商代含高放射性成因铅的青铜器矿料来源与古蜀三星堆在矿业贸易中的地位

含高放射性成因铅是商代青铜器的重要特征,但对其矿料来源的讨论众说纷纭,莫衷一是。笔者等收集了河南郑州商城、山西垣曲商城、湖北盘龙城、四川三星堆、陕西汉中(地区)、江西新干大洋洲、河南安阳殷墟和陕北(地区)覆盖整个商代的8个遗址/地区700件出土青铜器样品的铅同位素组成数据,并与全国606个Pb—Zn、Cu、Sn多金属矿床4025件矿石样品的铅同位素组成数据进行比对分析,探讨商代青铜器的矿料来源和古蜀国在矿业贸易中的地位。研究表明:①南郑州商城、湖北盘龙城、陕西汉中、山西垣曲商城、河南安阳殷墟和陕北6个遗址/地区的青铜器很可能采用了含异常铅和正常铅的两类铅料;而四川三星堆与江西新干大洋洲出土的青铜器则主要采用了含异常铅的铅料。四川三星堆、陕西汉中和陕北3个遗址/地区出土的青铜器很可能采用了含异常铅和正常铅的两类铜料;而河南郑州商城、湖北盘龙城、山西垣曲商城、河南安阳殷墟与江西新干大洋洲出土的青铜器采用的铜料很可能以含正常铅为主,但不排除采用含异常铅铜料的可能性。②对比全国Cu、Pb—Zn、Sn及多金属矿床铅同位素资料,商代遗址出土的青铜器中的高放射性成因铅的铅料,最有可能来自四川云南交界处的MVT型Pb—Zn矿床;而含高放射性成因铅的铜料,则最可能来自四川云南交界处的IOCG型Cu矿和山西中条山铜矿峪Cu矿床。(3)综合三星堆遗址得天独厚的地理位置,三星堆青铜文明的兴衰时间及其与其他文化交流与贸易往来的路径,推测古蜀三星堆很可能是商代含高放射性成因铅的铅料及部分铜料贸易的大型中转地,商代含高放射性成因铅的青铜器的兴盛与衰落则很可能与三星堆青铜文明的开启与消亡有关。

秦岭地区首次发现含放射性成因异常铅的铜矿床

具有高放射性异常铅的穆家庄铜矿床位于南秦岭造山带柞(水)山(阳)地区的泥盆系中。该矿床距柞水县城40余km,距西安100余km。矿体产于红岩寺-黑山复式向斜南翼金井河-胡家沟次级背斜南翼近轴部断裂中,赋矿岩石为泥盆系青石垭组中上部白云质岩,其空间展布明显受背斜的陡倾南翼(倒转翼)近轴部的层间断裂-裂隙带的控制,矿石构造主要为团块状和网脉状。铅同位素结果研究表明,穆家庄铜矿矿石铅和近矿围岩岩石铅具有富含放射性成因铅的特点。这是在秦岭地区首次发现的放射性成因铅——异常铅的铜矿床,它的发现具有很高的科学价值。

50~1000 a地下水定年新方法:放射性成因^(32)P法

地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50~1000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50~1000 a是近代人类活动频繁的时期,地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。^(32)Si可以用来确定50~1000 a地下水的年龄,但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了^(32)Si定年的应用。^(32)Si衰变生成子同位素^(32)P,^(32)Si和^(32)P在3个月内会达到放射性平衡,放射性活度达到一致。天然状态下50~1000 a地下水中的^(32)Si与^(32)P一直处于放射性平衡状态,所以直接富集地下水中的^(32)P可以用于50~1000 a地下水的年龄测定。地下水中^(32)P的富集采用氢氧化镁共沉淀法,方便快捷。因此,放射性成因^(32)P有望解决50~1000 a地下水的定年“短板”。在江汉平原地下水实例研究中发现,放射性成因^(32)P定年结果与^(32)Si定年结果基本一致。因此,放射性成因^(32)P是解决50~1000 a地下水定年“短板”的有效工具,且便捷准确。

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。

高性能、低本底的TaF_(5)发射剂溶液制备与微量样品Sr同位素测量

热电离质谱计为精确测量地质样品的同位素组成提供了前提,然而低的离子化效率常常难以获得低含量样品或微量样品的高精度同位素组成,严重影响测量精度和准确度。发射剂可以有效降低元素的电离电位,提高热电离质谱计的离子化效率,但未纯化的发射剂不可避免引入本底,影响测量结果的准确度。鉴于此,通过制备高效、低本底TaF_(5)发射剂溶液,提高Sr元素的电离效率,为微量样品Sr同位素组成精确测量提供技术支撑。制备的发射剂溶液经过纯化后,通过测量不同Sr用量的标准Sr溶液(NIST SRM 987)和标准岩石粉末(BCR-2和BHVO-2玄武岩)同位素组成验证其效果和本底。实验结果表明:纯化的TaF_(5)发射剂溶液具有极低的Sr本底(平均值约为0.02 pg·μL^(-1)),仅需使用1~2μL发射剂就能有效提高Sr离子化效率,且在测量过程中保持稳定的离子信号强度;微量的标准Sr溶液和标准岩石粉末87 Sr/86 Sr值的测量结果均落在推荐值范围内,满足纳克/亚纳克级样品Sr同位素测量的精度和准确度要求。这一高效、低本底TaF_(5)发射剂溶液可应用于亚纳克级超微量样品Sr同位素组成测量,能够进一步拓展Sr同位素地球化学应用前景。

克里阳钾镁煌斑岩同位素地球化学特征

通过研究表明 ,克里阳钾镁煌斑岩的δ13 C值为 - 2 .7‰～ - 3.3‰ ,δ18O值为 +14 .5 7‰～ +16 .4 3‰。其相容元素Cr、Ni,不相容元素Ba、Sr、Nb、Ta、Zr、Hf、Th含量比较亏损 ,惰性元素及放射性生热元素等 (除U外 )均较亏损 ,极亏损高场强元素Nb、Ti、Ta ,说明其产出可能与古俯冲作用有关。这些特征均表明 ,该区钾镁煌斑岩比较完好地保存着源区特征。克里阳钾镁煌斑岩的Sr初始比值为 0 .70 80 7,与国际同类岩石相比有些偏高 ,在中国属中度 ;Pb同位素比值2 0 6Pb/2 0 4Pb为 18.35 5 6。从Pb、Sr同位素组成及其他地球化学特征来看 。

独辟蹊径探幽微——科技史家金正耀教授访谈录

金正耀先生1982年考入中国科学技术大学自然科学史专业,师从钱临照院士、李志超教授进行科技考古的学习和研究.期间在国内首次将铅同位素地球化学示踪方法应用于上古青铜文明金属资源的研究,在分析商代青铜器的工作中发现地质与地球化学上罕见的高放射成因铅,并据此提出安阳前期青铜生产中大部金属原料产地的"西南说".90年代他与美日学者合作,持续这一研究.2006年金正耀先生回到中国科学技术大学,组建科技考古实验室,将研究领域扩展到非传统同位素地球化学方法在金属资源考古和金属史研究以及现代释光技术的考古应用,在引领学科发展、人才培养等方面做了大量工作.此外,金正耀先生曾师从任继愈教授进行道教科技史的学习和研究,也取得相当丰硕的成果.

碳酸盐地层中Sr同位素实验关键问题的讨论

减少或消除放射性成因Sr的影响是碳酸盐地层Sr同位素研究技术之关键。碳酸盐地层的Sr同位素研究,是建立在样品不含放射性成因Sr的基础上。离子交换柱不具有消除放射性成因^(87) Sr影响的功能,只能减少或除去Ca^(2+)、Ba^(2+)等阳离子,以便在质谱分析中提高Sr同位素的电离概率,获取更高的灵敏度,同时消除^(87) Rb(同质异位素)对^(87)Sr测定值的干扰。在质谱分析时,一旦发现样品中含Rb,就必然存在放射性成因^(87)Sr的影响,导致测定值偏高。鉴于一些碳酸盐地层内含有富Rb的硅酸盐和其他矿物组分,盲目使用氢氟酸、硝酸、高氯酸等强酸溶解样品,有可能严重地影响到Sr同位素(^(87)Sr/^(86)Sr)的测定值。实验证明,采用选择性溶解技术,用醋酸或浓度较低的稀盐酸萃取碳酸盐,可以减少或排除硅酸盐及其他富含放射性成因Sr的矿物的影响。

锶同位素在森林生态系统研究中的进展

放射性成因锶同位素(87Sr/86Sr)作为一种有效的示踪工具,对理解陆相生态系统结构有极其重要的作用。而非传统稳定同位素δ88/86Sr可以揭示以前所忽略的阳离子在植被中的迁移过程。本文对锶元素在森林生态系统中的循环过程以及定量计算方法进行了综述,阐明了利用放射性成因锶同位素87Sr/86Sr在低温地表迁移过程中不分馏的特性示踪物质来源以及循环途径,利用非传统稳定锶同位素δ88/86Sr来示踪生态系统中生物分馏过程,以及锶元素在植被中的内循环机理,总结采用锶同位素在环境响应和生态系统演化的应用。指出非传统稳定锶同位素与放射性成因锶同位素联立应用将是其在陆地生态系统研究中的发展方向。

中国首个特大致密砂岩型(烃类)富氦气田——鄂尔多斯盆地东胜气田特征

氦气是一种重要的战略稀缺资源,通常与天然气伴生.中国目前仅发现塔里木盆地和田河气田一例特大型富氦气田.本文报道了鄂尔多斯盆地东胜气田新的实例,该气田为首例致密砂岩型特大富氦气田.鄂尔多斯盆地东胜气田92个天然气样品中氦气相对含量数据统计分析表明,该气田天然气中氦气平均含量为0.133%,其中有65个样品氦气含量不小于0.1%,占比70.7%.按照东胜气田探明天然气储量折算,探明氦气地质储量约1.96×10^(8)m^(3),为我国首个特大致密砂岩型富氦天然气藏.结合东胜气田5个天然气样品中氦气同位素组成分布区间为3.03×10^(-8)~3.44×10^(-8),认为该气田氦气为典型壳源成因,氦气源为基底富含铀、钍的花岗质基岩.富氦天然气成藏受到区域构造活动控制,沟通基底的断裂开启使得源岩中氦气释放,沿断裂进入上覆地层与常规烃类气体混合聚集成藏.结合鄂尔多斯盆地构造背景以及氦源岩分布特征,该盆地北部与中部深层可能是氦气富集主要区域,具勘探潜力.