1、第十二章第十二章 第四纪年代学第四纪年代学1、古地磁学方法、古地磁学方法地磁场图载有剩磁的天然矿物的居里温度v（2）古地磁极性年表（古地磁极性年表（A.Cox）据据A.Cox，1 9 6 9等资料综合等资料综合 黑色为正极性；白色为反极性黑色为正极性；白色为反极性 q这是基本原理相似而测试对象不同的这是基本原理相似而测试对象不同的3 3种年代学方法。种年代学方法。n基本原理：基本原理：n三种方法不同之处在于：三种方法不同之处在于：TD是通过不同的激活手是通过不同的激活手段（加热、光照、加磁场）使其释放出来的。段（加热、光照、加磁场）使其释放出来的。2 2、热释光（热释光（TLTL）、光释光）、
2、光释光(OSL)(OSL)、电子自电子自旋共振（旋共振（ESRESR）法）法 TDIDADt=（1 1）热释光）热释光（ThermoluminescenceThermoluminescence）A.基本原理基本原理 非金属绝缘矿物非金属绝缘矿物 发光发光（释放储（释放储 存的存的辐射能量）辐射能量）发光强度发光强度吸收的辐射能量吸收的辐射能量时间（时间（t）发光强度发光强度时间（时间（t）热发光现象可分为二个阶段：贮集阶段、发光阶段热发光现象可分为二个阶段：贮集阶段、发光阶段（图）（图）计算公式计算公式加热至红外温度加热至红外温度A=PD（1 1）热释光）热释光（Thermoluminesce
3、nceThermoluminescence）B.基本假设条件基本假设条件 a、所测样品经历了一次彻底的所测样品经历了一次彻底的“零化零化”(热热)事件，事件，重新启动时间钟。重新启动时间钟。b、被测样品具有足够高的热稳定性被测样品具有足够高的热稳定性.c、样品经过、样品经过“零化零化”事件后事件后,必须埋藏在铀、钍和钾必须埋藏在铀、钍和钾封闭体系或动态平衡环境中，辐射计量率为常数封闭体系或动态平衡环境中，辐射计量率为常数。（1 1）热释光）热释光（ThermoluminescenceThermoluminescence）C、测量对象及测年范围、测量对象及测年范围 a.对象对象 受热样品：古陶片
4、、古砖瓦、古窑壁、烤受热样品：古陶片、古砖瓦、古窑壁、烤过的燧石石器、方解石脉、断层泥等。过的燧石石器、方解石脉、断层泥等。充分暴露的样品：黄土、沙漠砂、沙丘砂、充分暴露的样品：黄土、沙漠砂、沙丘砂、海岸沙丘砂。海岸沙丘砂。（1 1）热释光）热释光（ThermoluminescenceThermoluminescence）C、测量对象及测年范围、测量对象及测年范围 b.测年范围测年范围 决定于样品的环境计量率和被测矿物。决定于样品的环境计量率和被测矿物。一般在一般在1.0Ma以内。当环境计量率为以内。当环境计量率为1Gy/Ka时，时，石英石英可测可测1K 年年-10万年或万年或50万年；万年；
5、钾长钾长石石可测可测2K 年年-50万年。万年。不同样品的热发光年龄的计时起点不同：年不同样品的热发光年龄的计时起点不同：年龄值是最后一次光照晒后埋藏之日起至测量龄值是最后一次光照晒后埋藏之日起至测量之日所经历的时间之日所经历的时间。（1 1）热释光）热释光（ThermoluminescenceThermoluminescence）D D.取样注意事项取样注意事项a a.注意注意避光：开挖新鲜露头，样品要及时用黑布或避光：开挖新鲜露头，样品要及时用黑布或不透光的容器包装，避免阳光照射不透光的容器包装，避免阳光照射。b b.采集埋藏稳定、岩性均一的细粒部分的样品，对采集埋藏稳定、岩性均一的细粒部
6、分的样品，对于陶瓷样品同时采取周围的土样，保证得出准确的于陶瓷样品同时采取周围的土样，保证得出准确的环境剂量环境剂量。C C.少样品水分的丢失，含水状态对计算环境剂量率少样品水分的丢失，含水状态对计算环境剂量率有影响。有影响。d.d.断层样品的采取：最新一次活动的断层泥，并同断层样品的采取：最新一次活动的断层泥，并同时取断层两盘的的围岩样，供校准环境剂量。时取断层两盘的的围岩样，供校准环境剂量。e.e.样品量：除陶瓷样品外，其它样品需样品量：除陶瓷样品外，其它样品需200-250200-250克克。（2 2）光释光光释光(OSL(OSL）法法 光释光法（光释光法（Optically Stimu
7、lated Luminescence）是）是1985年由年由D.J Huntley等等提出和建立的一种新的第四纪沉积物年龄测提出和建立的一种新的第四纪沉积物年龄测定方法。它是在热释光基础上建立起来的，定方法。它是在热释光基础上建立起来的，近年来获得迅猛发展。不少专家认为，光释近年来获得迅猛发展。不少专家认为，光释光法进一步发展可能成为一种可与光法进一步发展可能成为一种可与14C法媲法媲美的第四纪测年方法。我国是美的第四纪测年方法。我国是1990年由中科年由中科院地质所卢演俦开始做工作院地质所卢演俦开始做工作，1994年建立年建立实验室实验室。（）电子自旋共振（）电子自旋共振（ESRESR）法法
8、 1）原理）原理 顺磁中心顺磁中心非金属绝缘矿物非金属绝缘矿物 游离电子游离电子 杂质心杂质心 跃移跃移 ESR累积信号累积信号 （Al.Fe.MnAl.Fe.Mn）Si-O键断裂键断裂 自由电子中心自由电子中心 ESR累积信号累积信号吸收的辐射能量吸收的辐射能量时间（时间（t）ESR累积信号累积信号时间（时间（t）t=应用条件与热发光法相同，但样品可以重复利用应用条件与热发光法相同，但样品可以重复利用。辐射辐射磁场磁场TD-IDAD（）电子自旋共振（）电子自旋共振（ESRESR）法法 2）测试对象测试对象 沉积和淀积形成的样品：碳酸盐类、磷酸岩类沉积和淀积形成的样品：碳酸盐类、磷酸岩类（牙齿
9、、动物骨头牙齿、动物骨头）、硫酸盐类、硅酸盐类样品。）、硫酸盐类、硅酸盐类样品。受热样品：火山物质、古代人们烧烤过的材料。受热样品：火山物质、古代人们烧烤过的材料。受压力作用的样品：断层活动影响的样品。受压力作用的样品：断层活动影响的样品。经过太阳照射的样品经过太阳照射的样品：3）测年范围测年范围 视不同样品和环境剂量率大小而定，一般可以测视不同样品和环境剂量率大小而定，一般可以测距今几百年到几百万年时间段的年龄距今几百年到几百万年时间段的年龄。（）电子自旋共振（）电子自旋共振（ESRESR）法法 4）样品的采集量）样品的采集量A.A.石笋、石膏、钙华等样品及牙齿、动物骨头等生物石笋、石膏、钙
10、华等样品及牙齿、动物骨头等生物化石：克。化石：克。B B.含石英颗粒（松散沉积物）样品的采集量视待测样含石英颗粒（松散沉积物）样品的采集量视待测样品中石英含量而定，一般需要品中石英含量而定，一般需要克克。、裂变径迹法（、裂变径迹法（Fission TrackFission Track）(1)基本原理基本原理238238U U 原子核碎片原子核碎片 绝缘矿物损伤绝缘矿物损伤 痕迹痕迹 裂变径迹密度裂变径迹密度t t t t的计算法的计算法:(:(公式公式,备注备注)可以利用径迹密度和长度的变化特征，恢复样品的受可以利用径迹密度和长度的变化特征，恢复样品的受热历史，因此该方法广泛应用于古地温及构造
11、热史、热历史，因此该方法广泛应用于古地温及构造热史、抬升速率方面的研究抬升速率方面的研究。裂裂变变v（2 2）测量对象）测量对象磷灰石、锆石、榍石、云母、火山玻璃、陨磷灰石、锆石、榍石、云母、火山玻璃、陨石等。对沉积岩来说，则为代表岩石形成以石等。对沉积岩来说，则为代表岩石形成以来的自生矿物（磷灰石等）来的自生矿物（磷灰石等）。v（3 3）测年范围）测年范围：几百年几百万年，尤宜用于测几百年几百万年，尤宜用于测MaBP以以来的样品来的样品。、裂变径迹法（、裂变径迹法（Fission TrackFission Track）v（4 4）取样注意事项）取样注意事项 岩石新鲜岩石新鲜 矿物结晶程度高，
12、不含或少含杂质矿物结晶程度高，不含或少含杂质。样品量确保足以遴选出几十个或更多的测试样品量确保足以遴选出几十个或更多的测试矿物颗粒，要求选单矿物颗，矿物颗粒，要求选单矿物颗，送岩石样品一般需送岩石样品一般需KgKg。、裂变径迹法（、裂变径迹法（Fission TrackFission Track）二、放射性同位素年代法二、放射性同位素年代法 基本原理基本原理 利用矿物和岩石中含有微量放射性同位素的利用矿物和岩石中含有微量放射性同位素的自行衰变计算年龄的一大类方法。自行衰变计算年龄的一大类方法。计算公式计算公式：N=NN=N0 0e t=lne t=ln D D=N N0 0(1-e(1-e t
13、 t)分类分类：按照放射性同位素来源不同，可分为按照放射性同位素来源不同，可分为3 3类类：1 1、宇宙成因同位素法（、宇宙成因同位素法（1414C C法）、法）、2 2、非宇宙成因同位素法：、非宇宙成因同位素法：K-ArK-Ar法、法、U U系法系法3 3、人工核放射性沉降法。、人工核放射性沉降法。-t1N N0 0 N N1、14C法法（1）基本原理）基本原理 放射性碳的形成与衰变放射性碳的形成与衰变(图图)14C的半衰期的半衰期:5730a(或或5568a)14C的衰变常数的衰变常数:1.2 10-4 a 计算公式计算公式:I=I0e-t t=log 18.5 103(a)I。I1、14
14、C法法 基本假设条件：基本假设条件：a.近几万年来宇宙射线强度不变；近几万年来宇宙射线强度不变；b.在交换库中在交换库中14C处于动态平衡，处于动态平衡，14C含含量一定；量一定；c.样品被埋藏后处于封闭体系，样品被埋藏后处于封闭体系，无无14C的加入，的加入，14C按衰变规律自然减少。按衰变规律自然减少。1、14C法法（2）测量对象和测量时限）测量对象和测量时限 测量时限：可精确测定五万年以来的含碳样品的年龄。（时限的测量时限：可精确测定五万年以来的含碳样品的年龄。（时限的计算）计算）测量对象：所有含碳物质和水测量对象：所有含碳物质和水。（3）取样要求）取样要求 注意事项注意事项 a.不要不
15、要采集受污染的样品；避开污染源采集受污染的样品；避开污染源 b.不要让样品受污染：防止标签和包装袋污染样品不要让样品受污染：防止标签和包装袋污染样品 采集量（表）采集量（表）（4）对对1414C C法的评价法的评价 精度最高、用途最广、方法最成熟的第四纪年代学方法。精度最高、用途最广、方法最成熟的第四纪年代学方法。14C样品采集量样品采集量 木炭木炭 3090g 干燥木头干燥木头 60g 和其他植物遗体干燥泥炭、古树根和其他植物遗体干燥泥炭、古树根 150300g 草、皮、毛、蹄、鹿和其他动物的角草、皮、毛、蹄、鹿和其他动物的角 5002200g 火烧骨火烧骨 2200g 贝壳贝壳 2200g
16、 对于年龄大于对于年龄大于36000年或有特殊较高要求的样品，年或有特殊较高要求的样品，样品的采集量应为要求量的样品的采集量应为要求量的2倍。倍。2、K-Ar法法（1）基本原理（图）基本原理（图）（2）基本假设条件（）基本假设条件（非宇宙成因放射性同位素法都相同非宇宙成因放射性同位素法都相同）放射性元素的半衰期准确知道放射性元素的半衰期准确知道 t=0时时,无放射成因的无放射成因的4040ArAr,即即4040Ar/Ar/3636ArAr为大气比值为大气比值 t时段内时段内,K与与Ar处于一个封闭体系处于一个封闭体系。（3）测量对象）测量对象单矿物：长石、云母、角闪石、海绿石（含钾矿物）单矿物
17、：长石、云母、角闪石、海绿石（含钾矿物）全岩类：玄武岩、辉绿岩、粗面岩等全岩类：玄武岩、辉绿岩、粗面岩等（4）测年范围）测年范围：10万年万年10亿年（亿年（Q3以前）以前）2、K-Ar法（5 5）取样要求取样要求 样品有一定的地质意义；样品有一定的地质意义；有良好的保护环境，样品无蚀变；有良好的保护环境，样品无蚀变；粘土样品应选取细粒部分粘土样品应选取细粒部分(2u(2u或或1u),1u),并作并作X X光衍光衍射和电子显微镜分析，判断是否射和电子显微镜分析，判断是否1MD1MD伊利石。伊利石。2Ma5 0.5-2 5 0.5-2 1 12、K-Ar法（6 6）方法评价方法评价：比较成熟、广
18、泛使用（古地磁年表）；比较成熟、广泛使用（古地磁年表）；优点：优点：K的衰变常数适中，的衰变常数适中，K-ArK-Ar分析灵敏度高。分析灵敏度高。但主要用于侵入岩但主要用于侵入岩、火山岩有关的岩石测年。、火山岩有关的岩石测年。海绿石可提供沉积岩的最小年龄值。海绿石可提供沉积岩的最小年龄值。中子活化法中子活化法（Merrihue,1965）：39K 39Ar ,39Ar=J 40K 这样可以利用这样可以利用40Ar/39Ar计算年龄值计算年龄值。母、子体同位素同。母、子体同位素同时在质谱仪上分析，克服了样品不均匀性造成的影响。时在质谱仪上分析，克服了样品不均匀性造成的影响。快速中子照射快速中子照
19、射3 3、铀系法（铀系不平、铀系法（铀系不平 衡法）衡法）（1）基本原理）基本原理238U、235 U、232Th 非平衡状态 平衡状态衰变过程服从 N=N0e-t,t=ln 放射性积累：t=0时：231Pa.230Th=0,238U有一定的含量 t时段内：238U衰变引起231Pa.230Th积累 230Th/234U、231Pa/235U比值的变化放射性衰减：t=0时：234U、230U、230Th、231Pa过剩，t时段内：上述同位素作为母核衰变 234U/238U、226Ra/230Th、230Th/232Th、231Pa/230Th比值的变化。因此有两种方法：中间产物积累法、中间产物
20、衰减法。同位素分馏效应物理、化学、生物作用衰变t t1N0N3 3、铀系法（铀系不平衡法）、铀系法（铀系不平衡法）(2)(2)假设条件假设条件：母体和子体的半衰期应准确知道（表）。母体和子体的半衰期应准确知道（表）。在时间为零的初始点，系统中用于测年的子体同位素在时间为零的初始点，系统中用于测年的子体同位素放射性为零或可忽略不计或已知。放射性为零或可忽略不计或已知。系统一旦形成，必须封闭，即不再获得或丢失子、母系统一旦形成，必须封闭，即不再获得或丢失子、母体核素，只有这样，系统的放射性平衡才能回复。体核素，只有这样，系统的放射性平衡才能回复。3 3、铀系法（铀系不平衡法）、铀系法（铀系不平衡法
21、）230Th-234U法（锾法（锾-铀法）铀法）利用沉积物中母核利用沉积物中母核238U放射性衰变系列中放射性衰变系列中234U过剩和过剩和238U及及234U/238U与与230Th/234U放射性不平衡来计算样品的年龄。放射性不平衡来计算样品的年龄。衰变链衰变链238U 234Th 234Pa 234U 230Th 半衰期半衰期 4.99Ga 4.99Ga 24.1d 1.18min 2.48 24.1d 1.18min 2.48*10105 5 75ka75ka3 3、铀系法（铀系不平衡法）、铀系法（铀系不平衡法）（3）测量对象）测量对象 沉积物、碳酸盐（纯碳酸盐和不纯碳酸盐）、火山沉积
22、物、碳酸盐（纯碳酸盐和不纯碳酸盐）、火山岩等。岩等。沉积物：海洋沉积、锰结核、湖泊沉积、盐类等；沉积物：海洋沉积、锰结核、湖泊沉积、盐类等；碳酸盐：珊瑚、钟乳石、石笋（纯碳酸盐）碳酸盐：珊瑚、钟乳石、石笋（纯碳酸盐）钙质层、钙结核、灰华、骨头（纯碳酸盐）钙质层、钙结核、灰华、骨头（纯碳酸盐）（4）测年范围）测年范围 几百年万年，最佳范围在万年万年几百年万年，最佳范围在万年万年之间之间。3 3、铀系法（铀系不平衡法）、铀系法（铀系不平衡法）(5)(5)取样要求取样要求 碳酸盐和火山岩样品应取没有风化的新鲜样品碳酸盐和火山岩样品应取没有风化的新鲜样品.碳酸盐样品应是致密的、不透水的、无风化痕迹。碳酸盐样品应是致密的、不透水的、无风化痕迹。这样的样品才可能来自封闭体系这样的样品才可能来自封闭体系。送样时应附有样品的地质环境概况说明，利于判断送样时应附有样品的地质环境概况说明，利于判断是否是封闭体系。是否是封闭体系。一般样品送样量一般样品送样量10100g。珊瑚化石、锰结核等海。珊瑚化石、锰结核等海相纯碳酸盐样品量不得低于几克。相纯碳酸盐样品量不得低于几克。样品装入布袋中送交实验室。样品装入布袋中送交实验室。v 该方法处于探索阶段该方法处于探索阶段。4 4、人工核放射性沉降法、人工核放射性沉降法测测 年年 数数 据据 的的 评评 价价
