临潼-长安断裂上断层崩积楔光释光测年的探讨

李晓妮，田勤虎，李高阳，李 苗，李 娟

（陕西省地震局，陕西 西安 710068）

临潼-长安断裂上断层崩积楔光释光测年的探讨

李晓妮，田勤虎，李高阳，李 苗，李 娟

（陕西省地震局，陕西 西安 710068）

选择西安临潼-长安断裂带上韩峪乡范家村剖面的一个典型崩积楔样品进行测试，用3种不同的释光测试方法测出了9个不同的年龄数据。根据地层信息和矿物的释光生长曲线确定只有采用混合矿物简单多片再生法、纯石英矿物简单多片再生法以及纯石英矿物单片再生法的光释光测年法所得结果更接近于崩积楔的真实年龄。这些断层崩积楔年龄接近于围岩的形成年龄，并不能代表真正意义上的断层活动时代。因此，断层崩积楔年龄光释光测年结果无法给出该断层最真实的活动时代。

光释光；断层；崩积楔；临潼-长安断裂

引言

上世纪70年代末80年代初，释光测年技术开始引入中国黄土年代学研究[1～3]。Singhvi[4]、Lu[5]和Spooner[6]均通过沉积物中混合矿物和石英的阳光晒退实验指出，自然曝光可使矿物释光信号“回零”。Huntley[7]用Ar+激光器产生的514.5 nm绿光束激发石英获得释光信号，称之为OSL，并用石英OSL测定沉积物的沉积年代。Hütt[8]用红外光 (波长为860 nm、930 nm)激发钾长石矿物获得了释光信号，称之为IRSL，并用于沉积物测年。卢演俦[9]将OSL和IRSL分别译为光释光和红外释光，并将这两种沉积物测年技术介绍给中国第四纪工作者。上世纪九十年代初，Duller[10]在Huntley[11]工作的基础上进行了钾长石IRSL单片再生测年技术的探索。Prescott[12]在以往多片再生释光测年技术的基础上提出了多片释光测年的澳大利亚滑移法技术。Mejdahl[13]在附加剂量的基础上提出了单片再生法测定等效剂量(SARA)技术。王旭龙等[14～16]从黄土细颗粒混合矿物中提炼出纯石英样品，进行了简单多片再生法释光测年技术的探索；同时提出了回授释光测年技术，将释光测年的范围延长至80万年。

本文是在前人研究的基础上，将多种方法同时应用于西安临潼-长安断裂的一个断层崩积楔样品测试，试图查明哪种方法更适合于细颗粒断层崩积楔物质的光释光测量。这种比较测试的方法应用于断层碎屑物的光释光测年在国内的研究资料相对较少。

1 样品的选择

经过长期的野外考察，选择临潼-长安断裂带上典型的断层崩积楔样品进行测试，样品取自韩峪乡范家村剖面（图1），地理位置为34°19.697′N，109°10.124′E，样品（图1中符号为7）为棕黄色，土质疏松，颗粒较细，实验室编号是IEE1313。取样剖面岩性从上向下分别为：

图1 韩峪沟范家村断裂剖面图Fig.1 Fracture section in Fanjia village,Hanyu ditch.

①耕作层，含大量植物根系，厚约1.4 m。

②L1,灰黄色，质地均一，厚约0.9 m。

③S1-1,棕褐色，含铁质胶膜，底部钙质菌丝体分布较多，厚约0.6 m；3 a为过渡层，颜色呈浅棕褐色，厚约0.2 m。

④S1-2，黄褐色，有零星白色钙质菌丝体分布，厚约0.3 m。

⑤灰白色钙质结核层，钙核直径从0.1～2 cm不等，钙质结核整体呈向下淋滤状，厚约0.2 m。

⑥L2，灰黄色，垂直节理发育，质地均一。

⑦棕黄色断层崩积楔，排列有序，疏松。

韩峪乡范家村剖面全新世古土壤层缺失，末次冰期黄土没有明显的三层之分，末次间冰期古土壤在上下盘的分布略有不同，上盘不同层位之间的界限较为清楚，而下盘似乎过渡层发育较厚。断裂活动错断了韩峪乡范家村剖面S1顶部0.4 m，并形成了断层面及断层崩积楔。断层面有垂直察痕和磨光镜面。断层崩积楔呈灰黄色，浅于两侧地层，质地疏松，颗粒较细；形状呈梯状，上窄下宽，下部宽约13 cm，上部较细，连通至L1中部。在断层顶部，有一条较细的裂缝，向上通往耕作层。实验样品采集的部位见图1中IEE1313，是典型的断层崩积楔样品。

2 样品的前处理

样品的前处理方法参考Aitken[17]和Lu et al.[5,18]等的程序，在实验室红外光照条件下打开样品，削去钢管表层可能已曝光或污染部分，取大约20 g样品备测U、Th、K及含水量，取管子中间样品150 g左右放在1 000 ml烧杯中，加入足量浓度30%的双氧水和15%的盐酸去除有机质和碳酸盐，待有有机质和碳酸盐完全去除后用蒸馏水清洗2～3次使溶液接近中性，再加入适量的氢氧化钠使溶液PH值在7～8之间，待无絮凝出现时利用静水沉降法分选出4～11μm颗粒。

上述分离出的细颗粒是石英和长石以及极少量粘土矿物混合物，将分离出的4～11 m粒组取一少半移到聚氯乙烯烧杯中，加入适量浓度为30%的氟硅酸。30 h后 (其间充分搅拌多次)加入蒸馏水反复冲洗，至悬浊液PH=7，根据stoken[17]定律放置一定时间再倒掉悬浊液，留下沉淀物，烘干后得到纯净的石英颗粒。

测片制备：取已处理好的细颗粒样品约50 mg，置于50 ml的小三角瓶中，加入20 ml丙酮，放在超声波中充分震荡2 min后加丙酮至50 ml，用微量移液管取约1 ml注入事先放入圆钢片的小试管中，滴完后将小试管放在40℃烘箱中烘干，则得到了需要的测片，每个测片上约有1 mg样品。

本实验样品在Daybreak TL/OSL 2200型测量系统上进行，辐照源为90Sr-90Y，辐照效率为0.140 Gy/s。释光信号的激发方式为：红外激发波长为880±80 nm，蓝光的激发波长为470±5 nm；激发光强度为45 mw/cm2，释光信号通过两块U-340滤光片进行检测。

3 样品等效剂量值测定

Huntley等[11]和Hutt等[8]研究表明，石英不能被红外线 (880±80 nm)激发产生红外释光（IRSL）信号，但石英可被绿光束激发产生绿光释光（GLSL）信号，而长石可被红外线激发，产生IRSL信号。如果对混合样品先用880±80 nm波长的红外光激发，并通过适当的滤光片组合检测IRSL信号，再对该测样使用绿光进行GLSL测量，则可从同一样品的细颗粒测样获得IRSL和GLSL的两种测量结果。这两种结果从不同矿物中获得，互相独立，可以相互校核。

本实验中，将混合矿物和石英矿物分别进行测试，混合矿物先用红外光激发，获得长石的红外释光信号，再用蓝光进行激发，获得石英的蓝光释光信号。石英矿物先用短时间红外激发，看是否有红外释光信号，若无，再用蓝光进行测量。混合矿物和石英矿物测试的方法均为多测片滑移法，简单多片再生法和单片再生法，共可获得九个相互独立的数据。

3.1 多测片滑移法

为了避免感量变化的影响，Prescott[19]提出了澳大利亚滑移法。该法是把再生剂量点沿剂量轴移动直到与附加剂量数据点重合，即把N+SL+β点和N+β点拟合成一条曲线，曲线沿剂量轴滑移的距离即为等效剂量值。进行拟合试验可以检验矿物释光信号是否有大的感量变化。对感量明显变化的样品，滑移法无法拟合出曲线。附加法的具体测试步骤如下：①根据样品的老或年轻相应的附加五组不同的剂量N（天然信号）、N+β1、N+β2、N+β3，和N+β4；②先用红外光激发5组样品，测试每组样品的红外释光信号；③再用蓝光激发，测试其蓝光释光信号；④将所有测片辐照相同的小剂量；⑤测量小剂量光释光和红外释光信号；⑥用同一测片③的信号除以⑤的信号得到校正后不同的释光信号强度；⑦根据五组测片的红外释光信号强度和蓝光释光信号强度与附加剂量的响应关系做图，建立长石的红外释光生长曲线和石英的蓝光释光生长曲线。该方法简单、快速，在测试过程中不会发生样品释光感量的变化。但是附加剂量法适合于生长曲线是线性或者接近线性的数据[20]。再生法的测试步骤参考3.2描述，将再生法生长曲线滑移至与附加法生长曲线重合即得到了滑移法生长曲线（图2abc），滑移的距离即为滑移法得到的等效剂量值。

3.2 简单多片再生法

简单多片再生法参考王旭龙等[15]的描述，是通过在实验室内将矿物的释光信号完全置零后再人工附加不同的辐照剂量以建立矿物沉积时的释光量。再生法等效剂量值在生长曲线上通过内插的方式获得，克服了附加剂量法ED值是在N+β生长曲线的外延部分上测定的这一不足。

简单多片再生法是通过多个测片的统一测量来完成，需要完成如下测量步骤：①六组测片在白炽灯下完全晒退信号；②根据样品的老或年轻相应的附加六个不同的再生剂量；③测出六组不同的释光信号；④将所有测片辐照相同的小剂量；⑤测量小剂量的信号；⑥用同一测片③的信号除以⑤的信号得到校正后不同的光释光信号强度；⑦根据不同释光信号强度建立生长曲线图，再依据校正后的天然释光信号强度计算样品的等效剂量值（图2d、e、f）。

3.3 单片再生法

单片再生法与简单多片再生法的测量方法相似，不同的是单片再生法是通过对一个测片的测量来完成，需要如下步骤：①测量样品的天然释光信号；②辐照小剂量，测量小剂量样品的释光信号；③根据样品的老或年轻相应的附加再生剂量，测量再生剂量样品的释光信号；④再辐照小剂量，测量小剂量样品的释光信号；⑤重复③和④步骤4次，即辐照四个不同的再生剂量（包括零剂量）；⑥根据不同的释光信号强度建立生长曲线图；⑦依据校正后的天然释光信号强度计算样品的等效剂量值（图2 g、h、I）。

图2 等效剂量值测试结果图Fig.2 Testing results of equivalent dose value

4 等效剂量值的统计及年龄的计算

通过以上3种测试方法对混合矿物和纯石英矿物进行红外释光及光释光等效剂量值的测定，共获得9个相互独立的测量结果，将其按照等效剂量值的大小排序列于表1中。

本实验采集样品的深度为3.9 m，U、Th和K的含量分别是2.86±0.14 ppm、13.72±0.3 ppm和1.81%，含水量为20%，根据Aitken[21]提出的环境中铀、钍、钾含量与石英、长石等矿物接收的剂量率之间的转换关系，得出各样品所接收的剂量率，石英矿物的年剂量率为3.58±0.16 Gy/ka，长石矿物为3.994±0.22 Gy/ka，根据年龄=等效剂量值/年剂量率计算得到9种不同的年龄值见表1。

表1 3种测试法9种测试结果相应的等效剂量值及年龄Table 1 The corresponding equivalent dose values and ages with three kinds of test methods and nine test results

5 讨论

5.1 根据生长曲线和矿物特性判断等效剂量值的正确性

滑移法是附加法和再生法共同建立的生长曲线，应该同时满足附加法和再生法各自的条件。附加法只适用于生长曲线是线性或者接近线性的数据。从图2可看出，图a和图b的生长曲线均为指数增长，所以本实验中滑移法的混合矿物和纯石英矿物的光释光测量数据均不可靠。从表1可看出，c、f和I的等效剂量值明显偏小，这是由于长石的异常衰减所致，到目前为止，通过多种方法的尝试，长石释光信号的异常衰减仍然无法去除，因此混合矿物的红外释光年龄值均不可靠。本实验g中单片再生法的混合矿物光释光测量等效剂量值偏小，可能是因为单测片的测量是反复在同一个测片上来完成，发生了感量变化或者受少量粘土矿物信号的影响所致，结果亦不可靠。

5.2 根据地层信息判断断层崩积楔的年龄

根据图1所反映的地质环境信息及野外观察，断层崩积楔物质均为垂向排列，说明其来自于上覆L1地层，年龄应该比IEE1311样品的年龄稍小，因为断层崩积楔物质在形成过程中，颗粒无可避免的要重新组合、再堆积以及短时间暴晒于阳光下，致使部分储藏信号丢失。根据测量误差推算，本实验中9个不同的数据中只有36.3 ka，35.8 ka和34.6 ka更接近于IEE1311样品的年龄38.3 ka，并与地层反映信息相吻合，从测量方法及生长曲线上也找不出破绽，因此认为混合矿物简单多片再生法的光释光测量、纯石英矿物简单多片再生法的光释光测量以及纯石英矿物单片再生法的光释光测量适合本实验中断层崩积楔物质的测试。

6 结论

断层崩积楔物质的年龄虽然比上覆地层的年龄小，但是大多情况下并不能代表真正的断层活动时代，而是比断层活动时代要老。偏老的程度根据断层崩积楔物质曝晒的时间长短确定，如果暴晒的时间足够长，崩积楔形成时将原先储藏的释光信号全部晒退掉，所测定的是断层崩积楔形成的年龄，这是我们所期望的断层活动时代，但是这种情况较少，因为断层崩积楔通常是在崩塌的一瞬间形成的，曝光的时间太短，所以只有部分释光信号被晒退掉，那么用释光信号所测定的是断层崩积楔形成以后的年龄和形成以前地层的部分年龄之和，这种情况下测定的年龄比真实的断层活动时代偏老。

虽然从光释光测试方法上看，本文给出的年龄不存在问题，但是从崩积楔形成的角度考虑，这些断层崩积楔年龄接近于围岩的形成年龄，并不能代表真正意义上的断层活动时代。因此，断层崩积楔年龄光释光测年结果无法用于推断该断层的活动时代。

只能说正确的测量方法代表了断层崩积楔的年龄，比围岩年龄更接近于断层的活动时代，因为崩积楔一般是由当时的地表或接近地表的物质埋藏堆积形成的，所以崩积楔在形成前的年龄一般比较小，又经历了部分曝光。通常真正的断层活动时代难以直接获得，一般根据断层崩积楔和上覆地层的年龄给出较接近断层活动时间的年龄值。

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Discussions of Optical Stimulated Luminescence Dating about Colluvial Deposits in Lintong-chang'an Fault

LI Xiaoni， TIAN Qinhu， LI Gaoyang,LI Miao,LI Juan

(Earthquake Administration of Shanxi Province,Xi'an 710068,China)

This article choosed Fanjiacun profile in Lintong-chang′an fault as a typical fault gouge samples testing and used three different methods to obtain nine different age data.According to stratum information and minerals luminescence growth curve,the paper determined only three dating method.They are mixed minerals multiple aliquot regenerative dose protocol,fine grained quartz multiple aliquot regenerative dose protocol and fine grained quartz single aliquot regenerative dose protocol.These fault wedge ages are close to collapse product of surrounding rock formation age but can′t represent real fault activity era.So we conclude that optical stimulated luminescence age results of colluvial deposit can′t give real activity age about fault.

Optical stimulated luminescence dating;Fault;Colluvial deposit;Lintong-chang′an fault

P313.1

A

1001-8662（2011）03-0019-08

2011-01-19

国家发展与改革委员会发改投资“城市活断层试验探测”项目（20041138）；陕西省地震局青年基金（2010-12）

李晓妮，女，1979年生，硕士，工程师.主要从事西安市活断层探测与第四纪地质年代学研究工作.E-mail：bestnini2001@yahoo.com.cn