冰川沉积释光测年:采样策略与测试选择

释光测年是可对冰川地貌进行直接定年的一种测年技术,已被广泛应用于冰川沉积测年中,推动了第四纪冰川研究的深入发展。但冰川沉积释光测年还没有达到标准化的程度,实际应用中仍有不少问题需要探究,其中最受关注的是冰川沉积物释光信号晒退不完全的问题,即样品在埋藏前因曝光机会有限导致信号没有归零或仅部分归零。冰川沉积释光信号晒退程度与地貌部位和沉积环境密切相关。冰川沉积释光采样需注意几个方面:(1)详细的地貌学和沉积学调查及对采样点的选择;(2)较适合释光测年的冰水沉积和冰缘风成沉积采集及其与冰川作用期次的联系;(3)冰碛夹层中的冰水砂透镜体的选取;(4)冰碛垄采样时垂直与水平方向上的考量;(5)岩石释光测年的发展使砾石成为当前第四纪冰川释光测年采样的一种选择。室内进行释光等效剂量测试时,也有几个关键的选择:(1)粗颗粒石英光释光测年是末次冰期以来冰川作用的首选方法;(2)如果样品年代老于石英测年上限,或者石英不适合测试,则可考虑钾长石后红外高温释光测年方法;(3)单颗粒、小测片和岩石释光埋藏测年技术可以鉴别样品的晒退情况,是目前最适合冰川沉积释光测年的几种选择;(4)如有条件,尝试用不同矿物、不同粒径、不同方法进行测试对比和交叉检验。要获得第四纪冰川释光测年的最佳年代学结果,地貌学、沉积学和年代学的结合是非常必要的。

旧石器和古人类遗址释光测年技术的可靠性和测年上限

释光测年技术已成为旧石器和古人类遗址,尤其是现代人类遗址,建立年代框架的重要工具之一。这一技术提供了现代人类出现在非洲、亚洲和澳大利亚的最早年代证据。本文简要介绍了释光测年的基本原理,对释光测年的可靠性和上限及所受的影响因素进行了综述。光释光测年的精密度(相对标准误差σ)一般为5%-10%,在理想条件下σ<5%,但是σ>10%的情况也不少见。与大量其他测年方法所获结果的一致性表明,光释光测年技术是可靠的。光释光测年的上限与样品的释光性质及环境剂量率有关,释光可靠年龄最大可达1百万年。对大多数遗址50万年的测年上限是可行的,这个年代范围涵盖了所有的现代人遗址。不同样品或颗粒间的释光性质差异很大,因而它们有不同的测年上限。同一样品中钾长石比石英有更高的测年上限,同一矿物中不同的释光信号对应的测年上限也不同。

光释光测年法——综述及进展

光释光(OSL)测年是对沉积物最后一次曝光(或热)事件年代的测定,其测试对象主要为石英和长石。自20世纪80年代该方法提出以来,在国内外得到了广泛的应用。但国内不少地学工作者对该技术的原理与测年方式了解十分有限,为了使应用者能更好、更全面地了解和使用这一方法,对OSL测年法及其近年来的国内外主要研究进展进行了回顾,重点对OSL测年法的基本原理、样品采集及实验室前处理过程、等效剂量(De)值的测定方式、环境剂量率的计算,以及影响测年结果可靠性的重要因素等进行了全面介绍、分析和探讨。同时,对近年来国内外关于De值测定方法与技术上的进展及已经获得较可信年龄的相关方法等进行了总结分析,并对OSL可能测年的范围和影响结果可靠性的一些潜在因素,以及对获得100ka^1Ma间的年龄新的释光信号研究方法等进行了介绍和探讨。

沉积物的光释光测年和对沉积过程的指示意义

应用光释光测年技术测量了位于陕西、河南、湖北和安徽等地9个剖面的49个沉积物样品，这些样品的光释光信号都是以快组分为主，等效剂量预热坪区和剂量复原实验结果也表明这些样品都适合应用单片再生剂量法测量其等效剂量。根据测量的光释光年龄数据和样品的埋深，建立了各剖面的年龄一深度曲线和函数，通过它们推算出了各剖面的长期堆积速率，并据此指出了可能的沉积环境变化。在取样的深度范围内，所测剖面的堆积速率从0．02mm／a到2．58mm／a，并显示一般风成黄土的堆积速率要比水成堆积物的堆积速率要慢。所测样品的年龄从0．2±0．01ka到53．8±4．7ka。在9个剖面中，有两个自然剖面发生了长时期的沉积间断。在有文化层的剖面中，文化层下部地层的年代明显老于文化层和上部地层的年龄，文化层中沉积物的光释光年龄也可以用来指示文化层的堆积情况。另外，对两个剖面也进行了14C定年，结果显示沉积物全样的14C测年值得进一步研究。

龙山文化末期泾河特大洪水事件光释光测年研究

通过对泾河流域深入的野外考察,在其中游基岩峡谷内发现了含有龙山文化末期文化层和古洪水滞流沉积单元的全新世黄土土壤剖面。利用光释光的单片测年技术,确定古洪水滞流沉积层覆盖着的黑垆土层的OSL年龄为4078±382aB.P.和4111±450aB.P.。结合其中所含龙山文化遗址的考古年代,揭示出泾河流域在4100～4000aB.P.之间出现一个古洪水多发时期。这组古洪水滞流沉积单元包含5个单层,记录了4100～4000aB.P.之间泾河流域曾经发生的5次特大古洪水事件。这个洪水期对应着我国北方在4000aB.P.前后,由全新世大暖期向着全新世晚期干旱期转折过程中的气候剧烈变化。这些史前洪水事件可能对我国龙山文化的衰落和古代华夏文明的诞生具有重大的影响。

渭河中游全新世黄土剖面光释光测年及记录的古洪水事件

通过对渭河流域进行广泛的考察,在中游咸阳附近一处阶地发现保存完好的全新世黄土-古土壤剖面里夹有古洪水滞流沉积层,对其进行了年代学和沉积学研究。对于采集的全新世地层样品,进行粒度、磁化率测量分析,证明所夹沉积物是典型的古洪水滞流沉积物,该层记录了古洪水事件发生的气候水文信息。应用红外后蓝光的SAR光释光测年技术,获得该剖面9个OSL年龄值,确定渭河在距今3.2～2.8ka之间为一个洪水多发时期,并建立了渭河古洪水事件的年代序列。这一结果揭示了古洪水的频发与全新世中期向晚期过渡的转折时期,气候由温湿向干旱化发展,大气系统失稳,气候变化剧烈,降水量异常变化,变率增大,是导致渭河流域特大古洪水多发的主要原因。

湖泊沉积物的^(14)C和光释光测年——以固城湖为例

富含有机质的湖泊沉积物被认为是14C测年建立古环境记录年代标尺的理想材料,光释光测年方法近年开始应用于水成沉积物的定年。应用14C和光释光两种方法对江苏固城湖湖心钻孔岩芯进行了年龄测定,结果表明全样有机质的14C年龄与石英的光释光年龄存在系统差异,后者较前者年轻约2000年。系统光释光测年研究排除了光释光年龄低估的可能性,所以,二者的差异可能是湖泊沉积物碳库效应的反映。

天津大直沽晚第四纪沉积物红外释光测年及环境变迁年代学

对天津大直沽ZH2钻孔晚第四纪沉积物岩芯 1 2个样品的红外释光 (IRSL)测年及沉积物记录的环境变化研究结果表明 :1 )细颗粒 (4～ 1 1 μm)多测片的红外释光 (IRSL)技术对水悬浮沉积物的年龄测定有着巨大的潜力 ,渤海湾西岸全新世环境变化的IRSL年代可与14 C年代相对比 ;2 )大直沽ZH2孔所在地未见晚更新世海侵 ,并在距今约 3 0ka至约 1 0ka期间处于沉积间断状态 ,距今 9 5ka开始发生海侵 ,距今 5 1ka发生海退 ,距今 4 4ka海水已退出ZH2孔所在地 ,距今 2ka左右已有人类活动。

钾长石矿物在全新世样品光释光测年中的应用与校正问题

使用钾长石进行释光测年时,由于长石的释光信号存在异常衰减,会导致沉积事件年龄的低估。对中国北方4个全新世样品分别使用石英和钾长石矿物组分释光测年,通过测量钾长石的衰退系数(g值)对钾长石使用再生剂量法获得的表征年龄进行了校正。发现对于本文所研究的年轻样品钾长石表征年龄与石英年龄相比系统偏小约2%～9%,钾长石校正年龄与石英年龄相比则严重偏大约16%～40%,表明使用g值无法校正年轻样品的钾长石年龄。对于年轻样品,钾长石IRSL信号异常衰减现象对测年结果的影响是可以忽略的。

第四纪沉积物光释光测年中等效剂量测定方法的对比研究

准确地测定碎屑矿物沉积后吸收的等效剂量是第四纪沉积物释光测年中最关键的一环。用光释光测年技术对几个全新世坡积物、古土壤和黄土等样品中的石英、长石等碎屑矿物进行了测定等效剂量的对比研究。初步结果表明，对于光释光测年，所有样品用再生释光法和澳大利亚滑移法获得的结果均与１４ Ｃ 测年结果或已知年龄相吻合； 部分晒退法只有在光晒退时间适度，且释光强度与剂量呈线性响应时可获得可靠结果，但误差较大；附加剂量法和残留释光法受到多种因素的影响，测定的等效剂量通常偏大。实验还表明，可用绿光释光和红外释光两种不同的光释光测年技术对同一样品测年值进行自检。

水成沉积物释光测年研究进展与展望

石英光释光(OSL)测年方法对于蕴藏着丰富区域气候环境变迁、古洪水、古地震及构造信息的冲积、洪积、湖积等水成沉积物组成的沉积地层,面临许多难题。水成沉积物矿物颗粒在搬运和沉积过程中,先前积存的释光信号能否被晒退,晒退是否均匀?残留水平如何?如何准确测定这些沉积物的天然释光信号强度的等效剂量(De)?环境剂量率怎样才能准确测定等问题,是几十年来国内外释光测年研究者普遍关注的问题。本文通过对水成沉积物研究成果的梳理、存在问题及研究现状分析,探讨了光释光测年方法在水成沉积物方面的应用前景。

稻城冰帽冰碛物光释光测年研究中遇到的问题及探讨

冰川事件是气候波动最直接的地质证据,利用冰川作用过程中形成的冰碛物的年代数据建立冰川事件的时间顺序,是反演冰川演化历史以及区域古气候和古环境的有效途径。然而,由于冰川沉积环境的复杂性,很大程度限制了冰川年代数据的获取。近年来,随着光释光测年技术的不断完善,其应用范围已经扩展到冰川沉积物的年代测定。本文利用光释光(OSL)测年技术对青藏高原东南部稻城冰帽库照日地区系列冰碛垄进行年代测定,试图建立库照日地区冰川事件的年代序列。然而,光释光(OSL)年代结果与先前发表的ESR和宇生核素10Be暴露年代数据不一致,且个别数据与地貌新老关系不符。通过对比分析显示:冰碛物样品埋藏前释光信号的部分晒退以及样品提取的石英不纯,可能导致冰碛物光释光测年的较大误差和不准确性,应该引起足够的注意。

汶川8.0级地震小鱼洞地表破裂带古地震事件的光释光测年

小鱼洞地震地表破裂带罗元村探槽剖面揭示了汶川8.0级大地震之前的1次同等规模的古地震事件。文中对采自小鱼洞破裂带罗元村古地震探槽的7个冲洪积物样品进行了细颗粒石英简单多片再生法和单测片再生法光释光测年研究。LED08-212样品SAR法预热坪实验表明预热温度坪区间为180～240℃,在此温度下热转移量小于等效剂量的1%,不影响测量结果。循环比、回授、剂量恢复试验也表明采用200℃预热温度、10s预热时间和SMAR法流程进行等效剂量测量是合适的,能有效地校正测量过程中的释光信号感量变化。样品LED08-113,LED08-212细颗粒石英SAR法等效剂量值与SMAR法结果的一致性,表明2种方法均适用于本批样品。整个剖面上下盘各形成1个很好的时间序列,结合该地区的历史地震记录,推测小鱼洞断层上次大地震发生的时间应该为距今1.7～2.2ka,其全新世垂直滑动速率至少为(1.0±0.08)mm/a。

光释光测年和孢粉分析揭示的晚冰期以来科尔沁沙地演化过程

利用光释光测年技术对科尔沁沙地的7个风成砂-砂质古土壤剖面进行年代测试,结合地层和孢粉分析得到晚冰期以来科尔沁沙地的演化过程如下:16～10 ka B.P.,风成砂出现,沙地活化;10～3 ka B.P.,砂质古土壤发育,沙地固定;约3 ka B.P.前后,风成砂出现,沙地活化;3 ka B.P.至今,多层弱发育砂质古土壤和风成砂的交替出现,指示晚全新世科尔沁沙地的多次固定与活化;从约4～2 ka B.P.,沙地环境由草甸草原逐渐退化为典型草原。分析表明,3 ka B.P.以前科尔沁沙地的演化完全受气候变化的控制,之后(尤其是辽代以后)人类活动的影响日益增强。

渭河咸阳段全新世古洪水事件光释光测年研究

古洪水水文学研究是全球气候变化研究的前沿课题,确定古洪水事件的年代是古洪水研究的重要内容之一。对渭河流域进行深入的野外考察,在中游咸阳段阶地发现全新世黄土—古土壤层里夹有古洪水滞流沉积层,表明该地层记录了古洪水事件发生的信息。在该剖面采集光释光样品,分离提取40～63μm石英颗粒成分,应用单片再生剂量法(SAR)进行红外后蓝光(Post—IR OSL)释光测量,获得了9个OSL年龄值。结果表明由古洪水滞流沉积层记录的特大古洪水事件发生在3 200～2 800 a B.P.之间。结合沉积样品系列的磁化率和粒度成分等气候替代性指标分析,揭示了在全新世中期向晚期转折过渡时期,渭河流域处于气候向干旱化发展的转型期,气候变化剧烈,大气系统不稳定,降水变率增大等,是导致特大洪水多发的主要原因。这也是渭河流域气候水文系统对于全球性气候恶化响应的结果。

横断山地区末次冰期冰碛物石英光释光测年的适应性

为了探讨青藏高原东部地区冰碛物光释光测年的可行性,在横断山脉北部竹庆盆地硬普沟3列侧碛垄上采集了7个样品,提取出38～63μm的石英,用单片再生剂量法(SAR)测量等效剂量(De),并对样品光释光信号的有关物理特性进行了研究.结果表明:SAR程序的循环比在可接受范围之内,热转移信号的贡献<4.2%,不会对研究样品的等效剂量测定产生明显影响.剂量恢复实验表明SAR程序能恢复实验室的已知剂量,说明SAR程序适于所研究样品的等效剂量测定.每个样品的等效剂量都大致呈对称分布,表明样品在埋藏前晒退良好.光释光年代结果(15～60ka BP)显示了较好的内部一致性,并且与地貌关系相符,整体上也与前人的研究结果相一致.

第四纪沉积物的光释光测年

第四纪沉积物的光释光测年卢演俦，尹功明，陈杰，刘爱国（国家地震局地质研究所，北京１０００２９）光释光（ｏｐｔｉｍｕｌａｔａｌｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｅｅ，缩写ＯＳＬ）测年技术是近几年出现的第四纪沉积物测年新技术。它是在热释光（ｔｈｅｒｍｏｉｎｅｓｃｅｎｃ...

汉江上游安康东段古洪水事件光释光测年研究

通过对汉江上游峡谷广泛的野外考察,结合系统采样和粒度成分与磁化率测试分析,证明汉江上游安康东段第一级阶地黄土质覆盖层剖面夹有两组典型的古洪水滞流沉积层,其记录了两期特大古洪水事件.本文在该河段选择两个剖面进行系统采样,对其进行了年代学研究.应用单片再生法（SAR）技术获得其光释光年龄值,结合地层和高分辨率气候变化记录对比分析,确定第一期古洪水事件发生在12700～12500 a BP之间,对应于晚冰期Bolling-Allerod向着Younger Dryas转折的时期,第二期古洪水事件发生在1000～900 a BP,对应于我国历史上北宋时代的气候恶化时期.这表明汉江上游古洪水事件的发生与气候恶化转折密切相关.由于季风气候状态不稳定,降水变率增大,导致特大洪水与干旱事件皆有发生.

释光测年的研究简史及研究现状

针对释光现象的研究,及其在地质和考古年代测定中的应用,将释光测年的研究历史划分为3个阶段:20世纪50年代末以前,释光测年研究的萌芽阶段;60年代至80年代中期,热释光测年的研究及发展阶段;80年代中期至今,光释光测年的研究及发展阶段。最后,对释光测年的研究现状进行了简单的总结,认为对释光现象产生机制的许多细节还有待深入研究,对于非线性释光生长曲线的校正及提高测年的精度,仍是测量等效剂量(De)时研究的主要问题。

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。