原地生成宇宙成因核素测年技术思考（五）： 单核素计算地表最大抬升速率方法

在以往研究中,原地生成宇宙成因核素测年技术虽然理论上可以利用两种核素（如10Be和26Al）联立方程组同时解出暴露年龄和侵蚀速率,但在实践中却常采用单种核素（常用10Be）分别解出最小暴露年龄和最大侵蚀速率,26Al数据只用于辅助判断。这主要是因为受目前误差水平限制,10Be和26Al的测试数据结果,常常并未能达到联立两个方程解出暴露年龄和侵蚀速率两个参数的精度（当然也有其他因素影响）,这在投影图上常表现为被认为只有一次性暴露历史的样品,投影结果在稳态侵蚀岛之外,只有加上误差,才能进入或靠近稳态侵蚀岛。同理,在推导出包含生成速率加速率的计算等式后,虽然理论上抬升区长期暴露的样品也能够利用两种核素（如10Be和26Al）同时解出侵蚀速率和抬升速率,但实践上10Be和26Al浓度投影结果可能并未在抬升的正常投影区（稳态侵蚀岛上曲线附近）,从而解出的侵蚀速率和抬升速率合理性存疑。对此,参考计算最大侵蚀速率的原理,提出利用长期暴露样品的10Be浓度来解出抬升区地表最大抬升速率的计算方法（,从而可以对碰撞造山抬升区的抬升速率上限进行限定。     

原地生成宇宙成因核素测年技术思考(一):稳态侵蚀等式解出的ε是当前地表侵蚀速率

原地生成宇宙成因核素测年技术可以方便地计算出地表的暴露年龄和侵蚀速率,从而成为研究地表演化过程的有力工具。在利用原地生成宇宙成因核素测年方法研究地表的侵蚀过程中,常常将稳态侵蚀状态下浓度与侵蚀速率的关系式所计算出的侵蚀速率当成暴露时间内的地表平均侵蚀速率,这其实是不准确的。本文通过数学计算和理论推导,证明由当前稳态侵蚀关系式解出的侵蚀速率是地表当前侵蚀速率(或称为最后恒定侵蚀速率),显然与地表平均侵蚀速率所代表的地质含义是不同的。     

原地生成宇宙成因核素测年技术思考(二):持续抬升区单样品直接计算抬升速率方法

原地生成宇宙成因核素测年技术在计算暴露年龄和侵蚀速率时,一直默认样品所在位置不随时间发生高程变化,从而核素生成速率不因高程变化而改变。在构造稳定区,这样的假设是合理的。在构造活动区,往往会因构造运动,地表样品高程发生改变。大冰盖地区（如南极）的冰川消融或加厚也会引起地壳均衡反弹,从而导致样品高程变化,而核素的生成速率将随高程变化而改变。本文对连续抬升情况下,地表样品中宇宙成因核素浓度与生成速率加速率间的计算关系进行了三种方法的数学推导,并提出如何利用单块样品中两种宇宙成因核素（以10Be和26Al为例）浓度计算地表抬升速率,最后指出已往利用宇宙成因核素方法对构造活动区的侵蚀速率的计算存在高估。本文首次提出利用地表在接近稳态侵蚀状态下的单块样品的两种宇宙成因核素直接计算地表持续抬升速率的方法,从而将原地生成宇宙成因核素方法和构造运动学研究直接联系起来。     

原地生成宇宙成因核素测年技术思考(四):核素浓度年份化数列累加方法探讨

原地生成宇宙成因核素测年技术中,计算核素浓度的传统通用等式假设了地表侵蚀速率(参数ε)及样品的位置在暴露期间保持不变,从而简化了计算过程。然而这种假设可能并不符合复杂地质背景的实际情况,从而造成计算结果误差较大,与其他测年方法结果也难以相互比较和匹配。本文利用将核素总浓度按年份分解为每年生成的浓度,经衰变和侵蚀的综合影响后至今剩余的浓度(称为年份净剩余浓度),组成数列累加的办法,分别推导了地表样品在高程以及侵蚀速率变化情况下的核素浓度计算等式。在此基础上,给出了地表生成速率和侵蚀速率逐年变化情况下的通用浓度年份化累加等式。最后讨论了传统浓度计算等式中的参数ε(侵蚀速率)的地质意义,明确了ε是一个积分中值,并不代表暴露期间的算术平均侵蚀速率,而是每年的侵蚀速率以自然指数加权的复杂方式(即T年前的那一年的生成浓度将乘以e-(λ+ρεΛ)(T-1))影响到样品的最终浓度值。     

原地生成宇宙成因核素^10Be和^26Al样品采集及处理

着重介绍原地生成宇宙成因核素^10Be和^26Al理想样品的特点、野外采集注意事项、实验室分离与纯化以及加速器质谱测量用靶样制备等。     

宇宙成因核素在地球科学中的应用

随着加速器质谱的出现 ,宇宙成因核素展示了其在地球科学中的生命力。文中介绍了宇宙成因核素的生成、示踪原理及近些年来在地球科学中的应用 ,特别着重地介绍了原地生成宇宙成因核素定年这一新的技术。宇宙成因核素是宇宙射线粒子 (包括原生和次生粒子 )与大气及岩石发生核反应所生成的新的核素 ,其在大气及岩石中的生成量可用已知物理过程定量地描述。大气生成宇宙成因核素在考古、古环境及地球各圈层的相互作用方面得到了广泛的应用 ,原地生成宇宙成因核素则在地貌学研究中扮演着重要的角色 ,成为一门新的实验技术。这门技术可以定量地描述地表的暴露历史和侵蚀速率 ,在解决许多地质问题上成为惟一的手段     

原地生成宇宙成因核素测年技术思考(三):暴露、侵蚀、埋藏、再暴露和地表升降过程的双核素投影

双核素稳态侵蚀岛投影是原地生成宇宙成因核素测年技术中判断样品是否具有复杂暴露历史和估计侵蚀速率的常用方法。暴露、侵蚀、埋藏和再暴露的投影图可依据传统核素浓度计算等式利用计算机编程绘出。利用新推出的地表持续抬升与下降过程中样品的核素浓度与生成速率(及加速率)、侵蚀速率及暴露时间的计算等式,对其26Al/10Be浓度比值相对于10Be浓度/10Be生成速率比值投影分别进行了计算机模拟,发现下降样品的投影可高于或右偏于稳态侵蚀岛,而抬升样品的投影仍然在稳态侵蚀岛内。利用持续地表下降,可以解释已往文献数据中一次性暴露样品投影高于或右偏于稳态侵蚀岛的"不合理"现象,而持续抬升对投影结果的影响类似于侵蚀,因此如果忽略抬升,计算的暴露年龄结果将偏小。     

宇宙成因核素在地质年代学研究中的新进展

根据地表暴露岩石或埋藏物中宇宙成因核素浓度可计算样品的暴露年龄或埋藏年龄,从而估算出研究区域的侵蚀速率和抬升速率等重要地质信息,该方法现已成为晚新生代地质和地貌变化研究的重要手段。概述了近5年来国内外宇宙成因核素在地质年代学研究中的最新进展,主要包括以下几个方面:①10Be研究进展,26Al/10Be双核素测年计算模型的改进和完善,以及21Ne的加入对26Al-10Be测年方法的拓展;②宇宙成因36Cl在碳酸盐岩中的研究和应用进展;③53Mn、41Ca等新核素的研究和应用;④宇宙成因核素测年技术在国内的应用进展。最后,分析了宇宙成因核素测年存在的主要问题及下一步重点研究方向。     

就地生成宇宙成因核素年龄计算模式应用

就地生成宇宙成因核素测年是被广泛应用于地貌面和地表过程研究测年的新兴手段,相较传统年代学方法具有独特的优势,近年来得到国际上众多地学工作者的认可和应用。然而多数国内学者对其年龄计算模式缺乏深入理解,限制了其在实践中的应用。通过阐述目前已被国际学者普遍认可的四种计算模式,对比分析了不同模式间的差异,评价了每种模式的独特优势和应用领域,以使初学者和尝试应用宇宙成因核素测年的研究者在实践中能够合理应用相应的计算模式,最终获得较可靠的年代结果。     

暴露时间对利用原地生宇生核素估算至大侵蚀速率的影响

为了探讨不同暴露时间对利用原地生宇生核素估算地表基岩至大侵蚀速率(maximum erosion rates,指假设样品达到侵蚀平衡状态下的侵蚀速率)的差异,本文选择青藏高原东南部稻城古冰帽区至少暴露年代(minimum exposure ages,指利用宇生核素暴露测年法所估算的在不考虑侵蚀速率影响时的暴露年代)为500 ka、100ka、10 ka的样品进行估算,并对前人的研究结果进行统计.研究表明:①研究区地表基岩在500 ka尺度、100 ka尺度和10 ka尺度的至大侵蚀速率分别约为1 mm/ka、5mm/ka和40 mm/ka,该结果与前人研究结果相一致.②文献统计显示百万年尺度和万年尺度地表岩石侵蚀速率可相差100倍.因此,基于原地生字生核素所估算的侵蚀速率是在某个暴露时间(假设该暴露时间已达到侵蚀平衡状态)内的至大侵蚀速率,而不同的暴露时间尺度所估算的结果相差较大,因此在进行区域至大侵蚀速率对比时一定要注意样品的至少暴露年代尺度是否一致.本研究可为青藏高原地区地表侵蚀速率的研究提供参考.     

宇宙成因核素技术在第四纪冰川测年研究中的评述及展望

宇宙成因核素测年技术经过近几十年的发展,在采样程序、样品预处理与实验室分析以及理论等方面都获得了进一步的完善,在第四纪冰川测年中有着材料易取、测年范围宽泛与理论基础成熟等优点,已成为目前第四纪冰川测年的主要手段之一.宇宙成因核素测年的随机误差与系统误差分别为8%与10%,但只要根据一定的采样原则,就可以使得到的最老的漂砾年龄≥冰碛年龄的90%(95%的可能性).各纬度带测年数据与冰芯记录的对比中发现,北半球高纬度和南北半球低纬度地区与冰芯记录的相关性较高,而中纬度地区有一定的相关性,但不强.数据分布的纬度对比中发现,两半球的低纬度地区之间,以及中纬度之间有较好的对应关系,并且最大峰值出现的时间也较一致,但高、中与低纬度之间却存在明显的差异.     

宇宙成因核素测年方法及其在地球科学中的应用

宇宙成因核素地表暴露测年方法,是近年来迅速发展起来的一种新的同位素地质年代学方法.宇宙成因核素主要是由来源于银河系的宇宙射线与暴露于地表的物质作用形成的,作用机制主要包括裂变、中子捕获和介子反应.产生宇宙成因核素宇宙射线粒子主要是次生快中子、热中子和负慢介子,由于这些宇宙射线粒子在空间分布上的不同,地球上不同纬度、海拔高度和深度处的宇宙成因核素生成速率也表现出较大的差异.地表物质中宇宙成因核素浓度除了受到核素生成速率和地表物质的暴露时间制约外,还与地表侵蚀速率密切相关,此外,地磁场强度、遮蔽、化学风化及样品的几何位置等也会对核素浓度产生一定影响,在求算样品的地表暴露年代时,应对这些因素进行相应的校正.宇宙成因核素地表暴露测年技术的理论和方法日臻完善,目前它已被广泛到第四纪冰川、撞击坑、火山地貌、断层面等地学问题中来.     

青藏高原地区宇生核素暴露年代数据存在问题探讨

青藏高原是第四纪古冰川研究的理想区域也是宇宙成因核素(terrestrial cosmogenic nuclides,TCN)暴露测年技术应用的天然实验场所。然而,现有的TCN测年数据与先前学者基于其他测年手段的研究结果不一致,显得相对年轻。为了探索其原因,本文尝试对青藏高原1594个TCN测年数据进行统计分析。研究结果表明:1测年样品中97%的样品是漂砾样品,测年数据中约有93%的年代数据小于130 ka;2 280组(n≥3)漂砾样品年代数据中大约76%的漂砾组数据变异系数大于10%,而基岩和羊背石样品组测年数据变异系数较低、相对集中;3冰碛垄表面漂砾样品的不等时暴露与后期侵蚀可能是造成TCN年代数据结果偏年轻的主要原因。本研究可为青藏高原地区冰川地貌TCN暴露年代研究提供重要启示。     

原地宇宙成因核素暴露测年方法中石英的提取

原地宇宙成因核素10Be和26Al的暴露年龄测定是近年来发展较快的测年技术,已在地学研究中得到广泛应用。该方法需要选用经一系列前处理过程获得的纯净石英作为待测样品,制备成BeO和Al2O3以供加速器质谱仪测量。因此获得高纯度的石英样品,是该测年方法的关键环节之一。本研究在已有报道的石英提纯化学流程的基础上,尝试对流程进行部分优化,通过实验对比不同粒径组分、不同固液比水浴振荡器和滚筒HF-HNO3蚀刻效果,确定使用HF-HNO3(1%或2%,固液比15.0 g/L)滚筒加热法刻蚀样品以去除铝硅酸盐,多钨酸钠重液分离样品中的石英和其他组分。优化的分离纯化流程应用于处理采自祁连山北缘河流阶地含石英的岩石样品,经纯化的石英纯度可达98%以上,Al的含量小于200μg/g,表明采用优化的提取流程获得了高纯度的石英样品,可以满足10Be和26Al暴露测年所需样品要求。     

Cosmogenic 10Be and 26Al Chronology of the Last Glaciation of the Palaeo-Daocheng Ice Cap, Southeastern Qinghai-Tibetan Plateau

The glacial landforms of the Qinghai-Tibetan Plateau(QTP) provide a unique opportunity to research hemispheric and global environmental changes. In this study,we focus on the glacial history of the palaeo-Daocheng Ice Cap(p-DIC) in the southeastern QTP during the last glacial cycle. Based on field investigations,morphostratigraphy,and surface exposure dating of roche moutonnée,polished surface and moraine debris through the terrestrial cosmogenic nuclides(TCN) 10 Be and 26 Al. We identify glacial deposits of the last deglaciation,with minimum ages of 14.9±1.3–18.7±1.7 ka,the Last Glacial Maximum(LGM) of 24.7±2.2 ka,and the early part of the last glacial period(marine oxygen isotope stage(MIS) 3) of 37.1±3.4–45.2±3.9 ka. Our results show that in this region,the extent of the glacial advance during MIS 3 was larger than that during the traditional LGM(MIS 2). These ages are consistent with prior chronologies,and the 10 Be age is consistent with the 26 Al age for the same sample. Thus,these data provide reliable constraints on climate change in the QTP,during the last glaciation.     

从浅表花岗岩体中地应力测试深度与应力值间关系分析剥蚀厚度

针对浅表高水平地应力和高侧压系数常出现在岩浆岩和变质岩中的现象,以广泛分布的形成于地下深处的花岗岩为例,指出构造隆升作用下,花岗岩从形成时位于深部到现在处于剥蚀卸荷过程中而常出露地表,无论是采用静水压力还是弹性体假设,都可得出其侧压系数明显变大的结论。对254组花岗岩地应力现场实测结果统计,得到了侧压系数拟合公式更符合花岗岩实测结果分布情况。由广义虎克定律出发,结合垂向卸荷后地下某处水平应变为0的假设,推导出花岗岩体剥蚀厚度计算公式,其结果接近目前为止认识到的剥蚀厚度的上限值。初步工程资料分析对比发现,大亚湾燕山期花岗岩地质分析剥蚀厚度为1 300 m,计算结果介于1 500～3 000 m之间;三峡工程船闸区花岗岩剥蚀厚度为1 700～3 200 m,与裂变径迹法测试结果比较吻合。结果说明,花岗岩体剥蚀厚度相对于现在一般工程埋深是比较大的     

宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年法在宁夏沙坡头黄河砾石阶地年代研究中的应用

本文利用宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年法对宁夏沙坡头地区黄河左岸的T5、T6、T8和T9阶地开展了年代学研究。采用简单快速埋藏模式获得4级阶地的26Al/10Be埋藏年龄分别约为0.25Ma、0.36Ma、0.59Ma和1.06Ma,如果考虑后期剥蚀作用的影响（E≈5m/Ma）,则4级阶地的年龄分别约为0.42Ma、0.39Ma、1.02Ma和1.59Ma。本研究未发现砾石大小与10Be、26Al核素浓度及26Al/10Be比值有明显相关性。     

Studies of modern and ancient solar energetic particles

Modern solar energetic particles (SEPs) have been studied for about 50 years by satellites and groundbased observations. These measurements indicate much about the nature of SEPs but cover too short a period to quantify the probabilities of very large solar particle events. Many SEPs have high enough energies to make nuclides in material in which they interact. Radionuclides measured in lunar samples have been used to extend the record about SEPs back several million years. Some new measurements of modern SEPs during the last solar cycle and new results for nuclides made by SEPs in lunar samples are presented and their implications discussed. Both the modern and ancient records need to be improved, and methods to get a better understanding of solar energetic particles discussed. The fluxes of SEPs during the last million years show an increasing trend when averaged over shorter radionuclide half-lives.