楊會(huì)麗

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

地震相關(guān)快速沉積物釋光測(cè)年研究

楊會(huì)麗

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

古地震的年代確定是重建強(qiáng)震活動(dòng)歷史、預(yù)測(cè)未來地震趨勢(shì)的重要依據(jù)，對(duì)于地震學(xué)研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。目前用于測(cè)定古地震事件年齡的方法和技術(shù)多達(dá)10余種，釋光方法是其中常用的一種。

釋光測(cè)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(cè)定技術(shù)，通?？色@得與獨(dú)立年齡相吻合的結(jié)果。然而，這些技術(shù)在地震相關(guān)堆積物中的應(yīng)用，尤其在干旱-半干旱山區(qū)與古地震相關(guān)的快速混雜堆積物年齡測(cè)定中的應(yīng)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(zhǎng)石等礦物顆粒的釋光信號(hào)的回零程度和對(duì)劑量響應(yīng)的靈敏度都相對(duì)復(fù)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(zhǔn)確測(cè)定。針對(duì)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(cè)定的研究，主要內(nèi)容包括：①地震混雜堆積物中石英、長(zhǎng)石顆粒光曬退程度，即光釋光信號(hào)回零程度及其不均勻性和不充分性的觀測(cè)。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(cè)定。③應(yīng)用石英顆粒小測(cè)片SAR（單測(cè)片再生劑量）技術(shù)和狹義“SGC”（standardised growth curve，狹義“綜合生長(zhǎng)曲線”，文中被稱作小測(cè)片SGC技術(shù)）測(cè)定混雜堆積物的光釋光等效劑量。④進(jìn)行混雜堆積物石英顆粒光釋光等效劑量（De）的各種測(cè)定技術(shù)（單顆粒技術(shù)、小測(cè)片技術(shù)、常規(guī)大測(cè)片SAR和SMAR（簡(jiǎn)單多測(cè)片劑量再生技術(shù)））可行性和可靠性的對(duì)比研究。⑤比較不同技術(shù)（如高純鍺Gamma譜儀、便攜式Gamma譜儀、就地埋藏劑量片、厚源Alpha計(jì)數(shù)儀，以及ICP-MS放射性核素含量測(cè)定等）測(cè)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(guān)各種沉積物釋光信號(hào)回零程度的檢驗(yàn)。通過對(duì)2008年汶川地震相關(guān)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(cè)量方法所獲得殘留等效劑量值的對(duì)比研究，結(jié)果表明：①細(xì)顆粒（4～11μm）石英測(cè)片光釋光信號(hào)足夠強(qiáng)，能滿足釋光測(cè)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(hào)達(dá)到釋光測(cè)年要求，暗的粗顆粒石英導(dǎo)致測(cè)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(zhǎng)石，其釋光信號(hào)的殘留等效劑量（De）僅為0．2 Gy，對(duì)于百年或者千年尺度以上的地震相關(guān)沉積物測(cè)年的影響幾乎可以忽略不計(jì)，此類樣品適合于古地震釋光測(cè)年研究。③現(xiàn)代地震相關(guān)的堰塞湖沉積物樣品釋光信號(hào)殘留值與所測(cè)碎屑礦物種類、顆粒大小、所用的測(cè)量方法有關(guān)。細(xì)顆粒長(zhǎng)石殘留De值高達(dá)44～103 Gy，細(xì)顆粒石英殘留De值為1．8～11．2 Gy，說明長(zhǎng)石的光釋光信號(hào)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(xì)顆粒石英。因此，當(dāng)進(jìn)行百年或者千年尺度的古地震釋光測(cè)年時(shí)，一定要慎重選擇測(cè)量方法和流程，盡量通過單顆粒光釋光De測(cè)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(shí)驗(yàn)參數(shù)檢驗(yàn)與小測(cè)片標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)曲線（SGC）方法的建立。在對(duì)本實(shí)驗(yàn)室Risφ-2釋光單顆粒測(cè)量?jī)x機(jī)載Beta放射源劑量率的標(biāo)定、儀器重復(fù)性能實(shí)驗(yàn)、放射源表面一致性檢驗(yàn)和單顆粒石英有效顆粒數(shù)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用石英顆粒大測(cè)片SAR技術(shù)建立各個(gè)樣品的標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)曲線（SGC），再用石英顆粒小測(cè)片SAR技術(shù)獲得De值（小測(cè)片SGC方法）。結(jié)果表明：①本實(shí)驗(yàn)室Risφ-2釋光測(cè)量?jī)x機(jī)載Beta放射源粗顆粒石英輻照劑量率是細(xì)顆粒石英的92%，粗顆粒石英大測(cè)片的輻照劑量率比小測(cè)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(cè)量?jī)x之前，需要對(duì)每臺(tái)儀器不同粒徑，以及大、小測(cè)片的輻照劑量率進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定。②本實(shí)驗(yàn)室Risφ-2單顆粒測(cè)量?jī)x重復(fù)測(cè)量的不確定性約為9%，由機(jī)載Beta放射源表面不完全均勻?qū)е碌刃┝康牟淮_定性為11．2%，在進(jìn)行單顆粒數(shù)據(jù)處理前需要對(duì)放射源的不均一性進(jìn)行校正。③對(duì)埋藏前光曬退不均勻樣品進(jìn)行單顆粒測(cè)量時(shí)，至少測(cè)量40個(gè)有效顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所計(jì)算的樣品De值才具有代表性。④對(duì)于各個(gè)樣品采用完全光曬退的粗顆粒石英大測(cè)片，應(yīng)用SAR技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)曲線（SGC），根據(jù)1～2個(gè)測(cè)片單顆粒測(cè)量確定粗顆粒石英小測(cè)片的大小，盡量每個(gè)小測(cè)片的釋光信號(hào)僅來自1～2個(gè)發(fā)光石英顆粒，結(jié)合小測(cè)片SAR技術(shù)獲得多個(gè)“單顆?！钡腄e值，可以大大節(jié)省測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量工作效率。

（3）沉積物不同環(huán)境劑量率測(cè)量方法的對(duì)比。對(duì)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(jìn)行了標(biāo)定，對(duì)比同一個(gè)樣品不同方法的環(huán)境劑量率的測(cè)量結(jié)果，獲得以下初步認(rèn)識(shí)：①本實(shí)驗(yàn)室ORTEC GEM70P4-95 P型高純鍺Gamma譜儀的本底極低，當(dāng)測(cè)量時(shí)間達(dá)到8個(gè)小時(shí)后，核素含量不再變化，即可滿足測(cè)量要求。選取的片麻巖、片巖、花崗巖及第四紀(jì)沉積物共12個(gè)樣品，采用高純鍺Gamma譜儀測(cè)定的U、Th和K含量與澳大利亞ICP-MS方法測(cè)定結(jié)果對(duì)比，顯示2種方法測(cè)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(shí)驗(yàn)室高純鍺Gamma譜儀標(biāo)定結(jié)果是可靠的。對(duì)2個(gè)封盒的第四紀(jì)松散沉積物樣品放置不同時(shí)間后測(cè)量，結(jié)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(fù)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(jì)數(shù)儀，以及ICP-MS放射性核素含量測(cè)定等多種方法對(duì)比測(cè)量結(jié)果顯示，對(duì)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(duì)均一的樣品，建議應(yīng)用厚源Alpha技術(shù)和K含量測(cè)定。對(duì)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(jié)合的測(cè)量方法。高純鍺Gamma譜儀可以檢測(cè)長(zhǎng)周期放射性核素衰變鏈的放射性平衡性，測(cè)量用的樣品量較多更具有代表性，可同時(shí)測(cè)量多種核素，測(cè)量效率高。Al2O3劑量片或者便攜式NaI（TI）Gamma譜儀野外就地測(cè)量可以克服周圍30 cm巖性不均一導(dǎo)致γ貢獻(xiàn)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(shí)間。通過對(duì)新疆烏恰地震地表破裂帶WQWT6探槽中12個(gè)樣品不同光釋光測(cè)量方法的對(duì)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(hào)以快速組分為主，回授對(duì)等效劑量影響可以忽略不計(jì)，適合采用SAR法光釋光測(cè)年。②樣品中石英顆粒特別是細(xì)顆粒在埋藏前存在嚴(yán)重的曝光不徹底現(xiàn)象，能用來光釋光測(cè)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(cè)定值的離散度（測(cè)量?jī)x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(xì)顆粒石英大測(cè)片、粗顆粒石英大測(cè)片的SAR光釋光方法都得到高估的年齡結(jié)果，不適合此類地震相關(guān)的近源快速堆積物的光釋光測(cè)年。④探槽剖面揭露出包括1985年MS7．4地震在內(nèi)的4次強(qiáng)震事件，根據(jù)初步的單顆粒石英釋光測(cè)年結(jié)果，前3次事件發(fā)生時(shí)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(fù)發(fā)周期約為1．0 ka。古地震事件E3之后發(fā)生了強(qiáng)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(duì)地震相關(guān)沉積物釋光測(cè)年方法的建議。通過上述研究，對(duì)于應(yīng)用釋光測(cè)年技術(shù)進(jìn)行地震相關(guān)沉積物測(cè)年，提出了相應(yīng)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(yīng)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(cè)量相結(jié)合的方法來測(cè)量環(huán)境劑量率。

本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

（1）首次采用單顆粒光釋光測(cè)年技術(shù)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(shí)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(fù)發(fā)周期為1．0 ka左右。

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

光釋光；石英；單顆粒；小測(cè)片；古地震

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

P315．6；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．07．010