26Al/10Be埋藏测年法在许家窑—侯家窑遗址的应用及Al化学分析实验改进

摘要

26Al/10Be埋藏测年法是近十多年发展起来的测年新技术。受次级宇宙射线的照射，近地表的石英矿物会发生核反应，生成原地宇生核素26Al、10Be，二者生成速率之比为定值。石英矿物经长期暴露后，若被流水冲入洞穴或快速埋藏，且埋深足以定量屏蔽次级宇宙射线，已积累的26Al、10Be不断衰减。由于26Al的半衰期约为10Be的一半，二者浓度比将从初始值随时间呈指数下降。因此可将这一比值用于测定矿物的埋藏年龄，范围为0.3-5 Ma（百万年）。该方法理化基础坚实，独立于其他测年技术，测年对象（石英矿物）分布广泛，因此近年来被广泛地应用于早、中更新世地质事件年代的研究。
　　许家窑-侯家窑遗址位于泥河湾盆地北缘，在上世纪70年代的多次发掘中，出土二十件人类化石（被认为属早期智人）及大量石制品（以具本地特色的石球为代表）和哺乳动物化石，是我国考古信息最为丰富的露天古人类遗址之一。长期以来，该遗址的年代归属问题是学术界争论的焦点。地层古生物、骨化石铀系测年、光释光测年等多方面研究均表明该地点文化层年代为晚更新世。然而近年来，新的古地磁研究结果将文化层之下3m处的地磁倒转事件对应于B/M界线，而非原先认为的Blake事件。根据不同方法得出的沉积速率，文化层年代被认为是中更新世早-中期，或者更为精确的500 ka。
　　若古地磁研究结果无误，许家窑-侯家窑遗址已进入埋藏测年的应用范围。该地点文化层富含石英，且基本符合该法的假设前提，所以本文对其进行埋藏测年。实测了采自遗址74093地点地表下约12.5 m处（下文化层）的石英砂与砾石样品各一个，年代结果分别为0.01±0.12 Ma和0.12±0.23 Ma。加权平均后的结果（0.03±0.22 Ma，±2σ）显示文化层年代应不早于250 ka，表明根据古地磁层序和平均沉积速率推算出的年代结果明显偏老。本文年代结果具有较高的可信度，为解决上述年代争议提供了有力依据。
　　从石英样品中提取年代数据，化学分析是其中的重要一环。Al的回收率及纯度很大程度上制约着年代结果的精度。然而Purdue大学现有Al实验程序中一些步骤操作较为繁琐，主要体现在:1.树脂颗粒(75～150μm)偏大，淋洗过程冗长且效果欠佳;2.主要用H2O2、HNO3反复处理以破坏H2C2O4，操作费时，H2O2分解产生大量气泡易引起样品间的交叉污染。针对以上二个问题，本文进行了如下条件实验:改变树脂粒径及淋洗液组成，从阴离子交换树脂上洗脱Al;实测不同淋洗液条件下，Al在阳离子交换树脂上的分配系数，并最终通过阳树脂从含H2C2O4的淋洗液中提取Al。结果显示:选用颗粒较细的阴离子交换树脂(38～75μm)并沿用原先淋洗液组成（0.05 mol/LH2C2O4-0.5mol/L HCl），所得淋洗峰较陡且淋洗体积可减少至20ml;在0.05 mol/L H2C2O4-0.5 mol/LHCl中，Al可被定量吸附于阳树脂，因此可采用阳柱接于阴柱之下的方法将Al转移至阳树脂上，后用4 mol/L HCl从阳树脂洗脱回收Al。此方法可使Al全程回收率达到91±5％，纯度为98％。

目录

声明

摘要

前言

第一章 26Al／10Be埋藏测年法简介

1．1 放射性衰变的基础知识

1．2 26Al／10Be埋藏测年法基本原理

1．2．1 26Al、10Be的生成与测量

1．2．2 26Al／10Be埋藏测年法假设前提与计算方法

1．3 误差分析及测年范围

1．4 应用及最新进展

第二章 许家窑-侯家窑遗址概况

2．1 地质背景

2．2 遗址研究概况

2．2．1 研究成果

2．2．2 现存的争议问题

第三章 许家窑-侯家窑遗址的埋藏测年

3．1 地层与样品采集

3．2 样品前处理及化学分离实验

3．2．1 样品前处理

3．2．2 Al、Be化学分离

3．3 测年结果

第四章 测年结果讨论

4．1 埋藏年代结果误差分析

4．2 年代意义

4．3 研究展望

第五章 Al化学分析实验改进

5．1 Al的性质及化学分离法相关概念

5．2 Al化学分析实验存在的问题

5．3 实验改进

5．3．1 设备和试剂

5．3．2 实验条件控制

5．3．3 模拟样品分析

5．3．4 实验结果讨论

第六章 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢