光释光测年方法计划

光释光测年法综述
姓名：曾宪阳
学号： 24
学院：地球科学学院
光释光测年法综述
光释光 (optically stimulated luminescence， OSL)测年技术20 世纪80 年月该方法提出以来，获取了愈来愈宽泛的应用，特别是在第四纪研究方面获取广泛认同。

光释光测年技术的发展最早能够追忆到1960年人们发现古陶瓷发射的热释光。

后出处前苏联的Morozov 等人 (1968)提出用热释光方法测定各样堆积物年纪，释光定年方法开始在第四纪研究领域得
以应用。

Huntley(1982)发现矿物中存在光敏圈套，从而提出了石英绿光和长石红外光释光
测年法，光释光相对于热释光最大的优势在于光释光只激发光敏电子，且这种电子极易被晒退，并且可忽视残留值的影响，因此光释光获取极大地发展。

90 年月从前光释光丈量主要
采纳多片技术，1991 年Duller提出了光释光测年的单片技术，大大提升了D e值测定的精度，当今光释光技术已经发展成为一种基础的测年方法，被宽泛地应用于各领域。

1：光释光测年原理
光释光测年与同位素测年都是鉴于同一原理: 总量、速率与时间之间有某种函数关系。

假如已知总量和速率，则可依据这种函数关系求出时间( 年月 ) ，所得出的测年结果为定量的数值年纪。

结晶固体形成后裸露在自然的环境中，来自环境中的辐射对晶体作用会造
成辐射损害，致使缺点在晶体中出现，晶体中的电荷均衡受到损坏，游离电子就在晶体
中生成。

这种游离的电子就是我们所说的储能电子，存在于晶体中的这些储能电子一经
外面能量 ( 激起源 ) 的刺激，新的不均衡便又产生，如是它就会以开释光子的形式来耗费
自己储藏的能量，这种现象就称为释光现象。

当晶体矿物在埋藏从前被日光长时间照耀或被高温加热，其释光信号就会被晒退归零。

Codyfrey-Smith等(1988)经过实考证了然释光信号存在光晒退现象，把储藏有释光信号的
石英矿物放在太阳光下直接照晒20 秒，石英的释光信号强度就会降为本来的1%，长石在太阳光下照晒约 6 分钟释光信号降为本来的1%。

石英的释光信号经几个小时的太阳光照晒后
其释光信号强度就会降为本来的%。

堆积物的计时起点为零，是光释光测年技术的一大特色。

所以释光年月指晶体矿物在上一次加热事件或曝光事件后埋藏直到此刻的时间间隔。

体矿物被埋藏后将从头接受来自四周环境的电离辐射，其释光信号就会从头积累，
当晶释光信号
积累的强度与所接受的环境辐射剂量成正比。

环境辐射主要来自晶体矿四周U、Th 和 K 等放射性元素衰变产生的辐射和宇宙射线的辐射，宇宙射线的辐射与地理地点有关，U、 Th 和 K 的辐射与它们的含量有关。

因为宇宙辐射和放射性物质的辐射短期内( 相对于其半衰期而言)是不变的，所以某一已知地址环境中的辐射剂量率是固定的。

也就是说同一地址的晶体矿物
的环境辐射剂量与积累时间成正比。

在实验室中，用加热或用光束照耀矿物颗粒使积累的辐
射能以光的形式被激发出来，这就是释光信号。

经过加热激发的释光信号叫热释光，经过光束激发的释光信号叫光释光。

释光测年包含两个方面的丈量，一方面是丈量样品在埋藏时期储藏的环境辐射剂量总量(N); 一方面是丈量样品所处埋藏环境的放射性辐射剂量率，即单位时间内的辐射剂量(B) 。

年纪计算公式能够
表示为 :A=N/B或A=D e/Dy
此中 A 表示样品的年纪(age) 单位为千年 (Ka) 或年 (a);N表示样品埋藏阶段储藏的环境辐射
剂量总量 ;B表示样品所在埋藏环境单位时间内的辐射剂量;D e表示等效剂量(Equlivalentdose)，即实验室产生相当于样品天然释光信号所需要的辐射剂量，也称古剂
量(Paleo dose，简写 P) ，单位为 Gy或 mGy;Dy表示环境剂量率 (Doserate ，或称年剂量 annual dose) ，即样品在埋藏环境中单位时间内所接受的环境辐射剂量，单位为Gy/Ka 或 mGy/a。

图一：光释光测年原理图二：石英的TL 发光曲线
2. 样品种类
释光测年的靠谱性极大地取决于对 D e值和环境剂量率 D 的正确测定。

理论上，释光测年的矿
物一定知足以下基本条件：①被测矿物在堆积埋藏时矿物的释光时钟已经回“零”；②被测矿物的
释光信号拥有很好的热稳固性，即在常温下不发生衰减；③被测矿物被埋藏后处于恒定或基本恒
定的环境辐射场中，接受的环境剂量率为常数。

但不是全部含长石和石英的固然自然界中长石和石英几乎在各样堆积物中都能够找到，
物质都合适于OSL测年，往常可用于OSL测年的样品以下。

（1）最适合的样品
风积物，如沙丘砂、黄土等大气粉尘聚积物，以及经过高温烘烤后的砂土等。

这些种类
的堆积物在堆积前经过充足的曝光或高温将释光信号倒空，释光“时钟”为零。

这些堆积物
的OSL测年结果靠谱性很高，是实验方法学研究中重要的实验对象。

（2）可作测年样品
河、湖相粉—细砂、黏土质粉—细砂（层理清楚、分选优秀）堆积物，以及滨海相粉—细
砂、黏土质粉—细砂（层理清楚、分选优秀）堆积物。

这些种类的堆积物经过较长时间的
搬运和堆积，释光信号光晒退程度较好，信号残留低。

其 OSL测年能够供给一个参照年纪，使用
时如有相应的地层地貌或独立年纪等进行增补，靠谱性较好。

（3）可作试验性测年的样品
较迟缓堆积过程的坡积物，拥有清楚堆积层理的粉—细砂或含粉细砂堆积，崩积楔上部坡积物、泥石流聚积体中层理清楚的冲积物，冰水相堆积物中层理清楚的冲积物等。

这些种类的堆积物在堆积前聚积速率常常较快，曝光时间短且不平均，信号残留高且颗粒间散布不
均一。

这种堆积物在 OSL测试时应特别注意数据的丈量及统计计算方式，对其年纪结果应该慎重
使用，并且需要有许多的其余方面的凭证来旁证，独自使用简单造成较大偏差。

3采样要求
光释光测年样品在收集、运输、储藏以及实验室前办理和测试过程中，都一定保证样品避光保留及操作 ( 实验室红光除外 ) 。

别的，储藏场所应尽可能远离辐射场。

采样时可依据剖面的坚硬程度，选择用钢管或是深色塑料管 ( 一般内径 2～ 6cm，长度 12～ 22cm)砸入剖面取样。

年月较新的或较松懈的堆积，比如风沙、部分湖相堆积等可用塑料管 ; 而年月较老、胶结较好、较坚硬的剖面，比方冰川堆积、年月较老的黄土等，需用钢管。

对于样品量，实验室最后只要提取1～ 2g 的纯石英或长石样品( 一般粒径是38～63μ m、90～ 120μm 或 120～ 150μ m;也实用 4～ 11μ m，如深湖相样品) 。

所以，可依据堆积物中所
含以上有效测试粒组的多少选择采样管的规格。

比方黄土中可测试的粒组含量高，采纳一个15cm× 3cm的管样就足够了。

但冰川堆积以砾石为主，可测试粒组含量较少，采样量需酌情
加大，一般采纳22cm× 6cm 的管样，甚至需要平行采两管样品。

采样前先剥去剖面表层起码30cm厚度的堆积物，以防止收集到表层曝光的样品。

而后
将采样管一端塞上避光资料( 黑布、黑色塑料袋、棉花等 ) ，从另一端将管用锤垂直砸入新鲜
剖面中，拿出管时用相同资料塞紧里端，并用胶带束紧两端，写上样品编号。

在采样管四周
收集 200～300g 左右的散样，用于U、 Th 和 K 含量及含水量的丈量，应注明对应的样品号，
该部分样品无需避光，但要密封保留，以防水分别失。

注意: 在堆积物不均一的层位或层间
采样时，管样四周30cm范围内各样堆积都需兼备，尽量使测得的年剂量凑近实质值。

钻孔岩芯的采样: 在岩芯剖开前在需要定年的层位锯出约10cm的一段岩芯，用不透光的
黑塑料包好送到释光测年实验室。

尽量选用岩性相对均一稳固的细粉砂－亚黏土层位取样，
防止黏土层，因黏土前办理很困难。

在释光实验室里锯开管子，拿出整块岩芯，岩芯表层(厚2～ 3cm)部分可于U、 Th 和 K 含量及含水量的丈量，留下岩芯中心的样品进行光释光测年。

如需送样，则取样前最好咨询光释光实验室，以获取更完好的取样要求。

测年法测年的范围
下限
Ballarini 等对荷兰海岸沙丘样品的 OSL测年获取了与历史记录相符合的 10~260a 的释光年纪。

对这种特别年青的样品，要求所测试的堆积颗粒堆积前 OSL信号完好晒退、信号强度特别好、敏捷度高，此外，对测试流程需要特意进行优化以降低热转移信号的影响，同时不影响测试精度。

Baner-jee 等对 1755 年 Lisbon 地震海啸有关堆积物进行 OSL测年获取了较靠谱的结果。

OSL测年在对过去 300a 内堆积物的年月学研究要优于 14C测年。

因为在这个年纪范围内， 14C测年的不确
立性特别大。

对于百年级别及以下样品的 OSL测年，最大的限制来自于年青样品的 OSL信号可能太弱。

而目前对富钾长石释光信号的异样衰减问题已经有所解决，高敏捷度的长石 IRSL 信号可望能
够对几十到几百年尺度进行测年，并且获取优于石英测年的靠谱性。

上限
对于大多半地学OSL 测年，研究者们特别希望的年月范围主要集中在n× 104~n× 105之间，可是惯例 OSL测年中，影响测年上限的一个重要要素是石英OSL信号饱和，在凑近饱
和区间的天然 OSL 信号在实验室中获取的对应 D e值在精度和正确性方面都问题重重。

对于目前最常用的 SAR法而言，其最适合于对石英 OSL 信号中的迅速组分进行测试，而迅速组分的生长曲线能够用一个单饱和指数方程进行拟合：
I=I0（ 1-e D/D0）
式中： D 为获取信号 I 时的剂量，单位Gy，D 为生长曲线开始进入饱和时的特色值，I
0为无
限大 D 值时的信号值。

已有报导指出，D0的典型范围在55~100Gy 之间，在对 D e值超出 D 0值两倍的样品进行测年时应特别慎重，因为今后的剂量响应曲线的斜率已经特别小，任何测量偏差都将致使 D 值的极大偏差。

一些测试研究已经表示，对MIS5e（116~132ka）区间内e
的样品进行测年，石英的 OSL年纪偏低，约 10%，可是在样品的环境剂量率很低的状况下（如小于 ka ），也能够获取更老的年纪（大于20ka）。

考虑到大多半样品的环境剂量率在
2~3Gy/ka 之间（粗颗粒石英），SAR法即便测到 100ka以上的年纪，也应有足够的地质或
其余方面的旁证，不然须慎重。

而对于 SMAR法，在对洛川黄土释光测年的研究中，测定的OSL年纪向来到 130ka 左右仍与已知天气地层年纪优秀对应，但该方法相同使用石英OSL信号中迅速组分，固然战胜了SAR法丈量循环中信号积累的问题，在对更老的样品测试时表现得比SAR法更好，可是测得的范围也高出有限。

对于更老的样品的OSL测年，要获取更可信的测试结果，目前看来只有在测试的信号、方法和技术方面有所发展和改良，以有效地提升D e值的丈量范围。

5. 影响测年结果靠谱性的潜伏要素
测年结果的靠谱性包含精度和正确性 2 个方面，影响靠谱性的要素许多较复杂，依据多年实验室及野外处质工作的经验，对一些潜伏要素初步概括以下。

（1） OSL信号自己的特色（如信号的感量、迅速组分的比率、残留信号的影响程度等）。

（2）样品矿物颗粒的特色（分选程度、长石和石英矿物的含量）。

（3）矿物颗粒堆积前的晒退程度（晒退程度越高，颗粒间晒退程度一致为宜）。

（4）样品所处的堆积部位及堆积速率（因堆积环境和堆积相而异，实地观察确立）。

（5）测试的方法和技术（细 / 中 / 粗颗粒、石英 / 长石、 SAR/SMAR/TT-OSL/MET-pIRIR等）。

（6）结果与地层层序的有关性（应切合堆积律，不然须考虑能否完好理解了地质现象）。

（7）能否有独立年纪或许其余相对年纪凭证的控制（旁证或考证结果）。

（8）采纳 OSL信号衰减曲线上的哪些数据计算（采纳不一样的信号可能会带来差别）。

（9） D e值的统计剖析计算方法（不一样的统计方式的结果有必定差别）。

（10）环境剂量率（ D）的靠谱性（分选好、层厚大的地层D 值靠谱性较好）。

（11）实验室测试人员的操作娴熟程度。

上述要素对实验人员、采样人有较高的要求。

可是因为地质过程的复杂性及地质体的多样
性、有时性，上述要素不必定能完好涵盖全部状况。

野外实质工作中，采样人常常非OSL 测年研究人员，所以野外采样中最好地质专家与OSL实验人员相联合，才能提升样品的质量
和测试结果的靠谱性。

参照文件
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