата для фракции 100—150' меш/дюйм и 76,5% — для фракции 16—28 меш/дюйм). Для натриевого же полевого шпата, напротив, наблюдается увели­ чение содержания примерно, в 1,5 раза с уменьшением раз­ мера частиц (33,6% натриевого полевого шпата для фракции 100—-150 меш/дюйм и 22,3% — для фракции 16—28 меш/дюйм).

Очевидно, что при измельчении полевого шпата, которое происходит по местам различных нарушений его кристалли­ ческой структуры, могущих быть вызванными включениями натриевого полевого шпата и различными примесями, эти включения измельчаются в первую очередь, вследстсвие чего для мелких фракций наблюдается наибольшее обогащение ими. В то же время значение отношения А40/К40 остается по­ стоянным для всех фракций, что указывает на отсутствие каких-либо потерь радиогенного аргона, могущих возникать при измельчении полевого шпата. По-видимому, такое же явление происходило и в работах Гентнера. Но так как им не произодилось измерение отношения А40/К40 для каждой фрак­ ции, а определялось только содержание одного аргона, то ве­ роятнее всего, что сделанные им выводы о возникновении потерь радиогенного аргона при измельчении полевых шпатов и о механизме этих потерь являются ошибочными.

Несколько иной точки зрения на механизм потерь радио­ генного аргона полевыми шпатами придерживаются Ноддак и Цайтлер 157].

Эти авторы считают, что в течение времени существования полевых шпатов в них происходит образование многочислен­ ных граничных поверхностей и нарушений решетки. В резуль­ тате их многочисленности основное количество образующего­ ся аргона находится на этих внутренних поверхностях. Вслед­ ствие того, что кривые выделения радиогенного аргона, сня­ тые в зависимости от времени предварительного прогрева при определенных температурах, указывают на выделение значи­ тельных количеств радиогенного аргона в первые минуты прогрева и не удовлетворяют экспоненциальной зависимости, авторы считают, что выделение его происходит не путем объёмной диффузии, а в результате десорбции. Увеличение с температурой количеств первоначально выделяющегося арго­ на происходит, как считают авторы, в результате идущего при этих температурах частичного распада зерен полевого шпата. На существование такого частичного распада указывает воз­ растающее с повышением температуры количество более

мелких зерен, по сравнению с исходными, и пыли. При таком растрескивании обнажается значительное количество внутрен­ них поверхностей и находящийся на них радиогенный аргон десорбируется с достаточно большой скоростью. Однако та-

.кой распад зерен возникает лишь при температурах выше 500°С. Поэтому авторы считают, что наряду с таким меха­ низмом выделения радиогенного аргона может существовать еще и настоящая объемная диффузия, которая частично обус­ ловлена атомарно распределенным радиогенным аргоном, а частично газом, скопляющимся на внутренних поверхностях. Эта диффузия, по всей вероятности, играет незначительную роль и, как считают авторы, в исследовавшемся температур­ ном интервале (500—1000°С) маскируется значительно боль­ шим выделением радиогенного аргона путем десорбции с внутренних поверхностей. Эти выводы довольно интересны, однако, они кажутся нам не очень убедительными, т. к. они основаны большей частью на различных догадках и предпо­ ложениях, а не на строгих экспериментальных подтверж­ дениях.

Таким образом, потери радиогенного аргона полевыми шпатами, согласно последним литературным данным, могут происходить либо путем объёмной диффузии, либо путем де­ сорбции с внутренних поверхностей, а возможно и в результа­ те одновременного существования этих двух процессов.

Если считать, что выделение радиогенного аргона из поле­ вых шпатов происходит путем диффузии, то тогда представ­ ляет интерес изучение выделения радиогенного аргона при различных температурах прогрева в зависимости от времени предварительного прогрева. Такое изучение было произведено для двух образцов полевого шпата (микроклин-пертитов) докембрийского возраста из Карелии. Для исследования были взяты фракции с размером зерен 0,053—0,105 мм, полученные путем измельчения исходных образцов в железной ступке и последующего просеивания через набор сит. Навески получен­ ных таким образом фракций в 1,5 грамма прогревались при различных температурах в течение определенного времени. После этого определялись количества оставшегося радиоген­ ного аргона. Полученные результаты по содержанию радио-

нмм3 генного аргона в—-— представлены в таблице 6 для образца

полевого шпата № 35 и в таблице 7 для образца полевого шпата № 65.

Начальное содержание радиогенного аргона (А040) со­ ставляет 0,962 нмм3/г для полевого шпата № 35 и 0,992 нмм3/г для полевого шпата № 65.

162 Механизм выделения радиогенных газов

Рис. 57. Кривые выделения радиогенного аргона для образца полевого шпата № 35 в зависимости от времени прогрева при различных

температурах

Врегпо прогребо

Рис. 58 Кривые выделения радиогенного аргона для образца полевого

шпата № 65 в зависимости от времени прогрева при различных температурах.

164 Механизм выделения радиогенных газов

нмм3/г). Попутно можно отметить, что, вопреки утверждениям Гентнера [561, начальное содержание радиогенного аргона после такого измельчения в агатовой ступке не изменилось и осталось равным содержанию его в фракции 0,053—0,105 мм этого образца полевого шпата (0,962 нмм3/г). Из полученных после измельчения цифр содержания радиогенного аргона видно (рис. />/), что горизонтальный участок кривых не сме­ щается по вертикали, а лишь удлиняется в сторону оси орди­ нат. Следовательно, наличие горизонтального участка кривых обусловлено не величиной зерен полевого шпата, а структур­ ными особенностями данного образца полевого шпата. Нача­ ло же его определяется величиной D/a2, в соответствии с уравнением (III. 13). Поэтому процесс, происходящий при температурах прогрева 800 и 1100°С, может быть истолкован как быстро затухающая диффузия, исчерпывающая содержа­ ние радиогенного аргона в определенном положении, которое характеризуется присущими ему значениями энергии активации и Do. Очевидно, что точки пересечения продолжения этих горизонтальных прямых с осью ординат будут определять содержание радиогенного аргона в каждом положении (в каждой фазе) в отдельности.

Поэтому интерпретацию полученных кривых необходимо производить по радиогенному аргону, принадлежащему каж­ дой фазе в отдельности. Как видно из рис. 57, образец № 35 имеет три фазы. В первой фазе содержание радиогенного ар­ гона соответствует количеству аргона, выделившемуся до тем­ пературы 800°С включительно и составляет 0,370 нмм3/г. Во второй фазе, из которой выделение радиогенного аргона на­ чинается выше температуры 800°С и заканчивается при тем­ пературе 1100°С, содержится радиогенного аргона 0,546 нмм3/г. В третьей фазе (при температурах выше 1100°С) содержание радиогенного аргона равно 0,046 нмм3/г.

На рис. 60 изображены графически результаты такой ин­ терпретации. По оси абсцисс отложено время прогрева в ча­ сах. По оси ординат — натуральный логарифм относительно-

I At4° \ го содержания радиогенного аргона в каждой фазе In -т—I.

Для кривых первой фазы, которые изображены сплошными линиями, Ао40 принималось равным 0,370 нмм3/г (A040i = = 0,370 нмм3/г). Содержание радиогенного аргона в каждой точке находилось как А.40, = At40 — < Ао40ш -J- Ао40 ). Кривые,

полученные для второй фазы, изображены пунктирными ли­ ниями. Для этой фазы Ао40ц =0,546 нмм3/г и At4°n = At40—Ао40|,1.

Температуры прогрева указаны у соответствующих кривых в °C.

Рис. 59. Сетка расчетных кривых для диффузии радиогенного аргона в полевых шпатах (сферическая система координат).

166 ■Механизм выделения радиогенных газов

Рассуждая аналогично, можно разбить образец полевого шпата № 65 также на три фазы. Однако в случае этого образца дело обстоит несколько сложнее. Из рис. 58 видно, что границы раздела фаз должны проходить между кривыми, со­ ответствующим температурам прогрева 600—700°С и 1000—■ 1100°С, где наблюдается нарушение монотонного увеличения наклона прямолинейных участков полученных кривых. При интерпретации мы считали, что прямолинейный участок кри­ вой для температуры прогрева 700°С отвечает выделению радиогенного аргона уже только из одной второй фазы, а такой же участок кривой для температуры прогрева 1100°С— выделению радиогенного аргона из третьей фазы. При это.м точки пересечения исправленных кривых, соответствующих температурам 700 и 1100эС, с осью ординат как раз и будут определять начальное содержание радиогенного аргона в каждой фазе. Исправленные кривые находились таким же образом, как и в случае слюд, т. е. соответствующая сетка расчётных кривых (рис. 59) накладывалась на рис. 58 и при перемещении ее в вертикальном направлении находилась та­ кая кривая, прямолинейный участок которой совпадал с прямо­ линейным участком экспериментальной кривой. Полученные таким образом значения содержания радиогенного аргона в каждой фазе составляют 0,206, 0,659 и 0,067 нмм3/г для пер­ вой, второй и третьей фазы соответственно. Характерной осо­ бенностью этого образца является наличие в нем «нулевой» фазы, в которой потери радиогенного аргона происходят пйчти мгновенно при температуре 400°С. Очевидно, что эти потери, как и в случае низкотемпературных потерь радиоген­ ного аргона из флогопита, происходят за счёт поверхностного процесса типа десорбции, сопровождающегося процессом ка­ пиллярной диффузии, которые характеризуются малой энерги­ ей активации. Содержание радиогенного аргона в этой фазе составляет 0,060 нмм!3/г. Результаты такой интерпретации для этого образца полевого шпата изображены графически на рис. 61. Обозначения, принятые на нем, аналогичны обозна­ чениям рис. 60.

Наклон кривых на рисунках 60 и 61 возрастает для каж­ дой фазы с повышением температуры монотонно, что позво­ ляет произвести их анализ, используя уравнения (III, 13) и (III. 28), и подтверждает правильность сделанной нами ин­ терпретации.

Значения содержания радиогенного аргона в каждой фазе в зависимости от времени предварительного прогрева при определенных температурах даны в таблицах 8 и 9 для об­ разцов № 35 и № 65 соответственно.

?Qt i

Рис. 60. Кривые выделения радиогенного аргона из первой и второй фазы для образца полевого шпата № 35.