第四纪沉积物光释光测年中等效剂量测定方法的对比研究

准确地测定碎屑矿物沉积后吸收的等效剂量第四纪沉积物释光测年中最关键的一环。用光释光测年技术对几年全新世坡积物,古土地和黄土等样品中的石英,长石等碎屑矿物进行了测定等效剂量的对比研究。     

晚第四纪湖泊演化光释光测年

在过去的20年里,光释光（optically stimulated luminescence,简称OSL）测年技术发展迅速,已经被广泛应用于第四纪沉积物的测年研究中。近年来,以OSL技术为主要定年手段,利用其测年范围大、测年材料（石英和长石）丰富且易于提取等优势,在我国干旱/半干旱区（腾格里沙漠古湖、内蒙古黄旗海等湖泊）开展了一系列晚第四纪湖泊演化和古气候环境变化的研究工作。高水位湖相阶地的OSL测年结果表明,晚更新世高湖面事件发生时间在MIS 5阶段甚至更老,对基于14C数据建立的“MIS 3a大湖期”假说的年代框架提出了质疑;通过东北兴凯湖晚第四纪连续湖泊沉积物的高分辨率OSL和14C测年对比研究,从年代学机理上揭示晚更新世高湖面的年代学争论主要源自14C技术测定较老样品时的局限性,14C测年手段及易造成老于30000年的沉积物年龄的低估;来自青藏高原东北缘的秦王川盆地和东北地区兴凯湖湖岸的风成沉积也记录了MIS 3a阶段可能不存在气候湿润和高湖面事件;另外,通过对白碱湖古湖岸堤的OSL测年,建立了湖面波动过程和全新世区域湿度变化历史,揭示了季风边缘区早中全新世湿润期和中晚全新世以来逐渐干旱化的气候环境变化过程。综上所述,相较于传统的14C技术,OSL测年技术在湖泊沉积物的应用中具有诸多优势和潜力。尽管如此,OSL测年方法在实际应用过程中会遭遇一些会影响测年结果的潜在的技术问题。因而本文也从石英组分的长石污染、沉积物沉积前OSL信号的曝光程度、铀系不平衡和含水量以及宇宙射线对剂量率的动态影响等多方面,综述了水成沉积释光研究中面临的具体问题,并提出了初步解决方案和建议。     

甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年

光释光（ＯＳＬ）测年是近几年从热释光（ＴＬ）测年基础工起来的测定第四纪沉积物年龄的一种新技术，其原理与ＴＬ测年类似。不同的是：ＯＳＬ是单色光束激发品体中储存的电离辐射能使其以光的形式释放出来。当用近红外线束作为激光光源时称之为红外释光测年。与ＴＬ测年相比，ＩＳＬ测年可以不考虑残留的ＯＳＬ信号，而且测量具有简便，迅速且准确等优点。本文用细颗粒红外释放技术对玉门地区的构造阶地进行了年龄测定，初步结果表     

光释光测年系统中绿光新光源的研制

绿光激发光源是光释光测年系统中的核心设备之一。Ar离子激光光源已不能满足为开展不同种类的矿物的光释光性质、特征等方面的研究需要。我们通过对高强度冷光卤素灯，经过一定的光学改造后获得了新的激发光源，可以代替代原有的Ar离子激光光源。     

沉积物含水量及误差变化对光释光测年精度的影响研究

光释光测年技术是晚第四纪碎屑沉积物沉积年代测定方法之一。本研究关注沉积物样品含水量及其误差的选取对光释光测年精度的影响。从已发表相关文献选取4个光释光样品,其类型包含黄土、河流砂、砂质土壤等。一方面对这些样品含水量及其误差重新赋予不同值,另一方面对环境剂量率其他参数进行固定,之后重新计算这些样品光释光年代及观察对应误差棒变化。模拟结果表明：对于低含水量（≤6%）样品,含水量相对误差的选取几乎不改变光释光年龄误差棒大小;而对于中等含水量（约11%）样品,随着含水量相对误差从5%增加到50%,石英光释光年龄的相对误差增加约1%;对于较高含水量（16%~26%）样品,随着含水量相对误差从5%增加到50%,光释光年龄结果的相对误差增加0.9%~3.9%。之后利用兰州天斧沙宫附近的一个典型黄土样品,在实验室环境下模拟不同降雨组合,测量并计算该样品的年平均含水量及相对误差,实验模拟结果表明黄土样品无论在简单降雨模式还是复杂降雨模式下,黄土样品年平均含水量不超过15%,而含水量的相对误差不超过11%。该模拟实验结果进一步证实了释光测年研究中,含水量及误差经验赋值的可行性,为黄土高原地区黄土样品晚第四纪地质历史时期的水含量及误差估计提供了进一步实验室数据支持。

     

天津大直沽晚第四纪沉积物红外释光测年及环境变迁年代学

对天津大直沽ZH2钻孔晚第四纪沉积物岩芯12个样品的红外释光(IRSL)测年及沉积物记录的环境变化研究结果表明:1)细颗粒(4～11μm)多测片的红外释光(IRSL)技术对水悬浮沉积物的年龄测定有着巨大的潜力,渤海湾西岸全新世环境变化的IRSL年代可与14C年代相对比;2)大直沽ZH2孔所在地未见晚更新世海侵,并在距今约30 ka至约10 ka期间处于沉积间断状态,距今9.5 ka开始发生海侵,距今5.1 ka发生海退,距今4.4 ka海水已退出ZH2孔所在地,距今2 ka左右已有人类活动.     

释光技术在水成沉积物测年中的应用进展

准确获得水成沉积物的年龄是第四纪年代学重要的前沿问题之一。随着释光技术的发展,水成沉积物释光测年在如下方面有新的进展：具体释光技术的选择、释光测量方法、测年矿物的种类、矿物的粒级和获得等效剂量的统计方法等。线性调整光释光技术能够提取光释光信号中衰退快的组分;单片再生法应用广泛;单颗粒技术在挑选沉积时晒退充分的颗粒方面具有一定的优势;水成沉积物中的石英比长石更易晒退;较多的实验表明水成沉积物中的粗颗粒比细颗粒更易晒退;获得等效剂量的统计模型很多,但尚无一种统计模型适用于所有样品。在此基础上探讨了水成沉积物释光测年在气候、构造运动、冰川进退历史和人类活动主导的土壤侵蚀量变化研究中的意义及今后的研究方向,为全面了解该领域的最新研究进展提供参考。     

释光技术在水成沉积物测年中的应用进展

准确获得水成沉积物的年龄是第四纪年代学重要的前沿问题之一。随着释光技术的发展,水成沉积物释光测年在如下方面有新的进展:具体释光技术的选择、释光测量方法、测年矿物的种类、矿物的粒级和获得等效剂量的统计方法等。线性调整光释光技术能够提取光释光信号中衰退快的组分;单片再生法应用广泛;单颗粒技术在挑选沉积时晒退充分的颗粒方面具有一定的优势;水成沉积物中的石英比长石更易晒退;较多的实验表明水成沉积物中的粗颗粒比细颗粒更易晒退;获得等效剂量的统计模型很多,但尚无一种统计模型适用于所有样品。在此基础上探讨了水成沉积物释光测年在气候、构造运动、冰川进退历史和人类活动主导的土壤侵蚀量变化研究中的意义及今后的研究方向,为全面了解该领域的最新研究进展提供参考。     

渭河咸阳段全新世古洪水事件光释光测年研究

古洪水水文学研究是全球气候变化研究的前沿课题,确定古洪水事件的年代是古洪水研究的重要内容之一。对渭河流域进行深入的野外考察,在中游咸阳段阶地发现全新世黄土-古土壤层里夹有古洪水滞流沉积层,表明该地层记录了古洪水事件发生的信息。在该剖面采集光释光样品,分离提取40~63 μm石英颗粒成分,应用单片再生剂量法（SAR）进行红外后蓝光(Post-IR OSL)释光测量,获得了9个OSL年龄值。结果表明由古洪水滞流沉积层记录的特大古洪水事件发生在3 200~2 800 a B.P.之间。结合沉积样品系列的磁化率和粒度成分等气候替代性指标分析,揭示了在全新世中期向晚期转折过渡时期,渭河流域处于气候向干旱化发展的转型期,气候变化剧烈,大气系统不稳定,降水变率增大等,是导致特大洪水多发的主要原因。这也是渭河流域气候水文系统对于全球性气候恶化响应的结果。     

浑善达克沙地的光释光测年研究

光释光测年技术以光可以使在半导体结晶固体中被俘获到光敏陷阱中的电子释放出来这一原理为依据,以样品在被覆盖前,它们的光释光信号都已经晒退回零为假设前提进行测年的。而风成沉积物是最符合这一假设的,所以光释光测年对于风成沉积物非常适合。本文对采自浑善达克沙地样品中的石英粗颗粒进行光释光测年,试图重建沙地的古环境演化过程。本文研究的样品分别采自浑善达克沙地的中部SG点(42°40'N,115°57'E)和东部YS点(43°14'N,116°49'E)。采样时,先挖大约30cm深,然后用锤子将金属小筒打入,拔出后,小筒用黑色塑料和胶带封死。到实验室后,小筒顶端大约1cm厚的样品用来测量     

甘肃巴谢剖面黄土-古土壤的光释光测年研究

光释光（OSL）测年是测定第四纪沉积物年龄的一种新技术。它通过单色光束激发使晶体中储存的电离辐射能释放出来。与热释光（TL）测年相比，OSL测年可以不考虑残留的OSL信号，而且测量具有简便、迅速且准确等优点。本文用细颗粒光释光技术对甘肃巴谢剖面的黄土-古土壤进行了测定，其测年结果与14C测年结果相吻合。这表明，光释光是一项极潜力的年代学技术。     

第四纪沉积物测年新进展

由于沉积环境和沉积物类型与成因的差异,第四纪沉积物岩性、组成会随时间变化,并且结构和厚度在空间上也可能发生明显变化,使得长期以来难以测得其准确年代。论文对K/Ar法和⁴⁰Ar/³⁹Ar法、玻璃陨石法、铀系定年、氨基酸外消旋法、宇宙成因核素法、电子自旋共振定年等各种方法的定年范围和测定对象进行了介绍,分析了第四纪测年方法新进展存在的主要问题和改进途径。要提高所测年代结果的可靠性和准确度,不仅需要丰富的地质工作经验,还需要选择最恰当的定年方法,并且尽可能用多种定年方法进行交叉对比。随着第四纪环境演变及全球气候变化等方面的研究日益受到地质学者的关注,相信第四纪沉积物定年方法在全球气候变化、环境演化等研究领域具有更加广阔的发展前景。     

郑州邙山马兰黄土的光释光(OSL)测年初步研究

对郑州市西北邙山黄土塬赵下峪(34°58'N,113°22'E)剖面上部马兰黄土(厚约87m)不同层位的24个样品作了细颗粒(4-11μm)组分红外释光(IRSL)测年,其中8个样品同时进行了细颗粒组分绿光释光(GLSL)测年。样品的IRSL和GLSL信号强度都在Daybreak1100TL/OSL检测系统中测量。该系统的本底计数为70-80光子/秒。被检测的IRSL和GLSL波长分别为340-480nm和340±25nm;激发光束波长分别为880±80nm和514±14nm,功率为18mW和15-16mW。所有样品的等效剂量都用再生释光法测定;环境剂量率是通过测定样品的铀、钍和钾含量,按Aitken(1985)的转换系数确定的,考虑了含水量的影响及宇宙射线的贡献。从这批样品的光释光测年结果可得以下初步认识:
(1)8个样品细颗粒组分的IRSL和GLSL测定的等效剂量和年龄值,除1个样品外,都在1-2σ范围内一致。这可能提供了沉积物光释光测年可靠性的一种自检方法。(2)邙山剖面马兰黄土不同层位段的沉积速率变化十分显著,从0.4m/ka到5.6m/ka,并与剖面上质量磁化率测定值的变化大致相吻合。该剖面马兰黄土至少有4个快速堆积层(沉积速率>3m/ka),其磁化率低而变化小;3个缓慢堆积层(沉积速率<0.5m/ka),其磁化率大或变化显著,它们之间有一系列过渡层。(3)邙山马兰黄土大体可三分即上部(L_1-1)埋深2.7-27.5m,中部(L_1-2)埋深27.5-57.9m)和下部(L_1-3)埋深57.9-87.9m。它们的形成年代分别为10.8-36.2ka B P,36.2-70.3ka B P和70.3-80.2ka B P。较详细的黄土-古土壤序列年代表将在文中讨论      

黄河中游吉县段全新世古洪水滞流沉积物光释光测年研究

通过对黄河中游河口镇-龙门段峡谷进行详细的野外考察,在多个地点发现了含有古洪水滞流沉积物的全新世地层剖面。对山西省临汾市吉县段冯家集剖面的古洪水滞流沉积物系统采样,进行了沉积学及年代学分析研究。野外观测和粒度成分分析表明冯家集剖面夹有5层典型的古洪水滞流沉积物,其性质为细沙质粉沙,具有水平层理,层与层之间被坡积石渣土分隔。该层系的顶界高出黄河平水位达18m。它们是特大洪水在高水位滞流情况之下的悬移质沉积物,客观地记录了全新世时期黄河中游一期5次特大古洪水事件。通过分离出125~225μm石英颗粒,应用单片再生剂量法（SAR）测得其光释光年龄值,结合地层对比及各种气候替代性指标的分析,确定这些古洪水事件发生在3200~3000a B.P. 之间,处于全新世中期大暖期向全新世晚期相对干旱期转折的阶段。这对应我国历史上的商末-西周初期,季风气候状态不稳定,黄河流域既有严重地干旱,又有特大洪水事件发生。本文的研究成果为深入揭示河流水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的可靠证据。     

汉江上游安康东段古洪水事件光释光测年研究

通过对汉江上游河谷广泛的野外考察,结合粒度和磁化率分析,证明汉江上游安康东段阶地剖面夹有两层典型的古洪水滞流沉积层,其记录了两期古洪水事件。选择该河段LSC两个剖面进行系统采样,对其进行了年代学和沉积学研究。应用单片再生法（SAR）光释光测年技术,获得其光释光年龄值,结合地层对比,确定这两期古洪水事件分别发生在距今13050~12270 a（对应BL+AL事件向着YD气候恶化事件转折阶段）和发生在距今1000~900 a左右,相当于我国历史上的北宋时代后期（A.D. 1000~1100）。通过与国内外多种高分辨率气候变化记录的对比分析,揭示了古洪水事件的发生与气候恶化转折时期,季风气候格局突变、气候波动不稳定、降水变率增大有密切关系,这对汉江上游水资源综合开发利用以及防洪减灾有着重要的意义。     

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。     

光释光测年中石英样品提纯方法的改进

为了解决光释光前处理中遇到的传统方法无法获得满足纯度石英的问题,通过大量对比实验,结合玻璃工艺中石英分离研究成果,最后获得了新的石英提纯流程,与传统方法相比,新方法通过化学分离避免了密度变化对石英长石分离的影响,从而解决了斜长石和岩屑在传统的重液分离中无法剔除的问题,新方法能够获得满足纯度要求和量要求的石英,同时,新方法比传统方法实验室工作效率更高。     

渭河中游全新世黄土剖面光释光测年及记录的古洪水事件

通过对渭河流域进行广泛的考察,在中游咸阳附近一处阶地发现保存完好的全新世黄土-古土壤剖面里夹有古洪水滞流沉积层,对其进行了年代学和沉积学研究.对于采集的全新世地层样品,进行粒度、磁化率测量分析,证明所夹沉积物是典型的古洪水滞流沉积物,该层记录了古洪水事件发生的气候水文信息.应用红外后蓝光的SAR光释光测年技术,获得该剖面9个OSL年龄值,确定渭河在距今3.2～2.8 ka之间为一个洪水多发时期,并建立了渭河古洪水事件的年代序列.这一结果揭示了古洪水的频发与全新世中期向晚期过渡的转折时期,气候由温湿向干旱化发展,大气系统失稳,气候变化剧烈,降水量异常变化,变率增大,是导致渭河流域特大古洪水多发的主要原因.