第四紀(jì)沉積物年代測定方法

1、第四紀(jì)沉積物年代測定方法第四紀(jì)沉積物是指第四紀(jì)時期因地質(zhì)作用所沉積的物質(zhì)，一般呈松散狀態(tài)。在第四紀(jì)連續(xù)下沉地區(qū)，其最大厚度可達(dá)1000米。第四紀(jì)沉積物中最常見的化石有哺乳動物、軟體動物、有孔蟲、介形蟲及植物的抱粉。這些化石，有助于確定第四紀(jì)沉積物的時代和成因.第四紀(jì)沉積物年代測定方法主要有物理年代學(xué)方法、放射性同位素年代法、其他方法 一、物理年代學(xué)方法物理年代學(xué)方法是利用礦物巖石的物理性質(zhì)（如熱、電、磁性等）測定沉積物的年齡的方法。如古地磁法、熱釋光（TL）、光釋光（OSL）、電子自旋共振（ESR）、裂變徑跡法等。1、古地磁學(xué)方法古地磁學(xué)方法是利用巖石天然剩余磁性的極性正反方向變化，與標(biāo)準(zhǔn)極性

2、年表對比， 間接測量巖石年齡的方法。他的實質(zhì)是相對年代學(xué)和絕對年代學(xué)方法的結(jié)合一一運用古地磁數(shù)據(jù)建立極性時（世、期）和極性亞時（事件）的相對順序，再運用同位素（主要是K-Ar法）測定他們各自的年代，繼而建立統(tǒng)一的磁性年表。（1 ）基本原理A.過去地質(zhì)歷史時期與現(xiàn)代一樣，地球是一個地心軸偶極子磁場。B.含有鐵磁性礦物的巖石，在形成過程中受到地磁場的作用而被磁化，磁化方向與當(dāng)時的磁場方向一致。a.沉積巖：沉積剩余磁性。b.火成巖：居里點之下，稱為熱剩磁。居里點溫度一般在500650 C （表）C.不同時期磁場是變化的，因此保存在沉積物中的磁場特征也是變化的：變化包括磁極移動（106 109 年）和

3、磁場倒轉(zhuǎn)（104-106 ）。（2）古地磁極性年表（A.Cox ）古地磁極性年表是根據(jù)一系列主要用K-Ar法測定年齡的不同時間尺度的極性變化事件編制的地磁極性時間表。目前用于第四紀(jì)研究的極性年表是A.Cox等1969年根據(jù)陸地和大洋已有的140多個數(shù)據(jù)擬定的5MaB.P以來的地磁極性時間表，后經(jīng)許多研究者補充修正，綜合成表。（3）測年范圍及應(yīng)用條件：無時間限制，整個第四紀(jì)都可以。剖面沉積連續(xù)、厚度巨大的細(xì) 粒沉積層。（4）應(yīng)用情況：方法成熟，廣泛應(yīng)用。（5）采樣要求：巖石必須含有鐵磁性物質(zhì)， 但后期巖脈穿插的巖石樣品不行。 取定向標(biāo) 本：產(chǎn)狀要素法、自然方位法采樣間距及大?。捍怪遍g距<1

4、m ,大小2cm*2cm*2cm 。綜上所述，一些巖石中固有的這種剩余磁性是揭示過去地球磁場歷史的信息，類似于 化石一樣地能保存到現(xiàn)在。我們通過分析巖石中的天然剩余磁性，可以了解巖石形成時的地磁極性。通過其它同位素測年確定每次地磁場變化的年代，建立古地磁極性年表， 以此為標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)巖石磁性的變化與之對比， 從而可以確沉積物的年代。古地磁法的不足之處在于：退磁 困難；難以判斷不同層位相同極性所屬時代。2、熱釋光（TL）、光釋光（OSL）、電子自旋共振（ESR）法這是基本原理相似而測試對象不同的3種年代學(xué)方法?；驹恚簍= TD ID/AD,三種方法不同之處在于：TD是通過不同的激活手段（加

5、熱、光照、加磁場）使其釋放出來的。（1 ）熱釋光A.基本原理非金屬絕緣礦物（加熱至紅外溫度）一發(fā)光（釋放儲存的輻射能量）發(fā)光強度8吸收的輻射能量8時間（t） 發(fā)光強度8時間（t）熱發(fā)光現(xiàn)象可分為二個階段：貯集階段、發(fā)光階段計算公式：A=P/DB.基本假設(shè)條件a、所測樣品經(jīng)歷了一次徹底的“零化”(熱)事件，重新啟動時間鐘。b、被測樣品具有足夠高的熱穩(wěn)定性.c、樣品經(jīng)過“零化”事件后，必須埋藏在鈾、灶和鉀封閉體系或動態(tài)平衡環(huán)境中，輻射計量率為常數(shù)。C、測量對象及測年范圍a.對象受熱樣品：古陶片、古磚瓦、古窯壁、烤過的燧石石器、方解石脈、斷層泥等。充分暴露的樣品：黃土、沙漠砂、沙丘砂、海岸沙丘砂。b

6、.測年范圍決定于樣品的環(huán)境計量率和被測礦物。一般在1.0Ma以內(nèi)。當(dāng)環(huán)境計量率為 1Gy/Ka時，石英可測1K年-10萬年或50萬年；鉀長石可測2K年-50萬年。不同樣品的熱發(fā)光年齡的計時起點不同：年齡值是最后一次光照曬后埋藏之日起至測量之日所經(jīng)歷的時間。(2)光釋光法(OSL)光釋光法與熱釋光法不同之處在于：被測礦物由于輻射儲存的電離輻射能是通過不同波段的光波激發(fā)釋放的。利用不同的光源可獲得不同碎屑礦物的 OSL信號，可進(jìn)行單礦物測年。不存在困擾沉積物 TL測年的殘留TL水平問題。因為 OSL信號只與光敏陷電子有關(guān)?？捎糜谠诎徇\、沉積過程中短暫暴露于日光下的沉積物年齡的測定。取樣時必須絕對

7、避光，用黑雨傘或黑布避光取樣。3、裂變徑跡法(1)基本原理238U f原子核碎片-絕緣礦物損傷-痕跡-裂變彳5跡密度tt的計算法：(公式，備注)可以利用徑跡密度和長度的變化特征，恢復(fù)樣品的受熱歷史， 因此該方法廣泛應(yīng)用于古地溫及構(gòu)造熱史、抬升速率方面的研究。(2)測量對象磷灰石、鉆石、楣石、云母、火山玻璃、隕石等。對沉積巖來說，則為代表巖石形成以來的自生礦物(磷灰石等)。(3)測年范圍：幾百年幾百萬年，尤宜用于測1MaBP以來的樣品。(4)取樣注意事項巖石新鮮礦物結(jié)晶程度高，不含或少含雜質(zhì)。樣品量確保足以遴選出幾十個或更多的測試礦物顆粒，要求選單礦物1 0 05 0 0顆，送巖石樣品一般需2K

8、g。二、放射性同位素年代法基本原理利用礦物和巖石中含有微量放射性同位素的自行衰變計算年齡的一大類方法。計算公式：N=N0e t= lnD=N0(1-elt)分類：按照放射性同位素來源不同，可分為 3類：1、宇宙成因同位素法(14C法)、2、非宇宙成因同位素法：K-Ar法、U系法3、人工核放射性沉降法。1、14C 法(1 )基本原理14C的半衰期：5730a(或5568a),14C 的衰變常數(shù)：1.2 X 10-4 a計算公式:I=I0e-ltt=log (I 。/ I) X18.5 X103 (a)基本假設(shè)條件：a.近幾萬年來宇宙射線強度不變；b.在交換庫中14C處于動態(tài)平衡，14C含量一定；

9、c.樣品被埋藏后處于封閉體系，無14C的加入，14C按衰變規(guī)律自然減少。(2)測量對象和測量時限測量時限：可精確測定五萬年以來的含碳樣品的年齡。(時限的計算)測量對象：所有含碳物質(zhì)和水。(3)取樣要求注意事項a.不要采集受污染的樣品；避開污染源b.不要讓樣品受污染：防止標(biāo)簽和包裝袋污染樣品采集量(表)(4)對14C法的評價精度最高、用途最廣、方法最成熟的第四紀(jì)年代學(xué)方法。2、 K-Ar 法(1)基本假設(shè)條件(非宇宙成因放射性同位素法都相同)：放射性元素的半衰期準(zhǔn)確知道t=0時,無放射成因的40Ar,即40Ar/ 36Ar 為大氣比值t時段內(nèi)，K與Ar處于一個 封閉體系。(2)測量對象：單礦物：

10、長石、云母、角閃石、海綠石(含鉀礦物)。全巖類：玄武巖、輝綠巖、粗面巖等(3)測年范圍：10萬年10億年(Q3以前)(4)取樣要求樣品有一定的地質(zhì)意義；有良好的保護(hù)環(huán)境，樣品無蝕變；粘土樣品應(yīng)選取細(xì)粒部分(<2u或<1u),并作X光衍射和電子顯微鏡分析，判斷是否 1MD伊利石。<2Ma的年輕樣品以及不滿足上述要求的樣品，原則上只能作為實驗性測量樣品。(5)方法評價：比較成熟、廣泛使用(古地磁年表)；優(yōu)點：K的衰變常數(shù)適中，K- Ar分析靈敏度高。但主要用于侵入巖、火山巖有關(guān)的巖石測年。海綠石可提供沉積巖的最小年齡值。3、鈾系法(鈾系不平 衡法)(1)基本原理(照片)238U、

11、235 U、232Th-非平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)衰變過程服從 N=N0e-lt , t=ln放射性積累：t=0時：231Pa.230Th=0,238U有一定的含量t 時段內(nèi)：238U 衰變引起 231Pa.230Th 積累 -230Th/234U 、231Pa/235U 比值的變化放射性衰減：t=0 時：234U、230U、230Th、231Pa 過剩，t時段內(nèi)：上述同位素作為母核衰變f234U/238U 、226Ra/230Th 、 230Th/232Th 、 231Pa/230Th 比值的變化。因此有兩種方法：中間產(chǎn)物積累法、中間產(chǎn)物衰減法。(2)假設(shè)條件：母體和子體的半衰期應(yīng)準(zhǔn)確知道在時間為零

12、的初始點，系統(tǒng)中用于測年的子體同位素放射性為零或可忽略不計或已知。系統(tǒng)一旦形成，必須封閉，即不再獲得或丟失子、母體核素，只有這樣，系統(tǒng)的放射性平衡才能回復(fù)。230Th-234U 法（鍍-鈾法）（照片）利用沉積物中母核238U放射性衰變系列中234U過剩和238U及234U/238U 與230Th/234U 放射性不平衡來計算樣品的年齡。衰變鏈 238U234Th234Pa234U230Th半衰期4.99Ga24.1d1.18min2.48*105 75ka3）測量對象沉積物、碳酸鹽（純碳酸鹽和不純碳酸鹽）、火山巖等。沉積物：海洋沉積、鎰結(jié)核、湖泊沉積、鹽類等；碳酸鹽：珊瑚、鐘乳石、石筍（純碳酸

13、鹽）；鈣質(zhì)層、鈣結(jié)核、灰華、骨頭（純碳酸鹽）（4）測年范圍：幾百年6 0萬年，最佳范圍在5萬年3。萬年之間。取樣要求碳酸鹽和火山巖樣品應(yīng)取沒有風(fēng)化的新鮮樣品碳酸鹽樣品應(yīng)是致密的、不透水的、無風(fēng)化痕跡。這樣的樣品才可能來自封閉體系。送樣時應(yīng)附有樣品的地質(zhì)環(huán)境概況說明，利于判斷是否是封閉體系。一般樣品送樣量10700g 。珊瑚化石、鎰結(jié)核等海相純碳酸鹽樣品量不得低于幾克。樣品裝入布袋中送交實驗室。4、人工核放射性沉降法（1）原理：與放射性同位素方法相同。（2）測試對象：近幾十年來人工核爆炸后沉降到海、湖、冰雪上的核沉降物。（3）測年范圍：100年的環(huán)境污染和沉降速率等。沉降速率計算公式的推導(dǎo):該方法處于探索階段。三、其它方