韓 非

(中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

對(duì)于東亞地區(qū)早更新世考古遺址的研究，可以幫助我們理解人類最早何時(shí)走出非洲，以及他們是如何在亞洲大陸生存與演化等一系列問題。一些在我國境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最早期的人類活動(dòng)證據(jù)，目前并沒有被國際學(xué)術(shù)界普遍接受，在很大程度上歸因于這些早期遺址年代的不確定。由于測(cè)年時(shí)段和測(cè)年對(duì)象的限制，這些早更新世遺址中的大多數(shù)無法采用諸如鉀氬/氬氬測(cè)年法等經(jīng)典的同位素測(cè)年方法進(jìn)行年代學(xué)研究。電子自旋共振(ESR)方法是一種常用的早期遺址考古測(cè)年方法，其中ESR骨化石測(cè)年可以應(yīng)用于早更新世遺址的年代學(xué)研究。由于骨化石的體系不封閉，所以在計(jì)算ESR年代時(shí)需要考慮鈾在化石樣品中的加入過程。傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年中通常采用兩種人為假定的鈾加入模式，即早期鈾加入模式(EU模式)和線性鈾加入模式(LU模式)來分別計(jì)算樣品年齡，并認(rèn)為樣品的實(shí)際年齡介于EU與LU模式年齡之間。但在實(shí)際研究中，采用上述兩種模式計(jì)算得到的樣品年齡往往相差較大；另外一些研究表明化石樣品還存在鈾的近期加入現(xiàn)象。所以傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年給出的年齡結(jié)果往往存在較大的不確定性。

本論文采用ESR與鈾系分析相結(jié)合的測(cè)年方法(US-ESR測(cè)年法)，對(duì)我國兩處早更新世古人類活動(dòng)遺址----重慶巫山龍骨坡遺址和河北陽原泥河灣盆地東谷坨遺址展開了年代學(xué)研究工作。該方法通過對(duì)動(dòng)物牙齒化石中不同牙組織的鈾系同位素分析，來重建鈾在化石樣品中的加入過程，并通過計(jì)算鈾吸收參數(shù)p加以定量描述。與傳統(tǒng)的ESR化石測(cè)年方法相比，由于其避免了采用不同鈾加入模式所引入的人為因素，所以得到的化石年齡結(jié)果具有更高的可信度。由于該測(cè)年手段涉及ESR和鈾系測(cè)年兩種不同的年代學(xué)方法，測(cè)年機(jī)理和實(shí)驗(yàn)分析過程都較為復(fù)雜，且在年代測(cè)定過程中需要對(duì)近30個(gè)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行逐一探討和分析，所以該方法在我國舊石器考古遺址尤其是早更新世考古遺址的年代學(xué)研究方面尚鮮有應(yīng)用。

論文研究的龍骨坡和東谷坨遺址分別是我國南方和北方兩處具有代表性的早期人類活動(dòng)遺址，都曾采用傳統(tǒng)的ESR化石測(cè)年方法進(jìn)行過年代學(xué)研究。其中龍骨坡遺址歷史上曾經(jīng)是一個(gè)洞穴，在20世紀(jì)80年代的早期發(fā)掘中，曾出土兩塊疑似古人類化石、石制品和大量動(dòng)物化石。在2003～2006年的中法聯(lián)合考古發(fā)掘中，又出土了大量的石器，并對(duì)遺址的地層進(jìn)行了更為詳細(xì)的描述。

本論文研究的17顆哺乳動(dòng)物牙齒化石樣品均采集自這次聯(lián)合發(fā)掘。分析研究顯示，除遺址南壁兩個(gè)樣品中有鈾的早期加入外(-0.7

本論文研究的另一處地點(diǎn)東谷坨舊石器遺址屬于曠野遺址，發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初。后續(xù)發(fā)掘中出土了大量具有獨(dú)特加工技術(shù)特征的石制品。論文測(cè)年研究分析的3顆化石樣品來自遺址的早期發(fā)掘。對(duì)樣品的鈾系分析顯示，全部樣品的牙組織鈾系同位素比均超出了平衡值1，表明樣品中存在鈾的后期析出。由于無法通過單一的鈾吸收參數(shù)定量重建樣品中鈾的加入過程，所以未能得到東谷坨遺址化石樣品的US-ESR年齡。同時(shí)，采用傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年中的EU與LU模式，計(jì)算得到的樣品年齡也比遺址的古地磁參考年齡明顯偏年輕。本論文研究表明，東谷坨遺址的化石樣品可能經(jīng)歷了反復(fù)加入與析出的復(fù)雜鈾遷移過程。測(cè)年研究同時(shí)也反映了US-ESR測(cè)年法在早期考古遺址化石測(cè)年中存在的局限性。

本論文同時(shí)還對(duì)US-ESR測(cè)年法中的一些基礎(chǔ)問題進(jìn)行了研究：

(1) 古劑量的測(cè)定。本論文通過對(duì)3種不同的古劑量擬合函數(shù)(單飽和指數(shù)(SSE)函數(shù)、指數(shù)加線性(EPL)函數(shù)和雙飽和指數(shù)(DSE)函數(shù))的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，采用DSE函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)劑量點(diǎn)擬合的偏差系統(tǒng)性地小于SSE函數(shù)擬合，同時(shí)采用DSE函數(shù)擬合外推得到的計(jì)算結(jié)果與已知參考劑量值的偏差均小于另外兩種擬合函數(shù)。進(jìn)一步研究顯示，DSE函數(shù)在不同劑量范圍內(nèi)的擬合結(jié)果基本一致，而SSE函數(shù)的擬合結(jié)果會(huì)隨最大輻照劑量值的減小而明顯減小。本論文研究表明，目前ESR化石測(cè)年中普遍使用的SSE函數(shù)并不適合早更新世化石樣品的古劑量擬合，而采用DSE函數(shù)對(duì)這類樣品可能更為合理。

(2) 樣品外部γ劑量率的影響。外部γ劑量率是本論文研究中龍骨坡遺址年代測(cè)定的一個(gè)難點(diǎn)。研究表明，龍骨坡化石樣品的外部γ劑量率在總劑量率所占比例超過了50%。由于龍骨坡遺址地層堆積環(huán)境中存在大量礫石、粘土和鈾含量較高的動(dòng)物骨化石碎片，成分極不均一，從而在樣品周圍形成一個(gè)不均勻的γ輻射場(chǎng)。而沉積物中γ射線的輻射半徑約為30 cm，所以野外實(shí)測(cè)的樣品外部γ劑量率可能會(huì)與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果存在差異。研究顯示，龍骨坡南壁附近化石樣品的外部γ劑量率實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)平均高出野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)約140%。由于實(shí)驗(yàn)室分析的僅是樣品周邊小范圍內(nèi)采集的沉積物，并不一定具有代表性，因此若采用實(shí)驗(yàn)室分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，會(huì)造成對(duì)樣品年齡的嚴(yán)重低估。所以，對(duì)遺址野外γ劑量率詳盡而準(zhǔn)確的測(cè)量是計(jì)算龍骨坡化石樣品年代的關(guān)鍵之一。

(3) 化石樣品內(nèi)部劑量率的重建。采用ESR/鈾系聯(lián)合分析的方法進(jìn)行化石測(cè)年，需要通過計(jì)算鈾吸收參數(shù)(p值)來還原樣品中鈾的加入歷史。本論文研究顯示，東谷坨遺址的化石樣品中存在鈾的后期析出，而目前單一鈾吸收參數(shù)的數(shù)學(xué)模式尚無法重建這類化石樣品的內(nèi)部劑量率，因此無法計(jì)算樣品年齡。采用傳統(tǒng)的EU與LU模式計(jì)算的ESR年齡明顯小于遺址參考年齡，也說明了東谷坨遺址化石樣品經(jīng)歷了復(fù)雜的鈾遷移過程，這很可能與曠野遺址所經(jīng)歷的復(fù)雜地球化學(xué)變化有關(guān)。東谷坨遺址以及泥河灣盆地中其他早期遺址，大都是由于近期侵蝕作用暴露于地表后被發(fā)現(xiàn)，遺址的水動(dòng)力環(huán)境會(huì)隨著侵蝕作用不斷發(fā)生改變，進(jìn)而引起鈾活化作用的更新。對(duì)于經(jīng)歷了鈾析出以及復(fù)雜鈾遷移歷史的化石樣品的年齡測(cè)定，還需要進(jìn)一步研究。

本論文研究表明，US-ESR測(cè)年法可以用于我國早更新世考古遺址的化石測(cè)年，且與傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)該方法的進(jìn)一步研究和完善，將為研究我國早期人類生存與演化的歷史提供一種更可靠的年代學(xué)手段。