石英的顺磁中心在电子自旋共振测年中的特性及应用

沉积物的电子自旋共振测年是利用石英矿物中的顺磁中心浓度确定总辐射能量,进而推定石英矿物的埋藏年代。石英中可用于测年的顺磁中心包括E′心、Al心、Ti心和Ge心。E′心需要经过热活化后才能测年。Al心是一种电子空穴心,在低温下可观测到较强的信号值。光照可以使Al心漂白,但有残留值存在。Ti心、Ge心都是电子中心,Ti心在低温测试中可见,信号微弱。Ge心光晒退最敏感,在常温观测中可见。不同顺磁中心的形成机理不同,导致它们具有不同的特性,适用于不同沉积环境中的样品测年,在冰碛物中Ge心测年更具有可行性。电子自旋共振测试时降低温度可使信号增强,Ti心在10 K和15 K时信号强度最大;Al心在20 K时信号最强;Ge心在200 K时信号明显增强。在电子自旋共振测年中可根据不同顺磁中心信号强度的变化调整测试温度获得信号的最优值。在以后的电子自旋共振(ESR)测试中可以选取信号最强时的测试温度进行测试,以增强微弱信号的信噪比,有利于对复杂的信号形态的分辨确定,提高对信号强度定量的准确性。

ESR测年技术在第四纪冰川年代学中的研究综述

近些年，宇宙成因核素暴露年代、光释光和放射性碳埋藏年代等方法在第四纪冰碛物的年代测定中已经取得显著进展．但对于第四纪冰川沉积物10万年甚至百万年以上的冰碛物样品的埋藏年代和暴露年代，由于方法自身问题或沉积物后期地质地貌过程的改造，使上述方法存在定年方面的挑战．而电子自旋共振（ESR）广泛的测年范围，使其在第四纪样品的测年中发挥着不可替代的作用．目前，石英ESR信号的衰退特征已有许多研究进展，但是对于冰碛物中的ESR信号的研究还很少．ESR测年方法由于缺乏测年机理的研究，西方学者和国内一些测年学者对这种方法的定年存有疑虑．因此，我们在典型冰川区开展对冰碛物中石英砂ESR信号变化的机理研究，得到人工研磨可以使ESR信号强度下降到原来值的53％～69％，但并不能使ESR信号完全归零．如果在以后的研究中能够找出这些残留信号值大小，并予以扣除，将会大大提高ESR冰碛物测年精度．在今后的研究中应探求其测年机理，提高测试样品的石英纯度，增强ESR测年信号的精度，使这种方法成为冰碛物交叉测年中独立可信的测年方法之一，为第四纪冰川研究中的老冰碛物的定年提供准确的年代依据．

冰碛物电子自旋共振信号测量的基本流程

电子自旋共振(ESR)法是一种用于直接测量和研究含有未成对电子的顺磁性物质的分析方法。ESR测年是应用这种分析方法对沉积物最后一次埋藏以来的年代进行测定。相比于其他方法,它具有测年范围广,测试的样品种类多,样品可以重复测量,测量周期短等优势。20世纪80年代以来我国开始进行沉积物ESR测年与研究,但是在冰碛物ESR测年的制样和测量过程中存在一些问题。本文介绍冰碛物ESR测年的过程:样品野外采集时剖面的选取及其注意事项;详细描述提纯冰碛物中石英颗粒的前处理过程;石英颗粒经过人工辐照后在顺磁波谱仪上测试ESR信号并拟合古剂量过程中的具体方法和需要注意的问题。从实验中得到,用0.063—0.125 mm粒径的组分提纯石英砂比较困难,前处理过程中试剂和时间消耗量大,因此建议ESR测年时:在样品充足的情况下选用细颗粒组分(0.063— 0.125 mm),样品不充足的情况下选用中颗粒部分(0.125— 0.25 mm)。待测样品中存在其他矿物会对石英的ESR信号有影响,因此在提纯石英过程中用重液分选提高石英纯度并可以增强测量的ESR信号的稳定性。经过氢氟酸刻蚀后的样品,石英的纯度要达到95% — 99%或以上。对于冰碛物ESR测年过程中ESR信号的选择需要参照样品自身的特点,综合考虑多次尝试才能确定用常温Ge心信号还是低温的Al心、Ti心作为样品中石英的ESR测年信号。通过规范的采样、制样和ESR信号测量流程,使样品的定年能够被不同的人重复,并能够进行不同区域之间的对比。

辽东半岛黄土年代地层特征

在中国东部山前丘陵平原区的黄土堆积研究中,辽东半岛的黄土地层年代研究虽有一些成果,但不如黄土高原以及其他地区陆架黄土地层年代清晰明确,其年代数据不够完善。因此,本文基于辽东半岛黄土年代地层特征研究,认证本地区的黄土地层为中更新世早期开始形成的午城黄土和晚更新世的马兰黄土。同时指出本地区的黄土地层由于具有其自身的特殊性,因此需要更多的测年手段进行高分辨率的年代地层研究。

辽东半岛黄土中CaCO_3含量及其环境意义

黄土是第四纪的典型沉积物,与其气候变化关系十分密切,因此在气候与环境的研究中占有十分重要的地位。本文主要以大连七顶山黄土剖面为研究对象,定量分析黄土剖面中的CaCO3含量。并将其与黄土高原地区等地的黄土中的CaCO3含量进行对比,以此分析探讨第四纪时期辽东半岛的环境变化,推测出辽东半岛马兰黄土形成时比离石黄土形成时的气候较干冷等特征,为以后进一步研究辽东半岛的气候与环境的演变做铺垫。

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。

白马雪山发育现代冰斗冰川的条件基础及其发育特征

位于横断山脉中部的白马雪山是著名的世界遗产地——三江并流中澜沧江与金沙江的分水岭。依据2011年5月对白马雪山冰川环境的考察,发现白马雪山4 200 m以上部分区域有终年积雪覆盖,根据Ohmura对70条中高纬现代冰川的相关研究所得出的山岳冰川雪线处降水量与气温的关系(此关系也被Hebenstreit用于计算台湾部分偏低纬度的山地现代雪线计算)并结合当地的气候数据,计算出白马雪山现代理论雪线位置大概为4 800 m,低于山体顶峰海拔高度。且位于4 800 m以上的部分地形适合冰川发育,依据这些可形成冰川的理论条件,可见白马雪山部分较高地区至今仍有小规模的现代冰川发育。白马雪山现代冰川变化以及终年积雪分布特征反映了一段时间内当地的气候环境变化。

石英E'_1心电子自旋共振信号强度的热活化研究

石英E'_1心是一种重要的顺磁性缺陷,其热活化ESR信号强度的最大值有许多新的应用,但对于获取E'_1心信号强度最大值的方法尚存不同的认识。为了进一步研究和探讨石英E'_1心信号的增强机理及石英 E'_1心ESR信号强度最大值的获取方法,采用电子自旋共振(ESR)技术测量了两个冰碛物样品在300℃等温加热前和加热后石英E'_1心的ESR信号强度,结果表明:在室温下,石英E'_1心信号强度随辐照剂量的增加而增强是由于伪E'_1心的形成而造成的;而石英E'_1心信号强度随辐照剂量增加而减弱可能是因为辐照使已增强的E'_1心产生衰退。300℃的等温热退火实验(分为15 min和20 min)结果表明:获取E'_1 心ESR信号强度的最大值需要人工辐照,人工辐照的作用不仅是提供更多的空穴,而且可能更有利于氧空位向E'_1心转化。

基于年代学约束的白马雪山晚第四纪冰川作用

白马雪山（5429m）地处横断山脉腹地,海拔3800m以上保存着确切的第四纪冰川遗迹,对其进行深入研究,可以为重建西南季风影响区的环境演变历史以及区域冰期-间冰期系列对比提供依据.本文采用野外地貌调查与电子自旋共振测年（ESR）相结合的方法,查明白马雪山第四纪冰川发育的地貌特点,并对研究区的冰期系列进行划分.结果显示,白马雪山晚第四纪以来至少发生5次冰川作用,分别为中梁赣冰期（475±62ka,MIS 12）;倒数第二次冰期（MIS 6）,年代分别为166±22ka、142±17ka、209±23ka、153±15ka、120±16ka和180±20ka;末次冰期早期（MIS 4）,年代分别为57±6.8ka、67±8.7ka、81±11ka、77±11ka和64±7.7ka;末次盛冰期（19±2.5ka,LGM,MIS 2）以及全新世新冰期/小冰期（MIS 1）.研究区的冰川作用与青藏高原的脉动式抬升具有一定的对应关系.

白马雪山冰川槽谷发育的形态特征及其影响因素探讨

白马雪山地处横断山脉腹地,对于重建西南季风影响区的环境变迁以及探讨冰川作用特点具有重要科学意义。这里保留着典型的晚第四纪冰川侵蚀地貌,其中冰川槽谷发育特征明显。本文运用抛物线形态参数、梯级宽深比、形态比率等定量分析冰川槽谷的研究方法,对保存在白马雪山主峰扎拉雀尼(5429m)东北坡的两条简单冰川槽谷的形态特征进行分析。采用7个典型剖面的形态特征参数与其他地区对比,探讨冰川槽谷发育的可能影响因素如水热条件、冰川性质、冰川规模、岩性特点、冰川作用时间等。结果显示:白马雪山冰川槽谷抛物线形态参数b值为1.779,明显小于冰川性质相同的螺髻山(1.835),主要是由于区域降水条件的不同所造成的差异,而与冰川性质不同天山乌鲁木齐河源区(1.825)冰川槽谷的形态特征的差异,可能与冰川规模、作用时间以及岩性条件密切相关;梯级宽深比中槽谷形态参数沿程变化可以反映冰川流动过程中的动力变化,梯级宽深比中的形态参数A_f和B_f值最大处对应的谷肩位置接近雪线位置。根据槽谷谷肩的位置确定末次冰期早期/中期的雪线高度为4140m,这与用地貌法如冰斗底部高程法、侧碛堤最大高度法和冰川末端至冰斗后壁最大高度法等综合确定的雪线高度4092m基本一致。因此,在冰川槽谷发育的冰川作用区,用槽谷谷肩的海拔高度估算雪线高度可以成为一种比较可靠的确定古雪线方法;白马雪山的冰川槽谷形态参数b-FR的特征表明,即使是海洋性冰川作用区也不符合Hiran和Aniya提出的山地冰川模式,但运用b-FR相关关系可以很好的反映冰川的侵蚀过程。白马雪山地区冰川侧蚀作用导致槽谷坡降值较小,底部较平坦宽阔,呈现出相对完整的U型形态。此外,用形态比率FR值也可以验证雪线的位置高度。

青藏高原东缘山地古冰川沉积物磁化率特点及其影响因素分析

湖泊、黄土与古土壤、深海沉积物等连续沉积体的磁化率变化作为环境变化的替代性指标被广泛应用,然而对于非连续、能够反映特定时段气候变化的沉积体,如冰川沉积物的磁化率却较少涉及。本文通过对青藏高原东缘8个典型冰川发育山地冰碛物磁化率进行研究,并与黄土、湖泊、深海沉积物以及不同区域的表土磁化率进行对比,采用质量磁化率和频率磁化率探讨冰碛物的磁化率特点及其影响因素。结果表明：青藏高原东缘山地的冰碛物质量磁化率呈宽幅波动,介于（3.01~1808.80）×10-8m3.kg-1,平均值147.84×10-8m3.kg-1;频率磁化率值较低、且波动幅度小,介于0~6.89%,平均值为1.37%。不同时空条件下冰碛物的磁化率特点不同,即不同地点同一冰期磁化率的差异显著;同一地点不同冰期冰碛物的磁化率变化不明显。影响冰碛物磁化率的主导因素是母岩的岩性条件,气候因素起次要作用。