第四纪年代学.pptx
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1、一、物理年代学方法一、物理年代学方法 概念:概念:利用矿物岩石的物理性质利用矿物岩石的物理性质(如热、电、磁性等)测定沉积物(如热、电、磁性等)测定沉积物的年龄的方法。的年龄的方法。种类种类:古地磁法、热释光(古地磁法、热释光(TL)、)、光释光光释光(OSL)、电子自旋共振、电子自旋共振(ESR)、裂变径迹法等。)、裂变径迹法等。1、古地磁学方法、古地磁学方法概念:概念:古地磁学方法是利用岩石古地磁学方法是利用岩石天然剩余天然剩余磁性磁性的的极性极性正反方向变化,与标准极性年正反方向变化,与标准极性年表对比,间接测量岩石年龄的方法。表对比,间接测量岩石年龄的方法。1、古地磁学方法、古地磁学方
2、法u实实质质:相相对对年年代代学学和和绝绝对对年年代代学学方方法法的的结结合合运运用用古古地地磁磁数数据据建建立立极极性性时时(世世、期期)和和极极性性亚亚时时(事事件件)的的相相对对顺顺序序,再再运运用用同同位位素素(主主要要是是KAr法法)测测定定他他们们各各自自的的年年代代,继继而建立统一的磁性年表。而建立统一的磁性年表。1、古地磁学方法、古地磁学方法(1)基本原理)基本原理 A A过过过过去去去去地地地地质质质质历历历历史史史史时时时时期期期期与与与与现现现现代代代代一一一一样样样样,地地地地球球球球是是是是一一一一个个个个地地地地心心心心轴轴轴轴偶极子磁场。偶极子磁场。偶极子磁场。偶
3、极子磁场。B.B.含含含含有有有有铁铁铁铁磁磁磁磁性性性性矿矿矿矿物物物物的的的的岩岩岩岩石石石石,在在在在形形形形成成成成过过过过程程程程中中中中受受受受到到到到地地地地磁磁磁磁场场场场的作用而被磁化,磁化方向与当时的磁场方向一致。的作用而被磁化,磁化方向与当时的磁场方向一致。的作用而被磁化,磁化方向与当时的磁场方向一致。的作用而被磁化,磁化方向与当时的磁场方向一致。a.a.沉积岩:沉积剩余磁性。沉积岩:沉积剩余磁性。沉积岩:沉积剩余磁性。沉积岩:沉积剩余磁性。b.b.火火火火成成成成岩岩岩岩:居居居居里里里里点点点点之之之之下下下下,称称称称为为为为热热热热剩剩剩剩磁磁磁磁。居居居居里里里
4、里点点点点温温温温度度度度一般在一般在一般在一般在500650500650(表)(表)(表)(表)C.C.不不不不同同同同时时时时期期期期磁磁磁磁场场场场是是是是变变变变化化化化的的的的,因因因因此此此此保保保保存存存存在在在在沉沉沉沉积积积积物物物物中中中中的的的的磁磁磁磁场场场场特特特特征征征征也也也也是是是是变变变变化化化化的的的的:变变变变化化化化包包包包括括括括磁磁磁磁极极极极移移移移动动动动(10106 610109 9年年年年)和和和和磁场倒转(磁场倒转(磁场倒转(磁场倒转(10104 4-10-106 6)。)。)。)。地磁场图载有剩磁的天然矿物的居里温度oo矿物矿物矿物矿物
5、组成组成组成组成 居里温度居里温度居里温度居里温度()()()()oo磁铁矿磁铁矿磁铁矿磁铁矿FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4 585585585585oo赤铁矿赤铁矿赤铁矿赤铁矿 FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3 675675675675oo磁赤铁矿磁赤铁矿磁赤铁矿磁赤铁矿 FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3 740 740 740 740oo磁黄铁矿磁黄铁矿磁黄铁矿磁黄铁矿 FeFeFeFe7 7 7 7O O O O8 8 8 8 300 300 300 300oo铁铁铁铁 FeFeFeFe 780 780 78
6、0 780 oo镁铁矿镁铁矿镁铁矿镁铁矿 MgFeMgFeMgFeMgFe2 2 2 2O O O O4 4 4 4 440440440440oo锰尖晶石锰尖晶石锰尖晶石锰尖晶石 Mn FeMn FeMn FeMn Fe2 2 2 2O O O O4 4 4 4 310 310 310 310oo针铁矿针铁矿针铁矿针铁矿 FeOOH 120FeOOH 120FeOOH 120FeOOH 120oo钛尖晶石钛尖晶石钛尖晶石钛尖晶石 FeFeFeFe2 2 2 2TiOTiOTiOTiO4 4 4 4 -153 -153 -153 -153 oo纤铁矿纤铁矿纤铁矿纤铁矿 FeOOH -196 Fe
7、OOH -196 FeOOH -196 FeOOH -196 oo钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿 FeTiOFeTiOFeTiOFeTiO3 3 3 3 -218 -218 -218 -2181 1、古地磁学方法、古地磁学方法vv 正极性:正极性:指岩石剩磁的极性方向与现代地球极性指岩石剩磁的极性方向与现代地球极性指岩石剩磁的极性方向与现代地球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,磁偏角接近方向相同,其磁倾角为正值,磁偏角接近方向相同,其磁倾角为正值,磁偏角接近方向相同,其磁倾角为正值,磁偏角接近00。vv 反极性:反极性:是指岩石剩磁的极性方向与现代地球极是指岩石剩磁的极
8、性方向与现代地球极是指岩石剩磁的极性方向与现代地球极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,磁偏角接近性方向相反,其磁倾角为负值,磁偏角接近性方向相反,其磁倾角为负值,磁偏角接近性方向相反,其磁倾角为负值,磁偏角接近180180。vv 极性时(世、期):极性时(世、期):指以某种极性占优势、持指以某种极性占优势、持指以某种极性占优势、持指以某种极性占优势、持续时间较长的时间单位,一般在续时间较长的时间单位,一般在续时间较长的时间单位,一般在续时间较长的时间单位,一般在100100万年左右。万年左右。万年左右。万年左右。vv 极性亚时(事件):极性亚时(事件):极性时中短暂
9、的(极性时中短暂的(极性时中短暂的(极性时中短暂的(1 1万年万年万年万年 十几万年)极性倒转时期。十几万年)极性倒转时期。十几万年)极性倒转时期。十几万年)极性倒转时期。1 1、古地磁学方法、古地磁学方法v(2)古地磁极性年表(古地磁极性年表(A.Cox)古古古古地地地地磁磁磁磁极极极极性性性性年年年年表表表表是是是是根根根根据据据据一一一一系系系系列列列列主主主主要要要要用用用用K-ArK-Ar法法法法测测测测定定定定年年年年龄龄龄龄的的的的不不不不同同同同时时时时间间间间尺尺尺尺度度度度的的的的极极极极性性性性变变变变化化化化事事事事件件件件编编编编制制制制的的的的地磁极性时间表地磁极性
10、时间表地磁极性时间表地磁极性时间表。目目目目前前前前用用用用于于于于第第第第四四四四纪纪纪纪研研研研究究究究的的的的极极极极性性性性年年年年表表表表是是是是A.Cox A.Cox 等等等等19691969年年年年根根根根据据据据陆陆陆陆地地地地和和和和大大大大洋洋洋洋已已已已有有有有的的的的140140多多多多个个个个数数数数据据据据拟拟拟拟定定定定的的的的5MaB.P.5MaB.P.以以以以来来来来的的的的地地地地磁磁磁磁极极极极性性性性时时时时间间间间表表表表,后后后后经经经经许许许许多多多多研研研研究者补充修正,综合成表。究者补充修正,综合成表。究者补充修正,综合成表。究者补充修正,综合
11、成表。用用于于第第四四纪纪的的古古地地磁磁极极性性年年表表 据据A.Cox,1 9 6 9等等资资料料综综合合 黑黑色色为为正正极极性性;白白色色为为反反极极性性1 1、古地磁学方法、古地磁学方法v (3)测年范围及应用条件测年范围及应用条件无时间限制,整个第四纪都可以。无时间限制,整个第四纪都可以。无时间限制,整个第四纪都可以。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。剖面沉积连续、厚度巨大的细粒沉积层。剖面沉积连续、厚度巨大的细粒沉积层。剖面沉积连续、厚度巨大的细粒沉积层。v (4)应用情况应用情况方法成熟,广泛应用。方法成熟,广泛应用。方法成熟,广泛应用。方法成熟
12、,广泛应用。1、古地磁学方法v (5)采样要求采样要求 岩石必须含有铁磁性物质,但后期岩脉岩石必须含有铁磁性物质,但后期岩脉岩石必须含有铁磁性物质,但后期岩脉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。穿插的岩石样品不行。穿插的岩石样品不行。穿插的岩石样品不行。取定向标本:产状要素法、自然方位法取定向标本:产状要素法、自然方位法取定向标本:产状要素法、自然方位法取定向标本:产状要素法、自然方位法 采样间距及大小:垂直间距采样间距及大小:垂直间距采样间距及大小:垂直间距采样间距及大小:垂直间距1m1m,大小,大小,大小,大小2cm*2cm*2cm2cm*2cm*2cm。v 古地磁方法综
13、述古地磁方法综述 综上所述,一些岩石中固有的这种剩余磁性是揭示综上所述,一些岩石中固有的这种剩余磁性是揭示综上所述,一些岩石中固有的这种剩余磁性是揭示综上所述,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,类似于过去地球磁场历史的信息,类似于过去地球磁场历史的信息,类似于过去地球磁场历史的信息,类似于化石化石化石化石一样地能保存一样地能保存一样地能保存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,可以到现在。我们通过分析岩石中的天然剩余磁性,可以到现在。我们通过分析岩石中的天然剩余磁性,可以到现在。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
14、素测年确了解岩石形成时的地磁极性。通过其它同位素测年确了解岩石形成时的地磁极性。通过其它同位素测年确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,以定每次地磁场变化的年代,建立古地磁极性年表,以定每次地磁场变化的年代,建立古地磁极性年表,以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,从而此为标准,将研究区岩石磁性的变化与之对比,从而此为标准,将研究区岩石磁性的变化与之对比,从而此为标准,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。可以确沉积物的年代。可以确沉积物的年代。可以确沉积物的年代。古地磁
15、法的不足之处在于:退磁困难;难以判断古地磁法的不足之处在于:退磁困难;难以判断古地磁法的不足之处在于:退磁困难;难以判断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。不同层位相同极性所属时代。不同层位相同极性所属时代。不同层位相同极性所属时代。1 1、古地磁学方法、古地磁学方法古古地地磁磁对对比比图图河河北北平平原原肃肃河河北北平平原原肃肃宁宁县县东东官官亭亭宁宁县县东东官官亭亭村村厚厚达达村村厚厚达达500m500m的的第第四四纪纪沉沉的的第第四四纪纪沉沉积积物物的的古古地地积积物物的的古古地地磁磁极极性性变变化化磁磁极极性性变变化化(据据李李素素珍珍,(据据李李素素珍
16、珍,19761976)1.1.亚亚砂砂土土;亚亚砂砂土土;2.2.亚亚亚亚粘粘土土;粘粘土土;3.3.砂砂层层;砂砂层层;4 4正正 向向 极极 性性;正正 向向 极极 性性;5.5.反反向向极极性性;反反向向极极性性;6.6.正正正正向向倾倾角角;向向倾倾角角;7.7.反反向向反反向向倾角倾角倾角倾角q这是基本原理相似而测试对象不同的这是基本原理相似而测试对象不同的3 3种年代学方法。种年代学方法。n基本原理:基本原理:n三种方法不同之处在于:三种方法不同之处在于:TD是通过不同的激活手是通过不同的激活手段(加热、光照、加磁场)使其释放出来的。段(加热、光照、加磁场)使其释放出来的。2 2、
17、热释光(热释光(TLTL)、光释光)、光释光(OSL)(OSL)、电子自电子自旋共振(旋共振(ESRESR)法)法 TDIDADt=(1 1)热释光)热释光(ThermoluminescenceThermoluminescence)A.基本原理基本原理非金属绝缘矿物非金属绝缘矿物 发光发光(释放储(释放储 存的存的辐射能量)辐射能量)发光强度发光强度吸收的辐射能量吸收的辐射能量时间(时间(t)发光强度发光强度时间(时间(t)热发光现象可分为二个阶段:贮集阶段、发光阶段热发光现象可分为二个阶段:贮集阶段、发光阶段(图)(图)计算公式计算公式加热至红外温度加热至红外温度A=PD(1 1)热释光)热
18、释光(ThermoluminescenceThermoluminescence)B.基本假设条件基本假设条件a、所测样品经历了一次彻底的所测样品经历了一次彻底的“零化零化”(热热)事件,事件,重新启动时间钟。重新启动时间钟。b、被测样品具有足够高的热稳定性被测样品具有足够高的热稳定性.c、样品经过、样品经过“零化零化”事件后事件后,必须埋藏在铀、钍和必须埋藏在铀、钍和钾封闭体系或动态平衡环境中,辐射计量率为常数钾封闭体系或动态平衡环境中,辐射计量率为常数。(1 1)热释光)热释光(ThermoluminescenceThermoluminescence)C、测量对象及测年范围、测量对象及测年范
19、围a.对象对象受热样品:古陶片、古砖瓦、古窑壁、烤受热样品:古陶片、古砖瓦、古窑壁、烤过的燧石石器、方解石脉、断层泥等。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、充分暴露的样品:黄土、沙漠砂、沙丘砂、海岸沙丘砂。海岸沙丘砂。(1 1)热释光)热释光(ThermoluminescenceThermoluminescence)C、测量对象及测年范围、测量对象及测年范围b.测年范围测年范围决定于样品的环境计量率和被测矿物。决定于样品的环境计量率和被测矿物。一般在一般在1.0Ma以内。当环境计量率为以内。当环境计量率为1Gy/Ka时,时,石英石英可测可测1K 年年-10万
20、年或万年或50万年;万年;钾长钾长石石可测可测2K 年年-50万年。万年。不同样品的热发光年龄的计时起点不同:年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之日所经历的时间。(1 1)热释光)热释光(ThermoluminescenceThermoluminescence)D D.取样注意事项取样注意事项a a.注意注意避光:避光:开挖新鲜露头,样品要及时用黑布开挖新鲜露头,样品要及时用黑布或不透光的容器包装,避免阳光照射或不透光的容器包装,避免阳光照射。b b.采集埋藏稳定、岩性均一的细粒部分的样品,采集埋
21、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的环境剂量。C C.少样品水分的丢失,含水状态对计算环境剂量少样品水分的丢失,含水状态对计算环境剂量率有影响。率有影响。d.d.断层样品的采取:最新一次活动的断层泥,并同断层样品的采取: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。时取断层两盘的的围岩样,供校准环境剂量。e.e.样品量:除陶瓷样品外,其它样品需样品量:除陶瓷样品外,其它样品需200-250200-250克克。(2 2)光释光光释光(OSL(OSL)法法光释光法(光释光法(Opt
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