1、自然科学技术测年方法自然科学技术测年方法n树木年轮法树木年轮法n碳同位素测年法碳同位素测年法n释光测年法释光测年法n古地磁测年法古地磁测年法: :n电子自旋共振测年法电子自旋共振测年法n骨化石氟含量法骨化石氟含量法: :n氨基酸消旋法氨基酸消旋法: :n钾钾氩法氩法: :n铀系同位素法铀系同位素法: :n穆斯堡尔谱法穆斯堡尔谱法: :n黑曜岩水合法断代黑曜岩水合法断代释释 光光n释光释光是是矿物晶体接受核辐射作用积蓄起来的能量在受到矿物晶体接受核辐射作用积蓄起来的能量在受到热热或或光光激发时激发时, ,以光的形式释放出来的一种物理现象。以光的形式释放出来的一种物理现象。n受受热热激发的释光称为
2、激发的释光称为热释光热释光 thermoluminescencethermoluminescence, , 简写简写TLTL；n受受光光激发的释光称为激发的释光称为光释光光释光 optical luminescence, optical luminescence, 简写简写OLOL; ; 或或optically stimulated luminescence, optically stimulated luminescence, 简写简写OSLOSL。n晶体的释光量与它所接受的辐射剂量成正比晶体的释光量与它所接受的辐射剂量成正比, ,辐射剂量又与辐射剂量又与时间成正比。时间成正比。nt t =
3、 = N/B N/B 或或t t = =De/De/DyDyn其中其中: : t t 为样品的年龄为样品的年龄; ; N N 为结晶固体中积存的热释光或光释光总量为结晶固体中积存的热释光或光释光总量; ; B B 为各类辐射每年产生的热释光或光释光量总和为各类辐射每年产生的热释光或光释光量总和; ; DyDy为各类辐射在晶体中每年所产生的辐射剂量的总和为各类辐射在晶体中每年所产生的辐射剂量的总和; ; DeDe为等效剂量为等效剂量, ,即产生相当于样品天然释光信号水平即产生相当于样品天然释光信号水平 所需的实验室剂量所需的实验室剂量, , 也称古剂量也称古剂量P P。释光测年的基础释光测年的基
4、础热释光测年法热释光测年法ThermoluminescentThermoluminescent Dating (TL) Dating (TL) 定义定义: : 利用绝缘结晶固体的热释光现象进行断代的技术利用绝缘结晶固体的热释光现象进行断代的技术. .测年对象：测年对象：陶器、瓷器、火烧粘土标本。陶器、瓷器、火烧粘土标本。测年范围及误差：测年范围及误差： 目前可测范围目前可测范围50-5050-50万年万年以内的标本。以内的标本。 误差目前误差目前为为11%,11%,理想误差为理想误差为5%.5%.误差可小于误差可小于100100年，在年，在20002000年以内的样品，比年以内的样品，比141
5、4C C精确；在距今精确；在距今2000-80002000-8000年年范围内，范围内，1414C C法更为精确；当大于法更为精确；当大于80008000年、年、1414C C没有年轮没有年轮校正曲线时，热释光法可与校正曲线时，热释光法可与1414C C法相互补充。法相互补充。 1663年，英国化学家Robert Boyle和Elsholtz，即描述了热释光现象，之后陆续有人报道，并称其为“磷光”。 1898年，Trowbridge和Burbank通过实验，基本 探明了热释光的产生过程。 1953年，美国威斯康星大学的Daniels等人提出用之测定地质和考古年代的设想， 1960年，瑞士伯尔尼
6、大学的Grgler，Houtermans和 Stauffter第一次探测了古陶器发射的热释光； 1964年爱特金(AitkenMJ)成功测定了古陶器的年龄，宣告了该方法的成熟。 热释光测年的发展史热释光测年的发展史 60年代以后，国内外皆对热释光现象作了系统研究，可以说，热释光测年是20世纪60年代兴起，迅速发展 的一项考古、地质测年技术。除确定考古遗物的年代，又可鉴别古陶器的真伪。n牛津大学等考古实验室牛津大学等考古实验室：古陶瓷的热释光鉴定在上世纪：古陶瓷的热释光鉴定在上世纪六十年代，由于地处在欧洲，他们鉴定的不光是中国古六十年代，由于地处在欧洲，他们鉴定的不光是中国古陶瓷，还有大量的希腊
7、和中东的古陶器。陶瓷，还有大量的希腊和中东的古陶器。n香港大学热释光实验室香港大学热释光实验室：成立于一九八六年，它的客源：成立于一九八六年，它的客源主要是中国大陆、日本、东南亚、台湾、香港等亚洲国主要是中国大陆、日本、东南亚、台湾、香港等亚洲国家和地区。近年大陆送去鉴定的数量不断增加，己超过家和地区。近年大陆送去鉴定的数量不断增加，己超过日本和台湾。日本和台湾。 热释光测年法原理热释光测年法原理 早在十七世纪就发现，某些物体在一定情况下早在十七世纪就发现，某些物体在一定情况下加热时，在红热出现之前，能发出附加的微弱可见光加热时，在红热出现之前，能发出附加的微弱可见光（红、黄），可用光敏仪器测
8、出来。待冷却后，再加（红、黄），可用光敏仪器测出来。待冷却后，再加热，又不会重现。此现象一般出现在不导电的固体物热，又不会重现。此现象一般出现在不导电的固体物体中。体中。热释光能量的由来？热释光能量的由来？ 绝缘结晶固体受到放射性照射发生电离，形成电子和绝缘结晶固体受到放射性照射发生电离，形成电子和空穴，被晶格缺陷或陷阱所捕获，因此贮存起一部分辐射空穴，被晶格缺陷或陷阱所捕获，因此贮存起一部分辐射并长期保持。并长期保持。 当加热时，电子和空穴可以从陷阱中释放出来，重新当加热时，电子和空穴可以从陷阱中释放出来，重新复合，并以光的形式释放出贮存的能量。复合，并以光的形式释放出贮存的能量。陶器以粘土
9、制成，一般都含有微量铀、钍和钾等放射陶器以粘土制成，一般都含有微量铀、钍和钾等放射性物质。内部还有结晶固体颗粒如石英、长石、云母、磷性物质。内部还有结晶固体颗粒如石英、长石、云母、磷灰石等。它们每时每刻都受到各类辐射的作用，包括粘土灰石等。它们每时每刻都受到各类辐射的作用，包括粘土本身的铀系、钍系、钾本身的铀系、钍系、钾4040放射的放射的、和和射线。射线。 高温时，陶器结晶固体中贮存的能量就被释放完了，高温时，陶器结晶固体中贮存的能量就被释放完了，然后重新积累能量，积累的能量随时间而增加。然后重新积累能量，积累的能量随时间而增加。 放射性愈强，其热释光量愈多，即热释光量与所受的放射性愈强，其
10、热释光量愈多，即热释光量与所受的放射性总剂量成正比放射性总剂量成正比，总剂量与时间成正比。，总剂量与时间成正比。热释光灵敏度热释光灵敏度：即单位辐射剂量的热释光量。即单位辐射剂量的热释光量。它等于：人工热释光量它等于：人工热释光量/ /人工辐射剂量人工辐射剂量 热释光测量的方法热释光测量的方法 细粒与粗粒是根据石英颗粒大小命名。颗粒大小一般根据和粒子在陶瓷器中的射程决定。射程：10-50um，平均25um，射程：1-3mm, ， n细粒技术 夹碎样品，至于适当的悬浮液中，选取18m的石英晶粒，通过仪器测量其古剂量， 再用已知剂量的或源辐照，测出其TL灵敏度。n粗粒技术 选取陶片中直径约100
11、m的石英颗粒，测其古剂量，主要考虑、射线的辐照剂量。 将退火后的标本经人工放射源辐照一定剂量，并放置若干天，使低温发光衰退后，在同样条件下，测人工热释光量，即可得出热释光灵敏度。 n前剂量法 前剂量效应：石英颗粒经放射性辐照后到500 可以引起石英晶体110 峰的热释光灵敏度增长，其增长高度在一定范围内与辐照计量成比例的变化。 灵敏度的增长：放射性辐照、加热二者缺一不可 那么，设陶片未经加热 ,为S0，人工加热到500,为S自然，给人工辐照后再加热至500 ，S0自然+人工热释光仪器装备图(采自仇士华、蔡莲珍，1978) n热释光元件测定陶器的年代 将一个灵敏度比陶器高K倍的热释光元件， 嵌入
12、陶器内部，与陶器一起接受内外射线辐照， 以它作为陶器的受照代表，即它所接受的辐照 与陶器完全一样，受照一定时间后，取出元件， 测出其该段时间的热释光，并利用它计算出 陶器的年龄，即： TL年(陶器)TL年(元件)*K。 此外，还有其它一些热释光测定方法， 如：相减技术、锆石或长石技术、薄片技术等； 年剂量的测试n直接法：用热释光仪测出器物内部，周围环境中（土壤中，宇宙中）放射性元素的辐射计量。n间接法：测量环境用热释光仪测出器物内部，周围环境中（土壤中，宇宙中），所含量放射性元素的含量，然后计算出每年放射的剂量。分为：含量法、厚源子计数法。测年标本的采集测年标本的采集 必须明确表明产地的温度、
13、湿度、辐射强度以及所处环境必须明确表明产地的温度、湿度、辐射强度以及所处环境的具体情况。的具体情况。n采集步骤：采集步骤： 1 1、详细记录周围的地形、土质、植被等情况，测出距离、详细记录周围的地形、土质、植被等情况，测出距离 地表覆盖层的深度；地表覆盖层的深度； 2 2、用微计量辐射仪监督环境辐射，尽量排除在具有异常、用微计量辐射仪监督环境辐射，尽量排除在具有异常 辐射的环境下采集标本；辐射的环境下采集标本； 3 3、所采集的标本，最好连周围环境的土壤、所采集的标本，最好连周围环境的土壤5 5 7 7厘米，一起厘米，一起 转入准备好的塑料袋，密封起来，进行加固包装；转入准备好的塑料袋，密封起
14、来，进行加固包装；对测年标本的要求对测年标本的要求 1 1、含有绝缘体，如石英砂。、含有绝缘体，如石英砂。 2 2、器物埋藏周围，有恒定的、均匀的辐射能源。、器物埋藏周围，有恒定的、均匀的辐射能源。 3 3、要能精确测出埋藏若干年后，石英砂接受辐射能、要能精确测出埋藏若干年后，石英砂接受辐射能量的总值量的总值 实际上，绝大多数的陶器、瓷器、火烧土、砖瓦都实际上，绝大多数的陶器、瓷器、火烧土、砖瓦都含有石英砂，可以做测年标本，而粘土、土壤中，均匀含有石英砂，可以做测年标本，而粘土、土壤中，均匀分布着铀、钍、钾四十等辐射恒定、长半衰期的能源，分布着铀、钍、钾四十等辐射恒定、长半衰期的能源，满足条件
15、。满足条件。采集步骤：采集步骤： 4 4、一块标本的重量约在、一块标本的重量约在3030 5050克，同一个研究对象最好克，同一个研究对象最好 有有3 3 5 5个标本（提倡个标本（提倡6 6 1212个）；个）； 5 5、运输、储藏过程中，应尽量避免强光曝晒，绝对禁止、运输、储藏过程中，应尽量避免强光曝晒，绝对禁止 高温和加热处理，还要防止外界的放射性辐射。高温和加热处理，还要防止外界的放射性辐射。 6 6、记录下采集地点的地下水位、气候条件及标本采集的、记录下采集地点的地下水位、气候条件及标本采集的 季节。季节。 标本用量少、速度快（几小时）、跨度大。对史前遗存标本用量少、速度快（几小时）
16、、跨度大。对史前遗存年代测定有较大作用，特别是没有年代测定有较大作用，特别是没有1414C C标本或标本或1414C C标本可疑的标本可疑的遗址。遗址。 但是，由于方法误差、实验误差和测量误差不可避免，但是，由于方法误差、实验误差和测量误差不可避免，热释光的精确度会受到影响。有些因素会影响对古剂量、热释光的精确度会受到影响。有些因素会影响对古剂量、年剂量的测定；需要精确确定天然放射性来源，陶器在历年剂量的测定；需要精确确定天然放射性来源，陶器在历史上实际接受放射性照射条件等。史上实际接受放射性照射条件等。 热释光测年法的优缺点热释光测年法的优缺点识别陶器的人工辐照识别陶器的人工辐照 -剂量测定
17、剂量测定n黏土中黏土中U U、ThTh和和K K产生的产生的、和和射线在陶瓷中的射程不射线在陶瓷中的射程不同。同。射线的射程为射线的射程为202050m ,50m ,线为线为1 13mm,3mm,射射线射射线为为202040cm40cm。n射程的不同为识别有否人工辐照创造了条件。射程的不同为识别有否人工辐照创造了条件。 因为因为射程非常短射程非常短, , 剂量人工无法伪造。如果测定到的剂量人工无法伪造。如果测定到的一件器物的古剂量没有一件器物的古剂量没有成分成分, ,那么这个古剂量就是人工外那么这个古剂量就是人工外照射造成的照射造成的; ;如果有如果有剂量剂量, ,而且接近天然辐照剂量中的而且
18、接近天然辐照剂量中的比分比分, ,那么这个古剂量就是真实的。那么这个古剂量就是真实的。如何测定古剂量中的如何测定古剂量中的剂量剂量n用细粒样品的用细粒样品的“细粒技术细粒技术”和和“前剂量技术前剂量技术”分别测定一分别测定一件陶器的古剂量。件陶器的古剂量。n如果细粒技术测量得到的古剂量大于前剂量技术测量得到如果细粒技术测量得到的古剂量大于前剂量技术测量得到的古剂量的古剂量, ,那么那么, ,其差额部分就是其差额部分就是剂量剂量, ,有有成分的古剂量成分的古剂量是天然辐照的是天然辐照的, ,那么这件陶器就是古代的那么这件陶器就是古代的; ;n如果两个古剂量近似相等如果两个古剂量近似相等, ,说明
19、古剂量中没有说明古剂量中没有成分成分, ,没有没有成分的古剂量是人工辐照的成分的古剂量是人工辐照的, ,那么这件陶器就是现代的。那么这件陶器就是现代的。应应 用用 举举 例例测定古冶金炉渣的年代测定古冶金炉渣的年代n古冶金熔炼过程中的高温古冶金熔炼过程中的高温(1200)(1200)导致完全删除样品中导致完全删除样品中 任何剩余热释光信号任何剩余热释光信号, ,即可重拨即可重拨“释光时钟释光时钟”。n实验选用分别采自中央欧洲和地中海不同古冶金熔炼场所实验选用分别采自中央欧洲和地中海不同古冶金熔炼场所, ,时间分别为史前、中世纪和公元时间分别为史前、中世纪和公元1616世纪的世纪的7 7个已知年
20、代的个已知年代的炉渣样品进行测量。炉渣样品进行测量。n总的测量误差在总的测量误差在10 %10 %范围。该工作表明范围。该工作表明, ,用用TLTL直接测定古直接测定古冶金炉渣的年代是可行的冶金炉渣的年代是可行的, ,只要炉渣中含有石英只要炉渣中含有石英, ,并能分离并能分离出出100g100g样品。样品。原始瓷的三种年代测定方法结果比较原始瓷的三种年代测定方法结果比较n采用热释光细粒混合矿物法、热释光前剂量饱和指数法以及采用热释光细粒混合矿物法、热释光前剂量饱和指数法以及单片再生剂量光释光法三种测年方法对出土的单片再生剂量光释光法三种测年方法对出土的7 7件西周、春秋、件西周、春秋、战国以及
21、汉代的原始瓷样品进行了年代测定。战国以及汉代的原始瓷样品进行了年代测定。n热热释光细粒混合矿物法测得了较为理想的年代结果释光细粒混合矿物法测得了较为理想的年代结果, ,与样品的与样品的已知年代结果相比吻合得较好。已知年代结果相比吻合得较好。n热热释光释光前剂量饱和指数法测得了该方法的上限饱和年代前剂量饱和指数法测得了该方法的上限饱和年代, ,即距即距今今18001800年左右。年左右。n再生剂量再生剂量光光释光释光法测得的年代法测得的年代, ,只是实际年代的只是实际年代的50%50%80%80%左右左右, ,结果不太理想。可能与原始瓷不够致密有关，光线可通过瓷结果不太理想。可能与原始瓷不够致密
22、有关，光线可通过瓷样的微孔隙到达内部样的微孔隙到达内部, ,使得部分俘获电子产生逃逸。使得部分俘获电子产生逃逸。 1979 1979年年, ,洛阳市文物工作队在黄河北岸发掘了一洛阳市文物工作队在黄河北岸发掘了一批汉墓批汉墓, ,其中一座出土了其中一座出土了1111个坩埚。坩埚皆直筒形。内个坩埚。坩埚皆直筒形。内外壁均有烧流外壁均有烧流, ,外表粘有煤块、熔渣等物外表粘有煤块、熔渣等物, ,内表面较为内表面较为平滑平滑, ,有的地方粘有一层薄薄的铁渣。其中一个坩埚内有的地方粘有一层薄薄的铁渣。其中一个坩埚内壁的中段粘附一钢块壁的中段粘附一钢块, ,钢块整体作戟形钢块整体作戟形, ,表面黄褐色表面
23、黄褐色, ,长长1010厘米、宽厘米、宽1515厘米、厚厘米、厚0.40.4厘米。厘米。 经坩埚热释光断代试验经坩埚热释光断代试验, ,距今为距今为18321832147147年。故墓年。故墓葬年代大体定为西汉中晚期至东汉中期。葬年代大体定为西汉中晚期至东汉中期。 洛阳汉墓坩埚的测年洛阳汉墓坩埚的测年 铜绿山的古矿遗址：位于湖北大冶县，发铜绿山的古矿遗址：位于湖北大冶县，发现于现于19731973年，在全世界已知年代较早的古铜矿年，在全世界已知年代较早的古铜矿中中, ,它是保存最好的，在全世界已知保存较好它是保存最好的，在全世界已知保存较好的古铜矿中的古铜矿中, ,它是年代最早的。它是年代最早
24、的。 铜绿山古铜矿的炼炉铜绿山古铜矿的炼炉, ,多数是在多数是在号矿体发号矿体发现的现的, ,据热释光测定以及据地层和出土器物推据热释光测定以及据地层和出土器物推定定, ,属于春秋时代。属于春秋时代。铜绿山的古矿遗址炼炉年代的测定铜绿山的古矿遗址炼炉年代的测定汝窑龙纹钵的鉴定介绍：汝窑，是五大名窑之一，烧制时间前后几十，完整器物仅存100多件。汝瓷中带有花纹的器物比较少见,因此，被列为“国宝级文物” 在北京琉璃场附件花200块钱，买的一件器物显微镜下：明显龟裂纹釉面大量的气泡同步辐射X射线荧光（SRXRF）,其化学组成Si、Al、K、Ca、Fe落在汝瓷的范围之内。n热释光： 可以直接测出年代，
25、但是有损，倘若真品，将会造成很大的损失。 该不该进行检测？n中国科学院地质研究所 不同时期火山玻璃，有这不同的老化程度。将真汝瓷的老化程度 ，发现远小于汝瓷真品。n中子活化（NAA）,微量元素的含量亦不再真汝瓷的范围之内。光释光测年光释光测年（OSLOSL）n在TL基础上发展而来的光释光技术，英文为：Optical stimulated luminescence，简称OSL。 自一出现就备受关注。 1985年，Huntleyetal首先提出了光释光法， 1988年，Hutleyetal又提出了红外光释光测年法，英文为：Infra-redstimulatedluminnes-cence，简称IR
26、SL。 90年代，光释光技术得到很大发展，适合于各类沉积物年龄，如，黄土地层和考古堆积地层年代的测定，其测年结果可与14测年相媲美，测年范围从近百年到几十万年。 目前已广泛应用于第四纪沉积物的年龄测定，同时亦用于陶瓷器年代的测定。n光释光技术的原理与热释光近似，也是利用矿物晶体光释光技术的原理与热释光近似，也是利用矿物晶体 的的磷光现象。磷光现象。n热释光通过加热，而光释光则是通过光照，退激发光。热释光通过加热，而光释光则是通过光照，退激发光。 由于晶体受辐射损伤后产生的缺陷保存在晶格中，在光的由于晶体受辐射损伤后产生的缺陷保存在晶格中，在光的作用下，原储存的辐射能将以光的形式释放。作用下，原
27、储存的辐射能将以光的形式释放。 储存于晶储存于晶体辐射能，对于光的反应不完全相同。体辐射能，对于光的反应不完全相同。 一部分对光敏感，一部分对光敏感，在光的作用下，即放出光子；这类缺陷称为在光的作用下，即放出光子；这类缺陷称为“光敏缺陷光敏缺陷”。释光测定的正是这些缺陷。释光测定的正是这些缺陷。n结晶矿物的释光信号强度，与其沉积后，接受环境辐射的结晶矿物的释光信号强度，与其沉积后，接受环境辐射的时间和强度密切相关。一定条件下，矿物接受辐射的时间时间和强度密切相关。一定条件下，矿物接受辐射的时间越长，其释光信号就越强。越长，其释光信号就越强。光释光测年原理光释光测年原理n因此，通过测定石英、长石
28、等矿物所储存的电离辐射剂量，因此，通过测定石英、长石等矿物所储存的电离辐射剂量，便可知道器物年代便可知道器物年代 公式公式tDeq/， 其中中其中中t为矿物在曝光后被埋藏至今的年龄，为矿物在曝光后被埋藏至今的年龄，Deq为等效为等效剂量剂量(单位为单位为Gy)，即被测样品产生天然积存，即被测样品产生天然积存OSL所吸收的所吸收的辐射总剂量；为剂量率辐射总剂量；为剂量率(单位为单位为mGy/a或或Gy/ka)，是被测，是被测矿物单位时间内吸收周围环境中矿物单位时间内吸收周围环境中238U、232Th及其衰变子及其衰变子体和体和40产生的产生的、和和辐射剂量，及少量宇宙射线的辐辐射剂量，及少量宇宙
29、射线的辐射剂量。射剂量。光释光测年方法光释光测年方法 释光信号具有矿物分选性，对于陶释光信号具有矿物分选性，对于陶器探测的两种方法：器探测的两种方法：1 1）绿光释光源：石英）绿光释光源：石英2 2）红外释光源：钾长石）红外释光源：钾长石偃师商城夯土的光释光测年偃师商城夯土的光释光测年 偃师商城遗址位于河南省偃师商城遗址位于河南省位于偃师城关镇，位于偃师城关镇，考古发现考古发现商代都城遗址中年代最早、规模最大、保存最完整的一座早商代都城遗址中年代最早、规模最大、保存最完整的一座早期帝王城遗址，年代问题引起来许多专家的重视。期帝王城遗址，年代问题引起来许多专家的重视。 已有专家，利用已有专家，利
30、用14C测年等方法，进行了大量的研究，有测年等方法，进行了大量的研究，有关年代更多依据相关遗迹的年代来间接推断，缺少直接判定关年代更多依据相关遗迹的年代来间接推断，缺少直接判定城墙建筑的测年数据，城墙建筑的测年数据， 因此，学术界对偃师商城的年代，包括夯土城墙的始建因此，学术界对偃师商城的年代，包括夯土城墙的始建年代仍存在不同看法。年代仍存在不同看法。 用光释光测年将推进对其性质的认识。n在夯土基址的建造过程中在夯土基址的建造过程中, ,有些石英颗粒可能见光而使其光有些石英颗粒可能见光而使其光释光信号被释放回零释光信号被释放回零, ,光释光光释光时钟时钟重新开始计时。（基重新开始计时。（基础）
31、础）n用光释光测年技术对河南偃师商城宫城部分宫殿和围墙基址用光释光测年技术对河南偃师商城宫城部分宫殿和围墙基址夯土进行了定年。夯土进行了定年。n根据晒退相对彻底的石英颗粒得出的夯土光释光年龄分别是根据晒退相对彻底的石英颗粒得出的夯土光释光年龄分别是4.0ka4.0ka、2.2ka2.2ka和和2.5ka2.5ka。n这些年龄值与考古年龄存在一定的差异这些年龄值与考古年龄存在一定的差异, ,但说明用光释光测但说明用光释光测年技术对宫殿建筑基址夯土进行定年还是有一定的前景。年技术对宫殿建筑基址夯土进行定年还是有一定的前景。n蓝光释光测定瓷器年代的初步研究蓝光释光测定瓷器年代的初步研究，梁宝鎏，梁宝
32、鎏n样品：唐、南宋、明（嘉靖）、清（乾隆）等已样品：唐、南宋、明（嘉靖）、清（乾隆）等已知瓷器。知瓷器。n方法：蓝光释光方法：蓝光释光 （Blue Stimulated luminescence ,BLSL）瓷器年代的鉴定1.制样n要求样品的胎：厚实、不透光要求样品的胎：厚实、不透光n样品制备在暗室中进行。使用的光源：样品制备在暗室中进行。使用的光源：6 6个个2.52.5的二极管组成特制光源下，实验证明的二极管组成特制光源下，实验证明 这种光源对这种光源对BLSLBLSL信号没有影响。信号没有影响。n在微型切割机上将样品切成薄片在微型切割机上将样品切成薄片在在 RISO TLOSL - DA
33、 - 15 RISO TLOSL - DA - 15 仪器上进行仪器上进行 ,BLSL ,BLSL 激发光源是激发光源是采用卤素灯采用卤素灯 , ,波长为波长为 420 420 550nm550nm，测试，测试100s100s，记录器光电，记录器光电信号。释光信号。释光1-31-3内差不多全部激发，在内差不多全部激发，在10s10s时，已经接近本底。时，已经接近本底。2.样品的等效古剂量 3.年剂量D： 4.年代 T=Dep/D古地磁测古地磁测年年法法ArchaeomagneticArchaeomagnetic Dating Datingn包括包括考古地磁断代考古地磁断代和和地层沉积磁性断代地
34、层沉积磁性断代两者。两者。n考古地磁断代考古地磁断代是利用某些古物的热剩磁性进行断代的是利用某些古物的热剩磁性进行断代的技术，用于新石器时代以来的窑、炉、砖、瓦、陶瓷技术，用于新石器时代以来的窑、炉、砖、瓦、陶瓷的年代测定。的年代测定。n地层沉积磁性断代地层沉积磁性断代利用地层沉积磁性随地磁极性倒转利用地层沉积磁性随地磁极性倒转而倒转的现象进行地层断代的技术，多用于古代遗址而倒转的现象进行地层断代的技术，多用于古代遗址的年代测定。的年代测定。考古地磁断代原理考古地磁断代原理A A考古地磁断代考古地磁断代地磁的方向和强度自古以来不断变化着，被烘烤的粘土的地磁的方向和强度自古以来不断变化着，被烘烤
35、的粘土的 热剩磁性贮存了古地磁变化的信息。热剩磁性贮存了古地磁变化的信息。 一般粘土中均含有少量的磁性物质，受到高温一般粘土中均含有少量的磁性物质，受到高温（700C700C以上）时会失去原有的磁性。以上）时会失去原有的磁性。在其冷却过程中又在其冷却过程中又会被地磁场感应而获得与地磁方向相同的永久磁化，会被地磁场感应而获得与地磁方向相同的永久磁化，其强其强度正比于当时的地磁场强度，这便是度正比于当时的地磁场强度，这便是“热剩磁热剩磁”。只有再。只有再次受到高温时其热剩磁性才会消失。次受到高温时其热剩磁性才会消失。 古代窑、炉、灶、陶瓷器等均受过高温具有热剩磁性。古代窑、炉、灶、陶瓷器等均受过高
36、温具有热剩磁性。根据一系列年代明确的考古样品，测定其古地磁随年代变根据一系列年代明确的考古样品，测定其古地磁随年代变化的实验曲线，就能定出未知年代的样品的考古年代。化的实验曲线，就能定出未知年代的样品的考古年代。 B. 地层沉积磁性断代 地球的演化过程中，地球磁场是不断变化的，岩石地球的演化过程中，地球磁场是不断变化的，岩石中含有磁性矿物，中含有磁性矿物， 1）在其成岩过程中，）在其成岩过程中， 受到地磁场作用而被磁化产受到地磁场作用而被磁化产生剩生剩 余磁性，这种剩余磁性反映了岩石生成时期的余磁性，这种剩余磁性反映了岩石生成时期的地磁场方向。地磁场方向。 2）海相沉积层和深海沉积层中含有磁性
37、矿物颗粒，）海相沉积层和深海沉积层中含有磁性矿物颗粒，在沉积过程中取地磁方向显示沉积磁性，反映出沉积在沉积过程中取地磁方向显示沉积磁性，反映出沉积时期的地磁方向。时期的地磁方向。 实践表明，只要从不同深度的岩层中取样，便可实践表明，只要从不同深度的岩层中取样，便可 获得一个连续的磁极变化序列获得一个连续的磁极变化序列(地层剖面的地磁极性变地层剖面的地磁极性变化柱化柱)，再结合地球磁场发生倒转的岩层位置，并在钾，再结合地球磁场发生倒转的岩层位置，并在钾氩法的帮助下，测出该地磁极性变化柱的大致年代，氩法的帮助下，测出该地磁极性变化柱的大致年代，然后将此地磁极性变化柱。然后将此地磁极性变化柱。 具体
38、做法：具体做法：采集样品采集样品判断扰动和磁性干扰判断扰动和磁性干扰选出合适的部位，将顶部刮成水平，标出方向，用石膏选出合适的部位，将顶部刮成水平，标出方向，用石膏固定后取出，带回实验室处理，除去磁性干扰。在特制固定后取出，带回实验室处理，除去磁性干扰。在特制的磁性测定仪中测出样品的磁偏角、倾角和强度。的磁性测定仪中测出样品的磁偏角、倾角和强度。古地磁法测年范围：古地磁法测年范围： 原则上可以到无穷远，目前为原则上可以到无穷远，目前为9 9千年内。千年内。古地磁法测年误差：古地磁法测年误差：较大，原因是：较大，原因是：1. 1. 作为依据的实验曲线本身误差较大，因为不易得到作为依据的实验曲线本
39、身误差较大，因为不易得到 精确可靠的精确可靠的“已知年代已知年代”样品；样品； 2. 2. 某些年代范围内地磁场变化缓慢，不易定准；某些年代范围内地磁场变化缓慢，不易定准； 3. 3. 样品受到其它磁性的干扰未能清除干净。样品受到其它磁性的干扰未能清除干净。n应用情况：应用情况： 中科院地球物理研究所古地磁研究室建立了：中科院地球物理研究所古地磁研究室建立了： 1. 1. 西安、宝鸡地区西安、宝鸡地区70007000年以来的标准曲线；年以来的标准曲线； 2. 2. 郑州、洛阳战国以来的标准曲线；郑州、洛阳战国以来的标准曲线； 3. 3. 北京地区东周以来的标注曲线。北京地区东周以来的标注曲线。
40、应用举例应用举例n中国科学院院士朱日祥采用古地磁测年技术，对河北省中国科学院院士朱日祥采用古地磁测年技术，对河北省阳原县境内的泥河湾马圈沟遗址出土的一批石器进行年阳原县境内的泥河湾马圈沟遗址出土的一批石器进行年代测定，最终确定其距今代测定，最终确定其距今166166万年至万年至132132万年之间。万年之间。n这项最新研究表明，几乎与人类在非洲起源的同时，东这项最新研究表明，几乎与人类在非洲起源的同时，东亚北部便出现了能够制造简单石质工具的原始人类。亚北部便出现了能够制造简单石质工具的原始人类。这这不仅将中国旧石器时期的时间上限又上溯了不仅将中国旧石器时期的时间上限又上溯了3030万年，还万年
41、，还向人类起源的传统观点发起了挑战。向人类起源的传统观点发起了挑战。电子自旋共振测年法电子自旋共振测年法电子自旋共振电子自旋共振（Electron spin resonanceElectron spin resonance，简称，简称ESRESR），），又叫又叫电子顺磁共振电子顺磁共振（Electron Electron paramagnetieparamagnetie resonance resonance，简称，简称EPREPR）。）。ESRESR是电子自旋能级在外磁场的作用下发生是电子自旋能级在外磁场的作用下发生塞曼分裂塞曼分裂，同时，同时在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的
42、共在外加微波能量的激发下电子从低能级向高能级跃迁的共振现象。振现象。 ESRESR测年法的基本原理就是直接测定样品自形成以来由于辐测年法的基本原理就是直接测定样品自形成以来由于辐射损伤所产生的射损伤所产生的顺磁中心的数目顺磁中心的数目（即所接受的放射性射线（即所接受的放射性射线辐照和本身的累积效应）。辐照和本身的累积效应）。AOdttDADP)( P为样品古剂量，即样品形成后累积的辐射剂量，也就是累积剂量AD，A是样品年龄,D是样品的年剂量，即样品每年接受的天然辐射剂量率，D随时间而变化，D=D(t)。n归零过程：将晶体缺陷中电子原先捕获的电子全部激发，而使价代附近的空穴复合，从而使顺磁中心消
43、失，使ESR时钟复零，这个过程称为零化过程。n种类：1）无机物的沉积；2）一次加热事件；3）地质断层活动中的强大压力；4）化石过程；4）风城黄土的过程。 ESR年龄的零点ESRESR的优点：的优点：测年范围广，从测年范围广，从几千年到几百万年几千年到几百万年，几乎覆盖了整个，几乎覆盖了整个 第四纪地质年代，主要用于几十万年的范围。第四纪地质年代，主要用于几十万年的范围。测定对象广泛，洞穴的测定对象广泛，洞穴的碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、碳酸盐沉积物、软体动物贝壳、 珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿珊瑚、古脊椎动物和古人类骨骼、牙齿等都可认为测试等都可认为测试 样品。样品。测试条件简单，测试信
44、号受周围环境影响小，而且样品测试条件简单，测试信号受周围环境影响小，而且样品 可反复使用。可反复使用。是一种非破坏性的分析方法，对样品不存在损伤。是一种非破坏性的分析方法，对样品不存在损伤。 氨基酸外消旋氨基酸外消旋法法n定义定义利用死亡动物氨基酸化学变化速度进行年代测定的技术。利用死亡动物氨基酸化学变化速度进行年代测定的技术。n测年范围测年范围 数千年数千年-百万年（可补充碳十四的空白）百万年（可补充碳十四的空白）测测 年年 原原 理理 动物肌体蛋白质水解后可产生动物肌体蛋白质水解后可产生2020多种氨基酸，多种氨基酸，均为左旋均为左旋体结构体结构。生物死亡后埋在地下，有机质在自然条件下也被
45、水。生物死亡后埋在地下，有机质在自然条件下也被水解为氨基酸保存在化石中，解为氨基酸保存在化石中，但氨基酸的左旋体结构会慢慢地但氨基酸的左旋体结构会慢慢地向右旋体结构转化向右旋体结构转化，最后达到平衡，以致旋光作用消失。这，最后达到平衡，以致旋光作用消失。这一过程即一过程即“外消旋反应外消旋反应”； 各种氨基酸的外消旋反应速度不一样，在一定的温度条各种氨基酸的外消旋反应速度不一样，在一定的温度条件下各有自己的件下各有自己的“半衰期半衰期”（1111万年万年2929万年）；万年）；根据化石中氨基酸左消旋体对右消旋体的比例来确定化根据化石中氨基酸左消旋体对右消旋体的比例来确定化石样品的年代。石样品的
46、年代。通常适用于古老洞穴和海底沉积化石样品的年代测定，通常适用于古老洞穴和海底沉积化石样品的年代测定，因为这些地方温度环境相对稳定。因为这些地方温度环境相对稳定。氨基酸消旋断代法的优点氨基酸消旋断代法的优点n它能够对小样品进行断代，通常只要它能够对小样品进行断代，通常只要10g10g的骨头样品就足够了。的骨头样品就足够了。n它可以对具有它可以对具有1010万年或年龄更早的样品进行断代。万年或年龄更早的样品进行断代。n该方法简单易行，样品容易采集。该方法简单易行，样品容易采集。骨化石氟含量法骨化石氟含量法n定义定义： 利用同一地区、同一地下水环境中，骨骼、牙齿中利用同一地区、同一地下水环境中，骨
47、骼、牙齿中含氟量的多少，进行判定骨骼、牙齿的相对年代的含氟量的多少，进行判定骨骼、牙齿的相对年代的一种方法。一种方法。n对象：对象：骨骼、牙齿骨骼、牙齿n测年原理：测年原理： 骨骼（包括牙齿）中的主要成分无机磷化合物羟磷骨骼（包括牙齿）中的主要成分无机磷化合物羟磷灰石，灰石， CaCa5 5(PO4)(PO4)3 3(Cl.F.OH)(Cl.F.OH) 地下水中浸蚀下，水中的氟（地下水中浸蚀下，水中的氟（F F）离子会）离子会置换骨中的羟基，形成氟磷灰石置换骨中的羟基，形成氟磷灰石CaCa1010（POPO4 4）6 6 F F 2 2 。这一过程是不可逆的，因此，骨中。这一过程是不可逆的，因
48、此，骨中含氟量的多少与时间成正比。含氟量的多少与时间成正比。 新鲜猪骨新鲜猪骨 新石器头盖骨新石器头盖骨 旧石器牙齿、兽骨旧石器牙齿、兽骨 更新世更新世F% 0.03 0.3 1.6 1.7 2.7F% 0.03 0.3 1.6 1.7 2.7铀系同位素断代法铀系同位素断代法Uranium-series datingUranium-series dating 又称不平衡铀系断代法，是利用样品中铀系、钍系又称不平衡铀系断代法，是利用样品中铀系、钍系子体放射性的不平衡性测定年代技术的总称。子体放射性的不平衡性测定年代技术的总称。 这种方法适合于旧石器时代古遗址的测年，所测年这种方法适合于旧石器时代
49、古遗址的测年，所测年代在代在0.5-500.5-50万年，而且仅限于测定富含碳酸钙的岩石万年，而且仅限于测定富含碳酸钙的岩石（如方解石）。（如方解石）。 自然界中，广泛存在长寿命放射性同位素238U、 238U、232Th，各自经过一系列衰变，最后分别变成稳定同位素206Pb、207Pb、208Pb。 在封闭体系内，经过足够长的时间(与寿命最长的子体的半衰期相比)，各个子体的放射性强度都会达到与母体的放射性强度相当，母体与子体之间的放射性水平处于平衡状态。 但是，由于物理或化学运动，母体与子体间会发生迁移、相互分离的现象。 在新构成的系统中，在未达到新的平衡之前， 处于一种不平衡状态。在不平衡
50、状态的新系统中， 根据子体积累的程度，即可确定新体系开始沉积的年代。如果在沉积物中伴出古代遗存，则同一沉积层的年代即代表古人类活动的年代。 铀系法所需样品仅几十克碳酸盐或几克动物牙齿、骨化铀系法所需样品仅几十克碳酸盐或几克动物牙齿、骨化石即可，样品的选取要注意：石即可，样品的选取要注意： 1. 1. 要选取尽可能靠近古文物的方解石或石灰石；要选取尽可能靠近古文物的方解石或石灰石； 2. 2. 在取样时要尽量避免选取受在取样时要尽量避免选取受“污染污染” ” 的样品，否则会的样品，否则会 产生较大的年龄误差，污染源主要是附近的土壤和水。产生较大的年龄误差，污染源主要是附近的土壤和水。 但实际上理
