岩石释光埋藏测年中砾石晒退程度的快速评估

信号晒退是释光测年的前提。最近几年发展起来的岩石释光埋藏测年技术,可以依据释光-深度曲线判断砾石样品释光信号晒退程度,这是该技术的一大优势之一。已有的测年实践显示,在不均匀晒退的沉积环境中,可能仅有少数砾石释光信号晒退良好,而大部分砾石年代高估。因此,非常有必要发展快速判断砾石释光信号晒退程度的方法,以提高测量效率。本文介绍了砾石释光信号晒退的几种常见情景及其筛选的理论基础,基于砾石释光信号由表及里晒退的事实,以及砾石表层剂量率变化大、测试深度需要、岩片平整度等的考虑,尝试将砾石表面约2 mm的释光信号与饱和释光信号进行对比,并结合统计分析方法(文中称“表_{~2 mm}/饱和信号法”),判断来自青藏高原东部横断山脉雀儿山北麓当子沟(32.1°N,98.9°E) 的典型不均匀晒退环境——冰川沉积的159个花岗岩冰水砾石的释光信号晒退程度。通过建立39根岩芯的完整释光-深度曲线,验证此方法可用于快速识别沉积前释光信号晒退良好的砾石。在此基础上,初步探讨了砾石释光信号晒退程度与沉积环境、砾石大小、磨圆度、球度、结构、砾石ab面方向间的关系,刻划释光信号晒退良好砾石的表观特征,以辅助岩石释光埋藏测年野外采样。

     

冰川沉积释光测年： 采样策略与测试选择

释光测年是可对冰川地貌进行直接定年的一种测年技术,已被广泛应用于冰川沉积测年中,推动了第四纪冰川研究的深入发展。但冰川沉积释光测年还没有达到标准化的程度,实际应用中仍有不少问题需要探究,其中最受关注的是冰川沉积物释光信号晒退不完全的问题,即样品在埋藏前因曝光机会有限导致信号没有归零或仅部分归零。冰川沉积释光信号晒退程度与地貌部位和沉积环境密切相关。冰川沉积释光采样需注意几个方面：（1）详细的地貌学和沉积学调查及对采样点的选择;（2）较适合释光测年的冰水沉积和冰缘风成沉积采集及其与冰川作用期次的联系;（3）冰碛夹层中的冰水砂透镜体的选取;（4）冰碛垄采样时垂直与水平方向上的考量;（5）岩石释光测年的发展使砾石成为当前第四纪冰川释光测年采样的一种选择。室内进行释光等效剂量测试时,也有几个关键的选择：（1）粗颗粒石英光释光测年是末次冰期以来冰川作用的首选方法;（2）如果样品年代老于石英测年上限,或者石英不适合测试,则可考虑钾长石后红外高温释光测年方法;（3）单颗粒、小测片和岩石释光埋藏测年技术可以鉴别样品的晒退情况,是目前最适合冰川沉积释光测年的几种选择;（4）如有条件,尝试用不同矿物、不同粒径、不同方法进行测试对比和交叉检验。要获得第四纪冰川释光测年的最佳年代学结果,地貌学、沉积学和年代学的结合是非常必要的。     

天山乌鲁木齐河源末次冰期冰川沉积光释光测年

乌鲁木齐河源地区是中国冰川遗迹保存最丰富、地貌最典型的区域之一,是根据冰川遗迹重建第四纪冰川历史的理想地区。大量的研究工作以及技术测年结果也使其成为试验冰川沉积光释光（optically stimulated luminescence,OSL）测年可行性的理想地点。共采集了6个冰碛及上覆黄土样品用于光释光测年。提取38~63 μm的石英颗粒,运用SAR-SGC法测试等效剂量。各种检验表明测试程序是适用的。通过地貌地层关系、重复样品、已有年代的对比等方法,检验该地冰川沉积OSL测年的可行性。结果表明,OSL年代结果与地貌地层新老关系非常吻合,与已有的其他测年技术的年代结果也具可比性,表明这些样品的OSL信号在沉积之前晒退较好,OSL年代是可信的。冰川观测站侧碛垄的OSL年代为14.8±1.2 ka;9号冰川支谷口附近冰碛的OSL年代为13.5±1.1 ka和17.2±1.3 ka;上望峰冰碛的OSL年代为20.1±1.6 ka。综合OSL年代结果与此前其他测年结果,这几套冰碛垄形成于深海氧同位素MIS 2阶段应该是比较统一的认识。上望峰冰碛上覆黄土的OSL年代（10.5±0.8 ka）也印证了该结论。OSL年代指示上望峰冰碛对应于末次冰期最盛期,冰川观测站和9号冰川支谷谷口冰碛对应于晚冰期。下望峰冰碛的OSL年代为36.3±2.8 ka,对应于MIS 3阶段。下望峰冰碛的形成时代,仍有待更多沉积学以及测年工作进一步确定。     

冰川沉积类型识别与ESR测年样品采样规范

电子自旋共振(ESR)技术是一种确定物质成分和结构的顺磁性质的分析方法,也能够用于沉积物定年。该方法的测量技术和测年的物理机制等还处于发展阶段。冰川作用过程十分复杂,形成各种类型的冰川沉积物,其顺磁信号的归零机制有显著差异,ESR测年的实验方案也有所差异。因此,识别冰碛物类型,采集合适的样品对于ESR测年的准确性十分重要。冰下融出碛和滞碛经过了冰下磨蚀过程,结构致密,细颗粒基质含量高,石英砂中的一些杂质芯的ESR信号能够衰退。许多冰上融出碛,结构疏松,但细颗粒基质含量高,不但经过了搬运过程中的冰下磨蚀过程使ESR信号衰退,又经历了沉积时的冰上阳光直射过程使信号衰退,一些样品的ESR信号能够完全晒退。冰水湖泊和冰水河流沉积的细砂和粉砂来源于冰下研磨的产物,信号会衰退;在搬运沉积过程中又可能被阳光直射,信号进一步衰退。其它类型的冰碛物的ESR信号衰退机制不明,或粒径不适合用ESR方法测年。采集冰碛物ESR年代样品时,最好同时采集信号衰退机制相同的现代冰碛物样品,以便对照,并用于扣除可能的残留信号。     

帕米尔高原瓦恰盆地黄土的石英光释光测年

中亚黄土对研究亚洲内陆干旱化、亚洲粉尘来源、亚洲季风和西风环流变化以及两者在中亚相互作用历史均具有重要意义。中亚南部帕米尔高原不同地貌面上广泛发育有厚约1~2 m的风成黄土沉积,文章对高原东北部瓦恰盆地的两个黄土剖面进行了细颗粒石英光释光测年。结果表明,瓦恰盆地黄土样品石英光释光信号主要源于325℃热释光信号所对应陷阱电子,以快速组分为主。每个样品分别采用石英光释光信号标准生长曲线法（SGC）和全球石英光释光标准生长曲线法（gSGC）获得的等效剂量与其单测片再生剂量法（SAR）实测等效剂量值在误差范围内是一致的,说明SGC法与gSGC法适用于瓦恰盆地的黄土测年。两个剖面黄土样品石英SAR法光释光年龄界于4.7~14.3 ka,沉积速率由早期的0.11 mm/a加速至全新世的0.15~0.18 mm/a。据沉积速率估算剖面1黄土堆积于17.2 ka至2.7 ka之间,主要堆积于末次冰盛期末至全新世晚期,且远比其所在地貌面要年轻。本研究为进一步开展帕米尔高原黄土古环境研究提供了年代框架。

     

宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年法在宁夏沙坡头黄河砾石阶地年代研究中的应用

本文利用宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年法对宁夏沙坡头地区黄河左岸的T5、T6、T8和T9阶地开展了年代学研究。采用简单快速埋藏模式获得4级阶地的26Al/10Be埋藏年龄分别约为0.25Ma、0.36Ma、0.59Ma和1.06Ma,如果考虑后期剥蚀作用的影响（E≈5m/Ma）,则4级阶地的年龄分别约为0.42Ma、0.39Ma、1.02Ma和1.59Ma。本研究未发现砾石大小与10Be、26Al核素浓度及26Al/10Be比值有明显相关性。     

石英光释光测年揭示的晚第四纪毛乌素沙地演化

本研究利用石英光释光测年的单片再生法(Single­aliquot Regenerative­dose Protocol,简称SAR)对毛乌素沙地内部西北－东南方向5个风成砂－砂质古土壤剖面进行了年代测定,结合年代框架和剖面沉积相、磁化率及粒度特征探讨了晚第四纪以来毛乌素沙地演化和气候变化。研究表明毛乌素沙地在晚第四纪以来经历了多次沙地固定与活化的交替演化： 距今91.0ka,71.0ka,48.0ka,22.0ka,11.6ka,5.0ka,1.1ka,1.0ka和0.4ka前后风成砂沉积,沙地活化,指示气候干旱,植被覆盖度低; 在距今65ka和全新世适宜期(8.5～5.0ka),沙地固定成壤,砂质古土壤发育,指示气候湿润。另外,剖面中风成砂层数变多、厚度增加、粒径变粗指示了晚第四纪以来毛乌素沙地干旱化趋势加强。     

光释光技术在我国海岸晚第四纪沉积测年中的应用

位于陆地与海洋交界的海岸系统,对环境变化反应敏感,海岸沉积是记录区域及全球环境变化的重要载体。但海岸沉积动力环境复杂,多存在沉积物的侵蚀、搬运与再沉积现象,或缺乏¹⁴C测年所需的有机质材料,因此年代问题是海岸第四纪地层研究的难点。光释光测年技术（OSL）主要通过石英或长石矿物的释光信号,确定沉积物的埋藏年龄,测年范围从近百年到几十万年。OSL的快速发展为海岸第四纪地层年代确定提供了有利条件,特别是单片再生剂量法的提出,提高了光释光测年结果的准确度和精度。OSL测年需要根据样品的年龄与性质,进行测年矿物、测量程序条件及粒级的选择。文章基于近年来石英和长石光释光测年技术的发展,结合我国海岸第四纪地层断代中已发表的500多个光释光年代数据,探讨光释光测年技术在海岸第四纪沉积物定年中遇到的常见问题及应对策略,包括测年矿物的选择（石英vs.长石）、样品的晒退、剂量率、石英信号的组分、长石包裹体等。对这些问题的认识有助于对光释光测年结果准确度的评估,可以更好地服务于海岸晚第四纪沉积研究。

     

沉积物的光释光测年和对沉积过程的指示意义

应用光释光测年技术测量了位于陕西、河南、湖北和安徽等地9个剖面的49个沉积物样品,这些样品的光释光信号都是以快组分为主,等效剂量预热坪区和剂量复原实验结果也表明这些样品都适合应用单片再生剂量法测量其等效剂量。根据测量的光释光年龄数据和样品的埋深,建立了各剖面的年龄-深度曲线和函数,通过它们推算出了各剖面的长期堆积速率,并据此指出了可能的沉积环境变化。在取样的深度范围内,所测剖面的堆积速率从0.02mm/a到2.58mm/a,并显示一般风成黄土的堆积速率要比水成堆积物的堆积速率要慢。所测样品的年龄从0.2±0.01ka到53.8±4.7ka。在9个剖面中,有两个自然剖面发生了长时期的沉积间断。在有文化层的剖面中,文化层下部地层的年代明显老于文化层和上部地层的年龄,文化层中沉积物的光释光年龄也可以用来指示文化层的堆积情况。另外,对两个剖面也进行了¹⁴C定年,结果显示沉积物全样的¹⁴C测年值得进一步研究。     

北美五大湖区晚更新世劳伦泰德冰盖演化年代学综述及石英光释光测年的初步尝试

北美五大湖区的安大略湖北岸Don Valley Brickyard、Scarborough Bluffs、Bowmanville Bluffs剖面共同构成了北美东北部最长也是最厚的陆地第四纪沉积记录, 较完整地记录了晚更新世劳伦泰德冰盖(the Laurentide Ice Sheet)的演化. 晚更新世劳伦泰德冰盖演化的重建有赖于这些经典剖面中重要沉积地层单元的准确年代学控制. 传统的地层年代学主要是依靠少量¹⁴C年代, 将主要的混杂堆积单元(diamicton)解释为气候变冷环境下的冰川扩张, 并与指示全球冰量变化的深海氧同位素曲线一一比对建立起来的. 这样建立起来的年代学存在很大的不确定性. 20世纪80-90年代的少量热释光年代也不相吻合, 最近的13个长石红外释光定年则只集中于Bowmanville Bluffs的一个分层, 并未建立整个剖面的地层年代学, 使这些经典沉积剖面的年代学一直没有得到系统的建立. 应用石英光释光SAR-SGC法测试了Bowmanville Bluffs剖面Glaciofluvial Sand单元的2个冰水沉积样品, 年代结果分别为(41.6±3.8) ka、(48.1±4.4) ka, 分析表明这一年代结果偏老, 石英颗粒可能晒褪不完全. 由于大测片无法识别晒褪不完全的颗粒, 因此, 测试更多的剖面序列的光释光年代并尝试采用粗颗粒小测片或单颗粒技术解决样品颗粒晒褪不完全的问题将是必要的.     

岩石暴露年龄释光测定的若干影响因素研究

近年来,光释光测年技术已被成功应用于岩石暴露年龄的测定,在地质、地貌、气候和考古等研究领域显示出广泛的应用前景。该技术能否准确并广泛应用于经历各种地质活动而暴露的基岩、砾石定年,了解影响其表层光释光信号晒退速率的因素至关重要。文章采用红褐色长石石英砂岩、灰白色黑云母花岗岩和表面附着有岩石漆的花岗角砾岩,针对样品岩性、采样面朝向、表面覆盖物（岩石漆）3个因素对红外释光（IRSL）50度测量信号的影响程度进行了晒退实验。实验结果显示：岩石表层一定深度IRSL信号可被太阳光快速晒退,且随着曝光时间增长,砂岩和花岗岩释光信号的晒退深度均逐渐增大,与深色砂岩相比,浅色的花岗岩有更快的晒退速率;在阳光下曝光约5114 h后,花岗岩朝上一面的信号晒退深度大于朝北一面,表现为拟合朝上一面的晒退曲线所获值和曲线拐点深度值皆大于朝北一面,揭示在该暴露时间内（如约5114 h）不同采样面朝向对信号晒退有一定程度的影响;阳光下暴露相对较短的时间（如40 h）,样品表面覆盖物（岩石漆）可能因对光线的屏蔽作用而使光释光信号晒退速率减小,无岩石漆覆盖的岩块具有更深的信号晒退深度,但随着暴露时间的延长（如约2416 h）,这种影响程度渐趋减弱。该研究为准确获得岩石样品定年所需的光晒退速率和光透系数μ这两个重要参数奠定了基础,也为了解不同岩性岩石的光释光信号晒退速率、测年对象的合理选择以及岩石样品采集等提供了实验数据支持。     

Apparent OSL ages of modern deposits from Fåbergstølsdalen,Norway: implications for sampling glacial sediments

The application of optically stimulated luminescence (OSL) dating within glacial settings can be limited where sediments have not had their OSL signal fully reset by sunlight exposure. Heterogeneous bleaching can result in age overestimations, and although it is recognized that certain depositional settings are more likely to have experienced sufficient sunlight exposure to bleach the OSL signal, no comprehensive study has empirically investigated the processes of sediment bleaching, or the variability in bleaching between deposits of the same type and within the same glacial catchment. A suite of modern glacial and glaciofluvial sediments from Fåbergstølsdalen, southern Norway, have been analysed to explore the controls that sedimentary processes and depositional setting have on bleaching of the OSL signal of quartz. There is considerable variability in the residual OSL ages of similar modern deposits, which reflects high sensitivity of the OSL signal to sediment source, sedimentary process, transport distance and depositional setting. Overdispersion values are greatest for the sediments which have been most heterogeneously bleached and these sediments have the lowest residual ages. Sampling strategies that incorporate sufficient consideration of the depositional framework of sample settings can minimize the effects of unbleached residuals on OSL age determinations.     

北大别山牢山寨岩体地球化学特征和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

对北大别山牢山寨岩体进行了锆石U-Pb定年、岩石全岩主量和微量元素分析,发现牢山寨岩体二长花岗岩在化学成分上具超酸、富碱、过铝质等特点,属超酸性富碱高钾钙碱性系列;大离子亲石元素Rb、K富集,高场强元素Hf、Th、U与轻稀土元素明显富集,重稀土元素亏损,具中等负Eu异常等特征,稀土元素配分曲线为左高右平缓的轻稀土元素富集型。锆石LA-ICP-MSU-Pb定年测试得到岩体~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄值为133±2 Ma(n=21,MSWD=3.1),代表牢山寨岩体的侵位年龄,表明其为早白垩世的岩浆活动产物。推测其形成机制为:在秦岭-大别造山带中生代构造体制转换及其后伸展机制下,下地壳尚未发生拆沉,含斜长石+辉石+角闪石+石榴石的高压麻粒岩下地壳部分熔融,沿深断裂向上运移,在地壳浅部固结成岩形成牢山寨岩体。     

德兴朱砂红矿床含辉钼矿岩石样品Re_Os定年及地质意义

辉钼矿中Re、Os含量高且几乎不含普通Os,通常被认为是开展金属矿床定年的理想对象。然而,在一些矿床中辉钼矿常以浸染状产出,矿物颗粒微小,挑纯难度较大,本文尝试使用含辉钼矿的岩石样品进行测年实验。选择研究程度较高、年龄数据较多的德兴斑岩铜矿田朱砂红矿床的4件含辉钼矿岩石样品进行了Re_Os同位素定年,结果获得等时线年龄为172.6±2.6 Ma,与前人已获得的年龄数据基本一致,说明该年龄数据可靠,样品中的硅酸盐矿物对定年结果没有影响。德兴斑岩铜矿田中3个矿床的辉钼矿Re_Os年龄与花岗闪长斑岩的锆石U_Pb年龄相一致,表明其矿化与斑岩侵入体直接相关。而前人获得的Rb_Sr年龄及K_Ar年龄与近年得到的Re_Os、U_Pb年龄数据存在差别的原因可能是后期热液蚀变及热事件破坏或重置了Rb_Sr和K_Ar同位素体系。     

北淮阳东段西汤池岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及成因

西汤池岩体位于安徽北淮阳地区舒城县西汤池一带。西汤池似斑状二长花岗岩具高硅、富碱质特征,为铝饱和碱性系列岩石。稀土元素含量中等,(La/Yb)_N与HREE/LREE值较高,重稀土相对轻稀土亏损明显,Eu呈弱负异常,属轻稀土富集型。大离子亲石元素(Rb、K、La、Nd等)明显富集,而高场强元素(Nb、Ta、P、Ti等)亏损。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得西汤池二长花岗岩~(206)Pb/~(238)U年龄为(125.5±1.6)Ma,为早白垩世岩浆活动的产物。基于前人关于北淮阳地区区域地质背景方面的研究成果和本次地球化学构造环境判别方面的研究,认为西汤池二长花岗岩属A_1型花岗岩,形成于后碰撞的伸展构造环境。