Ar-Ar法[1]同位素定年源自于K的衰变体系。K元素中的40K是一个具有两种衰变子体的分支衰变过程的同位素，其中一个衰变过程是40K发射出一个负电子并直接衰变成为基态的40Ca，这一部分衰变占总衰变的89.52%;另一过程是10.48%的40K通过K层电子捕获衰变成40Ar。后者是Ar-Ar(K-Ar)法定年的基本依据。

在众多的同位素测年方法中，K-Ar同位素体系是最早用于地质体年龄测定的同位素体系之一。它包含了系列测年方法，按照发展时间先后分别为KAr体积法、K-Ar稀释法、常规Ar-Ar法和激光微区Ar-Ar法。目前，K-Ar体积法已经淘汰，K-Ar稀释法也很少使用，普遍应用的是常规Ar-Ar法和激光微区Ar-Ar法。

Ar-Ar法定年的可能性是由Sigurgeirsson(1962)第一次提出来的，而40Ar/39Ar法定年的原理及详细技术细节的描述是Merrihue( 1965 ) ,Merrihue等(1966)和Mitchell ( 1968)完成的。此后，Dalrymple等(1971, 1974, 1988)、Dalrymple(1994) ,McDugall(1974)又对该方法进行了完善。Ar-Ar年龄测定法有几个明显的优点: ①K和Ar的含量是在同一样品上测定的，因而不用担心样品的不均匀性问题;②只需测量Ar的同位素比值，不需测量K和Ar的绝对含量，故可获得较高的测量精度;③使用分步加热技术可以在同一个样品上获得由一系列年龄组成的年龄谱及等时线;④由于把测K转换为测Ar，使得激光微区Ar-Ar年龄测定成为可能。

1. 2适用于Ar-Ar法年龄测定的岩石矿物

原则上，含有K元素的岩石矿物都可以用于Ar-Ar法年龄测定。

(1)云母类。云母类矿物是Ar-Ar法年龄测定最为理想的对象之一，其原因是云母中K含量比较高，又是大多数中酸性火成岩和变质岩的常见矿物。它具有有利于保存K和Ar的结晶格架，Ar不易丢失。大量的数据表明，白云母、黑云母、金云母、锉云母一般都能获得较为满意的年龄结果。

(2)长石类。在火成岩中长石类矿物所占的比例很大，但是由于本身结构上的缺陷，对Ar的保存性能不如云母，某些活化能较低的长石中放射成因40Ar会扩散丢失。常用的有正长石、微斜长石和歪长石。火山成因的高温钾长石一透长石对放射成因40Ar的保存可与黑云母相比拟，是年轻火山岩年龄测定中理想的对象。

(3)角闪石。角闪石中K含量较低(0. 1%一1.5%)，但由于其封闭温度很高，也是一个较可靠的Ar-Ar法年龄测定对象。火成岩中的角闪石，其Ar- Ar法年龄可以认为代表岩浆形成的时代。

(4)辉石。K含量很低(万分级)，是大陆上基性火山熔岩中常见的矿物，因此有时也被用作测定对象，特定条件下可以获得比较满意的年龄值。但是，深成条件下形成的辉石含有过剩40 A r，因而会给出异常高的年龄值，必须特别谨慎对待。

(5)海绿石。海绿石是与沉积岩同时形成的含K的自生矿物，对于沉积岩，尤其是对于无化石的沉积“哑岩(地)”层的年龄测定具有一定意义。海绿石对Ar保存性能良好，其中的Ar只是在矿物晶格破坏时才析出。采用海绿石作为测定对象，可以获得与地质资料相吻合的年龄值。但海绿石较易发生K的吸收而导致年龄偏低，因此，一般认为海绿石可提供沉积岩的最小年龄值。未受强烈变质作用和次生作用的海绿石样品，能给出较好的Ar- Ar年龄结果，但需同时进行矿物学方面的研究才能够确定其地质意义。

(6)其他矿物。钾盐尽管可用于Ar- Ar法年龄测定，但一般所得到的年龄偏低，只能视为样品生成的时间上限。霓石、霞石是碱性岩年龄测定的探讨性对象，所得年龄值有时偏高，因为其中可能存在着过剩Ar，必须结合其他限定条件进一步进行研究。

(7)全岩。测定全岩年龄实际上是测定全岩中各矿物年龄的平均值。所测结果往往偏低，因为全岩中某些矿物对Ar保存性能差。如花岗岩全岩Ar -Ar年龄比云母单矿物年龄偏低，是因为其中存在大量的钾长石，钾长石容易丢失Ar而造成全岩年龄偏低[2]。因此，只要有可能就应分别测出全岩中各类矿物的Ar- Ar年龄。如果这些数据一致，则此年龄值具有可靠的代表性。对于许多火山岩，由于颗粒太细，分选单矿物有困难，在这种情况下，可以考虑采用全岩样品作为测定对象。基性火山岩全岩样品作为Ar- Ar年龄测定对象较为普遍。一般认为，对于小于200 Ma的细粒玄武岩全岩，可以获得满意的年龄值。对于更年轻的火山岩全岩来说，因为扩散作用的时间短，所以较易测得满意的年龄值。对于大于200 Ma的基性火山岩，很难找到新鲜样品，也就难以获得可靠的全岩年龄。

板岩是由泥质沉积物经再结晶作用形成的，其中大多数的K存在于细粒白云母中。由于原始沉积中的碎屑矿物常含有大量的放射成因Ar，因此，在测定和使用板岩年龄数据时，应考虑是否有古老Ar存在。

1. 3 Ar- Ar法测年样品的采集和处理注意事项

Ar -Ar法同位素地质年龄数据的可靠性，既取决于测试技术的准确度，也取决于被测样品是否具有代表性，两者都不可忽视。虽然原则上要求被测样品在漫长的地质时间内处于封闭的化学体系，但是在自然界中往往难以达到[3]。后期的叠加作用，如变质作用、热液蚀变作用、交代作用及各种表生风化作用，常常使平衡遭到破坏，造成年龄数据的偏低或偏高，甚至得出十分奇怪的地质结论。因此，采集合适的样品，具有某地质事件的代表性，是年代学研究中一项极其重要的工作。

野外采样，必须对所在地区的地质情况进行足够的了解和研究。必须查明各地质体之间的相互关系，特别要注意区分岩体和其中的捕虏体;要判明沉积岩中自生矿物和陆源碎屑矿物存在的可能性;要分清变质岩和变质残留体;要尽可能地在远离接触变质带和热液蚀变带的部位取样。最好在人工采石场、地下坑道的新鲜露头和钻孔岩芯等处取样。如果难以满足以上要求，则应尽量采集新鲜的具有代表性的岩石样品。

采样的目的和所要解决的问题必须明确，进行针对性地采样。如果为了确定岩浆岩中岩石矿物的结晶作用的时代，可采集原生的新鲜云母、角闪石类矿物;为了测定沉积岩的沉积年龄，可采集自生矿物，如海绿石、伊利石等;为了测定伟晶岩的形成时代，可采集云母类矿物[4];为了确定构造事件的时代或变质作用事件的时代，要采集受构造作用最强烈或变质程度最高的样品，并从中分选Ar同位素封闭温度较低的矿物供Ar- Ar法测年用;如果是为了确定变质岩原岩的时代，一定要在变质作用最弱或叠加作用不十分强烈的部位采样，并从中分选Ar同位素封闭温度较高的矿物供Ar- Ar法测年用。对于年轻的火山岩，采用全岩或高温长石。一般说来，年轻沉积地层中的火山岩是确定地层时代的重要对象，但要求样品特别新鲜。

单矿物样品的纯度要求在98%以上，必要时应进行镜下手工挑选。除去矿物的连晶、杂质和次生变化的矿物。云母要避免绿泥石化、蛙石化及次生风化;钾长石要避免绢云母化、条纹长石化及高岭石化;海绿石要避免铁化，应呈深绿色。全岩样品需要破碎1 kg左右，经过过筛缩分，混合均匀。全岩样品的粒度最好是0.4~0.6mm，单矿物的粒度可在0.2~0.4 mm之内。送样的同时，还要求附交被测样品的光薄片鉴定资料，以及送样清单和说明书一份。说明书中要写明样品编号、名称、产地(省、县、乡、村名或经纬度)、可能的地质时代和采样地区的地质情况。同时还最好附上一份标明采样位置的采样地区的地质图和剖面图。

1. 4影响Ar- Ar法年龄数据可靠性的因素

地质样品Ar -Ar法年龄测定结果的可靠性取决于以下条件是否能够满足:

(1)在矿物存在的整个时期内，由40K衰变所产生的放射成因40Ar没有逸出过。

(2)岩石矿物形成过程中和形成以后，钾和氢(尤其是氢)从开放体系过渡到封闭体系，所经历的时间相对于封闭体系维持的时间要短得多，从部分封闭到完全封闭所经历的时间可以忽略不计。这意味着结晶以后矿物必须迅速冷却。

(3)不管是在矿物形成时，还是在以后的变质事件中，都没有过剩氢进入矿物。

(4)岩石矿物形成时所携带的氢同位素的丰度比(40Ar/39Ar的比值)应与现代大气中40Ar/39Ar的比值相同或可以扣除。也就是说，可以用现代大气氢同位素丰度或者等时线的初始值来校正样品形成时非放射成因的40Ar。

(5)在矿物存在的整个时期内，对钾是封闭的。

(6)矿物中钾的同位素组成是正常的，而且除了40K的衰变过程外，没有因为分馏作用或其他过程而引起的变化。

在岩石矿物形成到测定年龄的漫长时间内，任何因素引起其中母体40 K和子体40Ar的增减，都将导致所测得的年龄数据失真。例如，某种矿物岩石在某种特定的地质条件下发生外来40Ar(过剩40Ar,继承40Ar)的加入，将导致数据偏高。相反地，如果发生了40K的加入和40Ar的丢失，则将导致数据偏低。如果40Ar完全丢失，那么Ar -Ar时钟将重新拨动计时，开始记录新的地质事件。不论是理论上的推断还是多年来的应用实践，都证明Ar的丢失是影响Ar -Ar测年准确度的主要原因。而导致矿物中Ar丢失的地质因素有以下6种:

(1)矿物晶格对Ar的保存能力。不同的矿物对Ar的保存性能不同，有些矿物即使在常温常压下也不能把放射成因Ar保存下来。

(2)熔融。当火成岩侵入时或产生混合岩化时，受影响的岩石将被完全熔融，则使Ar- Ar“时钟”重新拨动。

(3)变质作用。由于温度和压力上升，变质作用通常引起Ar完全丢失。如果变质作用程度较浅，Ar仅部分丢失，40Ar会以继承Ar的方式部分保存下来。

(4)风化和蚀变。这个过程可导致Ar全部或部分丢失。矿物完全蚀变可导致Ar全部丢失，但是通常风化蚀变并不完全导致矿物格架完全破坏，受风化的岩石仍然还含有一些Ar。

(5)重结晶。用于Ar -Ar测定的矿物，各种原因发生的重结晶作用，都会造成Ar的丢失。特别是盐类矿物的重结晶很难辨认，这是测定含盐类如钾盐的 Ar- Ar年龄最困难的因素之一。

(6)重新受热。大多数矿物[5]长期受到100一200℃的加热就会发生Ar的丢失。这种受热可能是由深埋、附近岩脉的侵入或微弱的变质所引起的。重新受热的影响很难被辨认出来，因为此时矿物在物理、化学上的变化并不明显。重新受热是影响Ar -Ar计时的重要因素。

除了地质方面的因素之外，在准备和处理样品的过程中，Ar还可能发生丢失，如在单矿物分选过程中，如果将样品破碎的粒度远远小于矿物的自然粒度，就容易因为晶格破坏导致部分放射性成因40Ar的丢失。实验室烘烤样品时温度过高或化学处理中引起矿物晶格的破坏等，不过这些都是可以避免的。

1.5 Ar-Ar测年法评价

Ar -Ar法测年也有其局限性。Ar- Ar同位素地质测年方法的局限性首先是分析技术比较复杂导致其成本高、分析周期长。其次是它要求待分析样品先在核反应堆中接收快中子照射，需要用年龄已知的标准样品同期接受照射以确定年龄计算参数J值，因此，J值测定的准确性直接影响样品年龄测定的准确性。在39 K转变成39Ar的核反应过程中，由于快中子打击的动力作用，所产生的39Ar会产生位移，如果样品颗粒太小39Ar就会冲出颗粒边界而丢失。因此，对极细粒的粘土矿物用Ar- Ar法测定出的年龄结果就可能与样品的实际年龄有显著差别(通常是偏高)。对于古元古代和太古宙古老变质岩样品，由于可能存在K和Ar的自然扩散作用或后期变质、变形等多因素的扰动作用，用Ar- Ar法很难测出早期的变质事件年龄。

目前国内开展Ar -Ar测年研究和实验的单位主要有中国地质科学院地质研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院广州地球化学研究所、中国地震局地质研究所、北京大学、中国地质大学(北京)和中石油勘探研究院等。

参考文献：

[1]陈江峰. 1995.大别造山带冷却年龄的40Ar/39Ar和裂变径迹年龄测定.中国科学(B辑),25:1086一1092.

[2]陈文，孙枢，张彦，肖文交，等.2005.新疆东天山秋格明塔什一黄山韧性剪切带40Ar/39Ar:年代学研究.地质学报，79(6);790一804.

[3]陈文，张彦，张岳桥，金贵善，工清利.2006.青藏高原东南缘晚新生代幕式抬升作用的40Ar热年代学证据.岩石学报，22(4):867一872_

[4]工非，朱日祥，李齐，贺怀宇，罗清华，卢欣祥，桑海清，工英兰.2004.秦岭造山带的差异隆升特征—花岗岩40Ar/39Ar年代学研究的证据.11(4):445 -459.

[5]工勇生，向必伟，朱光，陈文，魏鑫. 2009.晓天磨子潭断裂后造山伸展活动的40Ar/39Ar年代学记录.地球化学，38(5):458-471.