第四纪年代学概述课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章,第四纪年代学,一,物理年代学方法,二,放射性同位素年代法,三,其他方法,一,物理年代学方法,概念：,利用矿物岩石的物理性质（如热、电、磁性等）测定沉积物的年龄的方法。,种类：,古地磁法、热释光（,TL,）、光释光,(OSL),、电子自旋共振（,ESR,）、裂变径迹法等。,1,古地磁学方法,概念：,古地磁学方法是利用岩石,天然剩余磁性,的极性正反方向变化，与标准极性年表对比，间接测量岩石年龄的方法。,一些沉积岩如红色砂岩、粘土岩等，在其沉积过程中，因为其中的一些微小磁性矿物颗粒象一枚枚微小的磁针，顺着当时地磁场磁力线方向沉积下来。形成“磁性稳定岩石”。,岩浆在冷凝过程中经过居里点（一般,500,650,度）时便出现磁性，也顺着当时地磁场方向永久磁化。这种剩余磁性称为“热剩磁”。熔岩内部的磁化方向将不会受到后来地磁场变化的影响。,也就是说，地球上的三类岩石都会受到形成时的地磁场作用而磁化，磁化方向与当时地磁场方向一致。,载有剩磁的天然矿物的居里温度,矿物 组成 居里温度,(),磁铁矿,Fe,3,O,4,585,赤铁矿,Fe,2,O,3,675,磁赤铁矿,Fe,2,O,3,740,磁黄铁矿,Fe,7,O,8,300,铁,Fe,780,镁铁矿,MgFe,2,O,4,440,锰尖晶石,Mn,Fe,2,O,4,310,针铁矿,FeOOH,120,钛尖晶石,Fe,2,TiO,4,-153,纤铁矿,FeOOH,-196,钛铁矿,FeTiO,3,-218,原理,：,在地质历史上，各时期地磁场是有变化的，磁极的位置、正负极方向并不都是像现在一样，磁场的方向曾经多次反向，并且在大的时期中还有较短的正或反向事件。大的极性时期的时间序列为100万年级，次一级事件的时间为万年10万年级。,测量各时代岩石剩余磁性就可以重现过去的古地磁场。并结合其他测年手段，如,14,C法等就可确定历次磁方向变化的年代，最后建立地磁极性年表。,然后根据测量的极性变化与地磁极性年表相对比，即可得到所测得的沉积物年龄,。,不足：,难以判断不同层位相同极性所属年代，此时要配合其他测年方法进行研究。,正极性,：,指岩石剩磁的极性方向与现代地球极性方向相同，其磁倾角为正值，磁偏角接近,0,度。,反极性,：是指岩石剩磁的极性方向与现代地球极性方向相反，其磁倾角为负值，磁偏角接近,180,度。,极性时（世、期）,：指以某种极性占优势、持续时间较长的时间单位，一般在,100,万年左右。,极性亚时（事件）,：极性时中短暂的（,1,万年,-,十几万年）极性倒转时期。,（,2,）,古地磁极性年表（,A.Cox,）,古地磁极性年表是根据一系列主要用,K-,Ar,法测定年龄的不同时间尺度的极性变化事件编制的地磁极性时间表。,目前用于第四纪研究的极性年表是,A.Cox,等,1969,年根据陆地和大洋已有的,140,多个数据拟定的,5MaB.P.,以来的地磁极性时间表，后经许多研究者补充修正，综合成表。,用于第四纪的古地磁极性年表,据,A.Cox,，,1 9 6 9,等资料综合,黑色为正极性；白色为反极性,(3),测年范围及应用条件,无时间限制，整个第四纪都可以。,剖面沉积连续、厚度巨大的细粒沉积层。,(4),应用情况,方法成熟，广泛应用。,岩石必须含有铁磁性物质，但后期岩脉穿插的岩石样品不行。,变质岩因受复杂的变质作用影响，磁性不稳定，不宜作古地磁样的研究材料。,取定向标本：产状要素法、自然方位法,采样间距及大小：间距,1m,，大小,2cm*,2cm,*,2cm,。圆柱直径,2.54cm,。,必须在新鲜未经搬运的露头上采集。,(5)采样要求,2,热释光（TL）、电子自旋共振（ESR）法,这是基本原理相似而测试对象及方法不同的,2,种年代学方法,。,基本原理,：,三种方法不同之处在于：,TD,是通过不同的激活手段（加热、加磁场）使其释放出来的。,TD（,吸附总量,）ID（,初始剂量,）,AD(,年均吸收剂量,),t=,（,1,）热释光,A.,基本原理,非金属绝缘矿物,发光,（释放储,存的辐射能量）,发光强度,吸收的辐射能量,时间（,t,）,发光强度,时间（,t,）,热发光现象可分为二个阶段：贮集阶段、发光阶段（图）,计算公式,加热至红外温度,A=,P,D,B.,基本假设条件,a,、所测样品经历了一次彻底的,“,零化,”,(,热,),事件，重新启动时间钟。,b,、被测样品具有足够高的热稳定性,.,c,、样品经过“零化”事件后,必须埋藏在铀、钍和钾封闭体系或动态平衡环境中，辐射计量率为常数,。,C,测量对象及测年范围,a.,对象,古陶片、古砖瓦、古窑壁、烤过的燧石石器、方解石脉、断层泥等。,b.,测年范围,一般在,1.0Ma,以内。,不同样品的热发光年龄的计时起点不同：年龄值是最后一次光照晒后埋藏之日起至测量之日所经历的时间。,D.,取样注意事项,a.,注意避光：开挖新鲜露头，样品要及时用黑布或不透光的容器包装，避免阳光照射,。,b.,采集埋藏稳定、岩性均一的细粒部分的样品，对于陶瓷样品同时采取周围的土样，保证得出准确的环境剂量,。,C.,减少样品水分的丢失，含水状态对计算环境剂量率有影响。,d.,断层样品的采取：最新一次活动的断层泥，并同时取断层两盘的的围岩样，供校准环境剂量。,e.,样品量：除陶瓷样品外，其它样品需,200-250,克,。,（2）电子自旋共振,（ESR）,法,原理,顺磁中心,含铁锰石英晶体,游离电子,杂质心,跃移,ESR,累积信号,（,Al.Fe.Mn,）,Si,-O,键断裂,自由电子中心,ESR,累积信号,吸收的辐射能量,时间（,t,）,ESR,累积信号,时间（,t,）,t=,应用条件与热发光法相同，但样品可以重复利用,。,辐射,磁场,TD-ID,AD,（2）电子自旋共振,（ESR）,法,测试对象,沉积和淀积形成的样品：碳酸盐类、磷酸岩类（,牙齿、动物骨头,）、硫酸盐类、硅酸盐类样品。,受热样品：火山物质、古代人们烧烤过的材料。,受压力作用的样品：断层活动影响的样品。,经过太阳照射的样品,：,测年范围,视不同样品和环境剂量率大小而定，一般可以测距今几百年到几百万年时间段的年龄,。,（2）电子自旋共振,（ESR）,法,样品的采集量,A.,石笋、石膏、钙华等样品及牙齿、动物骨头等生物化石：克。,B.,含石英颗粒（松散沉积物）样品的采集量视待测样品中石英含量而定，一般需要克。,裂变,径迹法（,Fission Track,）,天然硅酸盐盐矿中，因所含铀等同位素的原子核能自发地裂变成碎片，这种高能碎片在穿越固体介质时，将能量传递给周围固体介质原子而使其所经路径形成辐射损伤区，这个伤痕称为“,裂变径迹,”,单位面积内的裂变径迹数目（密度）与岩矿样品年龄及所含,238,U浓度具有函数关系。,这就是利用裂变径迹来确定岩石、矿物地质年龄的基础。,实际上，裂变径迹测定就是统计样品上的径迹数。,裂变,径迹法（,Fission Track,）,裂变径迹是极微细的线状轨迹，长度在微米级，必须用高分辨率和高放大倍数的电子显微镜才能观测到。,注意：这些微小的径迹一旦处在电子枪的辐射下，即被退火消失，无法观测。,上世纪,60,年代开始采用蚀刻剂溶解辐射损伤区来扩大径迹，使之能在光学显微镜下观察。,如果测样发生过热事件，则在此之前的裂变径迹将遭到破坏，因此，用该法所测出的地质年代是最后一次热事件后所经历的时间。,（2）测量对象,磷灰石、云母、火山玻璃、陨石等。对沉积岩来说，则为代表岩石形成以来的自生矿物（磷灰石等）,。,（,3,）测年范围,：,几百年几百万年，尤宜用于测,MaBP,以来的样品,。,裂变径迹法（,Fission Track,）,（,4,）取样注意事项,岩石新鲜,矿物结晶程度高，不含或少含杂质,。,样品量确保足以遴选出几十个或更多的测试矿物颗粒，要求选单矿物颗，送岩石样品一般需,Kg,。,裂变径迹法（,Fission Track,）,二放射性同位素年代法,基本原理,利用矿物和岩石中含有微量放射性同位素的自行衰变计算年龄的一大类方法。,计算公式,：,N=N,0,e,分类,：,按照放射性同位素来源不同，可分为,3,类,：,1,、宇宙成因同位素法（,14,C,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。,-,t,14,C,法,（,1,）基本原理,放射性碳的形成与衰变,(,图,),14,C,的半衰期,:5730a,14,C,的衰变常数,:1.2,10,-4,a,计算公式,:I=I,0,e,-,t,t=log(I/I,0,)18.5,10,3,(a),基本假设条件,a.,近几万年来宇宙射线强度不变；,b.,在交换库中,14,C,处于动态平衡，,14,C,含量一定；,c.,样品被埋藏后处于封闭体系，无,14,C,的加入，,14,C,按衰变规律自然减少。,（,2,）测量对象和测量时限,测量时限：可精确测定五万年以来的含碳样品的年龄。（时限的计算）,测量对象：所有含碳物质和水,。,（,3,）取样要求,注意事项,a.,不要采集受污染的样品；避开污染源,b.,不要让样品受污染：防止标签和包装袋污染样品,采集量（表）,（,4,）对,14,C,法的评价,精度最高、用途最广、方法最成熟的第四纪年代学方法。,14,C,样品采集量,木炭,3090g,干燥木头,60g,其他植物遗体、干燥泥炭、古树根,150300g,草、皮、毛、蹄、鹿和其他动物的角,5002200g,火烧骨、贝壳,2200g,对于年龄大于,36000,年或有特殊较高要求的样品，样品的采集量应为要求量的,2,倍。,三,其它方法,历史考古法,沉积学方法,树木年轮法,测年数据可分为三个等级,可信,:,2,种以上测年方法的结果接近并符合地层层序律,。,参考：,只有,1,种年代学数据，也符合地层层序律。,不可信：,只有,1,种年代学数据且违反地层层序律，则数据不可信。,不可信问题产生的原因：,本身方法就不成熟；,方法成熟但操作有误；,标本受污染或无代表性,。,测年时应同时做的工作,论证方法前提的合理性；,测定年龄样品的适应代表性；,元素地球化学性质和元素的迁移、富集规律。,