蝴蝶胥也
业渝光(地质矿产部海洋地质研究所)提要 本文简要介绍了“中国第三次热释光和电子自旋共振测定年代及剂量学术讨论会”中有关ESR测年部分,并对一些问题提出看法和建议。关键词 ESR测年 现状 前景ESR测年是近10年来一项测定第四纪物质年代的新技术,在国内外均发展十分迅速,是一种极有潜力的测年方法。目前,国外已有50余家ESR测年实验室,其中日本约占一半,国内也有十儿家实验室从事测年工作。ESR测年的学术交流也十分活跃,已发表文献约300余篇,国际上已召开了3次ESR测年及剂量学的会议,欧洲已开过6次TL和ESR测年会议。我国自1987年以来已开过3次TL和ESR测年学术会议。在目前国内形势下,每隔两年开一次全国范围学术会议的学科还是十分罕见的,这也说明国内ESR测年发展的势头。1992年5月20~23日在成都召开了“中国第三次热释光和电子自旋共振测年及剂量学术讨论会”,现就国内ESR测年的研究现状和展望作一简要介绍。1 国内ESR测年的研究现状测试样品的多样化 前几年国内ESR测年工作主要集中在碳酸盐(石笋、珊瑚等)和骨化石上,少量文献报道过石英的ESR测年。从这次会议提交的论文看,测试样品的范围正在扩大。国家地震局地质研究所(陈以健等)测定了西藏热泉硅华沉积物的ESR年龄,从搭各架、谷露、色米3个热田硅华剖面的测试结果推测:藏南的高湿热水活动可能出现于中更新世的早期,当时的热水活动规模比目前大得多。到了中更新世中期,热水活动的强度开始下降,它们可能随着青藏高原从中更新世开始迅速隆起而发生及演化。洛川黄土剖面钙结核的ESR测年结果表明,采自马兰黄土和离石黄土S5以下的4个钙结核样品的ESR年代与层序及地层年代基本上吻合,而S5以下的4个样品由于受到地下水面的直接影响明显偏年轻。原成都地质学院(梁兴中等)采用次生碳酸盐矿物测定了川西地区的断层活动年代,分别为2.39万a,26.0万a和82.1万a,他们还测定了新滩滑坡的年龄为1.58万a,这些数据均为工程地质人员所使用。北京大学(陈铁梅等)测定了5个辽宁营口金牛山牙珐琅样品的ESR年龄,与同一样品牙本质的铀系年龄在误差范围内一致。此外,他们还测定了两个泥河湾“叠层石”(夏正楷)的ESR年龄(12.3万a和9.3万a),与铀系年龄也一致,中科院南海海洋研究所(温孝胜等)测定了南沙永署礁南永一井10个珊瑚礁样品的ESR年代,认为其中6个是可信的,孔深152m处的ESR年龄为146万a。海洋地质研究所(业渝光等)介绍了沉积物中石英的ESR测年情况,30余个南黄海QC2孔样品的ESR年龄与14C年龄、古生物地层学和磁性地层学一致,形成了一个较完整的ESR年代学序列,该孔底部的年代可达180万a;南海ZQ2、ZQ4孔20个样品的ESR年龄与14C、热释光年龄、古生物地层学和氧同位素地层学一致;山东半岛荣成“柳夼红层”的ESR年龄与地质背景及层序一致,是末次冰期以来的产物;云南东川泥石流堆积物的ESR年龄与14C年龄一致,是在晚更新世堆积的;江苏茅山断裂带断层泥的ESR年龄表明最后一次活动期在5万~7万a,与上覆的14C年龄一致。此外,中国科技大学(黄培华等)报道了第二批周口店鹿牙的ESR年龄,与第一批鹿牙的ESR年龄一致。中科院地球化学研究所广州分部(黄宝林等)报道了山西襄汾丁村剖面丽蚌的ESR年龄为7.5万~11.4万a,与黄土中第一古土壤层相当等。研究程度在不断深入 随着ESR测年工作的开展,有关ESR测年技术和机理等问题的研究亦在深入。陈铁梅等在测定金牛山骨化石时,详细地测定了珐琅的a效率——k值(0.283±0.106),尽管这个数值与国外文献值(0.15)有一些差异,但表明这项工作已引起了国内同行的注意。彭子成(中国科技大学)等对ESR的模式年龄的误差采用数学处理方法做了初步探讨。金嗣炤(中国科技大学)等对黄土和断层泥中石英的光效应问题进行了研究,并在理论上做了阐述。李德生(吉林大学)等做过多种压力实验,认为石英的E′心在受压时信号不能回零,断层泥石英ESR信号的回零可能是由于剪切和热作用。梁兴中等对高速滑坡体原岩粉碎作用形成的破碎石英,断层碎裂岩中重结晶a石英,沉积岩中磨圆较好的石英和异源a石英的ESR信号回零问题进行了较详细的研究。业渝光等根据大量的基础实验数据提出,虽然沉积物中石英天然Ge心对人工辐照响应灵敏度进行测年;利用较高的微波功率在某些特定的地质环境中(如黄土,海洋沉积物)可用石英的E′心信号测定较老沉积物(大于50万a)的沉积年龄,这两个新观点的提出在代表中激起了极大的反响,无论在大会发言或专题会议上都成了热门话题,进行了热烈的讨论,有的代表认为这是对沉积物石英ESR测年的一大突破,纷纷表示回到实验室后也要做类似的实验。这次会议讨论问题的深入是前两次会议所不能相比的。2 存在的问题和展望影响ESR测年的因素有十几个,有些因素影响较大,目前看来最大的误差来自累积剂量(AD)值的确定。ESR测年的历史较短,还不够成熟,有些影响因素的机理还不甚明了,有许多问题还要思考和解决,这给ESR测年带来了一定的难度,现在还远不如14C测年那样完善。但是ESR方法有其独特的优点,如测试样品的种类多,测年的范围大,样品用量较少,应用面广等,在一些成熟的测年方法不能适用的地方,都可以大显身手,这大概就是其生命力如此旺盛之所在。随着ESR测年方法使用范围的增大,研究也在深入,珊瑚的ESR测年以前似乎认为已有了一个固定的模式,从最近国际会议的文献上看,对过去的观点提出了一些新的质疑。如珊瑚ESR信号中既有稳定组分也有不稳定组分,它们对人工辐照剂量的响应各自如何?热退火实验不遵循一级动力学方程,而是遵循双曲线方程,热退火实验能否求出寿命?等等。只有提出新的问题,才能探索解决问题的办法。随着这些问题的解决,肯定使ESR测年又登上一个新的台阶,石英的研究还没有碳酸盐那样深入。在这种情况下,我认为目前ESR测年研究最简捷的方法是,对一些有明确地质背景的剖面进行系统的测试和研究,同时采用各种独立的测年方法,将结果与其相互对比。这样,一方面可从中发现问题,设计新的实验;另一方面也可以检验ESR测年的结果。在这些剖面的测年结果的基础上建立不同地质环境下ESR测年的模式,然后再把这些年龄模式推广应用到相同的地质环境中去,使ESR的模式年龄更加接近实际情况,解决的实际问题,并同时开展ESR测年机理的研究。总之,ESR测年技术比较复杂,涉及的专业知识也较广,因此,需要年代学家、地质学家和固体物理学家相互配合,取长补短,共同研究,才能有新的突破,ESR测年的前景仍是十分广阔的。(海洋地质动态,1992,第9期,1~3页)业渝光 和杰 刁少波 高钧成(地质矿产部海洋地质研究所) (中国计量科学研究院)官方服务官方网站