宇宙成因核素在地质年代学研究中的新进展

根据地表暴露岩石或埋藏物中宇宙成因核素浓度可计算样品的暴露年龄或埋藏年龄,从而估算出研究区域的侵蚀速率和抬升速率等重要地质信息,该方法现已成为晚新生代地质和地貌变化研究的重要手段。概述了近5年来国内外宇宙成因核素在地质年代学研究中的最新进展,主要包括以下几个方面:①10Be研究进展,26Al/10Be双核素测年计算模型的改进和完善,以及21Ne的加入对26Al-10Be测年方法的拓展;②宇宙成因36Cl在碳酸盐岩中的研究和应用进展;③53Mn、41Ca等新核素的研究和应用;④宇宙成因核素测年技术在国内的应用进展。最后,分析了宇宙成因核素测年存在的主要问题及下一步重点研究方向。     

汉中罗汉洞宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄

汉中天坑群是在我国北纬32°N湿润热带-亚热带岩溶地貌区北界首次发现的岩溶地质景观,已查明区内发育岩溶洞穴300余处。洞穴中保留有丰富的古地下河冲积物、次生化学沉积物等,可能为研究岩溶地下河演化及中国南北方乃至全球古环境及气候变化提供宝贵素材。目前鲜有该区域相关年代学研究成果报道。本研究运用加速器质谱仪（AMS）宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄测试技术,获得陕西汉中岩溶洞穴罗汉洞内次生沉积石英砾石的埋藏年龄为,初步限定了该地区岩溶洞穴的发育年代,同时获得石英砾石样品埋藏前的流域侵蚀速率为138.9±76.5 m/Ma。中国早更新世中期是一个以温暖气候为主的时期,湿润的热带、亚热带气候和季风气候对中国南方喀斯特景观的形成起关键作用。早更新世中期较高的温度和降雨量可能是陕西汉中地区岩溶洞穴发育的主要原因。早更新世区域构造剥蚀事件为该地区岩溶洞穴发育提供了必要条件。     

宇宙成因核素埋藏年龄法: 原理及应用

宇宙成因核素埋藏年龄法是继宇宙成因核素暴露年龄法之后发展起来的又一同位素定年法,这一方法主要应用于沉积物定年。宇宙成因核素埋藏年龄法的原理是: 具有不同半衰期的成对宇宙成因核素浓度及比值会随时间而发生变化,这些变化可以表示成时间的函数。因此,通过测定石英中成对宇宙成因核素的含量,可以定量化沉积物的沉积时间。宇宙成因核素埋藏年龄法在实际应用中还存在几方面不确定性: 测量误差、参数引入的误差以及与地质模型的差异所引入的误差,本文对这些不确定因素进行了讨论。在实际采样过程中,应注意采样点及地质背景尽可能符合地质模型; 在样品处理过程中,应保证石英纯度以及选用 10Be含量尽可能低的铍载体。在最后,本文例举了宇宙成因核素埋藏年龄法在昔格达湖相沉积和大邑砾岩定年中的应用,以及 26Al- 10Be-21 Ne联合定年。可以期待,这一方法在中国将被广泛地用于研究大型河流演化、中国早期人类的演化历史、第四纪早期冰川发育以及与青藏高原演化相关的构造和沉积问题。     

光释光测年技术在海洋沉积物研究中的应用现状与展望

海岸带地区沉积环境复杂,长期以来都较难获取其沉积物的准确年龄信息。而光释光测年技术独有的揭示砂粒级矿物末次曝光年龄的特点,正好适用于复杂的海岸带沉积环境,并且不受限于宇宙成因核素年代学分析方法中核素污染等干扰因素的影响。在回顾光释光测年技术发展历史的基础上,综述了该技术在澳大利亚、非洲、美洲、欧洲、亚洲以及中东和地中海等海岸地区的海洋沉积物测年研究中的应用现状,分析了它目前所存在的主要问题和发展前景。随着近些年海岸演化及其与全球气候变化关系等方面的研究日益受到学术界的关注,相信光释光测年技术在海平面变化、全球气候变化及区域海洋地质演化等研究领域具有广阔的发展前景。     

原地生成宇宙成因核素在地学研究中的应用

传统测年方法(14C、热释光、光释光等)无法直接测量地貌面或基岩面的形成年代,利用宇宙生成核素定出的年代可以直接计算地质、地貌体的暴露年代和埋藏时代。随着测量仪器的长足进步,特别是加速器质谱(AMS)检出限(可测至106原子)的大幅度提高,原地生成宇宙成因核素定年技术给地貌学带来了革命性的变化,因此宇宙生成核素被广泛应用于古气候学、构造地质学、火山年代学及古地磁学等。本文阐释了原地生成宇宙核素定年方法的基本原理,并在地学领域应用的现有基础上,从冰川、断层、阶地等研究对象出发,以沉积物埋藏年龄、地表侵蚀速率、断层滑动速率等为研究内容,具体描述该定年技术在冰川地貌、构造地貌、地貌过程及地貌演化研究中的国内外研究现状,以及应用中尚待解决的诸如核素产生速率与空间、时间关系;样品地质、地貌条件对结果造成的不确定性等问题。     

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。     

西域砾岩宇宙成因核素26Al/10Be埋藏定年探索

西域砾岩是分布于青藏高原北缘天山、昆仑山一带的一套晚新生代砾石堆积地层, 获知其可靠的年代信息对于理解高原隆升及地貌演化过程尤为关键。宇宙成因核素 26Al/10Be埋藏测年是近年来发展起来的同位素测年新技术。本文对帕米尔高原西昆仑山山前的两个西域砾岩剖面采集的砾石样品进行了 26Al/10Be埋藏测年分析。简单快速埋藏模式计算获得亚马勒剖面西域砾岩下部混合砾石样品的埋藏年龄>3.5Ma, 对该剖面西域砾岩上部5个样品加权平均得到的年龄为2.11+0.60/-0.46Ma; 另一处奥依塔克西域砾岩生长地层底部砾石样品的埋藏年龄在0.46~7.12Ma。研究表明, 研究区的西域砾岩堆积具有穿时性。本文是 26Al/10Be埋藏测年方法应用于西域砾岩年代学研究的一次有益探索和尝试, 并对在西域砾岩 26Al/10Be埋藏测年中存在的问题进行了探讨。     

黄河黑山峡口最高阶地宇宙核素的初步年龄 及所反映的新构造运动*

黄河深切于青藏高原东北缘的构造山地中,留下了山地和黄河形成演化的记录,但其高阶地年龄因超出常规测年技术的范围而存在困难。文章尝试用原地成因宇宙核素¹⁰ Be和²⁶ Al以及垂直剖面取样技术,通过剖面X²最小统计同时求出了年龄、侵蚀速率、继承浓度以及阶地沉积物密度等参数,所获得的黑山峡口247m最高基座阶地的参考年龄和剥蚀速率分别约为2.4Ma和15.5 ＋8 -4 m/Ma,这是该河段高阶地测年的一次新探索。根据这一结果及相关的构造地貌特征,认为香山-天景山断裂带西段2.4Ma前以逆冲为主,以后逐渐过渡到左旋走滑,该段黄河诞生于逆冲作用减弱时期。     

冰碛垄表面碎屑物质宇生核素暴露测年可行性研究

原地生宇宙成因核素(宇生核素)~(10)Be和~(26)Al暴露测年技术已广泛应用于各种地貌年代测定,尤其是在冰川地貌年代测定中备受青睐。多数学者通常选择冰碛垄表面散布的冰川漂砾作为测年对象。然而,冰川漂砾在暴露测年研究中存在暴露后期翻转、不等时暴露等问题,不仅影响冰川地貌测年的精度,而且难以获得较老的冰川地貌年代。冰碛垄表面碎屑物质,一直附着于冰碛垄"表面",可以规避冰川漂砾测年存在的不等时暴露问题,而且可以减少测试样本量、降低测试费用。因此,本文尝试探讨利用冰碛垄表面碎屑物质进行暴露测年研究的可行性,可望为较老冰川地貌暴露测年研究提供新的思路。     

崂山花岗岩小流域地表剥蚀速率研究

<正>自上世纪80年代以来,加速器质谱分析技术的发展推动了宇宙成因核素在地表过程研究中的应用。近几年有关宇宙成因核素的文献和引用频次呈爆发式增长[1]。国内相关研究多集中在河流沉积物、阶地演化、冰川历史、埋藏年龄等,对地表剥蚀速率的报道较少。宇宙成因核素是指来自外层宇宙空间的高能量宇宙射线粒子(包括原生和次生粒子、中子和微介子等)与地表/近地表岩石中元素间发生核反应而形成的稳定核素(3He、21Ne等)和放射性核素(10Be、14C、26Al、36Cl等)。宇宙成因核素生成率随深度呈指数衰     

贵州双河洞晚更新世大熊猫化石高度聚集现象及其意义

贵州双河洞是亚洲第一长洞,该洞先后分辨出近30多具大熊猫个体化石,是目前世界上发现完整大熊猫化石最多的洞穴。其中一支洞中竖井下方至少聚集了10余具个体化石。以此为研究对象,结合洞道发育形态特征及化石埋藏学特征,初步推测出这些大熊猫深入该支洞内经由竖井跌落并死亡的过程,表明喀斯特洞穴可以为大熊猫提供良好的栖息场所及化石保存环境。选取一例化石表面沉积的碳酸钙样品进行了铀系法测年,表明该个体至少生活在5.1万年前;对另一例个体的牙齿化石进行AMS14C测年,发现其生活在距今2.5万年左右,推断该洞道中大熊猫主要生活在晚更新世时期。     

北京石花洞结构特征及发育演化过程研究

北京石花洞是中国北方已探明洞穴中次生碳酸盐沉积规模最大、种类最丰富的洞穴;石花洞的景观美学价值和科学价值,在我国北方岩溶洞穴中占有重要地位。2013年7月,为了获取石花洞发育规模、空间结构等基本数据,采用国际通用洞穴测量方法,运用激光测距仪、罗盘和倾角仪,辅以Onstation洞穴绘图软件和ArcMap10软件对石花洞洞穴开展了全面的调查和测绘。结果显示:(1) 石花洞洞穴系统整体呈北西西-南东东向展布,长度为5 639 m,洞底投影面积为37 096 m2,洞底高差为172 m,洞内最高点海拔约为265 m,最低点海拔约为93 m。洞穴系统的发育演化主要受地层产状与北东向和北西向两组断层控制;(2) 石花洞洞穴系统分为五层,自上而下,各层洞道平均海拔依次为249 m, 211 m, 154 m, 111 m和95 m;(3) 最底第五层季节性地下河洞道长1 638 m,自西北向东南方向贯穿整个洞穴系统,依干湿季水文条件的差别,地下水以季节性涨落为主要特征,有多段有水通道;地下河道下游末端为叉状河道,崩塌明显,洞壁上无明显流纹发育;(4) 综合石花洞地下河走向和流向、洞穴发育控制因素和区域地层产状特征、石花洞与周边洞穴的空间位置关系,推测孔水洞是石花洞洪水期的排泄口。      

原地宇生核素埋藏测年法: 最新进展及其在中国早期人类遗址年代研究中的应用前景

本文介绍 26Al/ 10Be 埋藏测年的基本原理和最新进展,并分析了其数据误差的主要来源: 仪器测量引起的计数统计误差和相关物理常数引起的系统误差。该法最重要的假设前提为"简单恒态侵蚀模式",同一层位多个石英质砾石 26Al- 10Be 等时线和 21 Ne-26Al- 10Be 三核素埋藏测年法有可能揭示样品是否符合这一假设前提。取自周口店第1 地点第8~9 层的3 件石英质石制品和1 个石英砂样的 26Al- 10Be 等时线过坐标原点,且其斜率给出的年代与单个样品年代的加权平均值在误差范围内吻合,为这些样品没有系统显著偏老倾向的有力证据。宇生核素埋藏测年法理化基础坚实,独立于其他测年技术,应用范围正值我国年代研究的"盲段",样品为广泛分布的石英矿物,应可为我国早更新世人类遗址年代系列的建立作出重要贡献。     

小冰期十年际尺度亚洲季风变化的四川黑竹沟洞石笋记录

基于四川省黑竹沟洞一支石笋（编号：EB1）高精度²³⁰Th年龄和氧同位素数据,建立小冰期时期（1375~1810A.D.）气候变化时间序列。该序列δ¹⁸O值变化范围为-10.37‰~-8.58‰,敏感响应于区域气候变化过程。高分辨率δ¹⁸O变化序列能清晰地捕捉到10年际尺度振荡旋回。该石笋记录根据δ¹⁸O值变化可分为4个阶段：1375~1540A.D.和1680~1780A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏负,指示季风增强时期;1540~1680A.D.和1780~1810A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏正,处于弱季风阶段。与贵州董哥洞、甘肃万象洞和印度Jhumar洞石笋记录对比发现在小冰期时期δ¹⁸O变化特征具有一定的相似性,表明上述区域降水可能共同受控于印度季风水汽输送影响,反映了区域性夏季风经向环流及其降水变化特征。通过EB1石笋记录与北半球温度曲线的对比发现,两者在百年尺度上同相位变化,可能指示北高纬气候的控制作用。而该石笋与秘鲁东北部Cascayunga洞石笋记录的进一步对比结果显示亚洲季风与南半球季风记录呈反相位关系,证实了ITCZ位置的南北移动在半球间能量传递和交换过程中的重要作用。功率谱分析结果显示小冰期季风波动具有显著的25a和9a周期旋回,接近太阳黑子22a和11a周期频率,表明太阳活动变化可能是小冰期十年际尺度亚洲季风波动的重要驱动因素。

     

High—Resolution Dating of Stalagmites and Reconstruction of Paleo—Environments

The discovery of abrupt paleo-climate change events and the prediction of environmental changes in the future time have raised an urgent request for high-resolution paleo-environmental records.This paper reviews the progress made in hronology and paleo-environment of stalagmites from karst caves in China and presents some of the results of TIMS-U-series dating of stalagmites composed of secondary carbonates,taken from the Dongge,Longquan and Yamen karst caves in Libo County and the Qixing karst cave in Duyun,Guizhou Province,on a MAT-262 mass spectrometer.     

Flooding a landscape: impact of Holocene transgression on coastal sedimentology and underwater archaeology in Kiladha Bay (Greece)

Franchthi Cave, bordering Kiladha Bay, in Greece, is a key archaeological site, due to its long occupation time, from?~?40,000 to?~?5000 year BP. To date, no clear evidence of Neolithic human dwellings in the cave was found, supporting the assumption that Neolithic people may have built a village where there is now Kiladha Bay. During the Neolithic period/Early Holocene, wide areas of the bay were indeed emerged above sea level. Bathymetric and seismic data identified a terrace incised by a valley in?~?1 to 2 m sediment depth. Eight sediment cores, up to 6.3-m-long, were retrieved and analysed using petrophysical, sedimentological, geochemical, and chronostratigraphic methods. The longest core extends into the exposure surface, consisting of a layer of carbonate rubble in a finer matrix, representing weathering processes. Dated organic remains place this unit at?~?8500 cal year BP. It is overlain by stiff silty mud representing an estuarine environment. This mud is capped by reduced sediments with roots marking an exposure surface. A shell-layer, dated to?~?6300 cal year BP, overlies this terrestrial sequence, reflecting the marine transgression. This layer occurs at 10.8 mbsl, 7.7 m deeper than the global sea level at that time, suggesting tectonic subsidence in the area. It is overlain by finer-grained marine carbonate-rich sediments. The top of the core shows traces of eutrophication, pebbles and marine shells, all likely a result of modern anthropogenic processes. These results are interpreted in the context of human occupation: the exposed surface contains pottery sherds, one dating to the Early to Middle Neolithic period, indicating that Neolithic people were present in this dynamic landscape interacting with a migrating coastline. Even if the artefacts are isolated, future investigations of the submerged landscape off Franchthi Cave might lead to the discovery of a Neolithic village, which eventually became buried under marine sediments.     

人类和自然因素对风景旅游洞穴环境的影响研究

风景旅游洞穴的环境变化和洞穴碳酸钙景观的风化、破坏和稳定性问题已经相当严重,许多科学价值和美学价值很高的风景旅游洞穴景观因洞穴景观和环境的严重破坏而不得不关闭。因此,风景旅游洞穴的安全已引起了国内外洞穴学家、洞穴旅游管理部门以及游客的广泛关注。对洞穴环境和碳酸钙景观的安全性威胁,普遍认为旅游活动和旅游设施运行是主要的影响。综上述,人类活动和自然因素都会强烈影响风景旅游洞穴的环境变化。      

云南石林洞穴发育特征

石林位于滇东喀斯特高原南部,喀斯特极其发育,以发育了典型的石林地形而闻名遐迩,倍受国内外喀斯特学者的关注。洞穴是本区广泛发育分布的一种喀斯特地下形态,类型多样。依据它们的剖面形态、成因和所处的地貌部位差异,将其划分为罅状洞穴、水平洞穴和倾斜洞穴三个类型。洞穴在发育分布上受到区域碳酸盐岩地层分布的控制,表现出洞穴分布的相对集中性、洞穴发育对地层的选择性和洞穴发育的成层性等特征。洞穴发育规模绝大多数为中小型洞穴;洞穴多为现代地下洞河,埋藏浅且多天窗,并且洞穴的发育延伸方向明显受裂隙构造的控制。通过对石林地区喀斯特洞穴发育条件、洞穴发育类型、分布特征和洞穴发育的古地理环境特征分析,论述了石林地区洞穴的发育特征。     

Speleogenesis of Selected Caves beneath the Lunan Shilin and Caves of Fenglin Karst in Qiubei, Yunnan

Yunnan is famous for its attractive karst landscapes especially shilins, fengcong and fenglin. The development of caves beneath the shilins in the vicinity of Lunan is closely connected with the formation of shilins. Most of the waters percolating through shilins run through the caves beneath them and are responsible for their formation. The study of cave speleogenesis deepens knowledge about both the development of shilins and karst structure. In the vicinity of the Lunan Shilin, speleological, morphological and structural geological studies of four karst caves have been accomplished. At Puzhehei, Qiubei, which is characterised by numerous fenglin, fengcong and caves, speleological and morphological studies have been performed. Cave sediments for paleomagnetic analyses have been taken from all studied areas (samples CH 1-9). Karst caves in SE Yunnan are probably much older than the age of the cave sediments (<780,000 years B.P.). The studied areas are located in the vicinity of the Xiaojiang fault (N-S