Термоселективная методика датирования кварца по Al-парамагнитным центрам и уточнение хронологии извержений вулкана Эльбрус

Глава 3. Методика ЭПР-датирования добавочными дозами с промежуточным отжигом.

Рассмотрение методики ЭПР-датирования с помощью построения кривой добавочных доз (рис. 1) с учетом данных, полученных о многокомпонентной природе Al-парамагнитных центра в кварце, приводит к заключению о необходимости внесения в нее корректировок. В природных условиях процесс накопления Al-радиационных центров в кварце носит достаточно сложный характер, который нельзя описать простой насыщающейся зависимостью.

На рис. 5 промоделированы процессы накопления Al-парамагнитных центров в образце кварца Эльбрусских эффузивов в течение 75 тыс. лет в природных условиях и при последующем лабораторном облучении.

Линия АВ на рис. 5 разграничивает процессы природного и лабораторного облучения образца. На первом этапе процесс накопления центров всех трех типов происходит практически линейно. Однако при превышении образцом возраста, сравнимого со средним временем жизни короткоживущих центров (~ 45 тыс. лет) концентрация этих центров приближается к насыщению. Увеличение суммарной концентрации образующихся [AlO₄^-/h⁺] центров происходит лишь за счет дальнейшего увеличения концентраций центров средне- и долгоживущего типов. Лабораторное облучение в геологическом масштабе времени практически мгновенно, рекомбинация центров исчезающее мала, поэтому скорость накопления короткоживущих [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров в лабораторных условиях (после линии АВ) вновь увеличивается. Соответственно изменяется и наклон суммарной кривой накопления [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров, и ее экстраполяция в область природных доз (линия АС) приводит к ошибочным значениям палеодозы, а следовательно, и возраста образца. Для эффузивных пород Эльбруса датирование по стандартной методике добавочных доз приведет к корректным результатам лишь для тех образцов, реальный возраст которых меньше 45 тыс. лет. рис. 5 наглядно показывает также, что определение в таких условиях палеодозы (и возраста) по дозовым кривым для средне- и долгоживущего типов центров (а также и по их сумме) будет свободно от такой ошибки.

Ложное омоложение образца при ЭПР-датировании по стандартной методике добавочных доз тем более значительно, чем больше превышение реального возраста образца над величиной τ для короткоживущего типа центров.

Предлагаемая в данной работе методика ЭПР-датирования использует различную термическую устойчивость коротко-, средне- и долгоживущего типов [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров для исключения из измерений центров короткоживущего типа, что достигается проведением отжига образцов после добавочного облучения, но перед измерениями концентраций центров. Условия отжига рассчитываются, исходя из параметров термической устойчивости центров. Отжиг должен приводить к практически полной рекомбинации [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров короткоживущего типа при незначительном снижении концентраций средне- и долгоживущего типов центров. Таким образом, ЭПР-датирование проводится по парамагнитным центрам средне- и долгоживущего типов, а пределы корректно определяемого возраста лимитируются величиной τ для среднеживущего типа [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров. Эта величина для кварца эффузивных пород Эльбруса составляет около 4 млн. лет.

Правильный подбор температуры и продолжительности промежуточного отжига позволяет достичь практически полной рекомбинации короткоживущих [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров, лишь незначительно снизив при этом концентрацию средне- и долгоживущих Al-парамагнитных центров, обладающих большими значениями среднего времени жизни τ. Полученные в работе константы рекомбинации дают возможность рассчитать и смоделировать динамику процессов отжига при заданной температуре для каждого типа [AlO₄^-/h⁺] центров. Оптимальными условиями с точки зрения баланса точности и временных затрат в данной работе приняты величины 175^oС и 3 час.

Тестирование методики ЭПР-датирования добавочными дозами с промежуточным отжигом проведено на образцах α-кварца из эффузивных пород Эльбруса. Тестирование основано на сравнении дозовых кривых и палеодоз, полученных одновременно по двум методикам добавочных доз - стандартной и с промежуточным отжигом.

При ЭПР-датировании образца, в котором концентрация центров короткоживущего типа не достигла насыщения, кривые добавочных доз, построенные по двум методикам, при экстраполяции в область природных доз теоретически должны приводить к одному значению палеодозы. Такое соотношение дозовых кривых (I тип) должно наблюдаться у образцов, возраст которых меньше, чем величина τ для короткоживущих Al-центров, и получено для образцов кварца NN 1119-1 (поздний этап посткальдерного цикла) и 78-1 (ранний этап посткальдерного цикла), для которых по геологическим данным ожидались наименьшие значения возраста (рис. 6).

В случае же датирования образца, возраст которого превышает время жизни τ для короткоживущего типа центров, должно проявляться влияние насыщения концентрации короткоживущего типа центров. При этом дозовая кривая, отвечающая концентрациям [AlO₄^-/h⁺] парамагнитных центров после промежуточного отжига, т.е. процессу накопления средне- и долгоживущих Al-центров, проходит значительно более полого и при экстраполяции в область природных доз приводит к большей палеодозе по сравнению со стандартной методикой добавочных доз. Такое соотношение дозовых кривых (II тип) получено для образца N 170, имеющего относительно большой возраст и по геологическим данным (ранний этап кальдерного цикла) (рис. 7).

Результаты тестирования методики добавочных доз с промежуточным отжигом, проведенного в данной работе, подтвердили возможность определения с ее помощью реальных природных палеодоз, накопленных кварцем в эффузивных породах Эльбруса, а также справедливость многокомпонентной модели Al-парамагнитных центров.