c14-OSL测年

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C14测年的方法原理，测年范围及对象
方法原理
在大气层上部，宇宙射线产生的中子与大气中的氮核发生核反应，生成天然14C，14C 在几小时内最多几天快速地被氧化成二氧化碳(14CO2)，在大气同温层风作用下与原有的非放射性CO2充分混合后，扩散到整个地球大气层中，在植物光合作用和动物对食物中碳的吸收过程中天然14C就进入生物圈，大气层中CO2还通过与海水交换，14C溶解于海洋，这样水圈和生物圈中都含有宇宙辐射成因的14C。

生物在活着时由于新陈代谢作用使活着有机体内14C浓度与大气中的14C浓度保持大致平衡，如果一旦动物或植物死亡后，停止与外界交换，生物体中14C得不到新的补充，处于封闭状态，其体内原始14C浓度随着时间的推移按指数定律减少，根据样品现存的碳十四含量，推算生物死亡年龄，从而确定活动构造年龄
测年范围
样品14C年代是测定样品的14C活动性与现代碳标准的14C活动性的比值计算出来的，适用于测量距今300年至5万年含碳物质年龄，测量精度为1~2%，误差一般为50~200年，是活动构造事件年代测年的首选方法。

碳十四测年法主要应用以下研究领域
考古
人类学：主要对人类或动物居住地、文化层、种植作物等相关的艺术品、文物、木炭、骨头等样品进行测定，获得相关的事件年龄。

地质学,,
1. 古生态学
2. 海洋地理学
3. 古气候学
4. 大气化学
5. 第四纪地质学
6. 水文学：地下水年龄测定
7. 天外陨石8生命科学
测年对象
根据样品测定的14C年龄的可靠性和精度，把14C样品分为以下三类：
1、最适宜的样品：
植物果实、种子
木头、木炭、
泥炭、淤泥、古土壤、骨头、贝壳、珊瑚
2．可作测年样品
钙质结核、钙板、苏打和天然碱等无机碳酸盐沉积物
地下水、海水和空气含有的14C
3．可作试验性测年的样品
海洋、湖泊、三角洲等环境下形成的有机质河流、冲洪积等环境下形成的有机质
光释光测年技术（OSL）
中国地质科学院水文地质环境地质研究所（赵光华）
1、基本概念解释
光照射矿物晶体，尤其是硅酸盐矿物晶体，激发晶体先前贮存的电离辐射能，并以光的形式释放出来，亦即晶体被光激发而发射的光，就是光释光(OSL)。

通过OSL信号强度的测量，建立OSL信号与辐照剂量的关系，就可获得样品埋藏期间所吸收的电离辐射剂量即等效剂量DE值，而DE值又是样品接受的年剂量和样品埋藏时间的函数，即DE = ?（D, t）。

D为样品接受的年辐射剂量，又称环境剂量率，可通过样品及其周围物质的铀、钍、钾和含水量的测量来获得。

t为样品埋藏时间，即样品年龄。

也就是说：通过测量样品的光释光（OSL）信号强度和环境剂量率，经过OSL信号对辐照剂量的响应函数可获得样品的沉积埋藏年龄的技术即为光释光（OSL）测年技术。

2、主要应用领域
目前石英、长石等矿物光释光技术主要应用于第四纪碎屑沉积物的年龄测定。

鉴于这一方法测定的是第四纪沉积物中石英、长石等矿物最后一次曝光后被埋藏的年龄，即沉积年龄，它广泛应用于第四纪地质、环境地质、水文地质、构造活动等的研究和大型工程场地地壳构造稳定性或地震危险性评价。

此外，矿物光释光技术也被广泛用于古陶器、瓷器、燧石石器等考古器物测年以及第四纪火山喷发事件年龄测定。

3、国外应用情况
光释光测年技术是1985年由Huntley教授等提出的，国外研究以及应用都比较广泛。

主要应用在晚更新世以来风成黄土、沙丘的形成演化以及相关的气候－环境演变时间序列、古水文演化、活动构造和古地震、海啸等方面。

特别是2000年Murray和Wintle在总结和归纳前人研究的基础上通过大量试验提出了石英颗粒“单测片再生剂量技术”（“Single-aliquot regenerative-dose procedure”, SAR）以来，光释光测年方法在上述应用方面都取得了一系列突出的新成果（Wintle and Murray，2006；M.Walker, 2005）。

4、国内应用情况
国内主要应用于广泛发育于我国北方的黄土－古土壤序列及其记录的气候－环境变化、干旱－半干旱区风砂活动及沙漠形成和演化、地貌过程、古水文演化、构造活动和古地震、古人类遗址和考古研究等方面的测年和年代学研究，并在古陶瓷（王维达等，2005；夏君定等，2005）、黄土地层测年（王旭龙等，2006；Lu,et al,2007）、沙丘砂和风砂活动测年（Li Shenghua et al,2002；Zhao H. et al,2007）和古地震事件测年（Lu, et al,2002）等取得了重要
研究成果。

5、优点
与第四纪地质和考古测年的其它方法（如14C、U系和K-Ar法等）相比，OSL测年方
法具有明显的特色和优势，其中最显著的是：①OSL法可测定沉积物的沉积年龄。

这一点对于陆相海相碎屑沉积物尤为突出，而其它测年方法一般不易实现；②测年用的物质是碎屑沉积物中的石英、长石等矿物，这些矿物广泛分布于各类第四纪碎屑沉积物中，容易得到，使得缺乏适合于14C、U系和K-Ar放射性核素等方法测年的各类第四纪沉积物的年龄测定成为可能。

③测年适用的时间段较宽。

在一定条件下，石英和长石的OSL测年范围可以测量小到百年，大到几十万年，甚至百万年的沉积物年龄。

6、缺点
由于不同矿物晶体和同一矿物晶体内部结构的多样性以及晶体对电离辐射响应的复杂性以及沉积物类型和沉积物的沉积环境因地因时而异，致使OSL测年目前还带有一定的经验性；同时，OSL测年精度与14C、U系等测年方法有一定的差距。

因此，应用OSL方法进行具体地区沉积物的测年时，需开展针对研究区和沉积物的OSL特性及其相应的测年条
件、方法等问题的研究。

7、需攻克的技术难题
光释光测年技术受到许多条件的影响，目前需要攻克的技术难题主要有两个：一是如何提高光释光测年的精度和准确度；二是如何扩大其应用范围。

每种方法都有其假设条件，光释光技术也不例外。

其假设条件是：沉积物中石英等碎屑矿物在搬运、沉积过程中曾曝光，那怕曝光是短暂的；这些石英等碎屑矿物的OSL信号具有足够高的热稳定性，在常温下不发生衰减；沉积层沉积埋藏以来石英等碎屑矿物处于恒定的电离辐射场里，它们接受的辐射剂量率为常数，这要求沉积层基本上处于铀、钍和钾封闭体系。

满足假设条件的样品，其测年精度和准确度就高，否则其精度和准确度就受到影响。

而大多数样品都不能完全满足假设条件，因此，急需探讨提高沉积物光释光测年精度和准确
度的方法和途径。

虽然从理论上看，在一定条件下光释光方法可以测量上百万年的沉积物样品年龄，但目前只有在黄土沉积地层和低环境剂量率的沙丘砂测年中有了突破，对于其它沉积物能否准确地测定大于十万年，乃至几十万年和上百万年的年龄，以及如何准确地测定近一、二百年的
沉积物年龄都还有待进一步研究。

8、应用的重大意义
目前地学、环境科学、工程科学和人类考古学等对沉积物年龄数据的要求越来越多，越来越精确。

目前，对于老于14C测年范围的第四纪陆相碎屑沉积物的年代学研究仍然处于探索研究阶段。

然而，第四纪陆相碎屑沉积物不仅保存着十分丰富的过去几百万年大陆气候环境和生态系统变化的信息，而且与当今人类的经济文化活动息息相关。

探讨适合于陆相第四纪碎屑沉积物的测年方法，尤其是在这方面具有巨大发展潜力的光释光（OSL）测年方法，进一步提高其年龄测定的精度和准确性，对于第四纪科学和相关科学的发展及国民经济和社
会发展，具有重要的理论和实践意义。

9、发展前景
年轻地质体测年方法和年代学或称第四纪地质测年方法和年代学，是近一、二百万年地质环境演变，包括新构造运动、气候变化、地貌过程、各种地质灾害和古人类及古文化演变研究的重要技术支撑。

迄今为止，虽然可用于测定或推定年轻（即一、二百万年）地质事件和地层年龄的方法和技术至少有十余种，然而各种方法和技术都有自己的理论基础、假定条件和适用范围，没有一种方法可通用于所有年轻地质事件或地层年龄测定。

这就导致存在着年轻地质事件和地层测年的“盲区”。

例如，最近10－300年沉积的碎屑地层，除了湖相沉积层可用137Cs、210Pb来测定其最近约100年的沉积速率和推定沉积年龄外，尚未有十分可靠的测年方法测定其准确年龄。

又如老于14C测年范围（最近约5万年）的碎屑沉积地层，尤其老于8-10万年的第四纪碎屑沉积地层，除含火山喷发产物外，在年龄测定上可以说仍是一个“盲区”。

古地磁磁性地层方法只能用于连续沉积的细颗粒碎屑沉积地层，并且只能得到古地磁磁性倒转界限的年龄，如B/M界线年代等，而且只能得到104年的分辨率的地层年代框架。

然而，第四纪陆相碎屑沉积物不仅保存着十分丰富的过去近百万年大陆气候环境和生态系统变化的信息，而且与当今人类的经济文化活动息息相关。

探讨适合于陆相第四纪碎屑沉积物的测年方法，尤其是在这方面具有巨大发展潜力的光释光（OSL）测年方法，提高其测年精度和准确性，对于重建大陆气候环境演变的时间过程，有着巨大的理论和实践意
义。

近年来，人们对OSL测年技术、方法和应用进行了大量的研究和探索工作，并取得了一系列重要进展和成果。

主要表现在：1）提出了一系列基本成熟的实验程序和技术，如石英SAR法（Murray and Wintle,2000,2003；Roberts and Wintle,2001；Wintle and Murray；2006）和简单多片法(王旭龙等，2006；Lu，et al,2007）。

石英SAR法主要采用粗颗粒（90-125?m 或稍粗）单矿物石英进行测年，样品经过多次附加剂量、预热、测量以及成功利用试验剂量的OSL信号响应来校正测量过程中的感量变化，每个测片都能得到一个等效剂量值。

该方法不需要归一化处理，测量简便，精度高，但已有的研究表明，测量过程中可能会产生辐照剂量积累，导致测定大于120-150Gy的De值明显偏小，目前已广泛应用于最近几十年至5-6万年前时间范围内的沉积物年龄测定。

简单多片法是在传统多片法的基础上发展而来的，它融合了SAR法的优势，即用实验剂量监测感量变化。

它的特点是测量用片少、省时简便，主要用于风成细颗粒石英和细颗粒多矿物样品的测年。

2）探讨长石IRSL和OSL以及不同波长的IRSL测年的可行性。

长石的释光信号饱和剂量比石英大，其测年范围比石英广，但长石可能存在的异常衰减现象阻碍了长石释光方法的应用。

近年来人们对长石不同波长的IRSL信号进行了大量探索研究，希望能够找到测量范围宽，且又不存在异常衰减的长石释光信号。

3）石英Re OSL方法的提出及其在黄土地层应用。

王旭龙等（Wang，et al，2006）通过黄土中细颗粒石英热转移OSL信号的研究，提出了黄土－古土壤序列的石英Re OSL 方法，该方法采用石英的回授光释光信号获得了B/M界限年龄值，初步突破了黄土几十万至近百万年之间测年盲区。

4）钾长石OSL测年（内剂量）的可能性和优点。

对于矿物释光年龄，除了等效剂量值测定，另一个重要影响因素是环境剂量率测定。

环境剂量率的准确获得是一个非常复杂的问题，它受许多外部条件的影响，如环境中U、Th、K分布及其在地质历史时期的迁移富积、含水量的变化等等。

而钾长石释光信号主要贡献者是钾长石内40K 的β和γ电离辐射，即钾长石的内剂量，其取决于长石的钾含量，几乎不受外部环境的影响，只要准确测定钾长石的钾含量就能比较准确地测得环境剂量率。

所以人们也对钾长石OSL
的测年寄予极大的关注和期待。

总之，光释光测年技术测量简便，应用范围广阔，必将具有广阔的发展前景。