放射性同位素^(14)C测年在岩溶地下水中的应用及研究进展

放射性同位素^(14)C测年是获取岩溶地下水水文地质参数,探索岩溶地下水运移状态,评价其可持续利用的重要手段。搜集已公开发表的放射性同位素^(14)C文献资料和相关研究实例,对其主要来源、循环过程、测年原理、分析方法以及在岩溶地下水研究中的应用等内容进行系统论述。研究表明,目前放射性同位素^(14)C主要用于测定岩溶地下水年龄,通过地下水年龄分布和不同来源的同位素占比,科学识别地下水补给源、估算地下水补给速率、合理评估地下水的更新能力等,再现岩溶地下水运动过程,进而计算运移过程中同位素交换率,判断发生的岩溶作用程度,可示踪地下污染来源,揭示地下水污染质的迁移规律,可为水资源利用和环境评价提供关键性的依据。然而,在使用放射性同位素^(14)C测年的过程中,仍存在样品采集、处理流程不规范,仪器精度有限、测试价格昂贵、检测结果波动性大等问题。^(14)C测年范围有限,作为示踪剂指示作用单一,无法测定出过于“年轻”或者“古老”的岩溶地下水年龄。此外,地下水的运动过程中自然成因的“死碳”混入和人为因素的干扰也会造成测年结果的偏差,现有的校正模型暂时无法解决该问题,相关理论也缺乏研究,这给实际应用和进一步发展造成一定的困扰。该文指出放射性同位素^(14)C测年在未来仍需加强理论的研究,规范样品采集、处理流程,注重测试技术的开发,以解决“死碳”混入和人为因素的干扰造成的测年结果的偏差,多种示踪剂联合使用,提高测年精度和广度。

青海湖湖泊沉积物木质素AMS-^(14)C测年

对青海湖1A钻孔0—4 m不同深度共10个沉积物样品提取木质素,并进行AMS-^(14)C测年。结果显示,木质素的AMS-^(14)C年龄-深度曲线呈良好的线性关系,大于10μg碳量的木质素单体^(14)C年龄比1F孔同深度基于总有机碳(TOC)获得的^(14)C年龄平均偏年轻约110年,接近采用平均值概念分段线性回归确定的1F孔4.99 m以上碳库效应估算(126年)。这表明沉积物木质素AMS-^(14)C测年可有效减少老碳效应的影响;同时,1A与1F两个平行钻孔不同材料测年结果之间的良好对比,也佐证了基于沉积物TOC的^(14)C测年并采用平均值概念进行分段线性回归建立的青海湖湖泊沉积物年代框架的可靠性。

泥河湾盆地于家沟遗址AMS-^(14)C年代学研究及其考古学意义

于家沟遗址作为泥河湾盆地中唯一具有新旧石器工业过渡的典型遗址,为研究东亚旧石器向新石器时代过渡提供了理想的场所。本文通过于家沟遗址剖面沉积物(厚约550 cm)的加速器质谱法(AMS-^(14)C)年代测定,确定了于家沟剖面的年代跨度为16.19?—?2.43 ka BP,其中旧石器向新石器时代的转化时限为9.35 ka BP。该遗址中发现的最早陶器经同层位地层推测,其年代为13.60 ka BP,是目前中国北方发现的最早陶器。陶器的使用可能改善了古人类的生活条件;大量细石器反映出泥河湾盆地中采猎经济高度繁荣。因此,在晚更新世末期气候开始变暖的背景下陶器和细石器的出现一定程度推动了中国北方旧石器时代向新石器时代的转变。

A SUPER SENSITIVITY MINICYCLOTRON MASS SPECTROMETER SPECIALIZED FOR CARBON-14 DATING

The structure consideration of a minicyclotron as super- sensitivity mass spectrometer for carbon -14 dating being constructed at this Institute is described. Some new design ideas and techniques are presented.

“死碳”对^(14)C年代测定影响的初步研究

在回顾14C测年技术发展的基础上,指出了影响14C测年精度的各种因素,并初步讨论了"死碳"对14C年代的影响。通过对岩溶区"死碳"的成因分析以及对碳酸盐样品的14C年代学研究,认为酸的来源不同,是造成岩溶区样品14C年代偏老的原因;局部环境中"死碳"释放是造成水生样品14C表观年龄偏老的主要原因。由于影响岩溶区样品14C年龄的因素是多方面的,目前尚无有效的校正办法。为此,作者在讨论了洞穴碳酸盐样品年代的可靠性及影响因素的基础上,提出了用交叉对比定年的方法解决"死碳"对14C测年的影响问题和在岩溶地区谨慎使用14C年龄的建议。

东海DGKS96—03岩心中微体化石的古海洋学特点、δ^(18)O曲线与AMS^(14)C测年

运用微体化石的研究结果辨识岩心不同的沉积阶段的沉积特征及古海洋学特点 ,并辅以δ18O曲线及AMS14 C测年去探讨岩心的沉积时代。该岩心是 1996年 5月中国、法国、韩国科学家一起利用法国L’ATALANTE号海洋调查船在东海陆架获取的 17个岩心中的一个 ,分别做了粒度、矿物、CaCO3、微体化石、δ18O、AMS14 C测年等分析 ,初步分析认为 :依据微体化石的冷、暖水种的丰度变化 ,可以辨识出该岩心气候的 7个冷期 (C1、C2 、C3、C4 -1、C4 -2 、C5、C6、C7) ,然后结合岩心中的矿物成份、CaCO3 含量、粒度变化、AMS14 C的测年数据把岩心划分为 4个沉积阶段 ,1.晚更新世早玉木冰期沉积。 2 .玉木亚间冰期沉积。 3 .晚更新世玉木冰期沉积。 4.全新世冰后期沉积。另外 ,利用浮游有孔虫壳体对不同的沉积阶段所做的AMS14 C测年结果分别为 96 90aBP、12 980aBP ,2 6 35 0aBP ,2 796 0aBP ,37410aBP ,412 6 0aBP .

^(14)C测年技术新进展

^(14)C测年技术的进展主要表现为3个方面：1）^(14)C常规测定技术向高精度发展比较成熟，目前已可以普及；2）加速器质谱技术的建立和普及，使测定要求的样品碳量减少到mg级，甚至μg级，虽然目前的精度尚未超过常规方法，但由于所需样品量极少，测定时间短而工效高，大大拓宽了应用范围；3）高精度^(14)C－树轮年龄校正曲线的建立，不但可将样品的^(14)C年龄转换到日历年龄，而且对有时序的系列样品的^(14)C年龄数据通过曲线拟合方法转换到日历年龄时年龄误差大为缩小。

黄土剖面古土壤和生物化石^(14)C测年对比

精确、可靠测定古土壤和生物化石年代是重建环境变化过程、探讨人地关系的关键.研究古土壤中不同组分年代的异同对于分析土壤中碳附存状态和碳储存库十分重要.对甘肃省榆中县境内兴隆山典型黄土剖面采集的动物化石、土壤无机质、土壤有机质3个样品进行常规14C和AMS测年,发现同一地层相同点样品不同组分的测年结果相差悬殊,样品无机质比其有机质年龄(3682±70)a偏老2624a.对其14C测年可靠性对比分析发现,常规14C和AMS对骨骼和牙齿化石测年相差仅为13a,校正为日历年后几乎相等,认为实验室产生的误差很小,而碳的来源、组成及其“死碳”混入的比例是影响测年结果的主要因素.化石年龄与土壤有机质年龄之间的差别,揭示该剖面可能存在持续时间达千年以上的沉积间断.由于同一层位骨化石、土壤有机质、土壤无机质14C测年结果差异,在进行化石年代确定、考古及古文明研究、生态植被恢复、土壤无机碳存储库研究中,年龄的界定应选择相应的测年数据.

深沪湾古森林遗迹和牡蛎礁的^(14)C年代

本文报道了深沪湾古森林树桩和牡蛎礁的牡蛎壳的^(14)C测年数据,表明它们分别为距今7000～8000a和9335±199a,属于中全新世早期和早全新世的产物。

植物硅酸体AMS^(14)C测年和同位素分析

在现代植物和地层样品的植物硅酸体中,封闭了一部分原来植物细胞的有机物质,可以用于AMS^(14)C(加速器质谱计^(14)C测年)和碳同位素分析.而且植物硅酸体本身所含有的氧、氢同位素与植物生长环境中的氧、氢同位素有直接的关系,可以利用植物硅酸体氧、氢同位素进行占环境分析。它的最大的优势还在于可以高分辨率、连续地从黄土(或其它沉积物)剖面中获取植物硅酸体化石,植物硅酸体有可能成为类似于利用深海有孔虫进行氧同位素研究的新的陆地生物化石指标。

夏商周断代工程中^(14)C系列样品的树轮校正

对国外程序的适用性和计算的准确性进行了评价，并与自编程序进行了比较。计算结果表明，ＯｘＣａｌ程序在夏商周断代工程中是可用的，但其所能计算的系列样品长度有一定限制。

^（14）C测年系列方法中的小样品^（14）C液体闪烁计数测年法

碳量１００－２００ｍｇ小样品^（１４）Ｃ液体闪烁计数测年法是常规测年法（２０００－６０００ｍｇＣ）与加速器测年法（ＩｍｇＣ）之间的必要补充。这一技术可有效地运用于地质学与考古学。对^（１４）Ｃ样品进行分组提取的前处理时，采用该方法测年就尤为必要。本项研究包括了小样品液闪测年方法的建立以及使用该方法对１５对样品的测量和比较。技术测定的每个试样的~１４Ｃ年龄在试验误差范围内没有显著性差异，使用小样品测年技术可测最大年龄的理论计算值为４３２７０ａ，探测效率为８８％。

山西大同与晋中盆地全新世活动断裂定量研究中热释光与^(14)C测年方法应用

文章通过对山西断陷系内 4条边界活动断裂带开展全新世活动定量研究中实测的 6 7个热释光测年样品及 2 0个1 4C测年样品的实例分析 ,讨论了在断错地貌研究和探槽全新世古地震研究中 ,地层测年样品帮助确定断层活动事件年代、判断探槽内古地震事件的时间跨度、古地震事件的完整性及垂直断距的不确定性等方面发挥的作用 ;并讨论了少量热释光样品出现年代倒置现象的原因。

内蒙古湖相沉积^(14)C年代测定中“硬水”影响的发现

对内蒙古科尔沁沙地巴克窑泡子湖相沉积物分别做了210Pb和14C测年。比较这两种方法测定结果发现，14C年龄比210Pb估计年龄偏老约2000年，内蒙古其它湖泊的沉积物14C测年资料一般也都存在年龄偏老问题。作者认为，这一现象主要是由干燥和半干燥地区湖泊“硬水”影响引起的。

一种地下水^(14)C测年沉淀法采样新程序及对以往测年成果可靠性的评估

国际原子能机构推荐的地下水^(14)C测年沉淀法采样程序因未能有效控制大气CO_2污染,常使古老地下水^(14)C测年结果偏年轻许多。在分析可能存在的大气CO_2污染途径及影响因素的基础上,开发了一种融入多种大气CO_2污染控制技术的地下水^(14)C测年沉淀法采样新程序。新采样程序在保持操作简便的前提下,使大气CO_2污染得到有效控制;通过专门设计的样品瓶实现了采样程序与制样程序的有效衔接,有利于降低制样程序中的大气CO_2污染。以苯合成-液体闪烁计数法测定^(14)C比活度,新采样程序使古老地下水^(14)C测年结果(在测年上限50×103年以内)不再产生可识别的偏差。在河北平原地下水^(14)C测年采样中的初步应用显示,早期取得的古老地下水^(14)C测年结果存在较大的负偏差,例如对^(14)C表观年龄约为47×10~3年的地下水,可偏年轻20×10~3年以上。因此,有必要对以往取得的古老地下水^(14)C测年结果及由此得出的研究结论是否可靠重新进行评估。地下水^(14)C测年沉淀法采样新程序的推出使传统放射性测量法重新得到重视,因采用的样品量千倍于加速器质谱法,使制样程序中的大气CO_2污染更易控制,古老地下水^(14)C测年结果更具可靠性。

^(14)C测年在珠江三角洲古地理环境研究中的应用

^(14)测年方法应用于珠江三角洲古地理环境的研究,根据300多个^(14)C年代数据,结合样品的岩相、古生物学、化学和矿物学等方面的研究,了解珠江三角洲的发育和演变,以及古气候、海平面变化和人类活动和历史。同时还讨论了^(14)C测年方法在古三角洲研究中的一些问题。

桂林岩溶地下水^(14)C年龄测定结果及分析

通过对桂林市孤峰平原部分水文地质钻孔的泥盆系上统融县组灰岩(D3r)和石炭系下统大塘阶白云岩、灰岩(C1d)溶蚀裂隙含水层进行岩溶水14C年龄分析测试,结果表明在与地表水或浅层地下水无直接水力联系的条件下,该岩溶地下水年龄一般都在3330aB.P.以上,且有随着深度增加而增大的趋势。该岩溶地下水年龄之所以偏大,主要是因为受制于其所处的地质环境的制约,水循环交替比较缓慢。

高精度加速器质谱^(14)C测年

加速器质谱１４Ｃ测量误差的主要来源是１４Ｃ计数的统计误差与束流传输的不稳定性。对高精度测量还要考虑束流积分仪中ＩＦＣ的非线性及离子源中弹坑效应引起的时变分馏。为得到高精度的样品年代数据，除提高１４Ｃ测量精度外，还要用系列样品进行高精度的树轮校正，并采取必要措施保证测量结果的可靠性。

加速器质谱^(14)C断代

着重介绍加速器质谱计（ＡＭＳ）１４Ｃ断代方法，北京大学近三年来ＡＭＳ１４Ｃ断代工作。

再论“华南早期新石器^(14)C年代数据引起的困惑”问题

1982年,测年学者通过测试和研究提出,华南石灰岩地区水生螺蚌壳^(14)C测年比陆生动植物样品偏老1000~2000年,但这并不能解释很多遗址反复出现同一层位的螺蚌壳(也有个别其它样品)测年比兽骨偏老数千年的现象。通过与最新测年数据的比较发现,这些早年测定的用以比较的兽骨数据偏晚。其偏晚的原因可能是由于长期埋藏的骨骼易受污染和不够严格的预处理方式未能完全排除污染物所致。这可能是华南早期新石器年代困惑长期存在的根源之一。剔除偏晚的兽骨数据,华南石灰岩地区“水生螺蚌壳^(14)C测年偏老1000~2000”这一结论暂时还不能被推翻,但其是否适用于华南的所有史前遗址,还有待更多和更为系统的实验数据的验证。