中国黄土释光测年与应用:过去、现在与未来

中国黄土释光测年走过了近40年的历程,这对于推动释光测年技术的进步和黄土古气候古环境研究的深入有重要意义。本文针对中国黄土(以黄土高原为主),简要回顾了以多片法混合矿物热释光(TL)和红外释光(IRSL)测年技术为主的早期(20世纪70年代末期至21世纪第一个十年初期)探索阶段的发展,重点阐述了以成熟的单片再生剂量(SAR)法石英光释光(OSL)技术和延长测年年限的多种方法并存为特征的目前(21世纪以来)研究进展。同时,系统论述了释光测年技术在晚更新世以来中国黄土古气候古环境研究中的意义,如在年代标尺建立、粉尘堆积速率变化重建、地层对比与划分、轨道和亚轨道尺度气候演变与气候事件揭示等方面的应用。另外,也对将来中国黄土释光测年技术的发展方向和其在古气候古环境研究领域的应用前景进行了简单展望。     

沉积物的光释光(OSL)测年简介

本文介绍了光释光(OSL)测年的由来、OSL信号的产生机制、测年的原理和模型、测年技术和程序、测年的适用范围和优点。光释光测年是近几年来从热释光(TL)测年发展出来的测定第四纪沉积物年龄的一种新技术。OSL信号是光激发使晶体中以“光敏陷获电子”形式积存的电离辐射能以光形式释放出来的结果。OSL产生过程有两种动力学机制,即光激机制和光-热联合激发机制。OSL测年的原理和程序与TL测年类似。用石英和钾长石作测样,OSL测年的测程约为10~3—10~5a或2×10~3—6×10~5a。适用于OSL测年的地质体为各种风积物、各种水流悬浮搬运的沉积物以及一些曾在沉积、搬运过程中短期暴露的沉积物。OSL测年比TL测年优越之处为:①OSL测年可以不考虑残留的OSL信号,因而较为准确;②样品的OSL信号测量比TL信号测量容易、简便而准确;③可以对一些难得的、珍贵的小样品进行OSL测年,而TL测年则不行。     

中国第十七届释光与电子自旋共振测年学术讨论会及征文通知

正中国第十七届释光与电子自旋共振测年学术讨论会定于2020年3月26—29日在南京大学举行。大会拟邀请长期从事释光与电子自旋共振测年工作的知名专家、学者等对近年来国内外释光与电子自旋共振测年领域的最新研究成果进行交流,了解最新动态,分享工作经验,探讨释光与电子自旋共振测年面临的新问题与最新研究方法,促进国内外释光与电子自旋共振测年专家、学者交流与合作,为提高我国释光与电子自旋共振测年研究水平及学科建设服务。本次大会由中国文物保护技术协会文物分析检测技     

光释光(OSL)测年技术的初步实验研究

提出了基于X射线激发的光释光测年原理，据此进行了初步实验研究。研究表明，利用X射线是可以激发辐射样品使其产生光释光信号的。     

砂岩和花岗岩岩石表层光释光信号晒退速率对比及测年意义

光释光信号已被成功地应用于岩石表层暴露、埋藏年龄的测定以及判别岩石经历的曝光和埋藏历史。本文选择红褐色石英砂岩和灰白色黑云母花岗岩进行了岩块和岩片晒退不同时间的实验研究,结果显示:岩石光释光信号(IR_(50);IRSL)可被光(阳光和全光谱模拟太阳灯灯光)快速晒退。曝光一定时间后,岩块表层一定深度的光释光信号可以归零,且随曝光时间的延长,自暴露面向内的光释光信号归零深度也随之加深。砂岩和花岗岩光晒退对比实验结果显示:与深色砂岩相比,浅色的花岗岩有更高的光释光信号晒退速率。实验同时揭示:本研究所采用的红外光源激发获得的光释光信号来自岩片(1.2 mm)表层一定深度,并没有完全穿透该岩片。该研究为了解不同岩性岩石的光释光信号晒退速率、测年对象的合理选择以及岩石样品采集、前处理和测试等提供了实验数据支持。     

110℃热释光陷阱光转移现象的数值模拟

在光释光（optically stimulated luminescence,OSL）测年流程中,通常采用预热（180—260℃）来去除低温区不稳定的信号。尽管预热过程中浅陷阱（如110℃陷阱）电子被清空,但在之后的光照过程中由较深陷阱进入导带的电子会再次进入浅陷阱并发生积累,这种现象称为光转移（photo-transfer）。本文以110℃热释光（thermoluminescence,TL）信号的实验数据为基础,模拟了光转移现象,研究了不同实验条件（激发温度、光子通量）和不同动力学参数（110℃ TL陷阱的空间容量、入陷概率、光电离截面）对光转移过程的影响,结果显示：激发温度越高、光子通量越大、110℃ TL陷阱的光电离横截面越大,光转移信号越弱;110℃ TL陷阱的空间容量和入陷概率越大,光转移信号越强。模拟结果揭示了影响光转移程度的因素,加深了对光激发过程中OSL信号产生的物理机制的认识。     

长江三角洲晚第四纪陆-海交互地层的光释光年代学

长江三角洲地层的年代学研究对探讨晚第四纪以来我国东部沿海地区陆海交互作用历史以及海岸地貌的形成与演化具有重要价值。本研究选择长江三角洲YZ07和EGQD14两支钻孔开展系统光释光（optically stimulated luminescence,OSL）测年研究,总结前期已发表的50个年代数据并收集整理该区域相关钻孔的年代地层资料,探讨在可靠的年代框架约束下晚第四纪长江三角洲沉积地层演变特征,取得了以下几点认识：（1）在长江三角洲地区,常规OSL测年以较细石英颗粒OSL测年效果较为理想;对粗颗粒石英,若存在长石包裹体对石英OSL信号的影响,建议用脉冲释光测年（POSL）技术加以解决。（2）以YZ07孔为例,¹⁴C测年和OSL测年结果对比表明在三角洲海岸地区,¹⁴C测年方法建立的年代地层框架需要谨慎对待,建议在此区域开展年代地层学研究时可以尝试将两种测年方法结合使用,以确保年代地层框架的准确和可靠。（3）针对争议较大的氧同位素3阶段（MIS3）沉积环境问题,EGQD14孔给出了新的年代学证据,认为MIS3阶段（约30?—?50 ka）长江三角洲可能是陆地河流相沉积环境为主导,这也得到了区域相邻的几支钻孔沉积记录的佐证。（4）两支钻孔从年代学角度证实了前人关于末次盛冰期（Last Glacial Maximum,LGM）以来长江三角洲发育下切河谷的沉积学判识和地层学论断。此外,多钻孔的年代地层学特征也验证了全新世时段海平面变化控制下的长江三角洲及海岸演变的时空动态。     

河南三杨庄剖面光释光年代学研究

河南省安阳市内黄县三杨庄遗址是由于黄河下游洪水快速掩埋而保存的汉代文化遗址,是研究黄河流域历史气候变化与古河道变迁的理想载体。近年来,石英的光释光（OSL）测年技术广泛应用于水成沉积物的定年。本文选取三杨庄文化遗址区的一个深度为10.40 m 的剖面,使用细颗粒石英单片再生剂量（SAR）法OSL 技术测量了该剖面的8个样品的年龄,建立了剖面年代标尺,并与前人测得的加速器质谱（AMS）¹⁴C年龄进行了对比,结果显示：（1）三杨庄剖面年龄分布在约12.43 — 1.21 ka,沉积于整个全新世时期,剖面沉积速率波动幅度较大,在约3.91 — 3.15 ka（深度9.60 — 5.00 m）沉积速率很快,而3.91 ka 之前的早 — 中全新世时沉积速率较慢;（2）剖面深度8.60 — 5.00 m,¹⁴C年代相对OSL 年代出现严重高估,高估值随深度增加而增大,由约2 ka 变化到约7 ka,推断三杨庄剖面¹⁴C年代的高估可能是由于碳库效应的影响;（3）三杨庄剖面细颗粒石英OSL 测年结果指示细颗粒石英在河流-洪积相沉积物测定中的潜力。     

中国东北末次冰期松原黄土的释光测年及其古气候意义初探

本文以中国东北松原黄土为研究对象,通过光释光测年建立其末次冰期年代标尺,并探讨磁化率和平均粒径这两个黄土研究中常用的气候替代性指标的可能指示意义。采用成熟的细颗粒石英单片再生(SAR)光释光(OSL)测年技术获得了松原剖面顶部5.5 m年代6个,并获得了2 cm间距的低频磁化率和平均粒径这两个常规参数。石英OSL测年相关检验证实了该技术测量松原黄土的可靠性。测年结果表明,松原剖面顶部5.5 m主要沉积于末次冰期的中晚期,即约5.5—1.8 m((52.18±3.47)—(27.76±1.77)ka)主要堆积于深海氧同位素阶段(MIS)3中晚期,而顶部1.8—0.4 m((27.76±1.77)—(20.61±1.31)ka)堆积于MIS2早期。磁化率自52.18±3.47 ka到27.76±1.77 ka经历了先小幅降低又小幅升高,波动幅度较小,而自27.76±1.77 ka以后,磁化率值呈整体下降并呈现大幅度摆动。平均粒径则自52.18±3.47 ka到46.80±3.13 ka呈明显变小趋势,自46.80±3.13 ka到约20 ka变化不大,自约20 ka以后,平均粒径由约40μm陡然增加至约140μm,并在之后稳定在这一水平。测试结果对比显示,磁化率和粒度的变化不具有明显的相位关系,且同黄土高原渭南剖面末次冰期磁化率和平均粒径的变化也表现出明显的不一致现象。因此,在对松原黄土剖面的研究中,将磁化率和平均粒径分别作为东亚夏季风和冬季风的替代性指标使用时要慎重。     

14C年代校正曲线中"哈尔施塔特平台期"与新疆早期铁器时代遗址年代问题

在对14C测年数据进行校正时,由于大气14C本身波动的原因,其校正曲线出现反复波动,从而形成可持续上百年的放射性碳平台.其中"哈尔施塔特平台期"发生在800—400 BC,占据了考古学文化中早期铁器时代的大部分时段.该平台的存在使得这一时期的14C数据校正误差达到数百年,并且无法单纯地通过增加样本量获得更精确的遗址年代信息.全球很多地区在当时尚无可靠的文字记录可依赖,因此在这种情况下,这些地区的早期铁器时代遗址难以做进一步的分期.本文以新疆早期铁器时代遗存为例,分别介绍树轮交叉定年、14C摇摆匹配、贝叶斯模型及地磁测年的原理和适用范围等,并讨论了应用上述方法对于改善新疆早期铁器时代遗址年代问题的可行性.结合新疆早期铁器时代遗存的特性,提出在具体研究中应视材料的保存情况和研究的需求选择合适的方法.     

鄱阳湖北部沙山一处平行层理砂层的释光信号回零分析及年代学研究

鄱阳湖作为中国最大淡水湖,其周边发育若干沙山。虽然此前研究多认为这些沙山为风力堆积的产物,但是这些沙山中上部还普遍保存有水成沉积构造的沉积层。选取江西省湖口县沙洲村沙山一处代表性的平行层理砂层（吴淞高程约40.3 m）为研究对象,首先对目标砂层的石英和钾长石开展光释光信号回零分析。研究结果显示该砂层的石英光释光信号和钾长石光释光信号均呈现明显的晒退不均。这种现象与沉积构造解译一致,即目标沉积层为水成堆积过程的产物。之后,对目标砂层开展年代学研究,通过对比鄱阳湖湖岸一处现代平行层理砂层的光释光年代结果,将沙洲村沙山目标砂层的年代限定为全新世大暖期（石英单片和单颗粒光释光年龄分别为(6.9±1.6) ka和(6.4±2.2) ka）。     

辽南黄土光释光年代地层探讨

本文依托辽南地区七顶山黄土沉积剖面,对黄土年代地层进行光释光(OSL)测年研究,结合古地磁数据资料,并与东部丘陵平原区已有释光年代比较,结果表明,七顶山黄土堆积的开始时代为中更新世早期。相当于黄土高原的马兰黄土堆积时代为晚更新世,离石黄土与马兰黄土的分界年代为100～110ka左右,这与黄土高原的研究结论相一致,反映地球轨道参数控制的气候变化。马兰黄土的堆积时间集中在末次冰期的早期(MIS4-5d)和晚期(MIS2),对应时代分别为86～113ka和22～31ka,而在末次冰期中期(MIS3),由于较高的气温和丰沛的降水及地势条件的影响,造成本区大约4～5万年的地层缺失。中国东部丘陵平原区年代地层学研究显示马兰黄土堆积是比较连续的,具体原因有待进一步深入探讨。     

继承性宇生核素在冰川地貌暴露测年中的研究进展

原地生成宇宙成因核素（in situ terrestrial cosmogenic nuclide,TCN）暴露测年技术已被广泛应用于全球冰川地貌的年代测定中。继承性核素（inheritance,核素残留）作为影响TCN暴露测年的重要因素之一,一直以来受到许多学者的关注。然而,继承性核素对暴露测年结果有无影响、影响程度有多大还存在争论。梳理该方面的研究将有助于进一步了解继承性宇生核素对TCN暴露测年的影响,进而提高测年的精确性。基于此,整理了2009—2017年共计54篇全球关于第四纪冰川宇生核素继承性文献,简述继承性核素的产生背景和研究进展,重点探讨核素残留对TCN暴露测年的影响程度以及在实际应用中如何降低其对测年数据的影响。结果表明：继承性核素会导致冰碛物出现异常老化和分散的暴露年龄,可通过选取合适的地貌部位及多样化的抽样和多样品方法,也可尝试采集现代冰川冰碛物定量化研究继承性核素的影响。     

许家窑-侯家窑遗址年代学研究进展

人类的起源与演化一直是考古学及其他学科研究的重点。泥河湾盆地,是我国古人类文化的重要组成部分,在泥河湾盆地的许家窑-侯家窑遗址,正处于现代人起源、扩散的关键时期,为解决我国甚至东亚的现代人起源问题具有举足轻重的作用。前人对遗址进行过多次系统挖掘,开展了一系列不同方法的年代学工作,然而其文化层年代却有较大的争议。本文对许家窑-侯家窑遗址文化层的年代进行系统总结,通过对前人用不同测年方法获得年代进行综合对比。结果表明：不同方法测定的许家窑-侯家窑遗址文化层的年代差距过大,难以确定文化层的年代。许家窑-侯家窑遗址文化层的年代的不确定,严重影响了众多学者对于我国现代人起源的进一步研究。年代测量方法虽然众多,但是不同测年方法,有着不同的测年区间,因此后期需要根据许家窑-侯家窑遗址的年代区间来选择适合的测量方法,并使用不同材料来进行对比分析获得最为准确的年代。     

Radioluminescence Dating: A New Tool for Quaternary Geology and Archaeology

 Natural minerals, such as widespread quartz and feldspars, have physical properties which enable them to be used as radiation dosimeters. The underlying luminescence phenomena have made it possible in recent decades to determine the age of a variety of materials important for quaternary geochronometry and archaeochronometry. We present a new luminescence dating method based on radioluminescence measurements of potassium feldspar. For the first time we have been able to investigate the light-emitting transition of electrons from the conduction band to an optically sensitive electron trap. Many advantages can be derived from such direct measurements of the metastable electron density in this particular trap, which produces the age-dependent signal. The method can be used to date the last light exposure of feldspar grains within a range of a few hundred to more than 200,000 years. Examples are presented of age determination of various waterlaid quaternary sands. The results of a basic study of feldspar radioluminescence also shed light on effects not sufficiently understood in conventional dating by luminescence techniques, especially in infrared optically stimulated luminescence dating of feldspar. Received: 6 August 1998 / Accepted in revised form: 14 April 1999     

基于GIS的关中地区仰韶至商周时期聚落时空分布及驱动力分析

关中地区是中国重要的史前聚落分布地之一,该区域内丰富的聚落文化遗存为研究史前人地关系提供了坚实的基础。本文以整个关中地区作为研究区域,从较大的时空尺度探讨遗址分布与自然环境之间的关系。系统收集了关中地区从仰韶至商周时期的考古遗址数据,利用ArcGIS技术提取了各时期遗址点高程、距河流远近、遗址面积等定量化数据,并且进行了最近邻分析以及核密度分析,从而系统研究了这一时期的聚落分布特征。研究结果表明：龙山时期的聚落遗址较仰韶时期海拔位置更高、距河流更远且分散化程度增加,商周时期关中东部聚落遗址点数量大幅减少,西部和中部遗址点分布更加集中。但不论是仰韶还是龙山时期,聚落遗址总体上都是西多东少,中部最为稀疏分散,至商周时期关中中部遗址才逐渐增多。基于此,本文试图从气候变化、洪水、农业发展以及早期政权发展等角度探究影响仰韶至商周时期的聚落分布变化的可能因素,从而揭示出史前人类聚落变迁对区域自然环境的响应与适应过程,同时超大型聚落中心以及早期国家的形成也影响了遗址分布格局。就本研究而言,气候变化是影响关中地区龙山时期的聚落遗址数量大幅减少、聚落位置分布格局发生变化的主要原因之一,而商周时期聚落遗址的分布变迁似乎更倾向于生产力发展的结果,或是出于政治、军事的目的。关中地区仰韶至商周时期聚落的分布变迁与自然环境变化以及聚落中心、早期政权发展密切相关,体现了人类与自然环境之间的博弈,也揭示出该地区史前社会的复杂化进程。今后的研究中,需要结合详细的现场调查数据,进一步加强区域自然变量的定量化研究和对人类社会系统的认识,从而更准确地把握人与自然的耦合关系。     

中亚则克台黄土剖面记录的末次冰期以来的环境演变

选取位于中亚伊犁盆地中东部的则克台（ZKT）黄土剖面作为研究对象,基于13 个光释 光年代构建了ZKT 剖面的年代框架,利用黄土沉积速率、粒度以及总有机碳含量重建了伊犁地区 末次冰期以来的环境演变记录。结果表明：（1）伊犁地区末次冰期以来的气候演化阶段可划分为 寒冷期（74.5~60 ka）、温湿期（60~30 ka）、寒冷期（30~11.5 ka）以及11.5 ka 以来的暖湿期, 该气候演化特征与深海氧同位素不同阶段气候特征较为一致;（2）MIS4 至MIS1 阶段则克台剖 面沉积速率呈递减趋势,分别为49 cm·ka^-1、32 cm·ka^-1、13 cm·ka^-1 和8 cm·ka^-1;（3）ZKT 剖面 代表的伊利地区环境演变特征可与格陵兰冰芯进行良好对比,北大西洋地区的快速气候波动信号 在伊犁地区气候记录相对清晰,在时间上呈同步变化。     

单原子环境催化研究进展

单原子催化剂不仅实现了对金属原子最大化利用,而且具有较高催化活性和选择性,还是理想的催化理论研究位点,近年来引起了广泛关注。环境催化在环境保护和污染修复中扮演着重要的角色。单原子催化剂在环境催化领域越来越受关注并有望应用于解决环境问题。单原子催化剂研究的重点和难点集中在单原子催化剂可控合成和催化位点分析表征。为推进单原子催化剂在环境催化领域中的应用,本文综述了单原子的主要制备方法和常规表征手段以及单原子催化剂在环境催化中应用的典型案例,并对单原子催化剂在环境催化中的应用将面临的挑战进行了展望。     

Comprehensive evaluation of heavy metal contamination of sediment in Lake Dianchi by using modified AHP method and 137Cs dating

Through the use of general sampling and measurement by ¹³⁷ Cs dating, problems regarding the absence of monitoring data can easily be resolved. Further, weighted values need to be determined while Environment Quality Comprehensive Index (EQCI) is commonly used as applied in environmental quality comprehensive evaluation. In order to overcome the subjectivity in determining weights, the modified Analytical Hierarchy Process (AHP) method was designed. The modified AHP method involved the following key procedures: First, the parameters y _i1 and y _i2 were calculated based on the monitoring data; second, the factors were put in order according to the symbol and value of y _i1 and y _i2; third, the continuous odd integers, which represented the importance of factors, were given to factors according to their seating order; and, fourth, the factor weights were determined from the pair-wise comparison matrix calculated by the ratio of the given odd integers. Therefore, the weights were completely based on the monitoring data. In the present study, the comprehensive quality of sediments in five sections of Lake Dianchi were evaluated and the results indicated that the current contamination of sediments in each lake section is much more serious than at any other time in history. __________ Translated from Environmental Science, 2006, 27(8): 1531–1536 [译自: 环境科学]