长江三角洲全新世沉积物光释光测年研究

长江三角洲是研究古海岸沉积环境演化的理想区域。选取长江三角洲平原一支长岩芯钻孔上部55 m层位的沉积物进行光释光(optically stimulated luminescence,OSL)测年研究。根据沉积物粒度特性,在实验前处理过程中,提取100~200 μm或63~100 μm粗颗粒石英矿物进行OSL测年。测年样品的预热坪与剂量恢复实验表明选择180℃作为预热条件较为合适,石英OSL信号衰退曲线以快组分为主。条件实验结果、等效剂量分布以及各测片的循环比、热转移等方法学层面的实验结果表明,OSL测年技术对该孔的沉积物测年具有适应性和可靠性。通过年代—深度关系模型,建立该段地层中全新世以来的年龄框架。依据该孔的年代地层序列并结合前人工作,探讨全新世以来长江三角洲的沉积演化。     

光释光测年基本流程

光释光测年是对沉积物上一次曝光事件年代的测定.自20 世纪80 年代该方法提出以来,得到了越来越广泛的应用.相对于¹⁴C测年,光释光测年虽存在误差偏大的不足（一般5%~10%）,但是具有以下明显优势：① 其测年年限范围比前者大得多;② 测年物质（石英或长石）丰富,这在干旱半干旱区的沙漠和湖泊中尤其重要,因为在这些地区很难找到可用于¹⁴C测年的有机质;③ 是对沉积物的直接定年;④ 测年事件包括曝光、受热（400 ℃以上）、火山、地震和晶体（方解石等）形成等.本文介绍了光释光测年的整个实验过程,包括采样、前处理、等效剂量测定、年剂量测定等,以期让有需要的地学同行了解这一方法,尤其是了解从地层或岩芯等取样的过程中应注意的事项.重点介绍单片再生剂量法(SAR)与标准生长曲线法(SGC)相结合测定等效剂量的实验方法(我们命名为SAR-SGC法).该方法能大大提高仪器的使用效率,可节省仪器时间60%以上.通过氟硅酸溶蚀长石来提取石英的中颗粒(38~63 μm)的前处理过程简便易行,获得的石英纯度高,且可以避免使用危险的氢氟酸.中国科学院青海盐湖研究所释光测年实验室近几年应用SAR-SGC法对黄土、沙漠、湖泊、海洋、冰川、考古点等各种类型沉积物进行光释光测年,都获得了很好的结果.     

应用最小二乘法建立钾长石释光测年标准生长曲线

标准生长曲线（Standardised Growth Curve,SGC）法的提出为高效快速地测定释光样品的等效剂量（D_e）值提供了可能。不同实验室的放射源剂量率、操作流程、仪器误差等的不同会导致SGC参数的不同。运用最小二乘法标准化实验剂量校正后的信号L_ri/T_ri*D_e得到一条本实验室的标准生长曲线,用来快速得到等效剂量值。通过R软件实现了最小二乘法标准化过程,建立了50、100、150、200、250℃激发温度下的钾长石的标准生长曲线,分析发现250℃下的SGC收敛性最好,由于此温度下的信号衰退率可忽略不计,因此,我们用250℃激发温度下的SGC方程来估计样品的等效剂量。比较250℃ SGC D_e和250℃ MET-pIRIR D_e的一致性,发现在0~500 Gy范围内用SGC法估计的D_e和MET-pIRIR法估计的D_e非常接近,表明了此范围内SGC法的可靠性,而在>600 Gy范围内出现较大差别。一方面,此范围内用于拟合SGC的数据点较少导致高剂量区域内拟合的方程参数不够准确;另一方面,600 Gy与SGC对应的饱和剂量水平值844.5 Gy已经接近,所以在>600 Gy区域测出的D_e很可能出现较大偏差。因此需在今后工作中逐步积累更多样品,完善SGC参数,使其也能胜任较老年龄样品。     

光释光测年单个黄土样品测片个数选取问题的统计学研究

光释光测年多颗粒实验中单个样品的测片个数选取没有一定标准,从几十到一百多个不等。通过分析7个黄土中颗粒(38~63 μm)样品,分别进行了不同测片个数的等效剂量的实验及统计分析研究。每个样品的等效剂量由SAR法和SGC法得到,每个样品不同测片数的等效剂量结果进行了多种统计分析和检验。认为在风成沉积物的光释光测年实验中,当一个样品进行实验的测片数达到20~30个测片时,样品的等效剂量分布形态就趋于稳定;即此测片数较合理——既能较准确反映统计意义上的样品的古剂量,又不至于进行大量重复性工作;这对于水成沉积物光释光测年中单个样品的测片个数选取也有一定的参考价值。     

新疆阿尔泰山东段冰碛物光释光测年研究

冰川是塑造地表形态最积极的外营力之一,对冰川地貌的年代学研究是重建古冰川发展史的关键,也是研究气候变化的重要途径。冰碛物是冰川作用的直接产物,代表过去发生的冰川事件,对冰碛物进行准确测年能够为重建古冰川的进退、理解区域古气候变化提供年代学支撑。本文在新疆阿尔泰山东段采集了8个冰碛物样品以进行光释光测年,利用单片再生剂量法对90~125 μm的石英颗粒进行等效剂量的测定。通过等效剂量值频率分布特征及De（t）坪区图分析得出大部分冰碛物的光释光信号晒退不彻底,所以利用一阶动力学公式对持续激发的光释光信号晒退曲线（CW-OSL）进行多组分拟合拆分,得到快速、中速、慢速3种组分,依据分离出的快速组分确定等效剂量值。研究结果显示,距今32 ka以来阿尔泰山东段区域在MIS3阶段、MIS2阶段、8.2 ka左右、全新世大暖期及新冰期等5个时段有冰川发育,冰川发育与气候变化密切相关。     

柴达木盆地西台吉乃尔盐湖沉积的年代学研究

柴达木盆地中部西台吉乃尔盐湖成因及其年代框架还存在争议。通过应用光释光测年法（OSL）和放射性碳测年法（AMS¹⁴C）测定两支分别来自该盐湖中部及东部边缘区域的岩芯,获得4个OSL和5个AMS¹⁴C年代数据。结果表明：（1） 对于老于30 ka的样品放射性碳测年法存在明显的年代低估,而对于年轻样品则存在约4.0 ka的碳库效应,相对而言光释光测年方法具有一定的合理性。（2） 两支岩芯顶部粉砂质粘土层形成于约0.3 ka,中部含粉砂质粘土盐层形成于大约4.0 ka,底部粉砂质粘土层则至少形成于70 ka 之前。     

黄河上游官亭盆地喇家遗址地层光释光测年研究

通过对黄河上游官亭盆地喇家遗址周围黄河第二级阶地广泛的野外考察,在官亭镇下喇家村段发现了典型的风成黄土土壤层。在地层剖面可见其齐家文化层古地面被数组地震裂隙分割。有一层团块状的、鲜艳的红色粘土质泥流层覆盖了遗址的古地面,并且填充了地震裂隙。经过详细观测和采集光释光样品,应用单片再生剂量法(SAR) 获得该剖面样品的光释光(OSL) 年龄值。在此基础上,结合大量¹⁴C年龄数据和地层对比方法,确定官亭盆地黄河第二级阶地形成在35.00 ka BP,其后风成黄土土壤剖面开始发育。同时断定全新世古土壤S₀中间所夹红色粘土泥流沉积层及其下的地震裂隙的形成年代为3.95 ka BP。结合磁化率和粒度成分等气候替代指标分析,表明在35.00~11.50 ka BP 晚更新世晚期,亦即末次冰期的晚期(MIS-2),气候寒冷干燥,沙尘暴活动旺盛,在官亭盆地第二级阶地上堆积了典型的马兰黄土层(L_1-1)。在11.50~8.50 ka BP全新世早期,沙尘暴活动堆积了具有过渡性质的黄土层(L_t),反映气候逐渐变暖。在8.50~3.10 ka BP 全新世中期大暖期,气候变得温暖湿润,降水量增多,沙尘暴活动减弱,风化成壤作用强烈,堆积形成了黑垆土类古土壤层(S_0下、S_0上)。     

巴丹吉林沙漠湖泊年轻沉积物14C测年初步研究

沙漠湖泊沉积物是研究气候环境变化的珍贵材料,湖泊岩芯年代学研究是重建古气候和古环境的基础和前提,然而其年代的测定存在诸多困难,尤其是年轻湖泊沉积物测年一直是当前地质年代学研究的难题。~(14)C测年作为一种传统的测年方法已被广泛应用于各类湖泊年轻沉积物的年代测定。巴丹吉林沙漠湖泊年轻沉积物能否利用~(14)C方法进行测年,其可靠性如何,需进行研究和验证。选择巴丹吉林沙漠腹地的两支岩芯(BR-1和YD-1),对其进行了~(14)C测年,并与已有的~(210)P_(buns)及其推算年代进行了对比。结果表明:1)沙漠湖泊中的植物残体来源存在较大的随机性,可能是原有的更老沉积层中的植物残体的再沉积,测年结果偏老约1000年。2)湖泊岩芯中有机沉积物样品的年代结果基本符合沉积规律,但受硬水效应的影响,其年代整体偏老400~900年。3)与~(210)P_(buns)年代对比,两种不同测年物质所测得的年代均存在不同程度的偏老现象,表明岩芯所在湖泊~(14)C年龄受多种因素影响,总体存在很大的不确定性。在测年材料极为稀缺的沙漠丘间湖区,利用岩芯中的植物残体、沉积物有机质进行~(14)C测年,可能受老沉积层中测年材料再沉积、湖水碳库效应等因素的影响,~(14)C年代存在诸多不确定性。因此,在对巴丹吉林沙漠丘间湖泊年轻沉积物测年研究过程中应谨慎运用。     

风成沉积石英绿光释光测年的单片技术

运用再生法进行单片技术测年所面临的主要问题是感量变化。论文探讨了石英绿光释光测年中对感量变化进行校正的方法,然后运用单片技术对沙漠黄土边界带风成沉积沙样进行等效剂量测定。结果表明,单片技术是石英绿光释光测年的理想手段。     

OSL测年中CGC法求D_e均值的计算方法之比较分析

光释光测年中等效剂量是计算样品埋藏年龄的一个重要参数,一般通过求多个实验测量值的均值得出。标准生长曲线法是求等效剂量的一种常用且有效的方法,分析讨论了此法计算的等效剂量存在小幅度的系统性的偏大及其原因,提出了改进的方法;展望了CGC法求De均值更优的估计——极大似然估计。     

东昆仑库木库里沙漠表层沉积物粒度特征、物源与沉积环境

对青藏高原北部世界海拔最高的库木库里沙漠周围冲积扇碎屑及沙漠表层沉积物粒度特征及元素组成研究结果显示：（1）库木库里沙漠表层沉积物以细砂为主,其次为极细砂,粉砂和中砂含量较少,有少量的黏粒,不含粗砂的组分,且粒度组成差异不大。（2）沉积物M_Z范围2.70~2.90 φ,σ₁范围0.80~1.10 φ,S_K1范围0.26~0.44,K_G范围2.27~3.62。（3）粒度主要呈近似对称的单峰分布,但细颗粒一侧有较细长的尾部。（4）沙漠表层沉积物元素组成与周围山麓冲洪积碎屑沉积物较为相似,尤其是沙漠西部的阿尔喀山北麓区域。（5）沉积物源判别表明,沙漠表层沉积物来源主要为阿尔喀山北麓及祁漫塔格山南麓碎屑沉积物,其形成环境主要为河流相沉积环境及浅湖相沉积环境。     

汉江上游郧县庹家湾剖面光释光测年及意义

在野外考察基础上选择湖北郧县庹家湾剖面为研究对象。在对磁化率和粒度进行分析的同时,用单片再生剂量法进行了光释光测年（OSL）地层断代。OSL测年数据显示：剖面样品年龄处在55.11~13.57 ka BP,且与地层深度呈现出良好的对应关系,此剖面为黄土风化堆积形成。黏粒含量、黏粒/粉砂值以及磁化率值等气候替代性指标数值在马兰黄土层228~260 cm和294~370 cm深度明显高于典型马兰黄土（L₁）,具有明显的成壤特征,通过OSL测年数据判断时间为27.26~21.59 ka BP,说明在晚更新世时期气候并非持续稳定的寒冷干旱,而是具有一定的波动,在此期间气候相对温暖湿润,而且此次气候事件在黄土高原地区其他沉积记录中也有良好记录。     

察尔汗盐湖区线形沙丘下伏湖相地层的释光年代及其环境意义

本研究尝试使用钾长石多步升温红外后红外法(MET-pIRIR)对察尔汗盐湖北侧线形沙丘下伏古湖相沉积物进行年代测定,并初步探讨其古环境意义.结果表明:钾长石MET-pIRIR250法能够得到等效剂量坪区,说明长石信号能够充分晒退并且异常衰减对测年结果的影响可以忽略,从而保证了测年结果的可靠性;古湖相沉积顶部200-18...     

珠江口岛屿全新世沙堤的年代与沉积环境

通过对珠江口岛屿小型海湾如珠海淇澳岛和澳门黑沙滩一级阶地上的古沙坝/沙丘进行光释光（OSL）年代测定、粒度分析,结果表明,全新世潮间带砂体沉积的底部年代根据光释光测年结果和沉积速率推算,超过9 ka。海岸带形成的古沙坝或风成砂质沉积的光释光测年结果大部分老于新石器文化堆积的器物年代,表明全新世高海面期砂质滨海相沉积的形成先于新石器人类活动遗迹。潮间带砂质滨海相沉积的上覆地层常在6.5 ka左右快速转变为潮上带的风成沉积-人类活动混合堆积,导致文化层中沉积物粒度分选变差,参数波动较大。淇澳岛小沙澳湾9―4.3 ka的滨海相砂质沉积的顶部目前位于海拔＋4.8 m,这一高程可能与构造抬升运动有关。     

晋南全新世黄土剖面常量元素地球化学特征及其古环境意义

通过对晋南地区中梁铁厂全新世黄土剖面常量元素含量分析和粒度、磁化率及光释光年代测定,探讨全新世以来该剖面的化学风化特征及其古环境意义。剖面沉积物的Al₂O₃、TFe₂O₃、K₂O含量变化趋势基本一致,三者含量在古土壤层中较高,代表气候暖湿;剖面常量元素含量与UCC对比具有富Ca而贫Na、K的特征;剖面总体处于低等化学风化强度,介于陕西扶风和宁夏彭阳的剖面之间,其中古土壤层处于中等风化强度,Ca、Na大量淋失。常量元素地球化学特征指示该区全新世以来气候经历了"气候回暖→温暖湿润→气候转凉→持续干凉"的转化过程。1.2-2.5 ka BP期间区域地表流水作用较强,导致了Ca的相对淋失。     

Ris. NaI γ谱仪在不同类型沉积物中环境剂量率的应用研究

光释光测年被广泛的应用于地球科学和考古学等领域的年代学研究,而如何准确测量环境剂量率是光释光测年的关键问题之一。研究利用丹麦 Ris. Nutech所提供的铀( U)、钍( Th)、钾( K)等标样,标定了实验室的 RGS-19A型 NaIγ谱仪。选择不同类型沉积物,进行了不同测量时间对实验结果的影响研究,结果显示随着测量时间增加,测量误差减小,在测量时间达到 6h就可满足其要求,可作为测试样品的固定测量时间;进一步对于岩性均一以及岩性不均一的 36个地质样品开展了 Ris. NaIγ谱仪法与 ICP-MS法, Ris. NaIγ谱仪法与中子活化法测定环境剂量率的对比研究。研究结果表明,对于大部分样品两组不同方法测量结果在误差范围内基本一致(±1σ),NaIγ谱仪与 ICP-MS法及中子活化法的剂量率平均之比为 1.13±0.03(n=36)。说明研究仪器测量结果是可靠的,此仪器 Ris.NaIγ谱仪可以广泛应用于不同类型沉积物光释光测年的环境剂量率测量中。     

库布齐沙漠地表沉积物常量元素与粒度的关系

地表沉积物的风化过程引起元素在各粒级间的迁移或富集,采用粒度分级可以深度解释元素与粒度的关系。选取库布齐沙漠不同植被盖度测定粒度分布特征分级情况下的元素含量。结果表明：(1)库布齐沙漠以细砂和极细砂为主(二者占比85%以上),常量元素以SiO₂、Al₂O₃为主(二者占比80%以上且呈相反关系),其他元素含量较低;不同粒级组分元素富集情况不同。(2)表层沉积物的化学蚀变指标CPA(60.2～85.9)、CIA(28.08～53.06)值显示该区域处于未风化或弱风化状态;研究区表现为富SiO₂、CaO、Fe₂O₃、K₂O、TiO₂贫Al₂O₃、Na₂O现象;SiO₂、K₂O与粒径段呈显著正相关,Fe₂O₃、CaO、Al₂O₃     

汉江上游郧西郧县段古洪水事件光释光测年及其对气候变化的响应

通过对汉江上游的野外考察,发现汉江上游郧西-郧县段第一级阶地前沿全新世土壤剖面中夹有多层古洪水滞流沉积物,选择该河段的归仙河口（GXH）剖面进行了详细野外观察,结合粒度成分和磁化率指标分析,证明它们是典型的古洪水滞流沉积物。采用石英的单片再生剂量法（SAR）获得了该剖面中9 个样品的光释光年龄值。基于测定的光释光年龄、考古断代和地层对比结果,确定这四期洪水事件分别发生在距今12500-12000 a、7500-7200 a、3100-2800 a,1000-900 a。通过与汉江上游地区、国内和世界各地的多种指标气候变化记录的对比分析,进一步探讨了汉江上游郧西郧县段全新世以来发生的多期古洪水事件发生的气候背景,这一认识有助于深入理解区域洪涝灾害对全球气候变化的响应规律。     

福建长乐海岸沙丘砂释光性质及环境演变研究

海岸沙丘蕴含着丰富的过去海岸带风沙活动的信息,在精确的年代学框架基础上才能提取接近实际的海岸风沙活动序列。本研究选取福建长乐海岸3个代表性海岸沙丘剖面进行光释光测年研究,应用不同年代模型计算比较光释光测年结果,发现Weighted Mean年代模型所测得的等效剂量值相较于CAM年代模型和Mean年代模型呈现出系统性偏小的特征,Mean年代模型所测得的等效剂量值的误差偏大,因此本研究选用CAM年代模型作为年代测算的模型。海岸沙丘砂OSL年代学研究表明,在0.9 ka以来,福建长乐海岸带产生明显的风沙堆积和发育海岸沙丘事件,可能是由于中世纪以来,尤其是小冰期福建沿海处于总体寒冷的背景下,区域气候呈现较大幅度的冷暖波动变化,经历了海平面波动下降、海岸线风大沙多的环境演变过程。     

基于光释光测年的共和盆地风沙活动历史研究

位于青藏高原东北缘的共和盆地处于亚洲冬、夏季风和西风环流作用交替控制的干旱—半干旱区,盆地中分布着大面积的沙漠,是重建过去气候的重要载体。就前人对共和盆地25个风成剖面的102个光释光(OSL)年代结果进行分析,总结出晚更新世以来共和盆地的风沙活动在各个时期都有发生,黄土堆积主要是更新世末期到早全新世,古土壤主要是晚全新世发育的,但其测年工作缺乏高密度光释光测年检验。通过对共和盆地西南部的羊曲剖面进行系统的高密度光释光年代学研究发现,羊曲剖面主要是末次冰消期沉积的,9.6～7.1 ka风沙活动迅速减弱,7.1～2 ka存在明显的沉积间断,说明基于单个剖面进行环境演变重建需谨慎。结合盆地内已发表OSL年代结果,末次冰消期以来,风沙活动在共和盆地一直存在,其最强烈时期是14～10 ka左右,黄土主要是末次冰消期14～10 ka沉积的,古土壤发育主要集中在3～2 ka和6～4 ka,此外在9～8 ka也有发育。