地震相關快速沉積物釋光測年研究

楊會麗

（中國地震局地質研究所，北京100029）

地震相關快速沉積物釋光測年研究

楊會麗

（中國地震局地質研究所，北京100029）

古地震的年代確定是重建強震活動歷史、預測未來地震趨勢的重要依據(jù)，對于地震學研究具有重要的理論價值和實踐意義。目前用于測定古地震事件年齡的方法和技術多達10余種，釋光方法是其中常用的一種。

釋光測年方法經(jīng)過20多年的發(fā)展，已形成了多種適用于幾十年至十萬年的沉積物年齡測定技術，通?？色@得與獨立年齡相吻合的結果。然而，這些技術在地震相關堆積物中的應用，尤其在干旱-半干旱山區(qū)與古地震相關的快速混雜堆積物年齡測定中的應用，仍然存在一些亟需解決的問題。在干旱-半干旱山區(qū)地震伴生的沉積物多數(shù)為近源快速混雜堆積，巖性不均一，在堆積過程中石英、長石等礦物顆粒的釋光信號的回零程度和對劑量響應的靈敏度都相對復雜。此外，這類快速混合堆積物的環(huán)境劑量率也比較難于準確測定。針對上述問題，我們選擇汶川地震和新疆帕米爾北緣烏恰地震破裂帶，開展了現(xiàn)代和古地震混雜堆積物的光釋光年齡測定的研究，主要內(nèi)容包括：①地震混雜堆積物中石英、長石顆粒光曬退程度，即光釋光信號回零程度及其不均勻性和不充分性的觀測。②混雜堆積物中單顆粒石英等效劑量（De）和樣品等效劑量（Db）測定。③應用石英顆粒小測片SAR（單測片再生劑量）技術和狹義“SGC”（standardised growth curve，狹義“綜合生長曲線”，文中被稱作小測片SGC技術）測定混雜堆積物的光釋光等效劑量。④進行混雜堆積物石英顆粒光釋光等效劑量（De）的各種測定技術（單顆粒技術、小測片技術、常規(guī)大測片SAR和SMAR（簡單多測片劑量再生技術））可行性和可靠性的對比研究。⑤比較不同技術（如高純鍺Gamma譜儀、便攜式Gamma譜儀、就地埋藏劑量片、厚源Alpha計數(shù)儀，以及ICP-MS放射性核素含量測定等）測定混雜堆積物環(huán)境劑量率的可行性和可靠性。取得了以下初步研究成果：

（1）現(xiàn)代地震相關各種沉積物釋光信號回零程度的檢驗。通過對2008年汶川地震相關的堰塞湖堆積物、地震前古地面沉積物樣品中不同礦物、同一礦物不同粒徑顆粒、不同測量方法所獲得殘留等效劑量值的對比研究，結果表明：①細顆粒（4～11μm）石英測片光釋光信號足夠強，能滿足釋光測年要求；而粗顆粒（90～250μm）石英僅有約1．3%顆粒數(shù)發(fā)光信號達到釋光測年要求，暗的粗顆粒石英導致測定De的不確定性較大。②震前古地面沉積物樣品無論是碎屑石英還是碎屑長石，其釋光信號的殘留等效劑量（De）僅為0．2 Gy，對于百年或者千年尺度以上的地震相關沉積物測年的影響幾乎可以忽略不計，此類樣品適合于古地震釋光測年研究。③現(xiàn)代地震相關的堰塞湖沉積物樣品釋光信號殘留值與所測碎屑礦物種類、顆粒大小、所用的測量方法有關。細顆粒長石殘留De值高達44～103 Gy，細顆粒石英殘留De值為1．8～11．2 Gy，說明長石的光釋光信號比石英的更難被曬退。單顆粒石英殘留De值0．1～0．8 Gy，低于細顆粒石英。因此，當進行百年或者千年尺度的古地震釋光測年時，一定要慎重選擇測量方法和流程，盡量通過單顆粒光釋光De測量，分辨出埋藏前光曬退比較徹底的顆粒組分。

（2）單顆粒儀器實驗參數(shù)檢驗與小測片標準生長曲線（SGC）方法的建立。在對本實驗室Risφ-2釋光單顆粒測量儀機載Beta放射源劑量率的標定、儀器重復性能實驗、放射源表面一致性檢驗和單顆粒石英有效顆粒數(shù)分析的基礎上，應用石英顆粒大測片SAR技術建立各個樣品的標準生長曲線（SGC），再用石英顆粒小測片SAR技術獲得De值（小測片SGC方法）。結果表明：①本實驗室Risφ-2釋光測量儀機載Beta放射源粗顆粒石英輻照劑量率是細顆粒石英的92%，粗顆粒石英大測片的輻照劑量率比小測片的低10%以上，單顆粒石英輻照劑量率為0．110 4 Gy／s。使用釋光測量儀之前，需要對每臺儀器不同粒徑，以及大、小測片的輻照劑量率進行準確的標定。②本實驗室Risφ-2單顆粒測量儀重復測量的不確定性約為9%，由機載Beta放射源表面不完全均勻導致等效劑量的不確定性為11．2%，在進行單顆粒數(shù)據(jù)處理前需要對放射源的不均一性進行校正。③對埋藏前光曬退不均勻樣品進行單顆粒測量時，至少測量40個有效顆粒進行統(tǒng)計分析，所計算的樣品De值才具有代表性。④對于各個樣品采用完全光曬退的粗顆粒石英大測片，應用SAR技術建立標準生長曲線（SGC），根據(jù)1～2個測片單顆粒測量確定粗顆粒石英小測片的大小，盡量每個小測片的釋光信號僅來自1～2個發(fā)光石英顆粒，結合小測片SAR技術獲得多個“單顆?！钡腄e值，可以大大節(jié)省測量時間，提高測量工作效率。

（3）沉積物不同環(huán)境劑量率測量方法的對比。對新購置和安裝的高純鍺Gamma譜儀、便攜式NaI Gamma譜儀和Al2O3∶C劑量片進行了標定，對比同一個樣品不同方法的環(huán)境劑量率的測量結果，獲得以下初步認識：①本實驗室ORTEC GEM70P4-95 P型高純鍺Gamma譜儀的本底極低，當測量時間達到8個小時后，核素含量不再變化，即可滿足測量要求。選取的片麻巖、片巖、花崗巖及第四紀沉積物共12個樣品，采用高純鍺Gamma譜儀測定的U、Th和K含量與澳大利亞ICP-MS方法測定結果對比，顯示2種方法測定的U和Th含量均在10%的誤差范圍內(nèi)，K含量均在6%的誤差內(nèi)，說明本實驗室高純鍺Gamma譜儀標定結果是可靠的。對2個封盒的第四紀松散沉積物樣品放置不同時間后測量，結果均在1σ誤差范圍內(nèi)，說明儀器具有較好的穩(wěn)定性和可重復性。②高純鍺Gamma譜儀、便攜式Gamma譜儀、就地埋藏劑量片、厚源Alpha計數(shù)儀，以及ICP-MS放射性核素含量測定等多種方法對比測量結果顯示，對于U／Th放射性核素衰變處于平衡體系的、周圍30 cm內(nèi)巖性相對均一的樣品，建議應用厚源Alpha技術和K含量測定。對于樣品周圍30 cm內(nèi)巖性比較混雜的樣品，優(yōu)先選擇高純鍺Gamma譜儀與Al2O3劑量片或者便攜式NaI（TI）Gamma譜儀相結合的測量方法。高純鍺Gamma譜儀可以檢測長周期放射性核素衰變鏈的放射性平衡性，測量用的樣品量較多更具有代表性，可同時測量多種核素，測量效率高。Al2O3劑量片或者便攜式NaI（TI）Gamma譜儀野外就地測量可以克服周圍30 cm巖性不均一導致γ貢獻的不確定性。

（4）新疆1985年烏恰地震地表破裂帶古地震發(fā)生時間。通過對新疆烏恰地震地表破裂帶WQWT6探槽中12個樣品不同光釋光測量方法的對比研究表明：①探槽樣品中碎屑石英顆粒具有石英礦物典型的TL峰，其光釋光信號以快速組分為主，回授對等效劑量影響可以忽略不計，適合采用SAR法光釋光測年。②樣品中石英顆粒特別是細顆粒在埋藏前存在嚴重的曝光不徹底現(xiàn)象，能用來光釋光測年的單顆粒石英礦物顆粒比例僅為1．5%～3．6%，不同顆粒的釋光靈敏度差異較大，單顆粒石英測定值的離散度（測量儀器和石英本身釋光特性差異所引入的離散度）從4%變化到20%。③細顆粒石英大測片、粗顆粒石英大測片的SAR光釋光方法都得到高估的年齡結果，不適合此類地震相關的近源快速堆積物的光釋光測年。④探槽剖面揭露出包括1985年MS7．4地震在內(nèi)的4次強震事件，根據(jù)初步的單顆粒石英釋光測年結果，前3次事件發(fā)生時間分別為：事件E1發(fā)生在5．2 ka之前，事件E2發(fā)生在3．8～4．2 ka之間，事件E3發(fā)生在2．8 ka之前。前3次古地震的復發(fā)周期約為1．0 ka。古地震事件E3之后發(fā)生了強烈剝蝕作用，致使該探槽可能丟失了2．8 ka至1985年期間的古地震記錄。

（5）對地震相關沉積物釋光測年方法的建議。通過上述研究，對于應用釋光測年技術進行地震相關沉積物測年，提出了相應的流程建議。如果樣品為快速混雜堆積，周圍30 cm內(nèi)巖性不夠均一，應該采用室內(nèi)高精度的高純鍺Gamma譜儀和便攜式Gamma譜儀就地測量相結合的方法來測量環(huán)境劑量率。

本論文的主要創(chuàng)新點：

（1）首次采用單顆粒光釋光測年技術獲得了1985年烏恰地震地表破裂帶3次古地震事件發(fā)生的時間，事件E1發(fā)生在5．2 ka之前，事件E2發(fā)生在3．8～4．2 ka之間，事件E3發(fā)生在2．8 ka之前。這3次古地震的復發(fā)周期為1．0 ka左右。

（2）通過國際合作，針對釋光信號回零程度不均勻的沉積物，建立了相對于單顆粒技術更為快捷、實用的粗顆粒小測片SGC方法。初步篩選并提出了地震相關快速混雜堆積沉積物釋光測年的方法和流程。

光釋光；石英；單顆粒；小測片；古地震

（作者電子信箱，楊會麗：yanghuili07＠m(xù)ails．gucas．a(chǎn)c．cn）

P315．6；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．07．010