Cl-36加速器质谱方法对广西天坑暴露年龄的测定研究

Guangxi Zhuang Autonomous Region in southern China is one of the most typical karst relief areas with various forms. Tiankeng is a typical Karst relief of Late Quaternary Period, which plays an important role in researching the surface shape and evolution of the Karst relief. The concentration of in-situ Cl-36 in the surface rock is depended on the exposure time and erosion rate of the rock. The exposure age and erosion rate can be measured by long half-life radionuclide in a timescale from thousands years to million years. The main component of the rock of Karst relief is calcium carbonate, and Ca-40 is the target element by fast cosmic ray reaction to produce Cl-36. Cl-36 is the ideal radionuclide to measure the erosion rate and exposure time of limestone, for it’s high production rate and fast accumulation. This study is the first application of 36Cl measurements with exposure dating for karst Tiankeng samples of carbonate rocks (calcite) from Da Shiwei Tiankeng, Leye County, Guangxi. The purpose of this work is provide the basic data and research methods for investigating the formation, evolution, local tectonic uplift rates of Da Shiwei Tiankeng, and then for the further researches of Chinese uplift belt, the collisions between the South Asian Subcontinent and the Eurasian plate, and the formation of the Himalayas and the Tibetain Plateau.

我国广西壮族自治区是世界喀斯特地貌分布最广、类型最全的区域之一，天坑是喀斯特地区特有的地貌形态，对喀斯特地貌及演化的研究具有重要意义。原地宇生核素在地表岩石中的积累与岩石样品在地表的暴露时间和侵蚀速率的大小有关，利用长寿命的放射性核素可以对几千年到百万年间的暴露年龄和侵蚀速率进行测定。喀斯特地区岩石的主要成分是碳酸钙，钙是宇宙射线产生长寿命放射性核素Cl-36的主要靶元素，Cl-36 能在岩石中快速产生并积累成为测定灰岩暴露年龄和侵蚀速率的理想核素。本工作将利用高灵敏的加速器质谱技术测定岩石中原地宇生核素Cl-36含量来研究广西乐业大石围天坑的暴露年龄，从而为研究大石围天坑的形成、演化以及此地区新构造抬升速率、古气候及地质环境演变等提供基础数据和研究方法，从而进一步为研究中国隆升带地质构造，南亚次大陆与亚欧板块的作用，以及喜马拉雅山脉及青藏高原的形成过程提供研究基础。

天坑是喀斯特地区特有的地貌形态，目前全球经厘定的天坑不足百处，主要分布于我国广西及周边地区、国外低纬度地区和地中海沿岸国家。它属于大型塌陷漏斗，作为一种典型的最大型的新生代喀斯特地貌形态，数量虽然少，但由于其在地球科学上的特殊价值，如在地球演化最新一幕——新生代的地壳抬升、岩溶含水层—地下河—洞穴等的发育演化、地下森林和生态的形成与演变等科学问题上具有重要的学术意义，最近十几年逐渐引起了学术界的重视，进而对天坑的形成条件、发育过程、生物种群等方面进行了初步研究。目前对于天坑的形成年代只有定性估计无直接的测定依据，而且不同数据间也存在很大分歧，有认为形成于10万年内的第四纪晚期[1]，也有认为发育于距今约2500万年的新近纪，甚至6500万年的古近纪早期。数据相差悬殊，同时也鲜明地反映出演化论与突变论之争，进而影响到相关科学问题的研究，成为有关研究的“瓶颈”，急待解决。.本研究成果主要有以下几点：.（1）提出了一种改进的36Cl -AMS样品制备方法用于制备天坑岩石样品。样品制备中创新地应用了同位素稀释（ID-AMS）技术，使得仅通过一次样品制备而同时获得两种参数的测量（36Cl和总Cl）。此外，通过添加加标物减少了所需的样品量，加标物起到了载体的作用，即使在地质应用中浓度很低的情况下，也能提供准确的氯含量分析。样品制备中采用Na2CO3溶液去除钡，以避免潜在的电离器中毒效应。该方法特别可广泛适用于石灰石样品，也可用于土壤，沉积物和水样品。.（2）建立原地宇生36Cl研究侵蚀速率与暴露年龄的系统方法，对中国南部的五个世界级最大天坑（大石围天坑、大坨天坑、穿洞天坑、黄猄天坑、大槽天坑和小寨天坑）采样，通过系列平行样品的测定，得到了岩石中原地宇生36Cl的含量，再根据36Cl的产生速率得到侵蚀速率和天坑暴露年龄。本工作研究得出广西大石围不同天坑的形成年代分布在20-40万年之间，年龄综合误差为~8%。通过此项工作将为研究天坑的形成、演化以及此地区新构造抬升速率、古气候及地质环境演变等提供科学数据和研究方法，同时也为与第四纪欧亚大陆新构造运动有关的活动提供了重要证据。.（3）改进与完善了36Cl的AMS测定技术，通过采用ΔE-Q3D磁谱鉴别系统，提高加速器端部电压，提高离子源束流稳定性及引出效率，改进加速器端部剥离膜以及多阳极探测器入射窗等多种方法很大程度地提