地震地质 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (5): 1307-1325.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240033
赵琳1,2)(
), 魏传义1),*(
), 尹功明1), 姬昊1), 刘春茹1), 杨桂芳2), 徐星烁1)
收稿日期:2024-03-19
修回日期:2024-11-21
出版日期:2025-10-20
发布日期:2025-11-11
通讯作者:
魏传义, 男, 1990年生, 副研究员, 主要研究方向为第四纪年代学与地表过程研究, E-mail: 作者简介:赵琳, 女, 1998年生, 2024年于中国地质大学(北京)获资源与环境专业硕士学位, 主要研究方向为基岩断层区ESR测年研究, E-mail: 1092272251@qq.com。
基金资助:
ZHAO Lin1,2)(
), WEI Chuan-yi1),*(
), YIN Gong-ming1), JI Hao1), LIU Chun-ru1), YANG Gui-fang2), XU Xing-shuo1)
Received:2024-03-19
Revised:2024-11-21
Online:2025-10-20
Published:2025-11-11
摘要: 重晶石(主要成分为BaSO4)是自然界中常见的硫酸盐矿物, 其电子自旋共振(electron spin resonance, ESR)信号( )可用于测定海底热液活动、 断层运动等地质事件的年代。近年来学者们将ESR方法广泛应用于海底热液场重晶石结晶年代的测定, 但大陆型重晶石ESR测年的相关报道较少, 急需对其ESR信号进行测年基础性质的相关研究, 为大陆环境中重晶石的ESR测年可行性及可靠性提供参考。因此, 文中以大陆环境中沉积重晶石(XBD-B1、 LSJ-B1)及断层重晶石(LJF-B1)为研究对象, 探讨了重晶石ESR信号(g=2.002 3)的微波饱和功率、 光敏感性、 热稳定性、 信号饱和性等基本性质。结果表明: 1)大陆环境中重晶石样品的ESR信号(g=2.002 3)微波饱和功率在0.2~1mW之间, 0.1mW是该信号测量的优选功率。2)大陆环境重晶石样品ESR信号(g=2.002 3)在380℃下加热15min能够完全退火, 信号的热衰减符合二级动力学模型, 常温(20℃)下的热寿命至少能达到106a; 饱和剂量>10 000Gy, 在低环境剂量率的条件下, 综合考虑饱和寿命及热寿命, 2个沉积型重晶石及断层重晶石ESR信号的最老可测年龄分别为152Ma、 72Ma、 1.5Ma。3)断层重晶石ESR信号g=1.999 5和g=2.002 3的热寿命和等效剂量在误差范围内一致, 表明2个测量位置的测年结果具有相互补充和验证的潜力。在实际测年应用中可以综合考虑2个信号测量位置的年龄结果, 以提高结果的可靠性。4)大陆环境中重晶石样品的ESR信号(g=2.002 3)光敏特征类似石英中的Al心, 能够被部分晒退, 应尽量采集未曝光的新鲜样品, 若仅能采集暴露于阳光下的样品, 则应提取不可晒退的信号组分测年。综合来看, 重晶石ESR信号(g=2.002 3)能够用于早更新世中晚期以来断层重晶石结晶年代的测定, 具有一定的可靠性。这为基岩断层活动历史研究提供了一种潜在的测年材料与手段, 也为重晶石矿床的沉积年代测定提供了一种有力的绝对测年手段。
赵琳, 魏传义, 尹功明, 姬昊, 刘春茹, 杨桂芳, 徐星烁. 大陆型重晶石电子自旋共振测年信号g=2.002 3的特性[J]. 地震地质, 2025, 47(5): 1307-1325.
ZHAO Lin, WEI Chuan-yi, YIN Gong-ming, JI Hao, LIU Chun-ru, YANG Gui-fang, XU Xing-shuo. CHARACTERIZATION OF ELECTRON SPIN RESONANCE DATING SIGNAL AT g=2.002 3 IN CONTINENTAL BARITE[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2025, 47(5): 1307-1325.
图 4 归一化处理后的重晶石样品ESR信号等时退火变化
Fig. 4 Isochronic annealing variation of ESR signal in barite samples(normalized based on the initial ESR signal intensity of the sample).
图 5 归一化处理后的重晶石样品的ESR信号等温退火结果
Fig. 5 ESR signal isothermal annealing results of barite samples(normalized based on the initial ESR signal intensity of the sample).
图 6 重晶石样品等温退火结果的一级动力学拟合结果(lnI与加热时间t的关系)
Fig. 6 Results of first-order kinetic fitting of isothermal annealing results for barite samples(lnI vs. heating time t).
图 7 重晶石样品等温退火结果的二级动力学拟合结果(1/I与加热时间t的关系)
Fig. 7 Results of secondary kinetic fitting of isothermal annealing results for barite samples(1/I vs. heating time t).
| 样品编号 | 温度/℃ | 回归方程 | 寿命/min |
|---|---|---|---|
| XBD-B1 | 240 | 1/I=7.43×10-4t+3.32×10-1 | 1346 |
| 260 | 1/I=3.46×10-3t+3.33×10-1 | 289 | |
| 280 | 1/I=1.24×10-2t+2.78×10-1 | 81 | |
| 300 | 1/I=3.23×10-2t+4.11×10-1 | 31 | |
| 320 | 1/I=9.30×10-2t+4.58×10-1 | 11 | |
| LSJ-B1 | 240 | 1/I=1.63×10-3t+6.23×10-1 | 613 |
| 260 | 1/I=5.21×10-3t+6.57×10-1 | 192 | |
| 280 | 1/I=1.95×10-2t+8.08×10-1 | 51 | |
| 300 | 1/I=5.66×10-2t+9.44×10-1 | 18 | |
| 320 | 1/I=1.87×10-1t+5.11×10-1 | 5 | |
| LJF-B1 | 240 | 1/I=4.41×10-3t+1.23 | 227 |
| 260 | 1/I=1.13×10-2t+1.36 | 88 | |
| 280 | 1/I=2.51×10-2t+2.04 | 40 | |
| 300 | 1/I=8.25×10-2t+2.08 | 12 | |
| 320 | 1/I=3.21×10-1t+2.16 | 3 |
表 1 重晶石样品在不同温度下ESR信号(g=2.002 3)的寿命
Table1 Lifetime of ESR signals(g=2.002 3) of barite samples at different temperature
| 样品编号 | 温度/℃ | 回归方程 | 寿命/min |
|---|---|---|---|
| XBD-B1 | 240 | 1/I=7.43×10-4t+3.32×10-1 | 1346 |
| 260 | 1/I=3.46×10-3t+3.33×10-1 | 289 | |
| 280 | 1/I=1.24×10-2t+2.78×10-1 | 81 | |
| 300 | 1/I=3.23×10-2t+4.11×10-1 | 31 | |
| 320 | 1/I=9.30×10-2t+4.58×10-1 | 11 | |
| LSJ-B1 | 240 | 1/I=1.63×10-3t+6.23×10-1 | 613 |
| 260 | 1/I=5.21×10-3t+6.57×10-1 | 192 | |
| 280 | 1/I=1.95×10-2t+8.08×10-1 | 51 | |
| 300 | 1/I=5.66×10-2t+9.44×10-1 | 18 | |
| 320 | 1/I=1.87×10-1t+5.11×10-1 | 5 | |
| LJF-B1 | 240 | 1/I=4.41×10-3t+1.23 | 227 |
| 260 | 1/I=1.13×10-2t+1.36 | 88 | |
| 280 | 1/I=2.51×10-2t+2.04 | 40 | |
| 300 | 1/I=8.25×10-2t+2.08 | 12 | |
| 320 | 1/I=3.21×10-1t+2.16 | 3 |
图 8 热寿命的自然对数(lnτ)与加热温度的倒数(1/T)的阿伦尼乌斯图
Fig. 8 Arrhenius plot of the natural logarithm of the thermal lifetime(lnτ) versus the reciprocal of the heating temperature(1/T).
| 样品编号 | 回归方程 | 寿命/a | 最老可测年龄/Ma |
|---|---|---|---|
| XBD-B1 | lnτ=1.815×104(1/T)-28.285 | 7.6×108 | 152 |
| LSJ-B1 | lnτ=1.805×104(1/T)-28.687 | 3.6×108 | 72 |
| LJF-B1 | lnτ=1.599×104(1/T)-25.541 | 7.5×106 | 1.5 |
表 2 重晶石样品在室温(20℃)下的热寿命及对应最老可测年龄
Table2 Thermal lifetimes of barite samples at room temperature(20℃) and the corresponding lower limit of dating
| 样品编号 | 回归方程 | 寿命/a | 最老可测年龄/Ma |
|---|---|---|---|
| XBD-B1 | lnτ=1.815×104(1/T)-28.285 | 7.6×108 | 152 |
| LSJ-B1 | lnτ=1.805×104(1/T)-28.687 | 3.6×108 | 72 |
| LJF-B1 | lnτ=1.599×104(1/T)-25.541 | 7.5×106 | 1.5 |
图 9 重晶石样品自然ESR信号与被辐照3 240Gy ESR信号谱图的叠加对比
Fig. 9 Comparison of overlapping natural ESR signals and irradiated(3 240Gy)ESR signal spectra of barite samples.
图 11 重晶石样品ESR信号g=1.999 5(a-c)与g=2.002 3(d-f)的附加剂量-响应曲线
Fig. 11 Additional dose response curves of ESR signals at g=1.999 5(a-c) and g=2.002 3(d-f) for barite samples.
图 12 归一化处理后的重晶石样品XBD-B1 ESR信号光晒退结果
Fig. 12 ESR signal solarization results of barite sample XBD-B1(normalized based on the initial ESR signal intensity of the sample).
| [1] |
刁少波, 贺行良, 何乐龙, 等. 2018. 深海碳酸盐岩ESR测年信号的热力学特征[J]. 海洋地质前沿, 34(8): 1-6.
|
|
|
|
| [2] |
刁少波, 业渝光, 隋卫东, 等. 2004. 兰州盆地石膏g=2.004峰平均寿命的估算[J]. 地球学报, 25(2): 209-212.
|
|
|
|
| [3] |
金嗣炤, 梁任又, 彭子成, 等. 1988. 洛川黄土中陷阱电子的平均寿命和ESR年代学[J]. 核技术, 11(11): 46-48.
|
|
|
|
| [4] |
李胜荣, 许虹, 申俊峰, 等. 2008. 结晶学与矿物学[M]. 北京: 地质出版社.
|
|
|
|
| [5] |
李文炎, 余洪云. 1991. 中国重晶石矿床[M]. 北京: 地质出版社.
|
|
|
|
| [6] |
刘春茹, 尹功明, 高璐, 等. 2011. 第四纪沉积物ESR年代学研究进展[J]. 地震地质, 33(2): 490-498. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.022.
|
|
|
|
| [7] |
刘春茹, 尹功明,
|
|
|
|
| [8] |
潘忠飞, 付勇, 郭川, 等. 2023. 重晶石成矿地质特征、 成矿作用及成矿机制[J]. 矿床地质, 42(1): 90-115.
|
|
|
|
| [9] |
张煜. 2019. 贵州镇宁泥盆系重晶石矿物学特征及碳热还原过程固相反应行为[D]. 贵阳: 贵州大学.
|
|
|
|
| [10] |
赵珊茸, 边秋娟, 凌其聪. 2004. 结晶学及矿物学[M]. 北京: 高等教育出版社.
|
|
|
|
| [11] |
周锡强, 遇昊, 黄泰誉, 等. 2016. 重晶石沉积类型及成因评述: 兼论扬子地区下寒武统重晶石的富集机制[J]. 沉积学报, 34(6): 1044-1056.
|
|
|
|
| [12] |
|
| [13] |
|
| [14] |
DOI URL |
| [15] |
|
| [16] |
|
| [17] |
|
| [18] |
|
| [19] |
|
| [20] |
|
| [21] |
|
| [22] |
DOI URL |
| [23] |
|
| [24] |
|
| [25] |
|
| [26] |
|
| [27] |
|
| [28] |
|
| [29] |
DOI URL |
| [30] |
DOI URL |
| [31] |
|
| [32] |
|
| [33] |
|
| [34] |
DOI URL |
| [35] |
|
| [36] |
DOI URL |
| [37] |
DOI URL |
| No related articles found! |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||