第十二章第四紀(jì)代學(xué)詳解

第十二章第四紀(jì)年代學(xué)詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共58頁(yè)。優(yōu)選第十二章第四紀(jì)年代學(xué)當(dāng)前2頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法概念：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)極性年表對(duì)比，間接測(cè)量巖石年齡的方法。當(dāng)前3頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法實(shí)質(zhì)：相對(duì)年代學(xué)和絕對(duì)年代學(xué)方法的結(jié)合——運(yùn)用古地磁數(shù)據(jù)建立極性時(shí)（世、期）和極性亞時(shí)（事件）的相對(duì)順序，再運(yùn)用同位素（主要是K—Ar法）測(cè)定他們各自的年代，繼而建立統(tǒng)一的磁性年表。當(dāng)前4頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法（1）基本原理A．過(guò)去地質(zhì)歷史時(shí)期與現(xiàn)代一樣，地球是一個(gè)地心軸偶極子磁場(chǎng)。B.含有鐵磁性礦物的巖石，在形成過(guò)程中受到地磁場(chǎng)的作用而被磁化，磁化方向與當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)方向一致。a.沉積巖：沉積剩余磁性。b.火成巖：居里點(diǎn)之下，稱(chēng)為熱剩磁。居里點(diǎn)溫度一般在500~650℃（表）C.不同時(shí)期磁場(chǎng)是變化的,因此保存在沉積物中的磁場(chǎng)特征也是變化的：變化包括磁極移動(dòng)（106—109年）和磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)（103-107）。當(dāng)前5頁(yè)，總共58頁(yè)。載有剩磁的天然礦物的居里溫度礦物 組成居里溫度(℃)

磁鐵礦 Fe3O4 585 赤鐵礦Fe2O3675 磁赤鐵礦γFe2O3≈740 磁黃鐵礦Fe7O8 ≈300 鐵 αFe 780 鎂鐵礦MgFe2O4440 錳尖晶石MnFe2O4310 針鐵礦 αFeOOH120 鈦尖晶石Fe2TiO4-153 纖鐵礦 γFeOOH -196鈦鐵礦 FeTiO3 -218當(dāng)前6頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法正極性：指巖石剩磁的極性方向與現(xiàn)代地球極性方

向相同，其磁傾角為正值，磁偏角接近0度。反極性：是指巖石剩磁的極性方向與現(xiàn)代地球極性

方向相反，其磁傾角為負(fù)值，磁偏角接近 180度。極性時(shí)（世、期）：指以某種極性占優(yōu)勢(shì)、持續(xù) 時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)間單位，一般在100萬(wàn)年左右。極性亞時(shí)（事件）：極性時(shí)中短暫的（1萬(wàn)年~十 幾萬(wàn)年）極性倒轉(zhuǎn)時(shí)期。當(dāng)前7頁(yè)，總共58頁(yè)。地磁場(chǎng)圖 當(dāng)前8頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法（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(cè)定年齡的不同時(shí)間尺度的極性變化事件編制的地磁極性時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)擬定的5MaB.P.以來(lái)的地磁極性時(shí)間表，后經(jīng)許多研究者補(bǔ)充修正，綜合成表。當(dāng)前9頁(yè)，總共58頁(yè)。用于第四紀(jì)的古地磁極性年表

據(jù)A.Cox，1969等資料綜合 黑色為正極性；白色為反極性當(dāng)前10頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法

(3)測(cè)年范圍及應(yīng)用條件無(wú)時(shí)間限制，整個(gè)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。

當(dāng)前11頁(yè)，總共58頁(yè)。1、古地磁學(xué)方法

(5)采樣要求

①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。 ②取定向標(biāo)本：產(chǎn)狀要素法、自然方位法 ③采樣間距及大?。洪g距<1m，大小 2cm*2cm*2cm。當(dāng)前12頁(yè)，總共58頁(yè)。

古地磁方法綜述

綜上所述，一些巖石中固有的這種剩余磁性是揭示過(guò)去地球磁場(chǎng)歷史的信息，類(lèi)似于化石一樣地能保存到現(xiàn)在。我們通過(guò)分析巖石中的天然剩余磁性，可以了解巖石形成時(shí)的地磁極性。通過(guò)其它同位素測(cè)年確定每次地磁場(chǎng)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(duì)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(shí)代。1、古地磁學(xué)方法當(dāng)前13頁(yè)，總共58頁(yè)。古地磁對(duì)比圖河北平原肅寧縣東官亭村厚達(dá)500m的第四紀(jì)沉積物的古地磁極性變化（據(jù)李素珍，1976）1.亞砂土；2.亞粘土；3.砂層；4正向極性；5.反向極性；6.正向傾角；7.反向傾角當(dāng)前14頁(yè)，總共58頁(yè)。2、熱釋光（TL）、光釋光(OSL)、電子自旋共振（ESR）法非金屬破碎絕緣礦物具有受激發(fā)光現(xiàn)象，其發(fā)光強(qiáng)度與礦物以前吸收的輻射能量成正比，而輻射量的積累是時(shí)間的函數(shù)，因此通過(guò)測(cè)量材料的發(fā)光強(qiáng)度可以推算其年齡。

這是基本原理相似而測(cè)試對(duì)象及方法不同的3種年代學(xué)方法?；驹恚喝N方法不同之處在于：TD是通過(guò)不同的激活手段（加熱、光照、加磁場(chǎng)）使其釋放出來(lái)的。TD—IDADt=當(dāng)前15頁(yè)，總共58頁(yè)。（1）熱釋光（Thermoluminescence）A.基本原理非金屬絕緣礦物發(fā)光（釋放儲(chǔ)存的輻射能量）發(fā)光強(qiáng)度∝吸收的輻射能量∝時(shí)間（t）發(fā)光強(qiáng)度∝時(shí)間（t）熱發(fā)光現(xiàn)象可分為二個(gè)階段：貯集階段、發(fā)光階段（圖）計(jì)算公式加熱至紅外溫度A=PD當(dāng)前16頁(yè)，總共58頁(yè)。當(dāng)前17頁(yè)，總共58頁(yè)。（1）熱釋光（Thermoluminescence）B.基本假設(shè)條件a、所測(cè)樣品經(jīng)歷了一次徹底的“零化”(熱)事件，重新啟動(dòng)時(shí)間鐘。b、被測(cè)樣品具有足夠高的熱穩(wěn)定性.c、樣品經(jīng)過(guò)“零化”事件后,必須埋藏在鈾、釷和鉀封閉體系或動(dòng)態(tài)平衡環(huán)境中，輻射計(jì)量率為常數(shù)。當(dāng)前18頁(yè)，總共58頁(yè)。（1）熱釋光（Thermoluminescence）C、測(cè)量對(duì)象及測(cè)年范圍a.對(duì)象受熱樣品：古陶片、古磚瓦、古窯壁、烤過(guò)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。當(dāng)前19頁(yè)，總共58頁(yè)。（1）熱釋光（Thermoluminescence）C、測(cè)量對(duì)象及測(cè)年范圍b.測(cè)年范圍決定于樣品的環(huán)境計(jì)量率和被測(cè)礦物。一般在1.0Ma以?xún)?nèi)。當(dāng)環(huán)境計(jì)量率為1Gy/Ka時(shí)，石英可測(cè)1K年-10萬(wàn)年或50萬(wàn)年；鉀長(zhǎng)石可測(cè)2K年-50萬(wàn)年。不同樣品的熱發(fā)光年齡的計(jì)時(shí)起點(diǎn)不同：年齡值是最后一次光照曬后埋藏之日起至測(cè)量之日所經(jīng)歷的時(shí)間。當(dāng)前20頁(yè)，總共58頁(yè)。（1）熱釋光（Thermoluminescence）D.取樣注意事項(xiàng)a.注意避光：開(kāi)挖新鮮露頭，樣品要及時(shí)用黑布或不透光的容器包裝，避免陽(yáng)光照射。b.采集埋藏穩(wěn)定、巖性均一的細(xì)粒部分的樣品，對(duì)于陶瓷樣品同時(shí)采取周?chē)耐翗?，保證得出準(zhǔn)確的環(huán)境劑量。C.少樣品水分的丟失，含水狀態(tài)對(duì)計(jì)算環(huán)境劑量率有影響。d.斷層樣品的采?。鹤钚乱淮位顒?dòng)的斷層泥，并同時(shí)取斷層兩盤(pán)的的圍巖樣，供校準(zhǔn)環(huán)境劑量。e.樣品量：除陶瓷樣品外，其它樣品需200-250克。當(dāng)前21頁(yè)，總共58頁(yè)。（2）光釋光(OSL）法光釋光法（OpticallyStimulatedLuminescence）是1985年由D.JHuntley等提出和建立的一種新的第四紀(jì)沉積物年齡測(cè)定方法。它是在熱釋光基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，近年來(lái)獲得迅猛發(fā)展。不少專(zhuān)家認(rèn)為，光釋光法進(jìn)一步發(fā)展可能成為一種可與14C法媲美的第四紀(jì)測(cè)年方法。我國(guó)是1990年由國(guó)家地震局地質(zhì)所盧演儔開(kāi)始做工作，1994年建立實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)前22頁(yè)，總共58頁(yè)。光釋光法與熱釋光法不同之處在于：被測(cè)礦物由于輻射儲(chǔ)存的電離輻射能是通過(guò)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(hào)，可進(jìn)行單礦物測(cè)年。不存在困擾沉積物TL測(cè)年的殘留TL水平問(wèn)題。因?yàn)镺SL信號(hào)只與光敏陷電子有關(guān)?？捎糜谠诎徇\(yùn)、沉積過(guò)程中短暫暴露于日光下的沉積物年齡的測(cè)定。取樣時(shí)必須絕對(duì)避光，用黑雨傘或黑布避光取樣。(2)光釋光法(OSL)當(dāng)前23頁(yè)，總共58頁(yè)。（３）電子自旋共振（ESR）法①原理順磁中心非金屬絕緣礦物游離電子雜質(zhì)心躍移ESR累積信號(hào)（Al.Fe.Mn）Si-O鍵斷裂自由電子中心ESR累積信號(hào)∝吸收的輻射能量∝時(shí)間（t）ESR累積信號(hào)∝時(shí)間（t）t=應(yīng)用條件與熱發(fā)光法相同，但樣品可以重復(fù)利用。輻射磁場(chǎng)TD-IDAD當(dāng)前24頁(yè)，總共58頁(yè)。當(dāng)前25頁(yè)，總共58頁(yè)。（３）電子自旋共振（ESR）法②測(cè)試對(duì)象①沉積和淀積形成的樣品：碳酸鹽類(lèi)、磷酸巖類(lèi)（牙齒、動(dòng)物骨頭）、硫酸鹽類(lèi)、硅酸鹽類(lèi)樣品。②受熱樣品：火山物質(zhì)、古代人們燒烤過(guò)的材料。③受壓力作用的樣品：斷層活動(dòng)影響的樣品。④經(jīng)過(guò)太陽(yáng)照射的樣品：③測(cè)年范圍視不同樣品和環(huán)境劑量率大小而定，一般可以測(cè)距今幾百年到幾百萬(wàn)年時(shí)間段的年齡。當(dāng)前26頁(yè)，總共58頁(yè)。（３）電子自旋共振（ESR）法④樣品的采集量A.石筍、石膏、鈣華等樣品及牙齒、動(dòng)物骨頭等生物化石：５０～１００克。B.含石英顆粒（松散沉積物）樣品的采集量視待測(cè)樣品中石英含量而定，一般需要１０００～２０００克。當(dāng)前27頁(yè)，總共58頁(yè)。３、裂變徑跡法（FissionTrack）(1)基本原理238U

原子核碎片絕緣礦物損傷痕跡裂變徑跡密度∝tt的計(jì)算法:(公式,備注)可以利用徑跡密度和長(zhǎng)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。裂變當(dāng)前28頁(yè)，總共58頁(yè)。（2）測(cè)量對(duì)象磷灰石、鋯石、榍石、云母、火山玻璃、隕石等。對(duì)沉積巖來(lái)說(shuō)，則為代表巖石形成以來(lái)的自生礦物（磷灰石等）。（3）測(cè)年范圍：幾百年～幾百萬(wàn)年，尤宜用于測(cè)１MaBP以來(lái)的樣品。３、裂變徑跡法（FissionTrack）當(dāng)前29頁(yè)，總共58頁(yè)。（4）取樣注意事項(xiàng)①巖石新鮮②礦物結(jié)晶程度高，不含或少含雜質(zhì)。③樣品量確保足以遴選出幾十個(gè)或更多的測(cè)試礦物顆粒，要求選單礦物１００～５００顆，送巖石樣品一般需２Kg。３、裂變徑跡法（FissionTrack）當(dāng)前30頁(yè)，總共58頁(yè)。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(jì)算年齡的一大類(lèi)方法。計(jì)算公式：N=N0et=lnD=N0(1-et)分類(lèi)：按照放射性同位素來(lái)源不同，可分為3類(lèi)：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。-t1N0

N當(dāng)前31頁(yè)，總共58頁(yè)。1、

14c法（1）基本原理放射性碳的形成與衰變(圖)14C的半衰期:5730a(或5568a)14C的衰變常數(shù):1.2

×10-4a計(jì)算公式:I=I0e-tt=log×18.5

×103(a)I。I當(dāng)前32頁(yè)，總共58頁(yè)。1、14c法基本假設(shè)條件：a.近幾萬(wàn)年來(lái)宇宙射線(xiàn)強(qiáng)度不變；b.在交換庫(kù)中14C處于動(dòng)態(tài)平衡，14C含量一定；c.樣品被埋藏后處于封閉體系，無(wú)14C的加入，14C按衰變規(guī)律自然減少。當(dāng)前33頁(yè)，總共58頁(yè)。當(dāng)前34頁(yè)，總共58頁(yè)。1、14c法（2）測(cè)量對(duì)象和測(cè)量時(shí)限測(cè)量時(shí)限：可精確測(cè)定五萬(wàn)年以來(lái)的含碳樣品的年齡。（時(shí)限的計(jì)算）測(cè)量對(duì)象：所有含碳物質(zhì)和水。（3）取樣要求①注意事項(xiàng)a.不要采集受污染的樣品；避開(kāi)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②采集量（表）（4）對(duì)14C法的評(píng)價(jià)精度最高、用途最廣、方法最成熟的第四紀(jì)年代學(xué)方法。當(dāng)前35頁(yè)，總共58頁(yè)。14C樣品采集量木炭30~90g干燥木頭60g和其他植物遺體干燥泥炭、古樹(shù)根150~300g草、皮、毛、蹄、鹿和其他動(dòng)物的角500~2200g火燒骨2200g貝殼2200g對(duì)于年齡大于36000年或有特殊較高要求的樣品，樣品的采集量應(yīng)為要求量的2倍。

當(dāng)前36頁(yè)，總共58頁(yè)。放射性14C測(cè)年法1、基本原理：N=N0e-λt2、假設(shè)條件：宇宙射線(xiàn)強(qiáng)度不變、動(dòng)態(tài)循環(huán)、封閉體系3、測(cè)年時(shí)限：精確測(cè)量5萬(wàn)年（不超過(guò)6萬(wàn)年）4、測(cè)年對(duì)象及取樣注意事項(xiàng)：5、方法評(píng)價(jià)：精度最高、用途最廣、最成熟的方法當(dāng)前37頁(yè)，總共58頁(yè)。14C測(cè)年法新進(jìn)展1)常規(guī)測(cè)定技術(shù)向高精度發(fā)展比較成熟，目前已可以普及;現(xiàn)代碳樣品的測(cè)定精度可達(dá)到2‰。2)加速器質(zhì)譜技術(shù)的建立和普及，使測(cè)定要求的樣品碳量減少到mg級(jí)，甚至μg級(jí)，由于所需樣品量極少，測(cè)定時(shí)間短而工效高，大大拓寬了應(yīng)用范圍;當(dāng)前38頁(yè)，總共58頁(yè)。14C測(cè)年法應(yīng)用實(shí)例第四紀(jì)古人類(lèi)學(xué)：山頂洞人年代的確定當(dāng)前39頁(yè)，總共58頁(yè)。北京人復(fù)原像當(dāng)前40頁(yè)，總共58頁(yè)。14C測(cè)年法應(yīng)用實(shí)例考古學(xué)：夏商周斷代工程的主要定年手段當(dāng)前41頁(yè)，總共58頁(yè)。當(dāng)前42頁(yè)，總共58頁(yè)。當(dāng)前43頁(yè)，總共58頁(yè)。2、K-Ar法（1）基本原理（圖）（2）基本假設(shè)條件（非宇宙成因放射性同位素法都相同）①放射性元素的半衰期準(zhǔn)確知道②t=0時(shí),無(wú)放射成因的40Ar,即40Ar/36Ar為大氣比值③t時(shí)段內(nèi),K與Ar處于一個(gè)封閉體系。（3）測(cè)量對(duì)象單礦物：長(zhǎng)石、云母、角閃石、海綠石（含鉀礦物）全巖類(lèi)：玄武巖、輝綠巖、粗面巖等（4）測(cè)年范圍：10萬(wàn)年~10億年（Q3以前）當(dāng)前44頁(yè)，總共58頁(yè)。2、K-Ar法（5）取樣要求

①樣品有一定的地質(zhì)意義；②有良好的保護(hù)環(huán)境，樣品無(wú)蝕變；③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。④<2Ma的年輕樣品以及不滿(mǎn)足上述要求的樣品，原則上只能作為實(shí)驗(yàn)性測(cè)量樣品。當(dāng)前45頁(yè)，總共58頁(yè)。2、K-Ar法（5）取樣要求⑤送樣重量：估計(jì)年齡范圍(Ma)含鉀量(%)樣品重量(g)0.05-0.4

0.5-2

5-10

0.4-10.5-2

3-51-5

0.5-2

1-3>50.5-2

1

當(dāng)前46頁(yè)，總共58頁(yè)。2、K-Ar法（6）方法評(píng)價(jià)：比較成熟、廣泛使用（古地磁年表）；優(yōu)點(diǎn)：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(cè)年。海綠石可提供沉積巖的最小年齡值。

中子活化法（Merrihue,1965）：

39K

39Ar,39Ar=J?40K

這樣可以利用40Ar/39Ar計(jì)算年齡值。母、子體同位素同時(shí)在質(zhì)譜儀上分析，克服了樣品不均勻性造成的影響?？焖僦凶诱丈洚?dāng)前47頁(yè)，總共58頁(yè)。當(dāng)前48頁(yè)，總共58頁(yè)。3、鈾系法（鈾系不平衡法）（1）基本原理238U、235

U、232Th非平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)衰變過(guò)程服從N=N0e-t,t=ln放射性積累：t=0時(shí)：231Pa.230Th=0,238U有一定的含量t時(shí)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(shí)：234U、230U、230Th、231Pa過(guò)剩，

t時(shí)段內(nèi)：上述同位素作為母核衰變234U/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。同位素分餾效應(yīng)物理、化學(xué)、生物作用衰變t1N0N當(dāng)前49頁(yè)，總共58頁(yè)。3、鈾系法（鈾系不平衡法）(2)假設(shè)條件：①母體和子體的半衰期應(yīng)準(zhǔn)確知道（表）。②在時(shí)間為零的初始點(diǎn)，系統(tǒng)中用于測(cè)年的子體同位素放射性為零或可忽略不計(jì)或已知。③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)