第一节 第四纪沉积物年龄测量方法 #?&0D>E?k
3KcaT5(&
当前位置 第九章 第四纪沉积物年龄测定与古环境参数研究方法概述 — 第一节 第四纪沉积物年龄测量方法 ]sj0~DI*m
'Kz9ygZy
第一节 第四纪沉积物年龄测量方法 }c|U X
ZW
K]fpGo
从1949年W.F.利贝(Lebby)提出放射性碳法(14C法)以来,现在可供选择的第四纪沉积物年龄测 o8z)nOTO;
量方法选20多种,但各种方法的发展进程和应用程度是相差较大的。随着对第四纪事件研究的 2o5;Uz1{
深入和多种年龄测量方法的应用,对第四纪的认识也越来越深入(表9-1)。有的研究者把沉积 }1 QF+Cf
物年龄测量值称为绝对年龄,它是某种方法测得的迄止干1950年的年龄值。在文献中常在年 ;7rv
龄值前冠以方法名称,如14C±1.30ka BP、古地磁年龄0.73Ma BP等等。 CWlW/>yF
B
uGCp#>+
表9-1 确定第四纪年代的方法和依据研究发展概况表 >I<PO.c!
第四纪年龄(ka) H+l,)Se
研究者 t;47(U
确定年龄依据或方法 B8V,)rn
(V?@?25
125 4#)6.f~
M.布尔(1923) YG[w@u
考古资料 MzTW8
'4u v3)P
160 }9&9G%
N.T.皮得普科 (1957) 'fY9a(Xt.
利用含氟测量 HI!4
及地质资料 ({[,$dEa;
#I%s3
200 WY>Knp=
P.巴依尔(1927) z"379b7cN
考古资料 T~ k)uQ
!LIlt`ag9
240 9DE)S)e8
P.拜克(1933) $1@,Qor
K.K.马尔科夫(1934) i@zY9,b
古地理及辐射, V3.t;.@
冰川资料 zxKCVRJ
IOEM[zhb$
400 ;/sHWI
f+Z
W.J.索拉斯(1900) `fS^
j-_M
地球作用速度 n&!+wcJ;Yt
和结果分析 A';QuWdT
{p/YCch,
500 \:&@;!a
H.N.尼古拉耶夫 (1949) A3+6#?:;
地质资料 P!<[U!<hH
,rO[mNk9@
600 Z[ZDQ o1
W.焦尔格(1925) k4y}&?$B
辐射量测量 rK|*hcy
I>"Ci(N
620 A6p`ma $L
J.盖克(1914) {-WTV"L5*2
地质资料 lhPGE_\
P(ZQDTbM
:
650 (|u31[
M.米兰科维奇(1924) TlRk*/PlJ
辐射量测量 NQLiWz-q
<qeCso
250~700 {9'M0=
B.B.切尔登采夫(1955) V#^yX%
铀、钍同位素测定 %Fft
R1"
_T*AC.
800 [m2+9MMl
B.埃别尔(1930) o4Q3<T7nI
辐射量测量 oH-8r:{
I3) Zr+
500~1000 :.&{Z"
A.彭克,E.布留克克列尔 Yc#IFmC}
}[n5n
(1909) IZNOWX|Z;
冰川阶地资料 >D_F!_
AH d-
WS,7dz
G[z
.&l
'%7 Bx of
第四纪沉积物年龄测量方法有三类物理年代法、同位素年代法和其他方法。 D}{b;Un
(一)物理年代学方法 xsP4\C>
1.古地磁学方法 古地磁学方法是利用岩石天然剩余磁性的极性正反方向变化,与标准极性年 /A07s[L
表对比,间接测量岩石年龄的方法。地球是一均匀磁化球体,其磁场相当于放在地心的一个磁 N|dD!
偶极子的磁场。磁偶极子的磁轴与地轴的交角为11.5°(图9-1)。磁轴的延长线与地面相交于 $p$dKH
两点,分别称地磁北极(N极,正极)和地磁南极(S极,负极)。火成岩温度达到居里点(一般为 ;j'Daupt;=
500~650°C)便获得磁性,沉积岩和变质岩中含有铁磁性矿物颗粒,三类岩石都会受到形成时 VKuAO$s$
的地磁场的作用而磁化,磁化方向与当时地磁场方向一致,这是一种全球现象。地球上任何一 e7k%6'@
点的总磁场强度(T)是一个矢量(图9-2),它可以分解为磁偏角(D)、磁倾角(I)、水平磁场强度 4hAJ!7[A.
(H)、东向水平磁场强度(Y)、北向水平磁场强度(X)和垂直磁场强度(Z)7个变量,其中只要知 3S"] u}
道X、Y、Z或H、D、I3个矢量便可求出另外3个,从标本中测得的天然剩余磁场要素,便获得古 KIus/S5
RC
地磁的基本资料。 O\Eqr?%L)
>K)2NLW\xA
sb.J
bE8
EHI 'xt
vsMmCd)7U
nhH;?D3
图9-1 地理极、地磁极及地理赤道、地磁赤道 # cFr
图9-2 地磁要素图(引自地质科学研究员《古地磁学》讲义,1984) GyC)EFd
I%;Jpe
+^ yq;z
f
j<H6|3
地磁要素(磁倾角、磁偏角)和磁极位置都随时间而变化。磁极位置的变化时间长而不显 Q5n`F5
著,如距今两千多万年来(中新世以来)的火山岩剩磁的磁极位置总是绕地理极变化,中国第 oF|N O^H
四纪以来的磁极位置都集中在北纬80°~90°范围内绕地轴游移,而地磁极性方向变化周期则 n WaNT-
为0.01~1Ma,所以极性变化更适合于第四纪沉积物年龄测量。古地磁极性的正反方向交替变 G|4^_`-
化是古地磁历史的基本特征。正极性(正向磁化)是指岩石剩磁的极性方向与现代地球极性方向 f_\_9o"l
一致,其磁倾角为正值,磁偏角接近于零。反极性(或磁极性颠倒)是指岩石剩磁的极性方向与 ^jyD#
现代地球极性方向相反,其磁倾角为负值,磁偏角接近180°。在地球地磁极性正反变化历史 .6.^G
中,在长期以某种极性为主的时期内有若干短时期极性方向变化的事件发生,反映出极性变化 @;)PSp*j
的大趋势与小变化之间的关系。有关地磁极性方向变化的原因是古地磁学中尚来解决的基本问 ;YH[G;aJ
题。 1}g:|Q
古地磁极性年表是根据一系列主要用K—Ar法测定年龄的不同时间尺度的极性变化事件编 S!Jh2tsg`-
制的地球极性时间表,目前用于第四纪研究的极性年表是A.考克斯等1969年根据陆地和大洋已 ~]fJlfR*
有的140多个数据拟定的约5Ma BP以来的地磁极时间表,后经许多研究者补充修正,本书综合 O)#U ^
成(图9-3)。该表使用两级时间单位:极性时(过去称世或期)和极性亚时(过去称事件)。极 -5Utlos
性时是指以某种极性占优势持续时间较长的时问单位;极性亚时是极性时中短暂(1万年至十几 ..qd,9H
万年)极性倒转时期。该表把约5MaBP以来极性时变化从早—晚分为:吉尔伯特反极性时、高斯 9M-K]0S(
正极性时、松山正极性时和布容正极性时,每个极性时中各包含若干个极性反方向变化亚时。 1>pe&n/
1FERmf? ?d
`f`TS#V
bcz-$?]
;Icixu'O
97`WMs
pJ^NA2
q=5l4|1
x` /)g(
图9-3 用于第四纪的古地磁极性年表 h @/;`E[
>k(MUmhX
H^AE|U*-G
&M[f&_"8Q
Lp&k3?W
kgW @RD|
古地磁学方法在第四纪测定年龄中应用广泛,主要用于沉积较连续、厚度较大的剖面或钻 uA~slS
Z
孔岩芯。虽然古地磁极性变化的全球性使方法具有相对的独立性,但也有不足之处,如难以判 S~yR5cb
断不同层位相同极性所属时代。但本方法与古生物地层学和其他年代学方法结合,就能扬长避 j8$Zv%Ca%
挥短发其优势。古地磁法要求选择连续厚度较大的细粒沉积层进行连续定向取样。用铜制工具 ;L"!I3dM)
在露头上先开出平行层面小平台,把2cm×2cm×2cm塑料盒扣在层面上(盒子上的直线对准正 f =s&n}
北,小圆孔置于东侧)轻轻按下即可取样;若钻孔岩芯取样则要保持岩芯上下层面不要颠倒, +4)7j&L
并在样品盒一侧用箭头标出上下层位。每一取样层中同一高度取两个样。取样层垂直间距不大 )K]pnH|
于1m(或酌情放宽)。取样对象是细粒沉积物(亚粘土、粘土),不要在松散沙和砾石中取样 =/9^,
6Q(
垂向连续取样的数量越多,则可比性强。样品送有关实验室用磁力仪或超导磁力仪测算出磁倾 [EZYsOr.
角(I)、磁偏角(D)等。根据前两项测算资料,尤其是利用反映明显的磁倾角制成极性柱, :td ~g;w
然后与标准极性年表对比可间接推断沉积物年龄;若剖面上找到少量哺乳动物化石或有一些其 C"eXs#A
它年代学数据,则效果更好。古地磁学方法在黄土、湖沼沉积物、大陆架和平原钻孔岩芯研究 46x.i;b7
中广泛应用(图9-4)。 {1Eu7l-4
{"}V&X160o
wpo1
w"zE_9I\
Q!'qC*Gyfn
rT6?!$"%.
MDO$m g
^vni&sJ
}DjYGMrTB
图9-4 河北平原肃宁县东官亭村一个厚达500m第四纪沉积物的古地磁极性变化 5ukp^OxE
WlVl[/qt
?J!3j{4e
!@L=;1,
ocQWQ
{{{#?~3$7
2.热发光法(TL)和电子自旋共振法(ESR) 这是基本原理相似而测试对象不同的两种方法,两 R[Fn0fnLx
者都根据从沉积物堆积之日起,其中的破碎绝缘矿物晶体(如石英、长石)所接受的周围地层中 4^Rd{'mt
放射性物质的辐射总剂量(TD)、年均吸收剂量(AD)和矿物移至沉积地点之前的初始剂量(1D)关 H3KTir"on
系计算沉积物年龄(t): o( G"k
(9-1) vmZ"o9-{#X
R.RSQk7;
(1)热发光法(热释光法) 一般非金属破碎绝缘矿物(如石英)具有受激发光现象,其发光强度与 5<+K?uhm
矿物以前吸收的辐射能量成正比,而辐射量的积累是时间的函数,因此通过测量材料的发光强 B!S 167Op
度可以推算其年龄。热发光现象有3个阶段:①贮集阶段,有缺陷的石英受到来自地层中的铀 a)s;dp}T%
、钍作用产生自由电子,这些处在亚稳态的电子具有一定寿命保存在石英晶格中(又称贮能电 9;=dxWf
子),其数量与矿物所受辐射量成正比。②发光阶段,对取自沉积物的石英加热时,使亚稳态 eph)=F$
电子获得能量而处于受激状态,一旦加热超过晶陷对电子的束缚力时,亚稳态电子产生跃迁与 1|| nR4yK
空穴复合,并以发光(辉光)形式释放能量,使自由电予数目减少。最后,石英不再受激发光, LR&_2e^[
只有石英再次获得辐射能量后才能再度发光。埋藏在第四纪沉积物中的石英晶体来源复杂,年 tw K^I6@
龄各异,不同程度受到辐射具有相当数量的自由电子(图9-5中直线OA所对应的Nt0数)。但在A \;9W.d1iU
点之后石英被搬运过程中受阳光照射即光退作用(相当于加热)使其贮能电子减少到一定数量(B 1=)r@X/6d
对应的N0数)。石英被埋藏后从周围沉积物中重新获得辐射能量并产生新的自由电子(BC直线对 0Y+FRB]u
应的Nt数)。测量石英埋藏阶段(t0—t)的发光强度,即可算出其沉积物年龄。如下式: T0QvnIaP
(9-2) 1y5Ex:JVZT
F:g= i}7
式中A为被测样品年龄,P为样品吸收的古剂量(即产生天然积存热发光所需的辐射剂量),D为 c:4P%({
环境辐射提供给样品的年剂量率,Dα、DβDγ和Dc分别为环境中α、β、γ和宇宙射线提供 ~}ovuf=%
给样品的年剂量率,a、b为α、β辐射相对于y辐射产生热发光的效率,与所测矿物粒径和密 TwahR:T
度有关,粗粒矿物(90~125μm=0,b=0.9,中细粒矿物(2~8μm或4~11μm)a变化范围为0.5 >hsuAU.UOR
~0.14,b=l。 xBM>u,0.F
3MBN:dbQ
[c&