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1 第 卷第 期高校地质学报 年 月 甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年 3 陈杰卢演俦尹功明刘爱国胡碧茹 国家地震局地质研究所 北京 摘要光释光 测年是近几年从热释光 测年基础上发展起来的测定第四纪沉积物年龄的一种新技术 其原理与 测年类似 不同的是 是通过单色光束激发晶体中储存的电离辐射能使其以光的形式释放出来 当用近红外线束作为激发光源时称之为红外释光 测年 与 测年相比 测年可以不考虑残留的 信号 而且测量具有简便! 迅速且准确等优点 本文用细颗粒红外释光技术对玉门地区的构造阶地进行了年龄测定 初步结果表明 石油河阶地! 白杨河阶地和大黄沟阶地被抬升的年代分别约为!!!!!! 前后 这些测定值与野外地质观察相符 引言 关键词玉门地区构造阶地红外释光测年 甘肃省河西走廊西端祁连山山前的嘉峪关 ) 玉门地区在构造上称为酒西盆地 图 盆地南部和中部广泛发育了第四纪晚期阶地和台地 测定它们的形成年代 将有助于探讨该区近 万年来的构造运动和气候环境变化过程 光释光 缩写为 测年方法是在热释光法基础上发 展起来的 由 等首次提出 这一方法的主要优点是大大地简化了估计样品沉积时具有的残余热释光信号水平这一复杂问题 而且测量容易! 简便和准确 光释光测年的重大进展 是 等发现用 红外线照射钾长石可以获得稳定的光释光信号 由此产生了红外释光 缩写为 测年技术 当石英被红外线照射时 并不产生释光信号 而长石却对红外线很敏感 在国内卢演俦曾对这一技术作过介绍 近年来国家地震局地质研究所在卢演俦研究员主持下新建了光释光 热释光测年实验室 用红外释光方法对酒西盆地第四纪晚期阶地进行了测年 并对少数样品同时进行了热释光和红外释光测量 以对比两种方法的测年结果 本文 年 月收到 月改回 3 国家自然科学基金项目和地震科学联合基金项目资助 国家地震局地质研究所论著 第一作者简介 陈杰 男 岁 博士 现正在从事新构造! 活动构造及其年代学研究 通讯地址 国家地震局地质研究所九室 电话 邮政编码
2 期 陈杰等 甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年 采样位置及样品的采集 酒西盆地新构造运动强烈 发育了数排平行山体走向的活动褶皱和逆断裂带 这一构造变形在晚更新世期间乃至全新世仍继承性地进行着 表现为横穿褶皱和逆断裂带河流及冲沟阶地的形成! 阶地类型的转变! 阶地级数的增多和阶地面被断错或发生拱曲变形 通过对这些阶地形成年代! 抬升幅度和阶地纵向位相剖面的研究 可以从一个侧面反映阶地发育区不同时期的地壳垂直运动幅度和速率 笔者共采集了 个样品 采样位置及沉积环境见图! 表 采样点尽量选在岩性较均一处 每个样品都用挖洞方法避光取自距已曝光表层 深处 样品尽量保持块状 取出后立即装入金属易拉罐 不透明 中 密封包装 表 甘肃玉门地区第四纪晚期沉积物释光样品采样位置及年龄 Ταβλε Λοχατιονσοφτηεσαμ πλεσατϑιυξιβασιν ανδ τηειριρσλ ανδ ΤΛ αγεσ 样号采样位置样品及沉积环境 采样深度距地表 年龄 3 老君庙石油河东岸 级阶地东缘 偶含细砾冲洪积中细砂透镜体? 老君庙石油河东岸 级阶地东缘 偶含细砾冲积砂土? 老君庙石油河东岸 级阶地东缘 冲积粉砂层? 石油河水坝东岸 阶地 冲洪积细砂砾? 玉门市中坪东南石油河东岸 级阶地 冲积粉细砂透镜体? 石油河水坝北东岸 级阶地 冲洪积含细砾砂? 石油河水坝北东岸 级阶地 冲积粉细砂层? 石油河西河坝西岸 级阶地 冲积粉细砂层? 白杨河五队西北河西岸 级阶地 偶含细砾的冲积亚砂土透镜体? 白杨河五队西北河西岸 级阶地 冲洪积砂砾? 白杨河五队西北河西岸 级阶地 冲洪积砂砾? 白杨河五队西北河东岸 级阶地 冲积亚砂土 含砾? 白杨河五队西北河东岸 级阶地 冲积亚砂土 含砾? 白杨河五队西北河东岸 级阶地 偶含细砾冲积砂土透镜体? 牛胳套沟上游盆地 冲湖积含细砾砂泥岩透镜体? 牛胳套沟上游盆地 冲洪积砂砾? 大黄沟沟口 级阶地断坎坡脚 冲积含细砂亚砂土? 大黄沟沟口 级阶地 冰水黄土 含细砂砾? 大黄沟沟口 级阶地 冲积含砾亚砂土? 胳月唐沟北口西岸阶地 冲积含砾亚砂土? 3 除 样品为热释光年龄外 其余均为红外释光年龄 红外释光测年 1 方法光释光测年是以晶体矿物的电离辐射效应为基础的测年方法 类似于热释光法 它与 不同之处在于 是通过加热使晶体中储存的电离辐射能释放出来 而 则是通过光激发使晶体中储存的电离辐射能释放出来 结晶矿物的释光信号强度与该矿物沉积后接受
3 高校地质学报 卷 图 祁连山西段酒西盆地区第四纪构造及采样位置略图 石油河阶地及采样位置示意图 白杨河阶地及采样位置示意图 1 活动逆断裂 带齿一侧为断层上盘 1 活动走滑断裂 1 活动逆走滑断裂 1 活动背斜及采样点 1 山区 1 盆地区 1 河流 1 白杨河 1 大黄沟 1 胳月唐沟 1 牛胳套沟 1 石油河 阿尔金断裂 祁连山北缘大断裂 昌马断裂 庙北断裂 白南断裂 青草湾背斜 鸭儿峡背斜 老君庙背斜 石油沟背斜 βκ 白杨河背斜 ƒ ± 2 环境辐射所经历的时间长短密切相关 在一定条件下 矿物接受辐射的时间愈长 其测年信号就愈大 因此可以通过测定石英! 长石等矿物所吸收的电离辐射剂量即古剂量 Π 和环境剂量
4 期 陈杰等 甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年 Δ 率来确定其在曝光后被埋藏的年龄 可简单表示为 年龄 古剂量 剂量率古剂量 Π 又称等效剂量 ΕΔ 即被测样品产生天然积存释光所需要的辐射剂量 单位 可通过矿物释光强度及其对核辐射剂量响应程度的实验测量来确定 剂量率 单位 或 是被测矿物单位时间内吸收周围环境中! 及它们的衰变子体和 产生的 Α!Β 和 Χ 辐射剂量 以及宇宙射线提供的少量辐射剂量 1 细颗粒样品的制备在实验室内红光下 削去块状样品表面已曝光部分 取出约 测含水量 取出 充分研磨 直至过 目筛 供测定!! 含量 将其余部分轻轻研碎 过 目筛 从中取出约 置于烧杯中 加少许蒸馏水 用 处理弃除有机质 再用浓度为 的 处理 清除碳酸盐类 经反复用蒸馏水冲洗至中性 在悬浊液稳定! 不出现絮凝 时 用静水沉降法分离出粒径 Λ 颗粒 将分离出的 Λ 颗粒在丙酮中沉淀 在直径 的小钢片上制成测样 每个测样含 Λ 颗粒约为 1 激发光源和测量仪器 型自动测量系统的 2 适配器由 个 2 型红外发光二级管 组成 这些二级管可以产生波长约? Λ 的红外线束 每个二级管电流值可控制在 间 实验采用 由此产生的背景信号数 光子数 秒 测量温度保持在 ε 测样的释光信号用 ± 型 光电倍增管来检测 在光电倍增管与测样间安装了一块 滤光片 厚 带通波长 Λ 和一块 厚的 2 滤光片 后者起防止红外反射作用 这一滤光片组合不仅使长石等矿物的 信号可以有效通过 而且阻隔了红外线束反射和不随时间变化的背景辐射信号 测量时 每个测片的 信号强度都自动减去了背景信号 即光电倍增管暗电流噪声及散射和反射的可见光信号 需要辐照的测片都是在 型多样品自动照射仪下进行的 其 Β 放射源的照射剂量率约为 Α 放射源的照射剂量率约为 Λ 1 用红外释光 ΙΡ ΣΛ 测定样品古剂量 对于大部分样品 应和类似于热释光 方法中的附加剂量法作古剂量测量 每个样品制备 测片 个测片作天然 测量 个作天然的加 Β 剂量诱发的 测量 Β 个作天然的加 Α 剂量诱发的 测量 Α 所有测片在测量前必须进行预热处理 因为测片经人工辐照后产生了不稳定的低温陷井及陷获电子 通过合适的预热处理可以消除这些不稳定的陷获电子 目前对于预热温度和时间的选择看法不一 笔者选择了在退火炉内 ε 温度下预热 小时这一程序 经预热处理后 放置一天再进行测量 对于年轻样品 其天然积存 信号中包含有再充填光 分量 所谓再充填光是光晒退后由难于晒退的陷获电子充填到已被晒退腾空了的光敏陷井而引起的 信号 这种信号分量一般不大 对较老样品的 测年可能不会产生有意义的影响 为了检验再充填光作用的影响 对部分样品采用了修正后的附加剂量法 对这些样品再作 个天然的经阳光晒退 分钟以上的 测量 这一方法既可消除再充填光的影响 也可排除由于预热处理从非光敏陷井充填到光敏陷井而引起的信号 由表 可看出用
5 高校地质学报 卷 两种方法所测得的古剂量值很相近 其差别在误差范围之内 这说明再充填光作用和预热处理对本批样品测量结果影响不大 表 甘肃玉门地区晚第四纪沉积物释光测年及放射性分析汇总表 Ταλβε Δ ατιν γ ρεσυλτσ οφ σαμ π λεσ φρομ Θ υατερν αρψ σεδ ιμ εντσ ιν ϑιυξ ι β ασιν 红外释光测年数据 样号 含水量 Α 值 剂量率 古剂量值坪区间 ε 古剂量 年龄? 2??? 2??? 2??? 2??? 2?? 2? 2?? 2? 2??? 2????? 2??? 2??? 2??? 2??? 2?? 2? 2??? 2??? 2??? 2??? 2?? 3?? 3? 2?? 热释光测年数据 部分晒退法? 2ε??? 2ε??? 2ε?? 用火焰分光计方法测定 用厚源 Α 计数仪测定 3 修正后的附加剂量法 1 用热释光方法测定样品的古剂量目前有三种方法可用来测定沉积物石英! 长石等碎屑矿物沉积后天然积存热释光的古剂值 即部分晒退法! 残留热释光法和再生热释光法 选择何种方法主要取决于 样品的热释光对剂量的响应是否呈线性 样品在沉积前是否充分晒退 在实验室光晒退和源照射及加热过程中是否会引起样品热释光感量变化 由于本次采集样品均为水下沉积物 沉积前光晒退可能不充分 很难确定其沉积时的残余信号水平 因此只能选择部分晒退法来测定其古剂量 经对样品!! 进行了热释光测量 其中样品 的红外释光信号已近于饱和状态 在用部分晒退法进行热释光测量时 每个样品需制备 个测片 其中 个测片作天然 测量 个作天然的加 Β 剂量诱发的 测量 Β 个作天然的加 Β 剂量诱发后经部分晒退的 测量 Β 个作天然的加 Α 剂量诱发的 测量 Α 个作天然的经部
6 期 陈杰等 甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年 分晒退的 测量 从海洋光学可知 水的混浊度可极大地减小光在水中的传播 其中长波和短波部分易被吸收掉 建议对于水下沉积物应采用 Λ 波长的光进行部分光晒退 阴天日光 以中长波长可见光为主 这次实验的部分晒退均是在阴天下进行的 各个测片的热释光测量均在 系统中相同条件下进行的 在光电倍增管和测样间安装了一块 和一块 滤光片 所有测片都在高纯氮气环境中从室温被加热到 ε 加热升温速率为 ε 热释光信号输出由 和 微机记录! 贮存 1 剂量率测量样品所吸收的辐射剂量是由其周围沉积物中放射性核素! 和 的 Α!Β 和 Χ 衰变产生的电离辐射所提供的 同时也有宇宙射线的少量贡献 本文部分样品的铀! 钍含量是用 型厚源 Α 计数仪测定的 其钾含量是用火焰分光计方法来测定的 由国家地震局地质所化学分析组完成 厚源 Α 计数是在约 磨碎的未封闭的样品上进行的 所用 闪烁片的有效计数面积为直径 1 的圆面积 其余样品的铀! 钍! 钾含量通过中子活化分析法测定 由中国科学院高能物理研究所完成 根据 提出的环境中铀! 钍! 钾含量与石英! 长石等矿物接收的剂量率之间的转换关系 得出各样品所接收的剂量率 表 宇宙射线的贡献是据 和 推荐的数据估计的 样品埋藏层的含水量对样品所接收的剂量率有不可忽视的影响 在此采用 ƒ 提出的校正方法 根据含水量对剂量率进行了修正 表 测年结果与讨论 1 沉积时释光回零作用的有效性在搬运和沉积过程中以前积累的释光信号完全被重新复零是未经焙烧沉积物释光测年的基本假设 因此有必要检验不同沉积环境下沉积物光晒退的有效性 目前有两种检验方法 测量现代样品 即零年龄样品 的释光信号等效剂量 在实验室模拟自然零化机制 本文采用第二种方法来评估样品以前积累的释光信号在不同光晒退条件下及不同沉积环境下被排放的程度及样品可能是在怎样的速率下排放以前的释光信号 分别将样品!!! 和 的 个测片分两组分别暴露在阴天弱日光下和晴天太阳光下持续晒退不同的时间 秒至 小时 和 信号损失程度分别用天然的 水平与晒退的 水平相比及天然的 水平与晒退后的 水平相比来确定 图 是样品 的光晒退曲线 在晴天阳光下晒退 秒后 信号就下降到原先水平的 晒退 分钟后 信号就下降到小于原先水平的 在阴天日光下晒退 小时后 信号也能达到这一水平 与之对比 在晴天阳光下晒退 个小时后以前积累的 信号仍有 被保存下来 其他几个样品也有类似的结果 这表明 信号比 信号具有更迅速的光晒退特性 这一结论与前人观察到的现! 象一致 由上述实验还可推知 本批样品在沉积前都已充分曝光 信号均已被复零 1 样品的 年龄和 年龄对于所有样品 在红外光照射持续时间内或发光温度 ε 范围内分段用最小二乘法线性拟合或指数拟合来获得样品的古剂量 图! 是部分样品的 发光曲线! 生长曲线
7 高校地质学报 卷 图 样品 的 和 光晒退曲线 其中 是在晴天阳光下晒退的 ƒ 和古剂量 / 坪 0 曲线 这批样品的增长曲线无论呈线性还是非线性都出现了较宽的古剂量 / 坪 0 即在某一发光温度范围内或光晒退时间段内所测得的古剂量值波动小于 它的存在表明 在这一温度区间或光晒退时间段样品的释光敏感性不因 Β 辐照和加热或光晒退过程而变化 表 列出了各个样品的 和 测年参数及年龄 对比样品! 的红外释光年龄和热释光年龄 可看出其差别在误差范围内 即具有较好的一致性 表明这些样品在沉积时光晒退进行得较彻底 测定结果的可靠性评价及其地质意义 1 释光测年值的可靠性本批样品的年龄值含有一定的不确定性 尤其对于较老的样品如!! 等 主要原因是 样品的年剂量是通过测定样品中!! 含量经一定的换算而得出的 但部分样品采自薄层透镜体或薄层状地层 因此所采集样品的!! 含量与采样点的!! 含量会有一定的差别 本批样品测定的含水量只能代表其现在的含水量 难于代表埋藏层的实际含水量 而且由于该区强烈的构造运动 在地质时期样品所在层位的含水量都发生了一定范围的变化 尤其对于较老的样品如!! 等 这就给样品年剂量测定值带来了一定程度的不确定性 小于? 样品!! 的天然积存释光信号强度已接近饱和值 由此获得的古剂量值可靠性不高 而且其铀! 钍衰变链的放射性平衡状态在地质时期可能也发生了变化 虽然可能存在上述不确定性 但本批样品除了样品!! 外 其释光年龄值还是比较可靠的 这一点可从以下几方面说明 如前所述 各个样品都具有很好的发光曲线! 生长曲
8 期 陈杰等 甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年 图 样品 的红外释光 曲线及古剂量测定 发光曲线! 为天然积存的! 和 分别为天然积存的加! 和 Β 剂量诱发的! 和 分别为天然积存的加! 和 Λ Α 剂量诱发的 为天然积存的加 分钟阳光晒退的 古剂量坪曲线 增长曲线 附加剂量法 修正后的附加剂量法 ƒ 2 Β Α 线和古剂量坪曲线 部分样品的 年龄值与 年龄值具有很好的一致性 对各种沉积环境样品的光晒退实验表明 本批样品在沉积前都已充分曝光 信号均已被复零 所测年龄值与野外地质观察相符 1 释光年龄值的地质意义如前所述 用细颗粒红外释光技术测定的沉积物样品的年龄 是该沉积物最后一次曝光后被埋藏至今的时间 因此本批样品的释光年龄代表了其所在层位的沉积年龄
9 高校地质学报 卷 图 样品 的红外释光 曲线及古剂量测定 发光曲线! 为天然积存的! 和 分别为天然积存的加! 和 Β 剂量诱发的! 和 分别为天然积存的加! 和 Λ Α 剂量诱发的 古剂量坪曲线 增长曲线 附加剂量法 ƒ 2 Β Α Λ 参考文献 2 2 ± 卢演俦 1 沉积物的光释光 测年简介 1 地质地球化学 陈杰 卢演俦 丁国瑜 1 祁连山西段及酒西盆地区第四纪构造运动的阶段划分 1 第四纪研究 2 ± 2 ± ±
10 期 陈杰等 甘肃玉门地区第四纪晚期构造阶地的红外释光测年 ± ± 卢演俦 张景昭 赵华 1 第四纪沉积物热释光测年中古剂量的测定方法 1 核技术 全国第二次热释光与电子自旋共振测定年代学术讨论会论文选编 ± 2 2 ± ƒ 2 ΙΝ ΦΡ Α Ρ Ε Δ ΣΤΙΜΥΛΑΤΕΔ ΛΥΜΙΝΕΣΧΕΝΧΕ ΔΑΤΙΝΓ ΟΦ ΣΕΔΙΜΕΝΤΣ ΦΡ ΟΜ ΘΥΑΤΕΡ ΝΑΡ Ψ ΤΕΧΤΟΝΙΧ ΤΕΡΡΑΧΕΣΙΝ ΨΥΜΕΝ ΓΑΝΣΥ ΠΡ Ος ΙΝΧΕ Χηεν ϑιε Λυ Ψανχηου Ψιν Γ ονγμ ινγ Λιυ Αιγυο Ηυ Βιρυ Ινστιτυτε οφ Γ εολογψ Στατε Σεισμ ολογ ιχαλ Βυρεαυ Βειϕινγ Αβστραχτ ± Κεψωορδσ ±
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鍺共軸井型 探测器
王自磐 刘广山 卢 冰 张卫国 韩晓菲 用 谱方法测定了南极长城站附近特有生物群落栖息地沉积物中放射性核素含量 地表沉积物中 和 平均比活度 分别为 和 同时测试了阿德雷岛企鹅栖息地粪土沉积地层中放射性核素含量 利用其中 的 比活度 垂向变化特征 推演沉积物的沉积速率和地质历史年代 其中 柱样 时间跨度约为 年 据此计算了沉积速率为 并讨论了在南极特定条件下 放射性核素示踪对定年影响以及与区域现代气候环境变化的内在联系
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煤 炭 学 报 仪器与药品 黏土矿物的提纯 黏土样品的制备 红外光谱 分析 射线衍射 分析 射线光电子能谱 分析
张明青 刘炯天 单爱琴 刘汉湖 为了深刻认识煤泥水中 同黏土矿物颗粒之间的相互作用 笔者用 溶液在不同 值条件下分别同高岭土和蒙脱土作用 测定黏土作用前后的 射线衍射 红外光谱和 射线光电子能谱 实验证实了在 溶液中 在黏土表面以静电形式吸附 在 溶液中 以 沉淀和静电形式吸附 此外 在 以上的溶液中还可能存在一 羟基络合吸附形式 提出了 沉淀吸附和一羟基络合吸附的吸附过程模式 黏土颗粒表面的 沉淀使颗粒间形成的非选择性
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乔永民 黄长江 于 年 月在汕头湾采集了 个表层沉积物样品 测定了它们的细粒级组分 总有机质 铝 铁 锰 铜 锌 铅 镉 铬 镍 钴的含量 对其分布特征及其彼此之间相关性进行了分析 并以南 海陆架区重金属含量为背景值计算了汕头湾表层沉积物重金属元素的富集系数 结果表明 铁 锰 铜 锌 铅 镉 铬 镍 钴的含量范围分别为 其分布由汕头湾上游的榕江口至湾口呈波浪状递减 锰除外 汕头湾表层沉积物中各重金属
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