风成沉积石英绿光释光测年的单片技术

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赖忠平等: 风成沉积石英绿光释光测年的单片技术
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得相应的剂量水平。两者之差就是真实的等效剂量。 的可靠性, 同时也间接证实了由预热而导致的热转 移信号可忽略不计这一结论。
图 2 运用再生法单片技术测量等效剂量示意图
表 1 是 6 个样品的等效剂量测量结果, 每个样 品测得的等效剂量值从 6 到 22 个不等, 最终结果取 其均值。 其等效剂量与常规方法 (附加剂量法) 的等 效剂量有很好的一致性, 并且单片技术等效剂量的 误差均小于 3%。
Physica l R esea rch L abo ra to ry, A hm edabad 380009, India)
摘 要: 运用再生法进行单片技术测年所面临的主要问题是感量变化。论文探讨了石英绿光释光测年中对感量变
化进行校正的方法, 然后运用单片技术对沙漠黄土边界带风成沉积沙样进行等效剂量测定。结果表明, 单片技术是
石英绿光释光测年的理想手段。
关键词: 光释光测年; 单片技术; 风成沉积物
中图分类号: P533
文献标识码: A
单片技术是光释光测年自 90 年代以来的最新 进展。 常规的释光测年方法要求制备 30 至 40 个样 片, 最后得到一个年代值。而运用单片技术则用一个 样片就可得到一个年代值。 单片技术较常规的释光 技术有许多优点: ①精确度大大提高。所有的测量都 在一个样片上进行, 因而不需要进行归一化, 且矿物 发光特性的复杂性也因其样品量的减少而大为降 低。②实验过程大为简化, 所花费的精力及仪器设备 的占用时间也相应减少。 但单片技术对仪器的自动 化程度要求很高。 制好样片后所有等效剂量测量都 可在仪器内进行, 这同时也减少了人为因素的干扰。 ③样片量大大减少。用一个样片, 甚至只用一个矿物 颗粒就可以得到等效剂量。 ④可克服在低剂量区释 光信号增长的超线性。 ⑤可对一个样品重复测得很 多的等效剂量, 从而进行重复性检验, 并通过取均值 进一步提高测年精确度; 同时也为快速沉积不均匀 晒退的沉积物, 如洪积物、冰积物等的年代测定提供 了可能性。通过测定许多单颗粒矿物的等效剂量, 可 从样品的不均匀晒退的矿物颗粒中检测出完全晒退 的矿物颗粒, 从而准确测定其沉积年代。
参考文献:
[ 1 ] DU LL ER G A T. Eqivalen t do se determ ination u sing sing le aliquo t [ J ]. N uclear T rack s and R ad iation M easu rem en ts, 1991, 18: 371—378.
2 再生释光循环中的感量变化及校正
再生释光法的主要困难在于感量变化。 只有在 感量变化得到校正后才能测得可靠的年代值。最初, 基于再生法的单片技术由于感量变化而被D u ller[1] 否定。为了检测再生循环中的感量变化, 并寻求校正 感量变化的方法, 我们取样品 CHN 3Q (等效剂量为 4. 4 Gy) 进行了以下实验。
S toneham and S tokes[4 ]和 S tokes[5 ]研究了石英 110℃峰热释光信号与绿光释光信号的关系, 发现这 两种信号的感量变化有线性关系, 认为它们共享同 样的释光中心, 并指出这种关系可用来校正绿光释 光信号中的感量变化。 但他们只研究天然释光信号 与 110℃热释光信号的关系, 并未拓展到再生信号 的情况。M u rray and Robert s[6] 对再生绿光释光信 号与 110℃峰热释光信号的关系进行了深入的研 究。 结果发现, 110℃峰热释光信号可以用来校正再 生释光信号的感量变化。基于这一结论, 他们提出了 真正的单片技术 —— 只用一个样片或一个石英颗粒 就可以测得等效剂量。 这一方法要求对一个样片进 行多次再生释光信号测量 (再生剂量固定不变) , 并 应用外推法求等效剂量。
图 3 等效剂量与预热温度的关系
4 结论
对于沙漠黄土边界带晒退完全的样品, 在绿释光测年中 试验剂量的光释光信号能反映再生释光信号的感量变化, 可 用来对再生释光信号的感量变化进行校正。这使得基于再生 法的单片技术成为现实。 结果表明, 这一技术是沉积物年代 测定的理想手段。
致谢: 感谢第三世界科学院的部分支持及印度物理 研究所提供的仪器设备。感谢D eba B anerjee 博士在 实验过程中的建设性讨论。
RCH
V
o l. D
19 N o. ec. 1999
4
文章编号: 10002694X (1999) 0420403204
风成沉积石英绿光释光测年的单片技术Ξ
赖忠平1, 2, 周杰1, 卢演俦1, A. K. Singhvi2
(1. 中国科学院 黄土与第四纪地质国家重点实验室, 陕西 西安 710054; 2. Ea rth Science D ivision,
实验步骤: 对天然样片预热 (220℃, 10 s) ; 长打 100 s 测量天然光释光信号, 这可将信号晒退至本底 水平; 给一试验剂量 (1. 98 Gy) , 测量 110℃峰热释 光信号 (加热至 160℃) , 再测量光释光信号 (100 s) ; 给一个再生剂量 4. 62 Gy, 然后把样片当天然样片 处理, 重复以上步骤 6 次。所有的光释光信号的测量 都在 125℃进行, 这是为了在光释光信号的测量中 排除 110℃与 325℃峰 热 释 光 信 号 的 循 环。 因 为 110℃峰热释光信号与 325℃峰热释光信号共享相 同的释光中心。而 99% 以上的石英绿光释光信号来 自 325℃峰热释光信号的陷阱[10 ]。 图 1 所示的是 6 次循环中所测得的再生剂量的 光释光信号。小方块代表的是试验剂量的信号, 它反 映的是样品前一次再生剂量时的感量。 小棱形是天
对于年轻样品等效剂量在线性增长区以内若其生长曲线在y轴上有一个截距则这截距的信号水平是来自热转移的贡献应将这截距的信号水平在平行于生长曲线且通过原点的直线上内插求得相应的剂量水平
第 19 卷 第 1999 年 12
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月
JOU
中 国 沙 漠
RNAL O F D ESER T R ESEA
单片技术最早由D u ller[1]于 1991 年提出。运用 再生法和附加剂量法, D u ller 进行了红外释光的单 片技术测年研究。结果表明, 基于附加剂量法的单片 技术是红外释光测年的理想手段, 而基于再生法的 单片技术则由于感量变化而被他否定。 为消除感量
变化的影响,M ejdah l and Bo t ter2J en son [2]提出了再 生法与辐加剂量法联合运用的单片技术—— 再生 附加法。运用这一技术, 他们进行的红外释光测年取 得了理想的结果。M u rray[3]将这一方法运用于沉积 物石英的绿光释光测年。 但实际上这一方法至少需 要两个样片。
[ 2 ] M EJDA HL V , BO T T ER 2J EN SON L. L um inescence dating of archaeo log ical m aterials u sing a new techn ique based on sing le aliquo t m easu rem en ts [ J ]. Q uaternary Science R e2 view s, 1994, 13: 551—554.
1 样品及实验条件
6 个全新世风成沙样采自沙漠黄土边界带的太 平川剖面。 剖面位于吉林省长林县太平川镇 (123° 10′E, 44°45′N )。 有关其沉积环境及常规释光方法 (附加剂量法) 测年过程及结果参见L a i 等[8]。 经过 样品前处理后, 提取出 125～ 150 Λm 的石英颗粒, 其纯度通过红外光源进行探测[ 9 ]。
表 1 单片技术与常规方法 (附加剂量法) [8] 等效剂量 (ED ) 测量结果比较
实验室 单片技术的 ED 3 ED 的数目
样品编号
Gy
(所测样片数)
CHN 1Q
3. 4±0. 04
12
CHN 2Q
4. 2±0. 08
6
CHN 3Q
4. 8±0. 07
22
CHN 4Q
25. 9±0. 56
12
CHN 5Q
4. 9±0. 08
6
CHN 6Q
13. 1±0. 26
6
3 其误差是 ED 相对于均值的标准差。
常规方法
的 ED Gy
3. 0±0. 13 3. 9±0. 31 4. 4±0. 18 24. 5±3. 40 4. 4±0. 27 11. 9±0. 30
3 预热温度坪
在等效剂量测量过程中选择合适的预热条件是 一个重要环节[11]。我们选样品 CHN 3Q 进行预热实 验以查明不同预热温度对等效剂量的影响。 选择预 热温度从 160℃～ 300℃不等, 每隔 20℃取一温度 点, 预热时间为 10 s。应用以上所阐述的单片技术测 量等效剂量, 每个温度点取 3 个样片, 等效剂量取其 均值。图 3 所示的等效剂量与预热温度的关系显示, 等效剂量在低温区呈现轻微地上升。 这可能是由于 预热逐渐排空再生剂量所诱发的不稳定信号所致。 但从 180℃～ 280℃, 等效剂量出现一个坪区, 说明 了等效剂量测量中所采用的预热条件 (220℃, 10 s)
M u rray and M ejdah l 提出了一种简化的再生 法单片技术[ 7 ]。将再生释光信号的测量减少到一次, 其感量变化的校正是通过一试验剂量所诱发的光释 光信号来进行, 而非 110℃峰热释光信号。但这一方 法的应用有一个严格的限制条件, 那就是样品的热
Ξ 收稿日期: 1999207201; 改回日期: 1999209215 基金项目: 中国科学院资源环境重大项目 (KZ9512A 12402) ; 国家自然科学基金重大项目 (49894170) 作者简介: 赖忠平 (1969—) , 男 (汉族) , 江西安远县人, 硕士, 助研。 现从事第四纪地质及全球变化研究, 侧重于释光年代学研究。
所有的释光测量都在 R ISO TL O SL - DA 15 仪器上进行。绿光释光信号通过 EM I 9635QA 光 电倍增管检测, 虑光片为一片B G239 和 2 片 U 2340 组合。 激发光源的波长为 420～ 550 nm。
然及再生剂量的信号, 信号水平持续上升。但经感量 变化校正后, 出现一个坪 (实心圆)。说明试验剂量的 光释光信号对感量变化的校正可取得理想效果。 图 中的空心圆代表的是经感量变化校正后的天然信号 水平。 信号水平在 6 次再生循环中持续上升 (小棱 形)。 但经试验剂量的光释光信号校正后 (每一循环 中的再生剂量的光释光信号除以试验剂量的光释光 信号) , 其信号水平出现一个坪 (实心圆)。 说明试验 剂量的光释光信号对感量变化的校正可取得理想效 果。按以前的观点, 6 次循环中信号水平的持续上升 是由于预热而导致的热转移所致。 但经感量变化校 正后信号水平出现一个坪的事实说明, 其原因并非 由于预热导致的热转移, 而是由于循环测量中的预 热持续激活一些释光中心从而增强了感量所致[ 6 ]。
图 1 再生循环中感量变化的校正
3 运用单片技术测量等效剂量
对以上的循环测量重复 4 次, 但应用不同的再 生剂量 (3 个) , 并使天然信号水平在这 3 个再生信 号水平之间。 然后运用内插法求得等效剂量。 再生 循环中的感量变化通过试验剂量的光释光信号来校 正。
图 2 是再生法单片技术测量等效剂量的示意 图。经感量变化校正后 3 个再生点成线性拟合, 通过 内插求得等效剂量为 4. 79 Gy。 其生长曲线几乎通 过原点, 说明热转移信号对等效剂量的贡献可忽略 不计。 对于年轻样品 (等效剂量在线性增长区以内) 若其生长曲线在 Y 轴上有一个截距, 则这截距的信 号水平是来自热转移的贡献, 应将这截距的信号水 平在平行于生长曲线且通过原点的直线上内插, 求
404中 国 沙 漠 源自19 卷转移信号可忽略不计。 本文中所提出等效剂量的测量方法融合了以上
两种技术。 等效剂量通过多次再生释光信号的测量 后应用内插法取得, 且再生剂量各不相同。再生过程 中的感量变化则通过试验剂量的光释光信号来校 正。其优点是对于年轻样品 (等效剂量在线性增长区 以内) 可检测出热转移信号的强度, 并对热转移信号 对等效剂量的贡献进行校正。