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深海碳酸盐岩ESR测年信号的热力学特征

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刁少波, 贺行良, 何乐龙, 张道来, 张剑, 李建平. 深海碳酸盐岩ESR测年信号的热力学特征[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(8): 1-6. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.08001
引用本文: 刁少波, 贺行良, 何乐龙, 张道来, 张剑, 李建平. 深海碳酸盐岩ESR测年信号的热力学特征[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(8): 1-6. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.08001
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DIAO Shaobo, HE Xingliang, HE Lelong, ZHANG Daolai, ZHANG Jian, LI Jianping. THERMODYNAMIC PROPERTIES OF ESR SIGNALS OF DEEP-SEA CARBONATE[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(8): 1-6. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.08001
Citation: DIAO Shaobo, HE Xingliang, HE Lelong, ZHANG Daolai, ZHANG Jian, LI Jianping. THERMODYNAMIC PROPERTIES OF ESR SIGNALS OF DEEP-SEA CARBONATE[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(8): 1-6. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.08001
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深海碳酸盐岩ESR测年信号的热力学特征

  • 1.

    中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛 266071

  • 2.

    中国地震局地质研究所，北京 100086

  • 基金项目:
    中国地质调查局项目“海洋碳酸盐岩ESR测年技术方法研究”
详细信息
    作者简介: 刁少波(1961—)，男，研究员，主要从事年轻地质年代分析测试与方法研究工作.E-mail:diaosbqd@163.com

  • 中图分类号: P597

THERMODYNAMIC PROPERTIES OF ESR SIGNALS OF DEEP-SEA CARBONATE

  • 1.

    Qingdao Institute of Marine Geology, CGS, Qingdao 266071, China

  • 2.

    Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100086, China

    摘要

  • ESR测年方法的年代范围可以从数百年到几百万年，但在较老的深海碳酸盐岩测年研究中，ESR测年信号的平均寿命较短，其年龄极限受到质疑。利用较老的深海碳酸盐岩进行了ESR测年信号的热力学特征研究，同时估算了深海碳酸盐岩的平均寿命。研究结果表明：单一级热动力学模式不适于深海碳酸盐岩样品的平均寿命估算，而双一级动力学模式是一种较好的估算方法。经估算，深海碳酸盐岩试样的平均寿命为5.14 Ma，年龄为320±50 ka，与铀系不平衡法测得的365±49 ka具有较好的一致性。

    The ESR dating method could date the samples within a time span from hundreds of years to millions of years. However, the average lifetime of ESR signals from deep-sea carbonate rocks are relatively shorter. In this regard, the age limit of the deep-sea carbonate rocks dating need to be further studied. In this paper, we studied the thermodynamic characteristics of ESR dating signals acquired from old deep-sea carbonate rocks and the average lifetime of those deep-sea carbonate rocks is estimated. The results of the thermodynamic properties of deep-sea carbonate suggests that the single first-order kinetic equation might not be suitable to calculate the average lifetime, and the double first-order kinetic equation is more effective. The average lifetime of the deep-sea samples we calculated is about 5.14×106 years by using the double first-order kinetic equation. Thus the estimated age is 320±50 ka, which is in good agreement with the unbalanced U system dating result of 365±49 ka.

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  • 图 1  生物灰岩

    Figure 1. 

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    图 2  生物灰岩样品的ESR谱图

    Figure 2. 

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    图 3  样品的等时退火曲线

    Figure 3. 

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    图 4  样品的等温退火曲线

    Figure 4. 

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    图 5  平均寿命与绝对温度的关系

    Figure 5. 

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    图 6  ESR信号的自然对数与温度的关系

    Figure 6. 

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    图 7  平均寿命与绝对温度线性相关图

    Figure 7. 

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    图 8  计算年龄与实际年龄的关系

    Figure 8. 

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    表 1  生物灰岩样品ESR测年信号的测量结果

    Table 1.  The measured ESR signal of the carbonate

    次数 1 2 3 4 5 6 平均值 RSD/%
    ESR信号/(a.u.) 9 368 000 9 280 000 9 361 000 9 298 000 9 182 000 9 191 000 9 280 000 0.87
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    表 2  样品的等温退火实验结果

    Table 2.  The results of isothermal annealing experiments

    时间/min ESR信号强度(a.u.)
    100 ℃ 150 ℃ 200 ℃ 230 ℃ 250 ℃ 280 ℃
    0 9 280 000 9 280 000 9 280 000 920 000 9 280 000 9 280 000
    5 9 468 000 9 556 000 9 476 000 8 312 000 7 512 000 4 936 000
    10 9 186 000 9 208 000 9 092 000 6 806 000 5 616 000 1 207 000
    20 8 765 000 8 615 000 8 217 000 5 726 000 4 006 000 320 100
    30 8 809 000 8 567 000 7 962 000 4 969 000 2 696 000 188 000
    40 8 762 000 8 631 000 7 832 000 4 306 000 1 987 000 99 750
    60 8 786 000 8 536 000 7 712 000
    90 8 709 010 8 503 000
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    表 3  样品各温度下平均寿命的回归计算结果

    Table 3.  The calculated average life of sample at different temperature

    温度/ ℃ 回归公式 平均寿命/min 相关系数
    200 N=9 248 670exp(-3.73×10-3t) 268 0.833
    230 N=8 797 690exp(-1.90×10-2t) 52.5 0.970
    250 N=8 797 690exp(-3.86×10-2t) 25.9 0.993
    280 N=6 168 710exp(-1.15×10-1t) 8.73 0.929
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    表 5  各温度下平均寿命的回归计算结果

    Table 5.  The calculated average life at different temperature

    温度/℃ 回归公式Ⅰ段 平均寿命/min 回归公式Ⅱ段 平均寿命/min
    200 N=9 969 090exp(-9.59×10-3t) 104 N=8 186 520exp(-1.02×10-3t) 980
    230 N=9 065 620exp(-2.38×10-2t) 42.0 N=11 270exp(-1.43×10-2t) 69.9
    250 N=9 407 330exp(-5.03×10-2t) 19.9 N=9 590exp(-3.51×10-2t) 28.5
    280 N=9 587 780exp(-1.75×10-1t) 5.70 N=10 100exp(-5.83×10-2t) 17.2
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    表 6  样品20 ℃时平均寿命的回归计算结果

    Table 6.  The calculated average life of sample at 20 ℃

    ESR信号 回归方程 τ/a
    CO2- τ-1=4.45×1012exp(-1.95×104/T) 5.14×106
    PO22- τ-1=2.60exp(-5.89×103/T) 3.86×10-1
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    表 7  230Th/234U/238U测年结果

    Table 7.  230Th/234U/238U dating results /Ka

    样品 U/×10-6 234U/238U 230Th/234U 230Th
    生物灰岩 10.599± 0.233 1.006± 0.017 0.967± 0.018 364.5± 49
    测年结果由中科院地球与地质研究所提供
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    表 8  ESR测年结果

    Table 8.  8 ESR dating results

    样品编号 U /×10-6 Th /×10-6 K2O /% 累积剂量TD/Gy 平均年龄/ka
    生物灰岩 10.5 0.219 0.209 1 899.0 320
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出版历程
收稿日期:  2018-03-10
刊出日期:  2018-08-28

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