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天坑是一种喀斯特地区特有的地貌形态,形成于第四纪晚期,常见于我国南方地区。天坑由于特殊的地貌形态,对第四纪的研究具有十分重要的意义。相关专家对天坑的形成条件、生物种群、发育过程等方面进行了研究,但是目前对于其形成年代只有定性估计而且不同数据间仍然存在很大分歧。
本工作利用加速器质谱(AMS)方法测量天坑样品中的就地宇宙成因核素(简称就地宇生核素)36C1同位素丰度比(36C1/C1)对天坑进行暴露年龄的研究。36C1的半衰期为301ka,适合进行第四纪的定年研究,由于其性质活泼,广泛存在于岩石圈和水圈中。天坑样品中的就地宇生36C1主要来源于中子核反应,宇宙射线中高能中子与39K、40Ca的中子散裂反应约占表面样品宇生36C1生成总量的主要部分(70%),其次是35C1的热中子俘获反应,但是由于就地宇生36C1在岩石中含量很低,只能采用加速器质谱方法对其进行测量。
加速器质谱(AMS)是一项用于分析微量核素和探测稀有粒子的现代核分析测量技术,其测量灵敏度很高,36C1的同位素丰度比的测量可以达到10-15量级。
本文介绍了天坑的特点、分布、发育规律,给出了不同成因36C1在大石围天坑随深度的分布、表面样品36C1含量与侵蚀速率的依赖关系以及天坑暴露年龄与样品36C1含量的关系,制定了天坑样品采集的方案以及用于加速器质谱测量样品的制备流程与注意事项,介绍了利用就地宇生核素36C1测量天坑暴露年龄的原理及其相对于其他方法的优越性和加速器质谱实验方法;根据大石围天坑(特大型天坑之一,位于我国广西壮族自治区)样品的X荧光分析得到的样品主要化学成分含量的结果,计算得出大石围天坑表面36C1生成速率为70atoms·g-1(rock)·a-1,经过在中国原子能科学研究院串列国家实验室进行的实验,得到距离地表深度为20cm处的样品宇生36C1的含量为:1.3+0.7×106 atomsg-1,进而得到大石围天坑的暴露年龄为:22±9ka。
本人完成了大石围天坑样品的分解、适于AMS测量的样品制备工作、样品36C1同位素丰度比的AMS测量以及结果的分析与大石围天坑暴露年龄的计算工作。天坑样品的采集工作由中国岩溶地质研究所的黄保健副研究员等人完成。
本文的意义和创新在于利用方法AE-Q3D改善了对同量异位素干扰的鉴别,对利用就地宇生36C1测定天坑暴露年龄的方法进行了探索,证明了该方法的可行性,并首次得到了大石围天坑暴露年龄的初步结果。