川西龙门山前陆盆地南段前缘砾石层成因及青衣江演化过程:基于宇宙成因核素^(26)Al/^(10)Be埋藏年龄

四川西部(川西)龙门山前陆盆地自中新世以来发生强烈隆升,形成了陡峻的地形梯度带。在紧邻龙门山断裂带的四川盆地堆积一系列砾石层,其中包括名邛(名山—邛崃)砾石层、丹思(丹棱—思蒙)砾石层。名邛砾石层、丹思砾石层为古青衣江堆积砾石层,是古青衣江改道的产物,也是探究青衣江演化及该地区古环境变化的良好对象。基于龙门山前缘地区野外调查和名邛砾石层、丹思砾石层的宇宙成因核素^(26)Al/^(10)Be定年测试,发现名邛砾石层埋藏年龄为(0.6089±0.0187)Ma,丹思砾石层埋藏年龄为(0.2180±0.0941)Ma,由此推断名邛砾石层形成时间为早更新世晚期—中更新世早期(Q_(1)^(3)—Q_(2)^(1)),丹思砾石层形成时间为中更新世中期(Q_(2)^(2))。结合前人研究结果分析,两套砾石层分别对应于深海冰心δ^(18)O曲线和中国黄土序列曲线,都形成于温暖的间冰期。结合前人对该地区的砾石成分、砾径、砾向统计分析和古流向分布等研究,认为青衣江水系经历三次主要的改道事件,早期的青衣江由雅安往北北东方向流向建山,随着熊坡背斜的隆起和名邛台地的持续抬升,由南西-北东流向的青衣江被迫在草坝东南方向切断熊坡背斜从而改道南东方向。

宇宙成因核素^(10)Be,^(26)Al:原理及其在地表过程中的应用

地表岩石中宇宙成因核素10Be和26Al含量是侵蚀速率和辐射时间的函数,通过对岩石中10Be和26Al含量的测定能反映较长时间(103~107a)和较大空间尺度上的侵蚀作用大小和过程.根据10Be含量估算出长江中下游地区平均侵蚀速率为30~60m·Ma-1,攀枝花至三峡长江流域内地表平均侵蚀速率为200m·Ma-1.

宇宙成因核素^(10)Be的地球化学行为及其在黄土示踪研究中的应用

^(10)Be是一种典型的长寿命宇宙成因核素,对其在自然界中的分布规律、迁移形式和赋存状态等地球化学行为特征的研究,是利用沉积物^(10)Be记录进行定年和环境示踪研究的理论基础。其中明确^(10)Be在不同沉积物中的赋存状态是研究^(10)Be保存性的基础,而^(10)Be在固相和液相介质中的分配系数Kd则主要反映了^(10)Be在固相和液相中的迁移能力,对研究自然界不同沉积物中^(10)Be的迁移性至关重要,直接影响到沉积物中^(10)Be环境示踪研究的有效性。本文尝试总结了大气成因^(10)Be在海洋、河流沉积物和土壤中的赋存状态,分析了^(10)Be分配系数Kd的分布范围及其主要控制因素。在此基础上以土壤中^(10)Be的分布特征、迁移规律及影响因素研究为参考实例,对比分析了目前已有对黄土-古土壤序列中^(10)Be地球化学行为研究取得的主要成果,建议未来应从地球化学机制方面进一步加强对黄土地层序列^(10)Be分布特征、浓度变化规律及可能影响因素的综合研究,为黄土^(10)Be示踪研究提供更全面的理论依据。

应用宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al估算剥蚀面的暴露时间及剥蚀速率和剥蚀厚度

宇宙成因核素10 Be和2 6Al的浓度记录着岩层剥蚀面的暴露时间和岩石剥蚀速率等信息。利用数学换算法分析影响10 Be和2 6Al浓度的因素 ,并利用10 Be和2 6Al的半衰期的近似倍数关系建立联立方程组 ,从理论上得到了年轻地质体中遭受快速埋藏的剥蚀面的暴露时间和剥蚀速率的估算公式。在此基础上 ,对整个剥蚀区不同位置剥蚀速率进行了分析。通过分析可以更准确地估算出整个剥蚀区不同位置的剥蚀厚度 ,从而可恢复剥蚀面的古地貌。

原地生成宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al样品采集及处理

着重介绍原地生成宇宙成因核素10Be和26Al理想样品的特点、野外采集注意事项、实验室分离与纯化以及加速器质谱测量用靶样制备等。

基于宇宙成因核素^(10)Be的青藏高原东南部地区末次间冰期以来地表岩石剥蚀速率研究

地表剥蚀速率是衡量地貌演变的一个重要因子。本研究利用原地生成宇宙成因核素10Be对青藏高原东南部地区地表岩石剥蚀速率进行了首次测定。结果显示,自末次间冰期以来,青藏高原东南部地区的地表岩石剥蚀速率不超过60mm/ka,平均剥蚀速率值约为27.1±10.2mm/ka,这一结果与其他高海拔地区基岩剥蚀速率值一致。高原东南部地区地表岩石剥蚀率同时受构造活动和气候尤其降水量等因素的制约。与高原内部干旱、半干旱地区相比,青藏高原东南部地区的剥蚀速率偏大,但均在同一个数量级范围内。高原东南部地区较高原内部干旱区剥蚀速率大的原因主要是由于降水量的差异所致。

陨石中宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al的化学分离纯化

陨石离开其小行星母体直至降到地球表面期间,受到宇宙射线的照射,产生一系列包括10Be和26Al等的放射性核素。10Be和26Al的含量及其比值记录了宇宙射线辐照历史,而陨石降落到地球表面后,它们的衰变又提供了测定其降落时间,即居地年龄的方法。10Be和26Al由加速器质谱测定,样品需分离纯化。为此,开展了陨石样品Be和Al的分离纯化实验。通过模拟样品的条件实验,建立了Be和Al分离纯化的化学流程,其回收率分别达到89%和70%。在此基础上,分离并测定了一个降落型普通球粒陨石(吉林陨石)非磁性部分的10Be和26Al的含量。结果显示,吉林陨石26Al/10Be的比值为5.005,远大于两者的饱和比值(2.72),说明吉林陨石经历了短期的暴露辐射,这一结果与吉林陨石第二阶段的暴露年龄0.4Ma一致。整个化学流程的10Be/9Be和26Al/27Al空白分别为(4.33±0.46)×10-14和(6.59±4.66)×10-15,其中前者接近于该仪器的空白测量值,而后者则接近于仪器的检测限2.3×10-15。

雪冰中宇宙成因核素^(10)Be在第四纪研究中的潜在应用

加速器质谱仪 (AMS)的发展使高精度测量宇宙成因核素1 0 Be并应用于研究天文、地理和古气候成为可能。雪冰中的1 0 Be浓度可以指示古降水量的变化 ,其在大气中的产率变化则可以反映三个主要控制因素 :原始宇宙射线强度、地磁场强度和太阳活动的变化。此外 ,配合其它宇宙成因核素 ,1 0 Be还能用于定年 ,并利用特殊“峰”帮助一些古老冰芯建立年代表 ,提供可作为全球对比标志的特殊信息。青藏高原因其特有的高海拔地势而拥有丰富的中低纬山地冰川资源 ,其冰雪中的1 0 Be资料可能提供比极地高纬资料更清晰的1 0 Be与大气环流、地磁场屏蔽作用关系的信息 ,将是对1 0 Be现有认识的极好补充。

大气生成宇宙成因核素^(10)Be在中国黄土中的应用研究进展

中国黄土^(10)Be研究大体上经历了三个阶段:(1)地球化学行为研究:^(10)Be主要吸附于细颗粒及粘土颗粒,在黄土中保存性好,不会发生明显的化学迁移过程;(2)古气候代用指标应用:^(10)Be在黄土和古土壤层中的浓度变化与代表气候变化的深海氧同位素曲线变化一致,且可借此进行黄土年代标尺的建立;(3)地球环境示踪研究:示踪地磁场倒转及漂移事件,恢复古地磁场相对强度变化,以及定量重建黄土高原地区古降水变化历史等。由于近年来黄土^(10)Be环境示踪研究取得了可喜的成果,笔者认为有必要从以上三个方面对中国黄土^(10)Be研究历史进行较为系统的梳理回顾,总结当前最新研究进展,展望未来黄土^(10)Be在环境示踪中的研究方向,希望能使读者在短时间内了解中国黄土^(10)Be研究的发展脉络。

宇宙成因核素^(10)Be在地学研究中的应用

对宇宙成因核素的研究,在短短几十年的时间得到了迅速的发展,并在地球科学各领域中得到了广泛的应用。本文对宇宙成因核素的发展历史1、0Be的产生机制及其产率的影响因素进行了简单介绍。随着宇宙成因核素研究的发展和深入,大气生成宇宙成因核素10Be在大气圈、水圈和岩石圈及各圈层间的相互作用方面得到了广泛应用,就地生成宇宙成因核素10Be也在地貌学研究中取得了许多成果。

宇宙成因核素^(10)Be、^(36)C1及其加速器质谱测定

10Be、36Cl是宇宙射线与大气成份进行散裂核反应的产物。它们在大气圈停留1—2年,然后通过降水沉降至地表。10Be半衰期1.5×106a,36Cl半衰期0.301×106a,均属纯β放射体,在自然界含量极低,传统的衰变测量法已难以适应现代地球科学中高分辨研究的需要。

东海与黑潮海水中宇宙射线成因核素^(10)Be的研究

讨论了中日东海MASFLEX合作计划中调查的东海及冲绳海槽海水中溶解态10Be浓度水平及垂直剖面的结果。在这个海区影响10Be浓度的因素主要有生物生产力、悬浮颗粒物的再溶解,以及长江水与黑潮水的混合程度。在样品采集期间(夏季和秋季),东海水柱呈分层状态。通常10Be的垂直剖面可以分成三层,即表面混合层、10Be释放层和底层。表层水10Be的浓度从长江口到黑潮逐渐增大,在黑潮的边缘则剧烈增大。10Be的垂直分布表明,在夏季10Be富集在长江口附近和大陆架中部的底层水中,这两个富集海区是分开的,很可能是由大陆沿岸水所隔开。在秋季,10Be在底层水中的富集仅仅出现在东海大陆架的西部。这个现象是和受季风影响的东海海流的变化相一致的。黑潮分支在台湾东北外海向东海南部侵入对10Be的影响要比黑潮主干流本身更加重要显著。由箱式模型所得到的10Be质量平衡计算结果表明,来自黑潮的10Be输入要比长江及大气沉降的输入更为重要。输入东海的10Be大约81%进入到沉积物中,而19%的10Be则通过海流和水交换流出东海。在东海的10Be沉积通量是10Be全球平均大气生产率的5倍左右,因而东海是10Be的一个重要汇集地。

晚第四纪地球磁场强度变化的沉积记录及其对宇宙成因核素(^(14)C和^(10)Be)的影响

地球磁场强度变化的沉积记录是过去十几年内环境磁学的研究热点之一，本文综述了其理论基础和研究方法，归纳了适合于进行这种研究的沉积物应满足的若干条标准以及其沉积记录可靠性的检验标准，介绍了过去２００ｋａ地磁场强度相对变化的连续沉积记录，还评述了晚第四纪地球磁场强度变化对宇宙成因核素１４Ｃ和１０Ｂｅ的控制作用。

宇宙成因核素^(10)Be、^(26)Al:原理及其地学应用

随着加速器质谱的出现,宇宙成因核素展示了其在地球科学应用中的生命力。介绍了宇宙成因核素10Be、26Al的生成、示踪原理及近年来在地学中的应用。宇宙成因核素是宇宙射线粒子(包括原生和次生粒子)与大气及岩石发生核反应所生成的新核素,其生成量可用已知物理过程定量描述。大气生成宇宙成因核素在考古、古环境及地球各圈层的相互作用方面得到了广泛的应用,原地生成宇宙成因核素则在地貌学研究中扮演着重要的角色,成为一门新的实验技术。定量地描述地表的暴露历史和侵蚀速率,在解决许多地质问题中成为最重要的手段。

利用宇宙成因核素^(10)Be,^(26)Al估算流域侵蚀速率的原理与应用

地表侵蚀是地貌演化的外营力。定量估算地表侵蚀速率,探讨其与构造活动,气候变化的响应和反馈是地学研究的重要课题之一。利用河流阶地沉积物或盆地沉积物宇宙成因核素(10Be and26Al)可获取流域万年尺度平均侵蚀速率时间序列,弥补了热年代学获得的百万年平均剥露速率和水文观测获得的年代级侵蚀速率之间的环节。地表及其附近岩石中的矿物的原子核受到来自外层宇宙空间的高能宇宙射线粒子的轰击,发生核反应而产生放射性核素,然后被快速埋藏,不再接受宇宙射线辐射。总体上,它们在地表的暴露时间短暂,宇生核素含量低,埋藏后宇生放射性核素随时间流逝而衰减。利用10Be和26Al估算流域古侵蚀速率基于此原理,通过测试河流沉积物或盆地沉积物的年代,结合10Be浓度,进而估算流域的平均侵蚀速率。应用宇生核素方法研究流域侵蚀速率,具有采样简便,精确度高,应用范围广等优势,可以反映更大时间尺度和更广空间尺度上的侵蚀速率变化情况,利用10Be和26Al等核素方法对第四纪至全新世的地表演化进行研究正成为一种重要的研究方法。

宇宙成因核素^10Be在古侵蚀速率研究中的原理与应用

河流沉积物中的宇宙成因核素^10Be记录了百万年尺度的古侵蚀速率信息,为定量揭示构造-气候-地表侵蚀之间的耦合关系提供了一个可靠途径。尽管目前基于宇宙成因核素获取古侵蚀速率的相关研究尚处于起步阶段,然而这一方法弥补了以往通过盆地沉积速率表征古侵蚀速率带来的缺陷和不足,同时相对热年代学方法具有更高的时间分辨率。本文在回顾宇宙成因核素法计算流域平均侵蚀速率原理的基础上,重点阐述了近年来有关基于河流沉积物中的^10Be核素浓度获取古侵蚀速率的方法原理、计算参数、假设(前提)条件和采样策略,以期促进该方法在地表-地貌过程领域得到更广泛的应用。随后总结了应用该方法解释或揭示构造和气候驱动地貌演化的研究实例;并以此为基础,思考了古侵蚀速率研究的未来应用方向,即有望进一步揭示构造、气候和地表侵蚀过程三者之间的相互关系,进而助推青藏高原晚新生代以来地貌、地形演化的定量化发展。

宇宙成因核素^(21)Ne测年原理和应用

宇宙成因核素测年方法在地表暴露测年和沉积物埋藏测年方面均具有重要应用价值,还可用于定量计算地表侵蚀、地形抬升和河流下切等反映气候及构造运动影响的地表过程速率,对研究地球各圈层之间的相互作用关系具有重要意义,是第四纪年代学领域中一种重要的测年方法。与放射性宇宙成因核素10Be、26Al相比,稳定核素21Ne在地表暴露定年方面具有测年范围宽、测年材料选择范围广、测试所需样品量少、前处理过程简单等优点。通过与放射性核素的结合使用,稳定核素21Ne还可用于沉积物的埋藏测年,并具有比10Be-26Al埋藏测年法更高的测年上限和测年精度。稳定核素21Ne测年方法的应用在国内尚处于起步阶段,但可以预见,这一方法将以其独特的优势在第四纪地质学、地貌演化及活动构造等诸多研究领域得到广泛的应用。

宇宙成因核素测年中石英分离流程的改进

就地宇宙成因核素测年是基岩断层面和滑坡、崩塌体古地震研究中至关重要的年代测定方法之一,其测定的目标矿物较多。石英因其成分简单、分布广泛且易于进行化学处理而成为就地宇宙成因核素测年中的一种理想测年矿物。从野外采集的岩石中分离出纯石英是就地宇成核素测年实验的首要步骤,同时也是一个关键环节。常规的HF/HNO 3蚀刻分离提纯石英的方法耗时长、效率低,影响就地宇宙成因核素测年方法在活动构造中的应用。文中报道了一种采用实验室集成的石英浮选提纯装置及提纯方法,选取活动构造研究中2种宇成核素测年常用的长英质岩石样品——花岗质片麻岩和石英岩,经破碎、筛分出0.25~0.50mm粒径的颗粒作为试验样,成功实现了石英与长石等杂质矿物的有效分离,获得的石英组分中石英占90%以上,效果显著。结果表明,花岗岩类样品浮选分离后的石英组分再用HF/HNO 3继续蚀刻2、3次后,石英中的Al含量降至200ppm以下,完全满足宇宙成因核素测年的要求,隐晶质的石英岩经过浮选分离再蚀刻提纯,比全岩粉碎后直接提纯减少了一倍以上的时间。文中的浮选提纯装置和方法极大地减少了HF/HNO 3蚀刻时的用酸量,降低了成本,同时也节省了蚀刻时间,提高了宇成核素测年石英分离提纯的效率。同时,还可为低温热年代学中提取锆石、磷灰石的处理流程提供借鉴。

宇宙成因核素^(10)Be 在全球变化研究中的一些应用

^(10)Be是宇宙射线高能粒子与大气主要成分氮、氧原子核进行散裂反应的产物,通过大气降水沉降到地表。本文介绍了^(10)Be在大气圈降水、极冰、深海沉积物、锰结核、土壤、黄土、湖相沉积物、生物圈等环境系统的分布特征,并对^(10)Be变化与太阳活动变化的关系、^(10)Be产生率与地球磁场极性倒转关系、^(10)Be沉积速率与各种全球传输过程关系,以及^(10)Be作为一种测年工具的应用前景等进行了广泛的论述。

河流阶地样品中石英纯化和宇宙核素^(10)Be和^(26)Al分离方法研究

经历反复埋藏暴露演化过程的河流阶地样品,难以用常规方法将原生宇宙核素10Be、26Al有效分离。本文在前人实验方法基础上,使用人工挑选、磁选仪分选及酸洗方法,分离样品中碳酸盐、含铁矿物及大气生成的10Be,进一步优化了石英提纯实验流程。结果表明:长度为9 cm、内径为1 cm的阴离子交换树脂装置匹配4 mol/L氢氟酸淋滤液,可将B、Mg、Ca、Cr、Fe、Mn、Ni、Ti和Be、Al有效分离,Be、Al回收率分别可达95.7%、85.7%。阳离子交换树脂能有效分离Be、Al,两元素回收率均达到85%。获得10Be/9Be和26Al/27Al流程空白分别为2.19×10-15和1.63×10-15。优化后的实验方法显著提高了河流阶地样品中原生宇宙核素10Be、26Al的纯化效率,且10Be/9Be和26Al/27Al流程空白数值与国内外实验室具有可比性。采用本方法获得了成都平原冲积物10Be、26Al暴露年龄分别是76.36±9.51 ka和69.44±14.13 ka,为评价龙门山前缘隐伏断裂构造特征和活动性提供了年代学依据。