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。     

石英释光信号作为粉尘物源示踪手段的再研究

石英释光灵敏度近年来已经在沉积物源区识别上展现出一定的应用潜力。为进一步认识可能影响石英释光灵敏度的因素,更加客观地评价其在物源示踪研究中的适用性,本文对中国北方东西部沙漠石英恒源光释光信号和线性调制光释光信号进行了组分分解,比较了东西部沙漠石英光释光组分的异同,并研究了不同组分信号对辐照-曝光以及快、中组分信号灵敏度对加热的响应。结果表明东西部沙漠的恒源光释光快、中组分衰减速率类似,但东部沙漠的快组分比例更高。东部沙漠线性调制光释光快、中组分峰值出现时间分别早于、晚于西部沙漠。辐照-曝光循环能够敏化东西部沙漠石英光释光快、中、慢3个组分。在加热敏化程度方面,西部沙漠快组分敏化要强于东部沙漠,而二者中组分具有类似的响应。根据光释光快组分在600~700℃的加热敏化特性可以将西部沙漠分为两组: 一为塔克拉玛干、库姆塔格、巴丹吉林沙漠; 二为古尔班通古特、腾格里、毛乌素沙漠,第二组与东部沙漠类似。     

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。     

石英电子自旋共振（ESR）的地学研究现状与展望

电子自旋共振（ESR）是一种对断层物质、燧石、火山灰和沉积物（水系、风成、冰川）定年的重要方法,它广为接受的测年范围为第四纪。对断层泥和沉积物样品,石英ESR信号的不完全归零往往使ESR年龄偏老,多重ESR中心法和颗粒大小“平顶判据”是判断信号归零特征的两种有效方法。为将ESR测年范围拓展至前第四纪,通常采用石英氧空位在加热转化后极大增强的E’心作为测年信号,但由于石英氧空位形成转化机理不明确,加热后增强的ESR信号与地质年龄的相关性有待进一步验证。近期研究表明石英ESR的封闭温度为49 ℃～82 ℃,可在比磷灰石（U-Th）/He更低的温度区间内研究地球近地表的构造演化过程。释光技术热年代学研究发展迅速,与之测年原理接近的ESR在低温热年代学领域展现了良好的应用前景,它与释光及磷灰石（U-Th）/He可相互比对、共同提高地球近地表构造和地形演化问题的分析精度。     

岩土锚固技术应用和研究现状及其展望

简要介绍了目前岩土锚固技术的发展和应用现状，阐述了锚固支护机理研究分析现状，叙述了我国锚固机理试验研究现状，介绍了我国在岩土锚固领域取得的新成果，最后指出今后岩土锚固技术还需要开展的研究工作。     

工程地质学研究现状和展望

工程地质学发展到现代水平的特点,具有高度综合性和解决问题的广泛性及复杂性。在考虑各类工程的有效性及经济性时,不仅需要考虑其他地质条件的变化,而且必须考虑其周     

生物矿化研究现状和展望

生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下,无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成的新矿物.生物矿化矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制,是在有机基质膜板诱导下的晶体生长.生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集,使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式,从而产生特殊的功能.生物矿化近年来受到化学、物理、生物以及材料学等多学科的关注.综述了生物矿化的类型、过程、机理及常用的研究方法和研究进展,并作了学科展望.     

矿床学的研究现状和展望

矿床学是研究矿床成因和矿床分布规律的地质学科,它是在找矿、勘探、采矿和选冶等生产需要的推动下,在地质学各分支的基础上逐步发展起来的.七十年代以来,矿产资源的大量开发,现代科学技术的引进、以及矿床学研究方法的改进,推动着矿产勘查工作的深入和矿床学研究水平的提高,一百多年来逐步建立并发展起来的成矿理论,正在经受着生产实践和科学实验的全面检验,需要加以补充,修改和提高.近年来新提出的一些观点和假说,特别是成矿物质多源性和矿床形成过程的复杂性,以及矿床形成与地质构造环境的紧密联系,使矿床学研究必须在对矿床本身资料深入分析的基础上,结合地质构造及其演化发展历史进行综合的研究.矿床学作为一门直接指导矿产资源的寻找和利用的地质科学,正进入一个新的发展时期.     

泥河湾层的研究现状和展望

泥河湾层是我国北方著名的第四纪河湖相地层,它以巨厚的沉积、丰富的哺乳动物化石和人类遗存为世人所瞩目.经过几代人近80年的努力,泥河湾层在地层学、古生物学、沉积学、古地理学和古人类学等方面的研究上都取得了丰硕的成果,被誉为我国研究程度最高的第四纪地层之一.近年来,随着第四纪学科的发展和全球变化研究的深入,加大泥河湾层研究力度,提高"泥河湾层”研究水平的呼声日趋高涨.预计在新的世纪,泥河湾层研究将成为我国第四纪工作的热点,它将对第四纪科学和全球变化研究做出重大的贡献.     

Quartz luminescence sensitivity variation in the Chinese loess deposits: the potential role of wildfires

The sensitivity of optically stimulated luminescence (OSL) of quartz grains has been applied to trace the provenances of sediments in various environments. Here, we studied the OSL sensitivity of quartz grains in four sections (Jingyuan, Huanxian, Xifeng and Luochuan) along a west–east transect on the Chinese Loess Plateau (CLP). The quartz OSL sensitivity in the palaeosol units is higher overall than that in the loess units, and it shows an increasing trend from the west CLP to the east CLP. In palaeosol units, it increases by a factor of ~20 along the west–east transect; while in loess units it increases by a smaller degree of 3–5. The change of provenances and the change of distances between the provenances and the loess sections cannot fully account for the large degree of sensitivity variation between the loess and palaeosol units in the central and eastern CLP. We propose that wildfires may have played an important role in enhancing the quartz OSL sensitivity in the palaeosol units in the central and eastern CLP. Quartz OSL sensitivity has the potential to be used as a proxy for palaeowildfires.     

基于Sobol'方法的释光热年代模型参数敏感性分析

地温随距地表深度减小而降低。地质体的剥露过程减小了地质体的埋深和温度,因此可通过地质体的温度变化历史重构其剥露过程。地质体中矿物释光信号积累受周围辐射剂量和环境温度的控制,因此可将矿物释光信号作为一种热年代计,通过测量矿物中积累的释光信号反演得到其热历史并推断相关地质过程。释光信号与时间、温度的关系由释光热年代模型所描述,模型中包含特征饱和剂量、环境剂量率、陷阱深度和频率因子等诸多参数,对矿物热历史的准确约束依赖于通过实验方法测定上述参数。实验测量的精度、测量方法的不确定性及样品本身特征对上述参数的测量带来了不确定性,影响了热年代和热历史重建的准确性。不同参数影响程度是否相同？哪些是更加关键的参数？从热年代实践的角度,需要我们获得对各参数影响的先验估计。然而,目前仍然缺乏相关的研究。为了定量评估不同参数的影响,本研究采用基于方差分解思想的Sobol'全局敏感性分析方法,使用现有文献报道的参数可能取值范围,对现有石英和钾长石的释光热年代模型进行参数的全局敏感性分析。考虑到参数敏感性可能受热历史、信号饱和水平影响,本研究比较了不同冷却速率(热历史)下不同冷却年龄(信号饱和水平)条件下的参数敏感性的差异,为有的放矢地对关键参数的测量方法进行优化约束提供了理论依据。

     

Cathodoluminescence characterization of quartz particles in mature arenites

A combination of cathodoluminescence (CL) microscopy with digital image analysis and spectroscopic analysis allows the detailed investigation of the commonly occurring colour shift from initial to final CL‐colours in detrital quartz with increasing irradiation. A method for the quantification of the colour shift is presented and applied to different quartz sands: unlithified sands of the Lower Cretaceous Kuhfeld Formation from Ottenstein (W Germany) and Holocene sands from the barrier island of Wangerooge (N Germany). The colour shift depends on the defect structure of the quartz grains. The defect structure is determined by the physico‐chemical conditions during crystallization and therefore can help trace the source of quartz grains. A total of 25 different types of quartz grains in the Ottenstein‐sands indicates a highly variable southern provenance. Many of the grains have recycled quartz cement overgrowths indicating an at least second cycle origin. In contrast, only 16 different quartz types have been observed in the Wangerooge‐sands reflecting a less varied plutonic to metamorphic Scandinavian provenance. The study demonstrates the potential of quantified CL initial colour and colour shift in assessing the provenance of quartz‐rich sands and sandstones.     

中国典型河流沉积物石英释光性质初探及其物源指示意义

石英是地球表面分布最广的矿物之一,抗风化能力较强且性质稳定,是母岩信号的最佳载体。前人研究结果表明石 英的释光（包括光释光OSL 和热释光TL） 灵敏度和母岩以及沉积过程存在一定关系,已初步被应用于沙漠沉积物的判源研 究中。河流与海域沉积物相关研究在国内研究较少,文章拟尝试对中国东部沿海三条重要河流（黄河、长江和浊水溪） 沉 积物中的石英释光性质进行分析,探讨其应用于物源判别的可能性。通过7 个粒级（<4 μm 、4~16 μm 、16~32 μm 、32~ 45 μm 、45~63 μm 、63~90 μm 、90~125 μm） 的石英释光灵敏度的对比分析发现,同一河流下游河口沉积物中不同粒级的 石英释光灵敏度差异明显,<4 μm 和>45 μm 粒级的石英110℃TL 峰和OSL 灵敏度较小,4~45 μm 粒级较强;黄河、长江 和浊水溪同粒级沉积物中石英110℃TL 峰和OSL 灵敏度均有明显差异,尤其是63 μm 以下粒级,均表现为长江最大,黄河 次之,浊水溪最小。母岩差异和流域搬运-沉积过程是影响河流沉积物石英释光灵敏度的主要因素。沉积物在长江流域内 的滞留时间长,石英在流域内的辐照-晒退循环次数增多从而使其释光灵敏度增大,同时流域内广泛分布的富含微量元素 的火成岩产出的石英晶体晶格缺陷较多,这两者导致其石英释光灵敏度较大。黄河河口沉积物中石英释光灵敏度继承了其 源区黄土高原的特征。浊水溪是山溪性短途河流,水面坡降大,沉积物可迅速被从源区搬运至河口区,石英接受辐照-晒 退循环次数少,且其源区母岩多以变质岩为主,这可能是其石英释光灵敏度偏小的原因。石英释光灵敏度随粒级的变化, 推测与石英自身发光性质以及河流中沉积物搬运方式的不同有关。泥沙入海后,石英释光灵敏度虽然存在随海域搬运-沉 积过程增大的可能性,但据上述研究来看,其增加幅度可能远小于长江、黄河和浊水溪河流间石英释光灵敏度的差值,因 此可尝试利用细粒级（4~45 μm） 石英释光灵敏度为指标进行黄、东海陆架物源追踪探索。     

Luminescence sensitivities of quartz grains from eolian deposits in northern China and their implications for provenance

The thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) sensitivities of quartz grains from deserts and loess–red clay sequences are used to trace eolian provenances in northern China. Our results indicate that the 110°C TL peak and OSL sensitivities of quartz grains show differences among Chinese deserts, which can be subdivided into four groups according to the spatial variations of luminescence sensitivities. Such differences are related mostly to the regional difference in rock types of mountains surrounding or adjacent to the deserts. We also examine the possible provenance changes between the Quaternary loess and the Tertiary eolian red clay, and the results indicate that the luminescence sensitivity of Tertiary red clay is higher than that of Quaternary loess (L1, L15, and L33), implying source materials of the eolian deposits changed relative to those of the Quaternary.     

第四纪黄土物源的时空差异研究现状及展望*

黄土物源研究对揭示第四纪以来东亚大气环流格局的演化和构造—气候之间的相互作用具有重要意义。目前已应用多种物源示踪方法对黄土物源开展了大量研究,但对黄土物源时空差异规律及其动力学机制尚未取得较为一致的认识。在综合分析黄土物源研究现状的基础上,重点从影响⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值和 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 值组成及单颗粒碎屑锆石U-Pb年龄谱构成的因素角度,分析了第四纪黄土的物源及可能变化,获得以下认识: (1)第四纪黄土沉积物的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值变化幅度可达0.002 580~0.004 949,远远超出实验室分析测试误差(<0.000 018)或由Sr同位素衰变带来的影响(2.6 Ma时段小于0.000 026,1个冰期旋回小于0.000 001); ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 值亦发生了较显著变化(0.000 095~0.000 240),其变化幅度远大于实验室的分析测试误差(<0.000 010)及衰变导致的 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 值(<0.000 013)变化。因此,在黄土中检测到的Sr-Nd同位素组成的变化应具有较明确的地质意义。(2)第四纪黄土沉积物中无论全岩还是主要粒径组分的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值和 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 值的变化都与气候代用指标变化不同步,难以从气候变化角度进行解释,可能更多地反映了源区的变化。(3)与Sr-Nd同位素示踪体系相比,单矿物或单颗粒的物源示踪体系对物源区变化的响应更为敏感,在追踪第四纪黄土沉积物源区时空差异方面具有较明显的优势。(4)基于碎屑锆石U-Pb年龄谱对黄土物源的有限研究揭示黄土高原的黄土在地质历史时期可能发生了原始物源区显著的时空分异,特别是不同剖面都反映出了1.2 Ma前后黄土主要源区的变化,表明通过锆石U-Pb年龄谱研究黄土物源时空差异规律具有揭示岩石圈、大气圈、水圈耦合作用过程及历史的巨大潜力。     

鄂尔多斯盆地东北部下侏罗统富县组底部石英砂岩成因与物源

鄂尔多斯盆地东北部富县组底部发育一套石英砂岩, 对其形成原因存在不同的认识。为了查明石英砂岩的成因及其物质来源, 利用沉积学、岩石学、岩石地球化学等方法进行了研究。结果表明, 富县组石英砂岩具有吉尔伯特型三角洲典型的"三层结构", 属湖泊扇三角洲相。石英砂岩的矿物组成以石英和高岭石占绝对优势, 石英多为单晶石英, 高岭石呈碎片状和折扇状, 可能为原始沉积时带入。碎屑组分与岩石地球化学结果显示, 其物源为盆地内部隆起提供的富石英质沉积岩。结合区域地质背景, 推断印支期延长组顶部长石砂岩风化蚀变形成的富含石英与高岭石的源区物质是富县组底部石英砂岩形成的关键, 此类型石英砂岩的形成与不整合面上强烈的风化剥蚀作用有关, 且与高岭石土矿床紧密伴生, 有可能作为识别不整合面存在的新证据。     

长江现代河流沉积物石英ESR信号强度空间分布特征及其物源示踪意义

近年来,石英ESR信号强度在风成沉积和河流沉积中都已被证明为一种行之有效的物源示踪指标。文章以长江流域干流不同河段及其主要支流为研究对象,共采集20个现代河流沉积物样品,对其粒度组成特征及其石英自然E'₁心,辐照5000 Gy的Al心、Ti心的ESR信号强度空间分布特征及其物源示踪意义进行了探讨,主要取得了以下初步认识：1）长江流域沉积物从上游地区到中下游地区经历了长时间、长距离的搬运,经过了充分的混合,且呈现"沿程细化"之趋势;本研究的长江流域干流河段及其主要支流（河漫滩及江心洲）的沉积物主要以125~500 μm的粒径组分为主,约占全样组分的60%~90%（平均为80%）。2）从上游河段到中下游河段,长江主要支流和干流不同河段沉积物石英自然E'₁心,辐照后的Al心和Ti心ESR信号强度都表现出了较好的空间分异性,即上游河段处于低端元值域而下游河段处于高端元值域。3）长江上游地区以及汉江是长江中下游干流沉积物的主要贡献者,而中下游地区的鄱阳湖水系和洞庭湖水系对长江干流物质的贡献度非常低。

     

An X-ray excited optical luminescence study of a zoned quartz crystal from an emerald-bearing quartz vein,Hiddenite, North Carolina,USA

The optical luminescence excited with synchrotron radiation along a preferential orientation of a quartz crystal has been investigated. It is found that the crystal is composed of two distinct regions, only one of which luminesces upon X-ray excitation. This luminescence is generally uniform and exhibits emission bands in the blue (470 nm with a shoulder at 522 nm) and in the UV (340 nm) regions of the spectrum. The branching ratio for the intensity of these bands is sensitive to the excitation energy across the Si K-edge. XANES spectra collected by partial luminescence yield (PLY) suggest that both emission bands originate from the de-excitation of Si atoms in the quartz. The possible defect sites within the crystal structure that could account for the observed luminescence are investigated and discussed. Additional experiments are proposed to verify this assignment of the optical emission bands.     

高纯石英的研究进展及发展趋势

石英是一种在地壳上大量分布,有着广泛工业用途和广阔应用前景的矿物。当石英晶体形成演化时,受结晶时环境条件、流体性质、结晶后遭受改造(如变质作用、构造变形和热扰动等)等影响,杂质元素如P、Ti、Ge、Al、B、Be、Ca、Na、K、H、Li等会或多或少存在于石英晶体中,因此在自然界不存在纯SiO₂组分的石英。同时,基于石英的微量元素组成,可以反演石英源区和形成演化过程,并用于研究岩石及矿床成因等科学问题。石英晶体内部杂质元素以类质同象替代、气液包裹体、矿物包裹体(不能按尺度分,应该按照状态划分存在形式)3种形式存在。石英中杂质元素的种类、含量、赋存形式,特别是包裹体特征将直接影响石英资源的品质和工业用途。本文还系统地阐述了石英的发光特性、工艺性能以及高纯石英的质量分类与标准和高纯石英原料来源等方面的内容。在本研究中,通过光学显微镜和激光拉曼测试,初步地查明了苏北张锦庄石英砂和广西姑婆山花岗岩石英中流体包裹体的分布和矿物包裹体的种类,这是开展后续研究的基础。高纯石英是优质石英资源经纯化加工得到的高品质石英原材料,可用于石英玻璃、石英坩埚、半导体、高温灯管、光纤、精密光学、微电子和太阳能等高新技术产业中。研究高纯石英原料的评价体系、理想源岩和形成机制有益于持续性地供给高纯石英原料, 极大地提高了石英原料的工业附加值。