早更新世地层ESR法测年可靠性研究——以靖远剖面为例

第四纪碎屑沉积物是新构造运动和第四纪地质环境变化的重要信息载体。对第四纪碎屑沉积物,尤其是对距今200ka以上不含火山灰的粗颗粒样品(如砾石堆积)进行测年,一直是第四纪年代学研究中的重点和难点问题,石英ESR测年法是能够直接测定这类样品的测年方法之一。但是,将石英ESR法测年应用于早更新世沉积物(特别是粗颗粒沉积)结果的可靠性国内外至今鲜有报道,是目前亟待解决的年代学问题之一。文中基于石英ESR法测年原理和前人的研究成果,以已知年龄的下更新统靖远砾石层为研究对象,探讨了早更新世砾石堆积石英ESR法测年的可靠性。结果显示:1)靖远砾石层石英Ti-Li心在11000Gy附加剂量范围内ESR信号未饱和,Al心在13000Gy附加剂量范围内ESR信号未饱和;2)单饱和指数函数和“指数+线性”函数可分别为Ti-Li心和Al心提供更优的等效剂量拟合结果,且拟合效果均优于0.98;3)靖远砾石层石英Ti-Li心和Al心的平均ESR测年结果分别为(1.67±0.15)Ma和(1.65±0.69)Ma,与已知的宇生核素测年结果(约为(1.73±0.13)Ma)和岩石地层结果在误差范围内是一致的。综上所述,石英Ti-Li心和Al心ESR法测年均可为早更新世含砂质透镜体的砾石层堆积提供可靠的年代学数据。

石英Ti心的ESR信号光晒退行为特征

经过前处理的石英样品分别在海拔不同的四个地区(北京:50m,银川:1100m,格尔木:2760m,拉萨:3600m)进行了自然光光晒退实验。实验结果表明,经过一定时间的太阳光晒退后,石英Ti心的ESR信号可以回零;北京地区石英Ti心ESR信号回零需要128h,而在拉萨仅需56h。因此,我们推测石英Ti心的ESR信号的光晒退行为与紫外线强度有关,紫外线强度越强,Ti信号回零所需的时间越短。

断裂成矿年龄的α石英ESR研究

本文根据α石英ＥＳＲ波谱学特点，导出了测定断层最新强烈活动年龄的关系式，实验研究了石英ＥＳＲ年代学的技术方法，对两个典型矿床成矿年龄进行了研究，取得了较好结果。

沉积物中石英的ESR测年研究

根据100余个样品的ESR测年的实验情况,讨论了室温下用沉积物中石英各心进行测年的可行性问题。认为Ge心可以测得沉积物在几十万年内沉积时可靠的年龄,采用较高的功率在某些地质环境里(如海洋沉积物、黄土)可用E′心求得较老(大于50万年)沉积物的沉积年龄。OHC心不能用于测年,但可用于判断石英是否来自同一源区。

宜昌砾石层石英Ti-Li心ESR年龄及其对三峡贯通时限的指示

江汉盆地是长江贯通三峡后的第一个卸载盆地。前人的研究表明堆积于江汉盆地西缘的宜昌砾石层是三峡贯通后的直接沉积地层,因此,宜昌砾石层堆积的下限年龄可为长江贯通三峡提供重要的年代约束。但传统的相对年代学方法研究在宜昌砾石层中难以取得较好的成果。因此,直接对快速堆积的宜昌砾石层的形成年代和时间跨度开展年代学研究就需要寻找一种更可靠的绝对测年方法,同时这也是现有研究中的一个重点和难点。据此,文中在宜昌砾石层最具代表性的3个连续的沉积剖面上自上而下系统地采集了8个厚层砂质透镜体样品,采用石英Ti-Li心ESR测年方法对其堆积年代和地层时代跨度进行研究。结果显示:宜昌砾石层堆积的年代下限约1.12Ma BP,上限约0.73Ma BP,为早更新世晚期到中更新早期约0.4Ma的沉积层。结合前人的物源示踪结果,分析认为至少在1.12Ma BP之前长江就已经贯通三峡。

不同地区石英ESR Al心自然光晒退

本文研究了两种石英样品的Al心ESR信号的自然光晒退行为，样品分别为采自华山的花岗岩和海南三亚亚龙湾海滩沙。在海拔50-3600m的四个地区（北京、银川、格尔木、拉萨）进行晒退试验。提纯后的石英用钴源辐照200Gy，再在阳光下晒退，照度≥2×10^4 1x，最长晒退时间为500h。结果表明，在上述四个地区两种石英Al心ESR信号的晒退趋势基本一致，自然光对石英Al可以晒退，但不能完全回零；100h内，光晒退较快，200h后趋于稳定；不同来源的样品，其晒退结果差别较大，采自海滨沙的石英Al心的晒退率仅约20％，而采自岩样的石英晒退率约40％-50％。

石英E′_1心ESR信号强度的影响因子分析

本文讨论了影响沙漠表土样品风成石英E′_1心ESR(电子自旋共振)信号强度的诸因子,包括人工辐照、热退火、ESR测量位置旋转及人工研磨等,以探讨不同粒级石英颗粒中的E′_1心ESR信号强度差异的原因。结果表明:(1)人工辐照和热退火对石英E′_1心ESR信号强度的影响明显,使得ESR信号强度明显提高,且各粒径的ESR信号强度增幅一致;(2)ESR测量位置旋转可影响>63μm粒级组分的测定结果,表明粗颗粒样品的混合度较差,建议测量前对样品进行适当的研磨;(3)人工研磨对于<63μm粒级组分的石英ESR信号强度影响不明显,但可以有效增强>63μm粒级组分的信号强度。

α石英E’心浓度测量与测年研究

研究表明，当α石英的平衡铀当量含量与其年龄之积远小于１时，Ｅ＇心浓度与年龄有线性关系．如果用其它方法准确测定了一个α石英样品的年龄并且用该样品作为标准样，那么待出α石英样品的年龄可根据其Ｅ＇心浓度比方便地求出。

中国南方红土中石英颗粒的E’心寿命

利用石英颗粒进行电子自旋共振（ＥＳＲ）年代学研究，其Ｅ’心的寿命必须大于样品可能沉积年龄一个数量级以上。本文绘制了南方红土中石英颗粒的等时退火曲线，选择出合适的等温退火温度。根据实验结果，拟合出石英颗粒的Ｅ’心的寿命温度曲线，推导出常温（２９３Ｋ）下Ｅ’心的年龄为３．０９ｘ１０８年，证明了就Ｅ’心的寿命而言，石英颗粒完全可以用来对中国南方红土剖面进行ＥＳＲ断代。

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。

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。

Abnormal response to irradiation dose of E' center of quartz

In order to obtain accumlated dose for ESR dating, the additive dose method is usu-ally used. When samples are irradiated by an αradioactive source in different doses. theESR signals of some centers of the samples grow up with the increase of irradiation dosesuntil saturation. Models have been suggested and theoretical explanations have beengiven. They believe that the electrons in crystal are in the valence band under

怀来盆地珠窝堡遗址ESR年代学初步研究

作为“大泥河湾”考古的重要组成部分,怀来盆地是研究和探讨中国北方乃至东北亚地区更新世期间古人类生存行为、人群迁徙扩散以及文化交流等科学问题的重要地区.珠窝堡遗址的发现,不仅为怀来盆地的史前史研究提供了重要依据,更为泥河湾考古工作增添了新的亮点和坐标.珠窝堡遗址试掘后尚未进行年代学方面的研究,作为怀来盆地最新发现和首次试掘的旧石器遗址,其年代的确定不但有助于厘清古人类在这一地区出现的时代,而且对于建立该地区古人类行为适应、技术发展以及古环境演化的整体年代框架具有重要意义.本研究利用石英Ti-Li心ESR法对珠窝堡遗址样品进行了年龄测定,珠窝堡遗址的ESR年龄为504±76 ka,是怀来盆地内目前发现的年代最早的文化遗存.

石英不同Ti-Li心电子自旋共振信号光晒退特征及其测年意义

为探讨石英不同Ti-Li心电子自旋共振(ESR)信号的光晒退特征及其测年意义,对典型花岗岩类基岩样品、河流现代表层沉积物样品及地质历史时期沉积物样品的石英Ti-Li心option A、Ti-Li心option B、Ti-Li心option C、Ti-Li心option D和Ti-Li心option E的ESR信号光晒退特征进行了系统研究。结果显示:(1)不同Ti-Li心ESR信号可在较短时间内(260 h)完全晒退,表明Ti-Li心是优良的石英ESR测年信号心;(2)石英的赋存环境对同一Ti-Li心ESR信号晒退"归零"所需的时间具有明显的影响作用。相比于基岩石英和地质历史时期沉积物石英,现代河流沉积物石英因其已经接受了一定时间的光晒退作用而具有更快的光晒退"归零"速率;(3)石英同一Ti-Li心的光敏感特性会因石英经历的地质循环过程的不同而改变,相比于基岩,沉积物因经历了更复杂的地质过程而具有了深陷阱电子,所以需要更长的光晒退归零时间;(4)同一样品的不同Ti-Li心表现出了相同的光晒退特征,说明不同类型的Ti-Li心具有相同的光敏特性;(5)Ti-Li心option B在某些自然样品中不易观察,Ti-Li心option D和Ti-Li心option E信号较为微弱,因此,Ti-Li心option A是进行沉积物石英ESR测年的最佳信号心。