12第12章 第四纪代学.ppt
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1、第十二章 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。,1、古地磁学方法,实质:相对年代学和绝对年代学方法的结合运用古地磁数据建立极性时(世、期)和极性亚时(事件)的相对顺序,再运用同位素(主要是KAr法)测定他们各自的年代,继而建立统一的磁性年表。,1、古地磁学方法,(
2、1)基本原理A过去地质历史时期与现代一样,地球是一个地心轴偶极子磁场。B.含有铁磁性矿物的岩石,在形成过程中受到地磁场的作用而被磁化,磁化方向与当时的磁场方向一致。a.沉积岩:沉积剩余磁性。b.火成岩:居里点之下,称为热剩磁。居里点温度一般在500650(表)C.不同时期磁场是变化的,因此保存在沉积物中的磁场特征也是变化的:变化包括磁极移动(106109年)和磁场倒转(104-106)。,地磁场图,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Fe3O4 585赤铁矿 Fe2O3 675磁赤铁矿 Fe2O3 740磁黄铁矿 Fe7O8 300铁 Fe 780 镁铁矿 MgFe2O
3、4 440锰尖晶石 Mn Fe2O4 310针铁矿 FeOOH 120钛尖晶石 Fe2TiO4-153 纤铁矿 FeOOH-196 钛铁矿 FeTiO3-218,1、古地磁学方法,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。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。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。,1、古地磁学方法,(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
4、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,1、古地磁学方法,(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。,1、古地磁学方法,(5)采样要求 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。取定向标本:产状要素法、自然方位法 采样间距及大小:垂
5、直间距1m,大小2cm*2cm*2cm。,古地磁方法综述 综上所述,一些岩石中固有的这种剩余磁性是揭示过去地球磁场历史的信息,类似于化石一样地能保存到现在。我们通过分析岩石中的天然剩余磁性,可以了解岩石形成时的地磁极性。通过其它同位素测年确定每次地磁场变化的年代,建立古地磁极性年表,以此为标准,将研究区岩石磁性的变化与之对比,从而可以确沉积物的年代。古地磁法的不足之处在于:退磁困难;难以判断不同层位相同极性所属时代。,1、古地磁学方法,古地磁对比图,河北平原肃宁县东官亭村厚达500m的第四纪沉积物的古地磁极性变化(据李素珍,1976)1.亚砂土;2.亚粘土;3.砂层;4正向极性;5.反向极性;
6、6.正向倾角;7.反向倾角,这是基本原理相似而测试对象不同的3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、光照、加磁场)使其释放出来的。,2、热释光(TL)、光释光(OSL)、电子自旋共振(ESR)法,(1)热释光(Thermoluminescence),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,(1)热释光(Thermoluminescence),B.基本假设条件a、所测样品经历了一次彻底的“零化”(热)事
7、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。,(1)热释光(Thermoluminescence),C、测量对象及测年范围a.对象受热样品:古陶片、古砖瓦、古窑壁、烤过的燧石石器、方解石脉、断层泥等。充分暴露的样品:黄土、沙漠砂、沙丘砂、海岸沙丘砂。,(1)热释光(Thermoluminescence),C、测量对象及测年范围b.测年范围决定于样品的环境计量率和被测矿物。一般在1.0Ma以内。当环境计量率为1Gy/Ka时,石英可测1K 年-10万年或50万年;钾长石可测2K 年-50万年。不同
8、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。,(1)热释光(Thermoluminescence),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.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)光释光(OSL)法,光释光法(Optically Stim
9、ulated Luminescence)是1985年由D.J Huntley等提出和建立的一种新的第四纪沉积物年龄测定方法。它是在热释光基础上建立起来的,近年来获得迅猛发展。不少专家认为,光释光法进一步发展可能成为一种可与14C法媲美的第四纪测年方法。我国是1990年由中科院地质所卢演俦开始做工作,1994年建立实验室。,光释光法与热释光法不同之处在于:被测矿物由于辐射储存的电离辐射能是通过不同波段的光波激发释放的。利用不同的光源可获得不同碎屑矿物的OSL信号,可进行单矿物测年。不存在困扰沉积物TL测年的残留TL水平问题。因为OSL信号只与光敏陷电子有关。可用于曾在搬运、沉积过程中短暂暴露于日
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