14C测年实验室建于上世纪六十年代末,是我国第一批建成的14C测年实验室之一。在1965年研制出大型气体正比计数器14C测年装置,并通过了盲样检测,证明研制14C系统成功。使用自制正比计数管成功测量出马王堆和辽宁普兰店古莲子年代,取得了显著的成绩。为减轻常规14C年代制样过程中的劳动强度,1986年实验工作人员开发出TH-1型碳化物自动合成装置,提高了样品制备效率。同年实验室引进一台芬兰LKB Wallac公司生产的Quantulus-1220低本底高灵敏度液闪仪,极大地扩大了14C可测年限,测量了我国沿海晚更新世大量贝壳堤和云南、山西、新疆等地晚更新世地层14C年代,对研究我国晚第四纪海面升降及海岸线变迁提供有力年代支持。
1991年建成氚浓度测量方法,测定各地区水样2000余个,为水文地质、水源补给、水库渗透及环境保护提供了基础资料。1992年放射性14C测年实验室经过进一步的技术改造,新建了小样品14C测年系统及样品有机组分化学分离系统,与原有常规14C测年系统一起形成了从常量(5-10克纯碳)→少量(0.1-0.5克纯碳)→微量(5-10毫克纯碳)广适用性的高精度14C测年技术系列,对确定晚第四纪地层的14C年龄和获得活断层、古地震事件的时间界限以及在强震重复间隔的研究上提供了可靠14C年龄。
2004年实验室重新引进一台Quantulus-1220TM低本底高灵敏度液闪仪和2012年新建加速器质谱仪14C石墨靶制靶装置,结束样品量不足而测不出准确年龄的历史,使测年的精确度和可靠性方面向前跨进了一大步。采用摇摆匹配法分析82个树轮样品的加速器质谱计14C年龄,获得长白山末次大喷发928-940 Cal AD(99.5%)可靠结果。依托自主研制的加速器质谱计14C石墨制样系统,探索建立了低温燃烧植硅体14C测年技术流程,拓展了14C测年的新材料,为测定我国西部地区古地震年代提供另一种可供选择的新途径。
14C实验室经过多次技术改造已取得突破性进展,现成为地震动力学国家开放实验室一个单元。本实验室主持了国家科学技术攻关项目一项、国家自然基金二项、中国地震局重点项目三项、地震联合基金课题七项,荣获中国地震局科技进步二等奖一项、中国地震局科技进步一等奖二项。有29位国际著名的专家教授曾到本实验室讲学和交流,国内120余人专家参观过我们实验室,在各种期刊上共发表论文100多篇。
测年原理
天然放射性碳是由宇宙热中子撞击大气层上部中氮原子核生成,再与大气中的氧快速结合形成二氧化碳,然后通过植物光合作用和食物链进入生物圈以及在水体进行化学反应进入岩石圈,之后封闭在各圈层中的放射性碳发生放射性衰变,测量现存放射性碳的浓度计算地质体的年代。
采样要求:
测年对象:
原则上凡是距今约5万年以来含有同生碳(即与沉积层同时生成的有机和无机碳)的物质都可以作为14C测年的样品,如木炭、泥炭、有机质淤泥、土壤、动物骨骼、贝壳、珊瑚礁、泉华、湖相碳酸盐沉积物、等等。
多年的实践表明,对于14C测年:
1.最适宜的样品:植物果实、种子;木头、木炭;泥炭、淤泥、古土壤、骨头、贝壳、珊瑚
2.可作测年样品:钙质结核、钙板、苏打和天然碱等无机碳酸盐沉积物;地下水、海水和空气含有的14C;
3.可作试验性测年的样品:孢粉;海洋、湖泊、三角洲等环境下形成的有机质;河流、冲洪积等环境下形成的有机质。
4.在实践中应注意事项:
避免采集经过再搬运、再堆积的样品;
避免采集受到现代植物根系“现代碳”和煤、变质页岩、泥岩、石灰岩等“死碳”等明显污染的样品;
在采集钻孔样品时,由于钻机转动时,有可能扰动岩芯,把上部或下部地层带到所采集样品岩芯处,应利用一些简单的工具如小刀在野外将沾附于样品表面的污物清除掉。
采集好的样品无需避光,用塑封袋、铝箔等包装即可,需要注意不要使用纸,布等材料包装。
14C测年样品的样品量:样品采集量与样品含碳量有关,下表中列出各类样品的样品量可供参考,野外样品采集量应大于表中数值,在可能的条件下应尽可能多地采集。由于采集样品量不够要求的样品的情况下,在实验室中用“本底苯”补充合成的样品苯,将降低年代测定的精度。
14C测年法样品采集量表
样品种类 | 干重量 | 颜色及特征 | |
AMS法(毫克) | 常规法(克) |
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木 炭 | 5-15 | 3-20 | 黑色炭块或炭粒 |
木 头 | 10-20 | 25-30 | 浅黄-棕黑色 |
泥炭、淤泥 | 50-100 | 50-100 | 深棕色、黑色 |
土 壤 | 1000-10000 | 1000-3000 | 视样品中的含碳量而定 |
骨 头 | 1500-5000 | 800-1500 | 提取骨胶原组分 |
碳酸盐类 | 20-50 | 50-200 |
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水 样(SrCO3) | 50-100 | 5-10 | 测量水中HCO3-、CO32- |
对于年龄大于36000年或有较高精确度要求或同块样品进行不同组分测定要求,样品的采集量应为要求量的两倍。
样品应装入塑料袋、铝箔或玻璃瓶中(不要直接装入布袋或用纸包装)送交实验室,不可将纸作的标签放入样品袋中,因纸霉烂后会对样品造成污染。
由于14C测年结果的可靠性与样品中碳的来源、环境中的各种因素的作用有关,因此,要求在送样时必须附上有关的资料(送样单)供实验室人员在处理样品时参考。
主要成果:
1. 张景文, 陈以健, 李桂英等, 1979. 上海马桥与柘林贝壳堤的年代测定. 地震地质,1(4): 10.
2. 陈以健, 1982. 地下水放射性碳年龄测定. 水文地质工程地质, 9(4): 40-45.
3. 彭贵, 麦学舜, 李红春等, 1984. 大理地区全新世地层的划分及14C年龄测定. 地震地质, 6(1): 55-60.
4. 焦文强, 张景文, 陈以健等, 1987. TH-1型碳化物自动合成装置通过鉴定. 地震地质, 9(2): 61.
5. Yin, Jinhui, Jull, AJ, Burr, George S, et al., 2012. A wiggle-match age for the Millennium eruption of Tianchi Volcano at Changbaishan, Northeastern China. Quaternary Science Reviews: 150-159.
6. Yin, Jinhui, Yang, Xue, Zheng, Yonggang, 2014. Influence of increasing combustion temperature on the AMS 14C dating of modern crop phytoliths. Scientific Reports: 6511.
主要仪器设备:
功能:完成石墨靶制备。
性能:可开展年龄范围在距今300-4.8×104年的各类含碳地质、考古样品(0.5毫克纯碳以上)的高精度测年,测年上限可达到45.7 ka BP。
Quantulus低本底液闪仪
功能:3H、14C等低能射线的测量。
性能:3H效率(1-1024通道),66%;14C 效率(1-1024通道),97%;3ml合成苯本底:0.4 cpm。
联系人:郑勇刚 (电话:010 9200 9015)