Свинцовый метод

Свинцово-урано-ториевый метод основан на радиоактивном распаде урана и тория. В настоящее время известно три ряда радиоактивных превращений, в результате которых изотопы урана U²³⁸ и U²³⁵ и изотоп тория Тh²³², составляющие основную массу этих элементов в природе, превращаются в конечные продукты распада - атомы гелия (α-излучение) и изотопы свинца Рb²⁰⁶, Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸.

На основании закона радиоактивного распада можно написать формулу

где N₀ - первоначальное число атомов радиоактивного элемента;

N_t - число атомов радиоактивного элемента по прошествии времени t;

λ - постоянная радиоактивного распада;

е - основание натуральных логарифмов, и формулу

(2)

где N₀ - N_t - число распавшихся атомов за время t или число образовавшихся атомов - продуктов конечного распада данного элемента.

Для минерала, содержащего уран и торий, можно вывести три уравнения, устанавливающих зависимость между количеством накопившегося в минерале свинца (Рb), количеством нераспавшегося урана (U) или тория (Тh) и его возрастом:

(4)

где Рb²⁰⁶, Pb²⁰⁷, Pb²⁰⁸ - количество изотопов свинца в минерале в атомных

единицах;

U и Th - количество изотопов урана и тория в минерале, в атомных единицах^*;

^* (Поскольку коэффициент U²³⁵ в уравнении (4) заменен на , где U - общее содержание урана в минерале.)

λ²³⁸, λ²³⁵, λ²³² - константы распада изотопов урана и тория^**.

^** (В геологической литературе большинство расчетов возраста сделано по номограммам Калпа, Бейта и Брёкера. В наших вычислениях мы пользовались ими же, иногда округляя значения констант до второго знака. В дальнейшем целесообразнее пользоваться таблицами Стиффа, Стерна, Оширо и Зенфтла с более точными константами:

)

Разделив уравнение (4) на уравнение (3), получаем

(6)

Преимущество подобного уравнения заключается в том, что вычисление возраста минерала может быть сделано только по отношению изотопов свинца (Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶) без определения содержания в нем свинца и урана. В связи с тем что константы распада U²³⁵ и U²³⁸ весьма различны, накопление Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁶ со временем будет происходить неодинаково, и их отношение будет зависеть от возраста минерала.

Следовательно, определив в урано-ториевом минерале содержание урана, тория, свинца и изотопный состав свинца, можно по четырем уравнениям, из которых три совершенно независимы, вычислить значения возраста минерала в миллионах лет. В случае совпадения всех четырех значений сомнения в правильности полученной цифры возраста отпадают. Возможность подобного контроля является важной положительной чертой данного метода.

Очень часто совпадения значений возраста по всем четырем уравнениям не достигается. При рассмотрении полученных данных можно установить причину отклонения - определить истинный возраст минерала и генетическую причину возникшего расхождения. Для этого предварительно остановимся на так называемом "грубом" ("модельном") свинцовом методе определения абсолютного возраста, или методе обыкновенного свинца.

В обыкновенном свинце, слагающем свинцовые руды и распространенном в горных породах, обычно встречается наряду с изотопами Рb²⁰⁶, Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸ также изотоп свинца Рb²⁰⁴, не имеющий радиоактивных предшественников. Поэтому количество его в земной коре остается неизменным с момента образования Земли, в то время как количество Рb²⁰⁶, Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸ в результате радиоактивного распада урана и тория все время возрастает.

Как показывает сравнение величин изотопных отношений Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴; Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁴; Pb²⁰⁸/Pb²⁰⁴, в свинце руд свинцовых месторождений в большинстве случаев наблюдается строгая закономерность: чем древнее месторождение, тем содержание в свинце руд изотопов Рb²⁰⁶, Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸ ниже. Соответственно более низкими окажутся и изотопные отношения Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴; Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁴; Pb²⁰⁸/Pb²⁰⁴. Это явление можно объяснить тем, что свинец, находящийся в магматическом расплаве или горной породе совместно с ураном и торием в соизмеримых с ними количествах, непрерывно обогащается радиогенными изотопами Pb²⁰⁶, Pb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸, образующимися в результате радиоактивного распада урана и тория. Свинец галенита, который при рудообразовании отделяется от магматического источника, сохраняет изотопный состав, соответствующий изотопному составу свинца магмы в момент рудообразования. Поскольку в галените, как правило, уран и торий содержатся в ничтожных по сравнению со свинцом количествах, изотопный состав свинца галенита в дальнейшем почти не изменяется, сохраняясь до наших дней в своем первоначальном виде.

На этой закономерности, подтвержденной многочисленными определениями изотопного состава свинца руд месторождений различного возраста, и основан "грубый" свинцовый метод определения абсолютного возраста свинцовых месторождений. В основе этого метода лежит далеко не всегда оправдываемое предположение, что соотношения свинца, урана и тория в больших объемах горных пород, участвующих в рудообразовании, в среднем существенно не отклоняются от кларка этих элементов. Расчет возраста в зависимости от изотопного состава свинца галенита может быть произведен двумя путями.

1. Если за современный изотопный состав свинца земной коры принять изотопный состав свинца глубоководных илов Тихого океана и океанической воды, то исходя из известных кларков свинца, урана и тория, можно вывести следующие уравнения зависимости изотопного состава свинца земной коры от времени:

(7)

(8)

(9)

где: t - возраст минералов в 10⁹ лет;

- отношения изотопов свинца в исследуемом образце;

19,04; 15,69 и 39,00 - отношения свинца и в свинце современных илов Тихого океана (среднее из трех анализов);

12,15; 0,089 и 46,48 - коэффициенты, вычисленные на основании ныне принятых кларков: U²³⁸ = 3⋅10^-4%;

; ; Pb = 1,6 ⋅ 10^-3%

0,154; 0,972; 0,0499 - константы распада λ₂₃₈, λ₂₃₅ и λ₂₃₂ с учетом t, выраженным 10⁹ лет.

Вычисленные величины Рb²⁰⁶/Рb²⁰⁴; Рb²⁰⁷/Рb²⁰⁴ и Рb²⁰⁸/Рb²⁰⁴ для различных значений t позволяют вычертить кривые временных изменений средней распространенности изотопов свинца в земной коре. При этом точка пересечения кривой Рb²⁰⁷/Рb²⁰⁴ с осью абсцисс, равная 5,3 млрд. лет, указывает на вероятный возраст элементов (момент образования U²³⁵) и, видимо, является верхним пределом возраста Земли.

Значение изотопного состава свинца, выделенного из троилита железного метеорита, практически не содержащего ощутимых количеств урана и тория, оказывается наиболее низким по содержанию радиогенных изотопов свинца и может, по-видимому, указывать как на возраст самих метеоритов, так и на возраст Земли.

При вычислении было принято, что изотопный состав свинца железных метеоритов, имеющих ничтожно малые количества урана, отличающиеся самым низким содержанием радиогенных изотопов свинца, является первичным свинцом протопланеты, а изотопный состав свинца каменных метеоритов с более высоким содержанием радиогенных изотопов представляет собой смесь первичного свинца и свинца, возникшего в результате распада урана. В этом случае отношение Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶ в новообразованном свинце могло бы быть использовано в формуле (6) в качестве левого члена уравнения для решения его относительно t. Значения Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶ получались простым вычитанием изотопного состава свинца железного метеорита из изотопного состава свинца каменного метеорита.

Действительно, как показывают данные табл. 1 (Patterson, 1955), по изотопному составу разных метеоритов был получен идентичный результат определения возраста, в среднем составивший 4500 млн. лет.

Таблица 1

Определение возраста ряда каменных метеоритов, в том числе одного из приведенных в табл. 1, аргон-калиевым методом также показало значение, близкое к 4,5 млрд. лет. Исходя из этого можно предполагать, что первичным свинцом как метеоритов, так и нашей планеты является свинец, обнаруженный в железном метеорите, и что фактическая эволюция изотопного состава свинца земной коры со временем подчиняется более сложной зависимости, чем представленная в уравнениях (7), (8), (9). К. Паттерсоном, Дж. Тилтоном и др. было высказано предположение о постоянно происходящей дифференциации земного вещества в сторону возрастания содержания тория и урана в земной коре. Кроме того, кларки урана и тория при вычислении коэффициентов уравнений (7), (8), (9) должны были бы отвечать лишь современному моменту жизни Земли. Экстраполировать их на более ранние периоды жизни Земли было бы неправильно. Именно этим обстоятельством следует объяснить более крутое положение кривых зависимости изотопных соотношений в свинце от времени, чем это следовало ожидать, исходя из возраста (4,5 млрд. лет) свинца метеорита.

Для того чтобы выйти из создавшегося затруднительного положения, использован второй путь расчета тех же кривых.

2. Нами были вычислены аналогичные уравнения, исходя из представлений об известном значении изотопного состава первичного свинца (за который был принят свинец железных метеоритов) и свинца современного (океанического). Полученные уравнения отличались лишь коэффициентами:

Расчетные кривые, вычисленные обоими способами, изображены на рис. 2. В табл. 2 приведены значения возраста некоторых свинцовых рудо-проявлений, полученные по обоим вариантам формул. Расхождения по двум вариантам дают представление о точности данного метода. Очевидно, для характеристики возраста свинца целесообразнее пользоваться уравнениями (10), (11), (12). При этом отчетливо видно более близкое совпадение истинных значений возраста с получаемыми по Pb²⁰⁸/Pb²⁰⁴; Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁴, что, вероятно, связано с большей подвижностью в природе урана, чем тория, а это, в свою очередь, приводит к более частым аномалиям возраста по двум последним отношениям изотопов, нежели по Pb²⁰⁸/Рb²⁰⁴ (табл. 3).

Таблица 2

(Авторы определений: 1,6 - Patterson (1955); 2 - коллонис и др. (1954); 3,4 - Тугаринов и Зыков (1956в); 5 - Жиров и др. (1957б).)

Рис. 2. Кривые эволюции изотопного состава свинца во времени: 1 - кривые, рассчитанные по первому варианту уравнений, 2 - то же, по второму варианту; 3 - возраст галенитов по первому варианту уравнений, 4 - то же, по второму варианту

Таблица 3

(Примечание. Все расчеты производились по формулам (10), (11) и (12).)

Из всего сказанного следует, что изотопный состав свинца руд может дать лишь приближенную оценку возраста свинцового месторождения. Существенным фактором, влияющим на изотопный состав свинца, оказывается содержание урана, тория и свинца в рудообразующих магмах или породах, из которых свинец может быть извлечен при рудообразовании. Поэтому данный метод определения возраста имеет значение главным образом для докембрийских образований, когда приходится иметь дело с объектами, различающимися по возрасту на многие сотни миллионов лет; в этом случае определение возраста даже со значительной ошибкой может представлять определенный интерес.

В последнее время свинцово-изотопный метод был использован для оценки времени седиментации осадочных и метаморфических толщ.

Действительно, в тех случаях, когда содержание свинца в какой-либо породе на два порядка выше содержания урана и тория, количество образующегося радиогенного свинца за счет этих элементов составляет сравнительно ничтожную добавку, существенно не искажающую первоначального изотопного состава свинца породы даже при значительном ее возрасте. Так, при возрасте толщи в 2000 млн. лет полученное искажение возраста по Pb²⁰⁶/Pb²⁰⁴ и Pb²⁰⁸/Pb²⁰⁴ составит около 300 млн. лет в сторону "омоложения" толщ. Данные по геохимии осадочных пород свидетельствуют о том, что в карбонатных осадках уран встречается лишь в связи с органическим углеродом, а тории содержится исключительно в терригеннои, кластическои части осадка. Содержание свинца достигает иногда 0,1-0,001%, особенно повышаясь в доломитовых фациях. Следовательно, карбонатные породы, лишенные примеси органического углерода и с минимальным нерастворимым осадком, могли служить превосходным материалом для определения времени их седиментации по изотопному составу экстрагированного из них свинца. Таким способом был, например, определен возраст серии Хуто в Китае, перекрывавшейся синийскими отложениями, имеющими возраст 1040 млн. лет, и залегавшей с угловым несогласием на размытой поверхности утайской толщи, которая прорвана пегматитами с возрастом 1800 млн. лет (табл. 4).

Таблица 4

Аналогичными породами с весьма высоким соотношением Pb/U + Th оказались многие железистые толщи докембрия, к которым, по-видимому, может быть применен тот же метод.

Таблица 5

(Примечание. Наиболее вероятное значение возраста циркона 1100±50 млн. лет.)

Совершенно естественно, что подобное измерение возраста возможно только для фаций открытых морей с интенсивным перемешиванием вод. При этом должен быть исключен вероятный привнос аномального свинца с денудируемого континента, что может быть в небольших полузакрытых бассейнах.

В большинстве уран-ториевых минералов, помимо радиогенного свинца, образовавшегося в результате распада содержащихся в них урана и тория, может присутствовать также обыкновенный свинец, попавший в исследуемый минерал при его кристаллизации либо позднее по трещинкам в виде прожилков свинцового минерала. В этом случае при вычислении возраста минерала необходимо внести поправку на обыкновенный свинец, иначе говоря, вычесть из общего количества присутствующего свинца обыкновенный свинец. Количество захваченного минералом обыкновенного свинца обычно определяется по величине Рb²⁰⁴, найденного в минерале. После вычитания из изотопного состава свинца минерала изотопного состава обыкновенного свинца, на который вносится поправка, и получения изотопного состава собственно радиогенного свинца дальнейшее вычисление изотопных отношений производится по формулам (значения изотопных отношений при определении абсолютного возраста циркона улканского граносиенита см. в табл. 5):

(13)

(14)

(15)

(16)

где - атомарные соотношения изотопов в минерале;

1,16; 1,6; 1,12 - коэффициенты, учитывающие соотношения атомных весов изотопов и их относительную распространенность;

0,041; 0,09; 0,07 - содержание свинца, урана и тория в минерале, вес. %; 34,7; 2,68; 8,72 - содержание радиогенных Рb²⁰⁶, Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸ в свинце минерала, вес. %. Определение значений возраста (в миллионах лет) производится по таблицам либо по номограммам. При этом рекомендуется пользоваться таблицами, вычисленными на основании новейших констант.

Изотопный состав обыкновенного свинца, на который вносится поправка, определяется масс-спектральным измерением свинца галенитов из района нахождения радиоактивного минерала. Наиболее достоверна поправка в тех случаях, когда изотопный состав свинца определен по галениту, извлеченному непосредственно из исследуемого радиоактивного минерала. При этом, однако, следует опасаться явления метаморфизма, в результате которого могут возникнуть свинцовые минералы за счет радиогенного свинца радиоактивных минералов при их перекристаллизации. В подобных случаях целесообразно вносить поправку на обыкновенный свинец по вычисленному среднему изотопному составу обыкновенного свинца земной коры, который соответствует времени предполагаемого образования месторождения (см. уравнения 10, 11, 12).

При вычислении возраста урановых минералов часто отмечалось следующее неравенство в значениях:

А. Холмс это расхождение объяснял вероятной потерей радона (эманированием минерала), приводившей к селективной потере Рb²⁰⁶. Действительно, из-за большего периода полураспада радона по сравнению с актиноном и тороном вероятность его селективной потери в течение всей жизни минерала весьма велика.

Однако в отдельных случаях при переотложении урановых минералов чаще наблюдался захват образующимся урановым минералом второй генерации радиогенного свинца древнего уранового минерала первой генерации, что приводило к аналогичным искажениям получаемых значений возраста. В этом случае на помощь приходили галениты так называемого аномального изотопного состава свинца, возникшие в результате обособления уранового свинца при разрушении древних урановых минералов и смешения его в разных соотношениях с обыкновенным свинцом. Так, в районе уранового месторождения, имеющего возраст 1850 млн. лет, были обнаружены три галенита, изотопный состав свинца которых приведен в табл. 6.

Таблица 6

Нетрудно заметить, что свинец галенита 1 представлял собой обыкновенный свинец с вероятным возрастом согласно уравнениям (10), (11) и (12) от 1000 млн. лет до нуля. Этот свинец явно отличался аномальным составом и был заметно более юным, чем само месторождение. Свинец галенита 2 представлял собой смесь свинца галенита 1 и галенита 3 в отношении 1:3. Более сложным являлось определение возраста свинца галенита 3, практически полностью состоявшего из уранового свинца. Из таблицы видно, как со временем меняется в урановом минерале разного возраста отношение Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶. Если исходить из того, что наиболее ранняя урановая минерализация в этом месторождении имеет возраст 1850 млн. лет, а галенит, образовавшийся из уранового свинца, возник в более юную эпоху, то по табл. 7 можно установить время этого события: 500 млн. лет, т. е. свинец с величиной изотопного отношения мог отделиться от уранинита, имеющего возраст 1850 млн. лет, около 500 млн. лет тому назад. Таким образом, двумя независимыми путями - по изотопному составу обыкновенного и радиогенного свинца галенита - можно было установить, что древнее месторождение, имеющее возраст 1850 млн. лет, около 500 млн. лет тому назад подверглось серьезному метаморфизму, сопровождавшемуся образованием молодых урановых смолок и галенитов, содержавших радиогенный урановый свинец.

Таблица 6

Продолжение таблицы 7

(Примечание. Расчет сделан по формуле

где: λ₂₃₅ = 9,72 ⋅ 10^-10 лет^-1

λ₂₃₈ = 1,54 ⋅ 10^-10 лет^-1

)

При подобном засорении молодой урановой смолки радиогенным свинцом древнего уранового минерала искажение значений величин возраста по разным изотопным отношениям будет аналогично тому, которое имеет место при потере радона, т.е. значения возраста расположатся в той же последовательности:

В этом случае истинное значение возраста древнего уранового минерала первой генерации, подвергавшегося метаморфизму, окажется несколько более высоким, чем значение, полученное по Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶, а значение возраста молодого переотложенного уранового минерала меньше значения, полученного по Pb²⁰⁶/U²³⁸.

Механизм подобного переотложения урана и свинца мог быть различным. В рассматриваемом случае наблюдался явный энергичный вынос как урана, так и свинца. При этом иногда вынос урана опережал вынос радиогенного свинца, и последний оставался на месте в виде скелетных реликтов полу разложенного уранинита. Наряду с этим часто наблюдается селективный вынос свинца, как было установлено для урановых руд Атабаски Ф. Эккельманом и Дж. Калпом. Ориентировочно можно предполагать, что хлоридно-карбонатные растворы должны были способствовать преимущественной миграции свинца, в то время как сульфатно-карбонатные привели бы к селективному выносу урана. В случае, подобном отмеченному в Атабаске, значения возраста по разным изотопным отношениям для одного и того же минерала могут дать минимальный возраст его образования по Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶ и максимальный возраст метаморфизма по Pb²⁰⁷/U²³⁵ и по Pb²⁰⁶/U²³⁸.

Возможность селективной миграции свинца была нами доказана экспериментально. Уранинит (европейская часть СССР), подвергавшийся в экзоклаве воздействию 10%-ного раствора соды и поваренной соли при температуре 600° и давлении 500 атм, покрылся самородным свинцом того же изотопного состава, что и свинец уранинита до эксперимента. Вынос свинца достиг 30% за 6 часов опыта, что привело к изменению значения "возраста" с 1860 до 1080 млн. лет.

По поводу миграции радиогенного свинца из радиоактивных минералов в настоящее время существует две гипотезы. Согласно первой из них (гипотеза Гоутерманса - Везерилла), которой придерживается и большинство советских геохимиков, потеря свинца связывается с кратковременными геологическими событиями, активизирующими деятельность эндогенных растворов. В этом случае она происходит в определенные моменты времени, которые могут быть вычислены. В основе второй гипотезы (гипотеза Тилтона) лежит представление о постепенной непрерывной диффузии свинца из радиоактивных минералов. Следовательно, значение каких-то этапов метаморфизма в истории радиоактивных минералов, во время которых происходит миграция радиогенного свинца, тем самым отвергается.

Указанные представления отражены на двух графиках в системе координат Pb²⁰⁶/U²³⁸ и Pb²⁰⁷/U²³⁵ (рис. 3). Кривые конкордии в обоих случаях отвечают сходящимся значениям возраста. Изохроны представляют собой прямые - геометрические места точек анализов образцов, утративших часть радиогенного свинца либо урана. На рис. 3, а, по Г. Везериллу, такая изохрона пересекает конкордию в двух точках, отвечающих истинному возрасту минерала t₁ и времени его метаморфизма t₂. По Д. Тилтону (см. рис. 3, б) непрерывный характер диффузии свинца фактически исключает вероятность самих событий, отвечающих предполагаемому времени t₂, и изохрона плавно изгибается к началу координат.

Рис. 3. График значений возраста с кривыми сходящихся значений возраста (конкордиями) и изохронами образцов, утративших часть урана либо радиогенного свинца (в млн. лет): а - изохрона, отвечающая (по Г. Везериллу) одноактному выносу свинца либо урана (t₁ - истинный возраст минерала, t₂ - время его метаморфизма); б - изохрона, отвечающая (по Г. Тилтону) непрерывной диффузии свинца из минерала

Новые данные свидетельствуют в пользу концепции Везерилла об эпизодической потере радиогенного свинца. В настоящее время на основании концепции Везерилла при наличии нескольких расходящихся значений возраста, полученных для ряда одновременно возникших минералов, утративших часть радиогенного свинца либо урана, применяется графический метод вычисления истинного их возраста. Этот метод основан на установлении точки пересечения изохроны данных минералов с конкордией согласно рис. 3.

Таблица 8

Продолжение таблица 8

^* (Изотопный состав обыкновенного свинца, на который вносилась поправка, принят равным )

Исследование различных урано-ториевых минералов из одного и того же месторождения показало разную степень их пригодности для возрастных исследований. Как показывают определения возраста по шести различным минералам одного из пегматитовых месторождений, приведенные в табл. 8, монацит дает хорошо совпадающие результаты по Pb²⁰⁸/Th²³² с другими минералами. Хорошие результаты были получены также почти по всем изотопным отношениям при исследовании внутренних частей кристаллов циркона и ортита. Но в краевых частях кристаллов тех же минералов, как и в минералах, подвергшихся метамиктному разложению, наблюдается миграция радиоактивных элементов и продуктов их распада, исключающая возможность установления действительных изотопных соотношений, отвечающих возрасту минералов.

Заметное увеличение свинца в краевой части ортита по отношению к урану, обусловленное миграцией урана из краевой зоны ортита, неизбежно ведет к большой ошибке в сторону завышения получаемых значений возраста по изотопным отношениям Pb²⁰⁶/U²⁸⁸ и Pb²⁰⁷/U²³⁵ при исследовании образцов минералов, подвергшихся выветриванию.

В некоторых случаях систематически появляющиеся расхождения значений возраста по разным изотопным отношениям, повторяющиеся в одной и той же последовательности для разных радиоактивных минералов одного региона, имеют важное значение, так как свидетельствуют о едином процессе регионального метаморфизма, проявившемся в районе. В качестве примера можно привести район Станового хребта, для которого выполнена серия определений абсолютного возраста по разным минералам из пегматитов (табл. 9). Для всех полученных значений возраста (t) характерна одна и та же принципиальная последовательность:

Таблица 9

Характерно, что максимальные значения возраста по Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶ достаточно близко совпадали у всех исследованных минералов и оказались приблизительно равны 1900±100 млн. лет, т. е. возрасту, установленному для большинства биотитов из тех же пегматитов аргон-калиевым методом. Таким образом, это значение оказалось наиболее вероятным истинным возрастом пегматитов, подтвердившимся при построении графика по принципу Везерилла (рис. 4). Вариации возраста по другим изотопным отношениям могли быть объяснены так же, как и аналогичный эффект, наблюдавшийся у уранинитов, селективной миграцией свинца и урана при полной стабильности тория, подвижность которого в природных условиях по геохимическим причинам крайне ограниченна. Следовательно, если по отношениям Pb²⁰⁶/U²³⁸ и Pb²⁰⁷/U²³⁵ могли быть получены самые различные значения возраста, отношение Pb²⁰⁸/Th²³² во всех случаях должно было указывать на верхний предел возраста наиболее юного метаморфизма. В данном случае он оказался равным 210 млн. лет (см. табл. 9), что вполне оправдывалось присутствием юрских интрузий, прорывавших и метаморфизовавших докембрийские толщи Станового хребта.

Рис. 4. График значений возраста минералов пегматитов Станового хребта (в млн. лет): 1 - ортиты; 2 - монациты; 3 - цирконы; 4 - чевкиниты; 5 - ураниниты; 6 - гадолиниты

При высоких содержаниях в радиоактивных минералах обыкновенного свинца и значительной их измененности, когда по существу лишь по одному изотопному отношению Рb²⁰⁷/Рb²⁰⁶ может быть получено приемлемое значение возраста, очень важно правильно внести поправку на содержание обыкновенного свинца. Однако изотопный состав такого обыкновенного свинца, как правило, точно не может быть известен. В то же время всякое искажение его изотопного состава при внесении поправки в первую очередь сильно скажется на изотопном отношении Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶ в радиогенном свинце, а следовательно, и на единственно доступном для данного минерала значении его абсолютного возраста. Чтобы избежать этого, Э. В. Собатович в Советском Союзе, Л. Стиф и Т. Стерн в США предложили так называемый изохронный метод вычисления возраста, который заключался в следующем. Из ряда минералов одного и того же интрузивного массива или рудной жилы извлекался свинец и измерялся его изотопный состав. Полученные результаты наносились на диаграмму, построенную в координатах .

В том случае, если изученные образцы имели действительно один и тот же возраст и различные доли обыкновенного свинца одного и того же изотопного состава, все точки на диаграмме строго ложились на одну прямую "изохрону", тангенс угла наклона которой к горизонту представлял собой величину изотопного отношения Pb²⁰⁷/Pb²⁰⁶. При таком графическом методе вычисления Pb²⁰⁷/Рb²⁰⁶ необходимость выяснения изотопного состава обыкновенного свинца примеси отпадала, так как поправка на него вносилась автоматически при построении диаграммы (рис. 5).

Рис. 5. График вариаций изотопного состава свинца осадков криворожской толщи и возраст их седиментации для горизонтов: а - K¹₁, б-К¹₂. Точки на изохронах - значения возраста К1 криворожской серии. По А. И. Тугаринову, Е. В. Бибиковой, С. И. Зыкову

Описанный метод, несмотря на неудобство, связанное с выполнением нескольких изотопных анализов для каждого возрастного определения, имеет большие преимущества, так как позволяет оперировать с ничтожно малыми навесками минералов. Применение метода возможно лишь в том случае, если изучаемая порода представляла собой с момента образования закрытую систему, т. е. свинец, уран и торий мигрировали, не покидая пределы изучаемого образца. Благодаря этим особенностям метод оказался весьма важным для измерения возраста осадочных ураноносных пород. В тех случаях, когда повышенные содержания урана осадков были обусловлены процессами сингенеза, диагенеза или раннего эпигенеза, изучение нескольких образцов такой ураноносной пробы описанным выше способом позволяло установить возраст ее седиментации. Так был установлен возраст ятулийской формации Карелии, оказавшийся равным 1800 млн. лет, возраст криворожской серии - 2600 млн. лет и др.

Отмеченные особенности свинцово-урано-ториевого метода определения абсолютного возраста указывают на необходимость подробного предварительного изучения минерала до выполнения аналитических исследований. Образцы должны быть хорошей сохранности, неизмененные, не подвергавшиеся поверхностному выветриванию или гидротермальному изменению, не содержащие включений или прожилков других минералов. Важным условием является отсутствие следов метамиктного распада, приводящего к потере радиоактивных и радиогенных элементов. Если приходится работать с материалом, не отвечающим этим требованиям, следует предварительно микроскопически изучить характер происшедших в минералах изменений. При определении абсолютного возраста гордых пород урано-ториево-свинцовым методом исследователь вынужден прибегать к весьма трудоемкому процессу - выделению значительного числа акцессорных минералов, присутствующих в интрузивных и метаморфических породах в весьма малых количествах и отличающихся ничтожным размером зерен. В этом случае явление миграции радиоактивных элементов, как и продуктов их распада, нередко проявляется еще чаще, чем при работе с крупными монокристаллами.

К получению искаженных данных приводят и исследования акцессорных минералов, взятых из россыпей. В этом случае даже в таких относительно мало поддающихся выветриванию минералах, как монацит, может происходить частичное селективное удаление урана, заметно превышающее степень вымывания свинца и приводящее к явно завышенным величинам возраста по свинцово-урановым отношениям.

В заключение следует остановиться на точности свинцово-урано-ториевого метода определения абсолютного возраста, так как нередко при геологической интерпретации полученных значений возраста их необоснованно завышают, что приводит к серьезным ошибкам и переоценке возможностей метода.

Учитывая совокупность допустимых ошибок, равных при химическом определении свинца, урана и тория ±2%, при масс-спектральном определении изотопного состава свинца ± 1 %, колебания в получаемых значениях возраста могут достигать ±5%. В идеальном случае при многократных определениях возраста минералов из одного и того же объекта размеры ошибки могут быть уменьшены в 2 раза. Следовательно, при получении, например, значения возраста, в среднем по разным изотопным отношениям равного 2000 млн. лет, истинное значение возраста может лежать в пределах 2000±100 (1900-2100 млн. лет).