M agyar Á llam i E ö tv ö s L óránt! Geofizikai In té z e t G E O F IZ IK A I K Ö ZL EM ÉN Y EK X V J. k ö te t, 1 - 2 . szám
Л . Ш Т Е Г Е Н А —Я . К И Ш
КАЛИЕВО-АРГОННЫЙ МЕТОД И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ВЕНГРИИ После изложения теоретических основ калиево-аргонного метода определения гео логического возраста пород, приводятся данные о возрасте образцов, взятых с кристалического фундамента из обнажения в районе г. Шопрон и из двух глубоких скважин. Определения проводились на слюдистом веществе обогащенного биотита и мусковита образцов, с применением манометрического метода Мак Леода а) Скважина Кёрёшсегапати № 12, 1705 - 1707 м Биотитовый известково-слюдистый сланец 315 • 10е лет ± 10% Астурийская фаза складча тости б) Скважина Пустафельдвар № 22, 1700 м Мусковито-слюдистый сланец с гранатом 386 ■106 лет ± 10% Бретонская фаза складча тости в) Окрестность г. Шопрон ( Банфалъва), каменоломня Лёйкофилйт 330 ■10е лет ± 10% Астурийская фаза складча тости DIE KALIUMARGON-METHODE UND DEREN ANWENDUNG IN UNGARN Nach der Beschreibung der theoretischen Grundlagen der K/A-Methode für’ geologische Alterbestimmungen, werden Daten über das Alter von kristallinischen Gesteinsproben vorge führt; eine der Proben stammt von der Erdoberfläche von Sopron, die anderen wurden von zwei Bohrlöchern gewonnen. Die Bestimmung wurde mit dem Manometerverfahren nach Mac Leod an Glimmerstoff des angereicherten Biotits und Muskovits des Gesteins durchgeführt. a) Bohrloch Körösszegapáti N o 10, 1705 —1707 m Kalkglimmerschiefer mit Biotit:
315-IO6 Jahre ± 10%
Asturi sehe orogene Phase b) Bohrloch Pusztaföldvár N o 22, 1700 m Muskovit-glimmerschiefer mit Granat:
386-10 6 Jahre ± 10%
Bretonische orogene Phase c) Umgebung von Sopron (B á n fa lv a ), Steinbruch ;j Leukophyllit :
330-IO6 -Jahre ± 10%
Asturische orogene Phase
A K ÁLIUM - ARGON MÓDSZER ÉS NÉHÁNY HAZAI ALKALMAZÁSA STEG ENA L A J O S -K IS S JÁNOS E l v i ala-poh. A kálium (K) egyetlen radioaktív izotópja a K 40, am ely a term észetben 0,0122 .súlyszázaléka az összes káliumnak. A K 40 kétféleképpen
A kézirat 1966. II. l.G-án érkezeit.
Stegena Lajos — Kiss János
102
bom lik: 88,4% -ban ^-em isszióval Ca40-né és 11,6% -ban «-befogással A 11-né (1. ábra). K *°
Abb. 1. Zerfall von K40
Mivel a nem-radiogén Ca40 általánosan elterjedt elem, földtani kormeg határozásra a K 40 - A 40-bomlást használják. A földtani kor a
K M = K*Oe-Vk + V 1 A i0 + C a i0 = K * ° — K 40 = K 40(eW/t + V ‘ - 1) és A i0IC a in = Xk/ b
egyenletekből vezethető le, ezekből
b +b
К + b
A i0
b
K 4"
+ 1
ahol a K40 és A 4,1 a m ért ra d io g é n kálium és argon k o n ce n tráció ja (G e r l in g , 1961). E le m e z é s t m ó d sze re k : Mivel a K 40 aránya az összes К -hoz állandó, a külön
К lü-m eghatározás elhanyagolható, elegendő az összes kálium ism erete (C o o p e r ,
1963). A kőzetek argon-tartalmának meghatározására főleg három módszer használatos : a ) Az argon felszabadítása term ovákuum m al és mérése Mac Leód manó m ét errel. b ) A felszabadított argon meghatározása izotóphígításos módszerrel, töm egspektrográffal. t ) T e rm ik u s n e u tro n -a k tiv á lá s o s m ó d sz e rre l (S o r o iu e t ah , 1964).
A kálium-argon módszer és néhány hazai alkalmazása
103
Az első eljárásnál — amelynek előnye a viszonylag egyszerű mérőberen dezés, hátránya a kisebb pontosság —, célszerű töm egspektrográffal utólagos izotóp-ellenőrzést végezni. A levegő A 3e-tartalm a lehetővé teszi a levegőből származó esetleges argon-szennyezés felism erését. Saját méréseinket ezzel a módszerrel végeztük, izotópellenőrzéssel. A z argon d iffiíz ió ja . A radioaktív kormeghatározó módszerek csak oly m értékben abszolútok, amennyire a szám ításnál használt modell hibátlan. A К /A módszernél használt modell főbb jellem zői: a ) a kőzet vagy az ásvány keletkezése idején nem tartalm azott A 40-et, b ) ez később, epigén úton kívülről sem került bele, c ) az ásványban vagy a kőzetben képződött radiogén argon nem tá v o
zott el. Az első feltevés általában jogos, a m ásodik izotóp-kontrollal ellenőriz hető (csak levegő-argonról lehet szó). A harmadik feltevés kevéssé jogos. Az argon-gáz diffundál, a diffúzió mértéke, különösen nagy hőmérsékleten szem betűnő. T apasztalatok bizo n yítják , hogy bizonyos magmás és m etam orf folyam atok argon-hígulást ered
ik ábra. A Kulp-féle időskála és К /A adatok Ф иг. 2. Шкала времени Шкульпа и данные по методу К/А .4№. 2. Zeitskale nach Кnlp und Daten der K/A-Methode
Stegena bajos — Kiss János
104
m ényezhetnek. Legnagyobb változás az exogén és endogén kontakt-öveken belül tapasztalható, ahol a magmás folyam atnál idősebb kőzet a kontakt ö v ben a magmás kőzetkialakulás idejéhez m integy ,,hozzáfiatalodik”. A m eta m orfált kőzeteknél a Iv/A-módszer többnyire nem az eredeti kőzetképződés, hanem a metamorfózis idejét rögzíti (Sm e j k a l , 1960). A K /A-m ódszert csak a helyi földtani és ásványi-kőzettani felépítés ism e retében alkalm azhatjuk, különben téves végkövetkeztetésekre juthatunk. A 2. ábra egyes m intákon mért K /A -korokat tü n teti fel (H ukley et ah, 1963 nyomán), a K ulp-féle skálával összehasonlítva. Az idősebb kőzeteknél a Iv/A-korok — nyilván az argon diffúziója m iatt — kisebbek. A diffúziós jelenségek szám ításba vétele növelné a K/A-módszer pontosságát (A m trohanov et al., F e c h t in g et ah, 1960). A radiogén argon diffúziója nem k öveti az ism ert Fick-féle ŐCjb t = D - A C differenciálegyenletet, ahol ôC/ôt a koncentráció időbeli változása, D a diffú ziós állandó, A C a koncentráció Laplace-operátora. Mivel az argon koncentrá ciója nemcsak a diffúzió, hanem a radiogén argon képződése m iatt is változik, belátható, hogy ez utóbbi térfogat és időegységenként К£°Яе-л ' argonkoncentráció-növekedést hoz létre (Kjj° a K 40 kezdeti koncentrációja, X a bomlási állandó: a (8-bomlástól az egyszerű jelölés kedvéért eltekintünk). A teljes A 40-koncentrációváltozás eszerint: d C ld t = D - A C + K * 4 e - xt
Ez a radiogén argon-diffúzió alapegyenlete, am elyet megfelelő kezdeti és határfeltételek m ellett kell megoldanunk, hogy az argonveszteséget szám ításba vehessük. Vékony (Л-vastagságú) ásványlem ezek és lapok (rétegrácsos fel építésű ásványok) m ellett az egydim enziós-m egoldás a következő ( P e c , S t e g e n a , 1966): ЯЛ2
cos
) — — К о0
Cix, t
X
~ D 'h
1
+
cos X COS
, 2K 4« 7Z
2
m —1
----- Я
h
j ( m '+ l )
1-
2 D n2 m
A m eglehetősen rosszul konvergáló sor szám ítógépen szám ítható, íg y az argon veszteség különböző D-értékre m eghatározható. Az egyes szám bajöhető ás ván yok — hőmérséklettől függő — diffúziós koefficiense azonos mintákból
A kálium-argon módszer és néhány hazai alkalmazása
105
végzett К /A és Rb/Sr-mérések eredm ényéből szintén e képlet segítségével határozható meg. M é r é s i e r e d m é n y e k : A K /A-m ódszer a fiatal (1064-107 év) kőzetek kor meghatározására nem, vagy csak kevéssé alkalmas (a mérési hiba 10 4 -100- 10e éves kornál > 2 —3%, 106 évnél > 5 —10%). Ennek ellenére számos hazai alkalm azási lehetősége van: a ) szűkebb határok közé lehetne szorítani egyes m agm aföldtani cikluso kat, tisztázni egyes ércgenetikai kérdéseket, b ) a színgenetikus üledékképződéssel előálló K -hidrocsillám ok (glaukonit, illit stb.) képződési korának meghatározása, főleg a harmadidőszaknál idő sebb képződm ényekben, rétegtani problémák tisztázására alkalmas. A módszer alkalm azásai közül talán legfontosabb a kristályos alaphegység mélyfúrásokból előkerülő kőzeteinek kormeghatározása. Első eredményeink is ilyen eredetűek. Az elem zéseket a m inták mágneses úton és centrifugálással feldúsított m uszkovit és biotitcsillám anyagán végeztük Mac Leod-manométeres eljárás sal, a prágai U stredni U sta v Geologicky geokronológiai laboratóriumában (V. S m e jk a l ,) és a prágai CSAV geokém iai intézetének geokronológiai és izotóp laboratóriumában (A. D u b a n s k y ). A berendezés elvi rajzát a 3. ábra tü n teti fel. 1. A k ö rö ssze g a p á ti 10. sz. fú r á s 1705 —1707 m-éből előkerült b io tito s m e sze s c s illá m p a la . A kristályos alaphegység itt 1700 m-nél kezdődik, fölötte 600 m pleisztocén és 1100 m pannóniai pélites-pszam m itos összlet van. Az alap hegység kőzetanyaga „alapkonglom erátum ” jellegű, az „an yakőzet” erősen fellazult törm elékével kezdődik. Vizsgálatra a К -hordozó b iotit került. A biotit é p , legfeljebb itt-o tt tapasztalunk benne gyenge kloritosodást, vagy a Fe eltávozásával összefüggő kifakult mezőket. A mérés 3 1 5 - 1 0 6 év ± 1 0 % időt eredm ényezett, a m e ly a k ő ze tn e k a z a s z tu r ia i orogén s z a k a s z h o z k a p c so ló d ó á ta la k u lá s á t rö g zíti (Holm es-skála szerint). 2. A P u s z ta fö ld v á r 22. sz . fú r á s kristályos m edencealjzata pannóniai p é lite s-p sz a m m ito s képződm ények alatt g rá n á to s — m u s z k o v ito s c sillá m p a lá b ó l á ll, am ely finom leveles, pados megjelenésű. A fúrási anyag szerint a m integy 1700 m vastag pannóniai összlet transzgressziós kőzetanyag nélkül települ közvetlenül az alaphegység m etam orf kőzetére. A vizsgált m inta K-hordozó m uszkovitpikkelyei teljesen épek, mindennem ű bom lási term ék nélkül. A kőzet m uszkoviton kívül esetenként kloritosodott b iotitot, gránátot és kvarcot tartalm az. A mérés eredm énye 3 8 6 - 1 0 e év ± 1 0 % , am ely az előzőnél talán idősebb, b reto n fá z is b a n történ t kőzetátalakulást jelent. 3. S o p r o n ( B á n f a l v a ) k ö r n y é k i kőfejtőből szárm azó leukofillit, ennek m integy 37% m uszkovit-tartalm át dúsítottuk fel. A m uszkovittal kevés leuchtenbergit is feldúsult; ez méréseinket alapvető módon nem befolyásolta. A kőzet kora 3 3 0 - 1 0 6 év ± 1 0 % , am ely az első m intához hasonlóan a sz tu r ia i s z a k a s z b e li kőzetátalakulást jelez. A leukofillit a sopron-környéki pados gneiszben lencsés megjelenésben és törésvonal menti hasadékkitöltésként lép fel, íg y keletkezése a bezáró gneisz anyakőzetnél fiatalabb. 8
G e o f iz ik a i K ö z le m é n y e k X V I. k ö te t, 1—2. sz. — 41112. sz.
,1. ábra. Termovákuum berendezés argon meghatározására
Abb. 3. Thermovajummeinricliturig für Argonbestimmnng
Фиг. 3. Термовакуумная установка для определения аргона
106 Stegena bajos — Kiss János
>s
§
i/)
Ni
A kálium-argon módszer és néhány hazai alkalmazása
107
M u n k a te r v . Hazánkban a radioaktív geokronológiai m ódszereket — el tek in tv e egy-két dicséretes kezdem ényezéstől (F ö l d v á r i -V ogl et ak, Ovç s in n ik o v i dr., 1961) —, nem alkalm azták. E sajnálatos hiány részleges p ót lására az ELTE Á sványtani és Geofizikai tanszékei csehszlovák tapasztala tokra tám aszkodva, argon-meghatározó műszert szándékoznak felállítani egyes hazai földtani alapkérdések megoldására. K öszönetünket nyilvánítjuk az OKGT vezetőinek, D r . K e r t a i G y . professzornak és D r . K ő r ö ssy L. főgeológusnak a fúrási anyag rendelkezésre bocsájtásáért, az em lített prágai laboratórium oknak pedig az elemzésben n y ú jto tt segítségért.
IRODALOM , E. K. (1961): Szovremennoe szosztojanie argonovogo metoda opredelenija vozraszba i evő primenenie v geologii. Izd. Akad. Nauk. SzSzSzR. Moszkva —Leningrad. C o o p e r , J. A. (1963): The flame photometric determination of potassium in geological materials used for potassium argon dating. Geoch.-Cosm. Acta. May. SoRoro, M. et al. (1964) : Determination of absolute geologic ages by the potassium-argon method, neutron activation analysis being used for determining the radiogenetic argon. Revue roumaine de geologie-geophysique et géographie. T. 8. S m e j k a l , V. (1960): Absolutni stari nekterÿch granitoidu a metamorfitu Ôeskeho masivu stanovené K/Ar metodou. Vestnik ÚÚG. 35. 1964. 4. H u r l e y , P. M. et al. (1963) : K/Ar age values on the clay fractions in dated shales. Geoeh.-Cosm. Acta. March. A m i r c h a n o v , H . I. et al. (1962) : Radiogenic argon in minerals and its migration. — Geochrono logy of Rock Systems. Am. N. Y. Acad. Sei. 91. Art. 2. F e c h t i n g , H. et al. (1960): Diffusionsverluste von Argon in Mineralien und ihre Auswirkung auf die Kalium-Argon Altersbestimmung. Geochem.-Cosm. Acta. 19. P e c , K. —S t e g e n a , L. (1966): A radiogén argon diffúziója ásványokban. Ann. TJniv* Budapest Sec. Gcol. F ö l d v á r i - V o g l M. —K l i b t j r s z k i , B. (1961): Determination of Strontium Age on biotites from Granite. Acta Geologica, VII. f: 1 —2. O v c s i n n i k o v , L. 1ST. i dr. (1961): Abszolutnij vozraszt nekotorih geologicseszkih obrazovanij Vengrii. Akad. Nauk. SzSzSzR. Kommisziji Opred. Abszol. Vozr. Geol. Form. Trudi 9. Szessz. p: 228 —234. Ger
l in g
8*
