袁兆德 陳 杰 張會平

(中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029)

宇宙成因核素埋藏年齡測定及其在地球科學中的應用

袁兆德 陳 杰*張會平

(中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029)

原地生成宇宙成因核素埋藏測年方法，在晚新生代沉積物尤其是陸相碎屑沉積物測年上具有廣泛的應用前景。在同一巖石或礦物中的宇宙成因核素對，例如26Al和10Be在地表的生成速率比值是固定的，不受緯度和海拔的影響，但是這一核素對分別具有不同的半衰期。在地表經歷了暴露的沉積物被埋藏后，該比值會隨著時間而降低，因此具有不同的半衰期的核素對(例如26Al/10Be)可以作為一種地質時鐘，測年范圍在幾十萬a至5Ma。文中簡要介紹了目前常用的4種方法及其應用:暴露-埋藏圖解法、深度剖面法、等時線法以及26Al-21Ne和10Be-21Ne法。

宇宙成因核素 埋藏年齡測定 晚新生代 沉積物

0 引言

雖然已有多種測年技術用于晚新生代地質年代的測定，但對于數(shù)十萬a至幾Ma的沉積物，尤其是陸相碎屑沉積物，目前仍無可靠的絕對測年方法或技術可用來準確測定其年齡，只能借助一些間接的方法或技術來獲得一些半定量或定性的地層年齡估計值。例如，磁性地層年代學方法只能給出地層剖面中極性界線的年代，但該方法要求所研究的沉積地層剖面是相對較連續(xù)的細粒沉積，且需要有獨立的年齡控制點，并不適用于所有類型的沉積物測年。對于認識晚新生代地質環(huán)境演化過程，這一時段的沉積物年齡測定是十分重要和有意義的。這是晚新生代地質年代學研究中亟待解決的一個問題。加速質譜(AMS)技術的發(fā)展和宇宙成因核素埋藏年齡測定技術有可能為解決這個難題提供新的途徑。

宇宙成因核素測年技術是在研究隕石中宇宙成因核素的基礎上發(fā)展而來的，分為原地(insitu)生成宇宙成因核素測年和大氣宇生核素測年。本文將重點介紹前者，即原地生成宇宙成因核素測年技術，是由Lal等(1985)首先提出來的。該測年分為暴露測年和埋藏測年，2種方法都能達到百萬a的時間尺度。本文將介紹原地生成宇宙成因核素埋藏測年，此技術在缺少可用于K-Ar或Ar-Ar測年物質的地區(qū)，相對其他測年方法，具有得天獨厚的優(yōu)勢，其有效測年范圍為幾十萬a至5Ma(Granger et al.，2001a)，填補了鈾系測年(測年范圍至4萬a)、14C測年(測年范圍至5萬a)和釋光測年(測年范圍至10萬a)等測年方法的空區(qū);測年對象是在各種地質環(huán)境中廣泛存在的石英，易于采集。因此，該方法在晚新生代地質測年特別是干旱、半干旱地區(qū)陸相碎屑沉積物測年上有著廣泛的應用前景。國內目前僅有少數(shù)學者開展了宇宙成因核素暴露測年技術方面的研究(黃費新等，2004;顧兆炎等，2006;Kong et al.，2009b)，對埋藏測年方面的應用研究則更少(Kong et al.，2009a;Shen et al.，2009)。

1 宇宙成因核素埋藏測年原理與方法

宇宙成因核素埋藏測年基于在同一巖石或礦物中的宇宙成因核素對是以固定比值生成的，但是這一核素對分別具有不同的半衰期。例如26Al-10Be核素對在地表石英礦物中的生成速率比值是固定的，不受緯度和海拔的影響(Granger et al.，2001a)。石英礦物在地表暴露一定時間后，被埋藏至不再受宇宙射線影響的深度，由于石英中的26Al和10Be核素分別具有不同的半衰期(10Be的半衰期為1.36Ma 或 1.387Ma、1.34Ma，而26Al為 0.716Ma 或 0.71Ma)，兩核素濃度比值會隨著時間而降低，據此可以用26Al/10Be比值來測定沉積物的埋藏年齡(Granger et al.，1997;Balco et al.，2008)。用加速器質譜測量埋藏沉積物中石英的26Al和10Be核素濃度，并計算其比值，就可以計算出相應沉積物的埋藏年齡。當然，在不同地質條件下，其計算原理與方法也不盡相同。目前有4種基本方法:暴露-埋藏圖解法(Lal，1991;Granger et al.，1997;Granger et al.，2001a;Gosse et al.，2001)、深度剖面法(Granger et al.，2000;Granger et al.，，2001a;Wolkowinsky et al.，2004)、等時線法(Balco et al.，2008)以及26Al-21Ne 和10Be-21Ne 法(Balco et al.，2009)。

1.1 暴露-埋藏圖解法

該方法是在Klein等(1986)的基礎上發(fā)展而來的，Lal(1991)、Nishiizumi等(1991)對其進行了改進，Granger等(1997)首次把此方法應用到實例中。

此方法假定石英在地表暴露一段時間后被埋藏到不再受宇宙射線影響的深度，經過一段時間(t)后，26Al和10Be濃度分別為

式(1)中的NAl(t)和NBe(t)分別為經過t時間埋藏后的26Al和10Be的濃度;NAl(0)和NBe(0)分別為埋藏前26Al和10Be的初始濃度;τAl和τBe分別為26Al和10Be的平均壽命，其中τAl=(1.02 ±0.04)Ma，τBe=(2.18 ±0.09)Ma(Granger et al.，2001a)。在該式中有2 個未知量，初始濃度和埋藏時間。假定沉積物在埋藏前的侵蝕速率恒定，那么初始濃度可以由下式給出

式(2)中，PAl和PBe分別為地表石英中的26Al和10Be生成速率;E為埋藏前侵蝕速率;L為衰減長度。，其中I為宇宙射線原始能量，I為穿過厚為l的巖石后剩余的宇宙

0射線能量，l為射線的穿透長度。衰減長度與巖石密度、緯度以及海拔高度有關，通常L≈160gcm-2/ρ(Granger et al.，2001a)，ρ為上覆堆積物的密度。如何準確計算生成速率還存在爭論，目前采用的幾種計算模型為:Desilets(Desilets et al.，2003;Desilets et al.，2006)、Dunai(Du-nai，2000)、Lal(Lal，1991)以及 Stone(Stone，2000)。

聯(lián)合式(1)和式(2)，可得

圖1 暴露-埋藏圖(Granger，2006)Fig.1 Exposure-burial diagram(Granger，2006).

若給出NAl(t)/NBe(t)和NBe(t)，就可以用圖1直接得到埋藏年齡和古侵蝕速率E(Granger，2006)。用這種方法得到的年齡是最小埋藏年齡，因為沉積物有可能經歷了復雜的暴露、埋藏歷史，比如反復暴露和埋藏或者埋藏后核素生成沒有停止等，也就是說沉積物可以經歷不同的暴露、埋藏歷史而達到相同的核素濃度。不過，通過謹慎選取采樣點和利用其他的地質信息，也能得到真實的埋藏年齡。

1.2 深度剖面法

Granger(Granger et al.，2001a;Granger，2006)簡要介紹了如何用該方法計算埋藏年齡。他認為如果沉積物埋藏僅幾m深，那么在考慮核素衰減的同時還要考慮埋藏后生成的核素對埋藏年齡的影響。對于處于穩(wěn)定侵蝕的沉積物來說，可以用下式計算出樣品的埋藏年齡

其中Ninh為埋藏前的核素繼承量，即埋藏前核素的濃度，z為埋藏深度，P為埋藏后的生成速率，ρ為上覆沉積物的密度，ε為埋藏后的侵蝕速率。式(4)中至少有3個未知量，埋藏時間t、核素埋藏前的濃度Ninh和侵蝕速率ε。因此，從單個樣品中的2種核素是無法求出埋藏年齡的。但可以從一個垂直剖面上采集多個樣品，假定所有沉積物是快速沉積的(沉積的時間明顯小于核素在近地表生成足夠濃度的時間或一個半衰期的時間)，那么剖面上不同深度的樣品具有相同的年齡和侵蝕速率，這樣就可以求出樣品的埋藏年齡和侵蝕速率。

1.3 等時線法

Balco等(2008)詳細介紹了等時線法。該方法假設被埋藏的沉積物具有相同的核素繼承量;沒有地表侵蝕，即侵蝕速率為零;沉積物在埋藏前暴露時間短，即不用考慮在埋藏前核素的衰減;上覆沉積物非常厚，即可以不考慮埋藏后生成的核素，那么樣品的26Al和10Be濃度可以用下式表示

其中 NAl，inh和NBe，inh分別為暴露前26Al和10Be的繼承量;te為沉積物暴露的時間;λAl和λBe分別為26Al和10Be的半衰期。聯(lián)合式(5)和(6)，可得

其中，Rinit為埋藏時的26Al和10Be濃度比。根據上面的假設，Rinit應該為PAl/PBe。式(7)表示了NAl(t)和BBe(t)的線性關系，斜率RM為Rinite-t(λAl-λBe)。顯然，斜率的大小只和埋藏時間有關。通過測量不同深度上樣品的核素濃度，就可以求出這條線，進而得到斜率RM，最終用下式計算出埋藏年齡，詳細計算過程見Balco等(2008)。

很多地質條件并不滿足上述假設，往往侵蝕速率不為零，也有可能暴露時間比較長。Rinit取決于侵蝕速率和暴露時間，在上述假設條件下，該值應該為簡單的核素散列生成之比。在實際應用中，可以利用不同的方法對Rinit進行校正和約束，評估侵蝕速率和暴露時間對Rinit的影響(Balco et al.，2008)。另外，應用等時線法的前提條件之一是樣品具有相同的核素繼承濃度。如果沉積物在堆積時具有明顯不同的26Al和10Be繼承濃度，那么所測的核素濃度就不會位于同一條等時線上。這也是對能否應用等時線方法的一種檢驗。

1.4 26Al-21Ne和10Be-21Ne法

以上3種方法，都是利用26Al和10Be核素對進行測年。Balco等(2009)首次提出用26Al-21Ne和10Be-21Ne法進行埋藏測年，運用了類似于暴露-埋藏圖解的方法得到了由這2種核素對所計算的埋藏年齡。與26Al和10Be核素對法測年相比，26Al-21Ne和10Be-21Ne埋藏測年技術在測年范圍和測年準確性上應該均有提高。10Be-21Ne埋藏測年有效測年上限有可能達到中新世。盡管沉積物中的21Ne相對于26Al和10Be更難以準確測量，但是21Ne屬于穩(wěn)定核素，不用考慮衰減造成的測量誤差?？傊?，運用21Ne進行埋藏測年的總誤差比26Al和10Be要小。盡管Balco 等(2009)根據26Al/10Be=6.75、21Ne/26Al=0.606、21Ne/10Be=4.08 這些核素間生成速率比值計算出的埋藏年齡具有很好的一致性，但是目前21Ne/26Al比值和21Ne/10Be比值并沒有很好地確定(Balco et al.，2009)。因此，準確地確定這些核素生成比值和衰減常數(shù)對提高這種測年方法的精度是非常重要的。

2 宇宙成因核素埋藏測年應用實例

宇宙成因核素埋藏測年目前主要被應用于洞穴沉積物、沖積物、冰川相關沉積物和湖相沉積物的測年上。

2.1 洞穴沉積物埋藏測年

石英在剝蝕和搬運過程中，會受到宇宙射線的照射生成宇宙成因核素，在洞穴中沉積下來以后，就會被幾十m甚至幾百m的基巖屏蔽，宇宙成因核素停止生成，并開始衰減。假定沉積物在地表的侵蝕速率穩(wěn)定，就可以用埋藏-圖解方法計算出該石英的埋藏年齡。

目前，洞穴沉積物埋藏測年研究主要包括河流長期下切速率和古人類演化兩個方面。Granger等(1997)首次把宇宙成因核素埋藏測年法應用在美國弗吉尼亞州新河(New River)流域的洞穴中。由于新河的下切作用，致使形成的洞穴高出現(xiàn)今河床。通過對洞穴中的石英礫石進行測年，得到新河第四紀以來的下切速率約為27m/Ma，與區(qū)域侵蝕速率相當。Granger等(2001b)采用同樣的方法確定了美國肯塔基Mammoth多級洞穴的年齡，把洞穴的形成與氣候環(huán)境進行了對比，最終確定了與Mammoth洞穴形成相關的7次事件，并認為這些事件與Laurentide冰蓋的擴張和俄亥俄河水系的重新調整有關。Anthony等(2004)在美國田納西對Cumberland河附近的洞穴用同樣的埋藏測年方法進行了測年，認為洞穴的發(fā)展與氣候變化和水系調整相關。Stock等(2004)對內華達山脈10個洞穴中的沉積物進行了埋藏測年，獲得該地區(qū)在2.7～1.5Ma期間河流下切速率約為0.2mm/a，這一較快的下切速率可能反映了構造抬升;之后的下切速率僅約為0.03mm/a，這一較低的下切速率可能是由晚第四紀冰川融化造成的河道堵塞引起的。

洞穴中往往含有古人類化石，通過對洞穴中含有古人類遺跡的沉積物進行測年，可以揭示人類演化的歷程。Partridge等(2003)對位于南非斯泰克方丹的洞穴進行了埋藏測年，結果表明該洞穴沉積物的年齡接近4Ma，這個年齡比以前用其他方法確定的年齡要大，由此認為洞穴中的古人類與東非的Australopithecus anamensis古人類是同期的。Shen等(2009)利用26Al-10Be測年技術對北京周口店古人類遺址中的洞穴沉積物石英和古人類的石英巖制品進行了年齡測定。3個石英砂樣品和石英巖制品的埋藏年齡為 (0.77±0.08)Ma，對應于中國黃土-古土壤層中的S6-S7(或者MIS17-19)，可能反映了在一個相對溫暖的冰期中，早期人類出現(xiàn)在了中國北方。該研究不僅彌補了早期周口店遺址鈾系不平衡(U-series)和電子自旋共振法(ESR，electron spin resonance)等測年工作的不足，而且對中國古人類考古學提供了寶貴的資料;同時該研究也進一步證明，宇宙成因核素埋藏測年法是目前解決早、中更新世地層沉積年代最為有效的測年方法之一。

2.2 沖積物埋藏年齡測定

Wolkowinsky等(2004)利用深度剖面法研究了美國猶他州San Juan河的早更新世河流下切作用。他們研究了2個剖面的26Al-10Be對。第1個剖面深11.7m，采集了7個樣品，利用X2法確定其埋藏年齡為(1.36+0.20/-0.15)Ma;第2個剖面深5.5m，采集了5個樣品，由于其深度不夠，所測得的核素濃度較分散，沒有得到相應的埋藏年齡。

當河流階地沉積物中發(fā)育古人類文化遺址時，河流階地埋藏測年也可應用在古人類學研究中。Gibbon等(2009)用26Al-10Be埋藏測年技術研究了南非西部Windsorton鎮(zhèn)附近Vaal河下游的階地沉積物，這些沉積物中含有Acheulean人工石制品。雖然前人已對這個地區(qū)的人類遺址進行了研究，但是由于缺乏用于進行絕對年齡測定的火山沉積物，其年代一直無法很好地限定，因此在將這一人類遺址與其他人類遺址進行對比時尚存不少爭議。Gibbon等(2009)獲得剖面下部含有人工石制品的沖積物埋藏年齡為(1.57±0.2)Ma，其上覆沖積物埋藏年齡為(1.26±0.10)Ma，這與地層層序相符。這一結果推翻了前人認為Acheulean人在1Ma前嚴格地限制在非洲南部的北、東區(qū)域，只是后來才遷移到了更干燥的中、西部的觀點。

2.3 冰川相關沉積物

由于冰磧物中缺少其他相關測年物質以及其他測年方法不能滿足所測年代的要求，利用宇宙成因核素埋藏測年技術研究冰磧物或與冰期相關的沉積序列已逐漸成為一個重要手段(Balco et al.，2005a，b，c;Balco et al.，2008;Balco et al.，2009;Rovey et al.，2010)。

Balco等(2008)利用等時線法研究了美國密蘇里州的冰磧物-古土壤序列。該序列由5期冰磧物和古土壤組成，冰磧物代表了冰進，而古土壤則代表了間冰期，同時也是宇宙成因核素產生和積累的時期。古土壤被上覆的冰磧物埋藏后，放射性核素就開始衰減。Balco等(2008)利用等時線法確定了冰磧物古土壤的年齡，這也是下次冰進的起始時間，其測年結果與地層層序相符，剖面底部埋藏年齡與磁性地層年代相一致，說明密蘇里在距今1.25Ma、0.8Ma發(fā)生了2次冰進事件以及在距今0.4～0.2Ma也發(fā)生了2次冰進事件。

2.4 湖相沉積物

對于長江的貫通和演化過程以及昔格達組湖相沉積的年代目前尚存爭論(陳智梁等，2004;錢方等，1984;王書兵等，2006;徐則民等，2011)。Kong等(2009a)利用10Be-26Al埋藏測年法成功地獲得了長江中游攀枝花地區(qū)廣泛分布的昔格達組湖相地層及其下伏河床相礫石的年齡。4個湖相沉積和2個河床礫石石英樣品的26Al/10Be比值相近，為3.34～4.01，其最小埋藏年齡變化于1.14～1.53Ma。以10Be濃度為橫坐標、26Al濃度為縱坐標作圖，所有樣品的數(shù)據均落在一條直線上，這表明幾乎沒有埋藏后生成的核素26Al和10Be。利用線性回歸，獲得其沉積年齡為 (1.34±0.11)Ma(假定沉積物樣品沉積埋藏后完全屏蔽)和(1.58±0.15)Ma(假定侵蝕速率為零)。對這些湖相沉積物和河流相砂樣中鋯石U-Pb年齡的分析，發(fā)現(xiàn)其物源來自長江上游和長江支流雅礱江。Kong等(2009a)認為在昔格達組古湖形成前，長江中段的流向與目前的流向可能相反，由于程海斷層在早第四紀的左旋走滑運動阻斷了南流的紅河及長江上游，形成了昔格達組古湖。長江最終切穿溢洪道開始東流。該項研究為討論和解決長江的演化問題提供了新思路和新手段。盡管Kong等(2009a)首次利用26Al-10Be埋藏測年法獲得了昔格達組湖相地層的埋藏年齡，但由于缺少其他獨立年齡的約束，其結果尚需進一步的驗證。

Davis等(2011)用宇宙成因核素埋藏測年法研究了以色列Jordan谷地的Erk-el-Ahmar(EEA)湖相地層。該湖相層的時代已有其他獨立年代來約束。根據該湖相層上覆含古人類遺跡和動物群的Ubeidiya地層年代、下伏Cover玄武巖的Ar-Ar和K-Ar年齡以及EEA湖相層磁性地層年代學研究，EEA湖相層的年齡應該在(1.5～4.5)Ma。Davis等(2011)利用10Be、26Al和21Ne 3種核素計算了EEA湖相層的埋藏年齡，為3.15～4.5Ma。他們發(fā)現(xiàn)該湖相層樣品中不同來源的石英和燧石其埋藏年齡是不同的，并對此進行了校正，最終得到了該地層的埋藏年齡為3.60～4.19Ma，這與其他方法得到的結果是一致的。

3 存在的問題及展望

以上簡要介紹了宇宙成因核素埋藏年齡測定的原理與方法以及迄今為止不同研究者的應用研究成果。不難看出這種測年方法和技術目前還存在不少有待解決的問題:

(1)關于26Al-10Be核素對在地表石英礦物中的生成速率比值尚有不同認識，例如Balco等(2009)認為26Al/10Be=6.75，而Kong等(2009a)認為26Al/10Be=6.87，這是由于兩者采用的26Al和10Be半衰期不同造成的。例如關于10Be的半衰期不同時期有不同的報道，分別為 (1.51±0.06)Ma(Granger，2006)或 (1.36 ±0.07)Ma(http:∥www.physics.purdue.edu/primelab/News/news 0907.php)或 1.34Ma(Nishiizumi et al.，2007;Fink et al.，2007)。顯然隨著技術的發(fā)展，宇宙成因核素半衰期的測定將會更為準確。

(2)如何準確計算生成速率還存在爭論(Lal，1991;Stone，2000;Dunai，2000;Desilets et al.，2003;Desilets et al.，2006)，因為核素的生成速率受地磁緯度、經度、海拔高度、宇宙射線通量的變化以及地形的影響(Gosse et al.，2001)。

(3)在具體應用該方法進行地學研究時，還必須考慮沉積物在埋藏前后的侵蝕速率、核素的繼承濃度、埋藏后的核素生成量、μ介子在埋藏前后的影響、沉積物的后期改造以及沉積物復雜的暴露-埋藏歷史等。這些因素都給宇宙成因核素埋藏測年帶來了挑戰(zhàn)和不確定性。要解決這些問題，各種理論模型的建立以及其它核素的引入，將會不斷降低上述不確定因素帶來的困擾。

(4)不同類型沉積物宇宙成因核素埋藏測年的可靠性到底如何，很難從這種測年技術本身來評估。因而亟需選擇具有其他獨立年齡控制的不同類型沉積剖面，開展類似于Davis等(2011)的細致研究，檢驗和完善實驗流程和技術，提高測年的精度和準確度。

迄今為止，宇宙成因核素埋藏測年技術不僅被應用在研究河流下切速率、古人類學以及冰川作用中，在其他領域的研究也正方興未艾(Bubank et al.，2010，私人通訊)。由于該方法對于數(shù)十萬a至幾Ma的沉積物尤其是陸相碎屑沉積物測年具有巨大潛力，我們相信宇宙成因核素埋藏測年技術將在中國早期人類演化的一些懸案如元謀人、藍田人等的年代，晚新生代西域礫巖、大邑礫巖、玉門礫巖等的年代，長江、黃河的貫穿與演化等地學問題以及新構造研究中將大有所為。

致謝 在成文的過程中與盧演儔老師進行了有益的討論，感謝評審人提出的建設性評論和修改建議。

陳智梁，孫志明，Royden L H，等2004.四川瀘定昔格達組的堰塞湖成因及其意義［J］.第四紀研究，24(6):614—620.

CHEN Zhi-liang，SUN Zhi-ming，Royden L H，et al.2004.Landslide blocked lake:Origin of the Xigeda Formation in Luding，Sichuan and its significance［J］.Quaternary Sciences，24(6):614—620(in Chinese).

顧兆炎，許冰，呂延武，等.2006.怒江峽谷構造地貌的演化:階地宇宙成因核素定年的初步結果［J］.第四紀研究，26(2):293—294.

GU Zhao-yan，XU Bing，Lü Yan-wu，et al.2006.A report on10Be dating of terrace surfaces in Nujiang River valley［J］.Quaternary Sciences，26(2):293—294(in Chinese).

黃費新，劉小漢，孔屏，等.2004.東南極內陸格羅夫山地區(qū)基巖暴露年齡研究［J］.極地研究，16(1):22—28.

HUANG Fei-xin，LIU Xiao-han，KONG Ping，et al.2004.Bedrock exposure ages in the Grove Mountains，Interior East Antarctica［J］.Chinese Journal of Polar Research，16(1):22—28(in Chinese).

錢方，徐樹金，陳富斌，等.1984.昔格達組磁性地層的研究［J］.山地研究，2(4):275—282.

QIAN Fang，XU Shu-jin，CHEN Fu-bin，et al.1984.Study on the paleomagnetism of the Xigeda Formation ［J］.Journal of Mountain Research，2(4):275—282(in Chinese).

王書兵，趙志中，喬彥松，等.2006.瀘定昔格達組時代認定與古環(huán)境［J］.第四紀研究，26(2):257—264.

WANG Shu-bing，ZHAO Zhi-zhong，QIAO Yan-song，et al.2006.Age and paleoenvironment of Xigeda Formation，Luding，Sichuan ［J］.Quaternary Sciences，26(2):257—264(in Chinese).

徐則民，劉文連，黃潤秋，等.2011.西昌昔格達組物質組成及源區(qū)分析［J］.第四紀研究，31(2):378—396.

XU Ze-min，LIU Wen-lian，HUANG Run-qiu，et al.2011.Material composition and provenace analysis for Xichang Xigeda Fromation［J］.Quaternary Sciences，31(2):378—396(in Chinese).

Anthony D M，Granger D E.2004.A late Tertiary origin for multi-level caves along the western escarpment of the Cumberland Plateau，Tennessee and Kentucky，established by cosmogenic26Al and10Be［J.］Journal of Cave and Karst Studies，66(2):46—55.

Balco G，Shuster D L.2009.26Al-10Be-21Ne burial dating［J］.Earth and Planetary Science Letters，286:570—575.Balco G，RoveyⅡC W.2008.An isochron method for cosmogenic-nuclide dating of buried soils and sediments［J］.American Journal of Science，308:1083—1114.

Balco G，RoveyⅡC W，Stone J O.2005a.The first glacial maximum in North America［J］.Science，307:222.

Balco G，Stone J O，Mason J A.2005b.Numerical ages for Plio-Pleistocene glacial sediment sequences by26Al-10Be dating of quartz in buried paleosols［J］.Earth and Planetary Science Letters，232:179—191.

Balco G，Stone J O，Jennings C.2005c.Dating plio-pleistocene glacial sediments using the cosmic-ray-produced radionuclides10Be and26Al［J］.American Journal of Science，305:1—41.

Davis M，Matmon A，F(xiàn)ink D，et al.2011.Dating Pliocene lacustrine sediments in the central Jordan Valley，Israel-Implications for cosmogenic burial dating［J］.Earth and Planetary Science Letters，305:317—327.

Desilets D，Zreda M.2003.Spatial and temporal distribution of secondary cosmic-ray nucleon intensities and applications to in situ cosmogenic dating［J］.Earth and Planetary Science Letters，206:21—42.

Desilet D，Zreda M，Prabu T.2006.Extended scaling factors for in situ cosmogenic nuclides:New measurements at low latitude［J］.Earth and Planetary Science Letters，246:265—276.

Dunai T J.2000.Scaling factors for production rates of in situ produced cosmogenic nuclides:A critical reevaluation［J］.Earth and Planetary Science Letters，176:157—169.

Fink D，Smith A M.2007.An inter-comparison of10Be and26Al AMS reference standards and the10Be half-life［J］.Nuc Inst Methods B，259:600—609.

Gibbon R J，Granger D E，Kuman K，et al.2009.Early Acheulean technology in the Rietputs Formation，South Africa，dated with cosmogenic nuclides［J］.Journal of Human Evolution，56:152—160.

Gosse J C，Phillips F M.2001.Terrestrial in situ cosmogenic nuclides-Theory and application［J］.Quarternary Science Reviews，20:1475—1560.

Granger D E.2006.A review of burial dating methods using26Al and10Be［J］.Geological Society of America Special Paper，415:1—16.

Granger D E，Muzikar P F.2001a.Dating sediment burial with in situ-produced cosmogenic nuclides-Theory，techniques，and limitations［J］.Earth and Planetary Science Letters，188:269—281.

Granger D E，F(xiàn)abel D，Palmer A N.2001b.Pliocene-Pleistocene incision of the Green River，Kentucky，determined from radioactive decay of cosmogenic26Al and10Be in Mammoth Cave sediments［J］.GSA Bulletin，113(7):825—836.

Granger D E，Smith A L.2000.Dating buried sediments using radioactive decay and muogenic production of26Al and10Be［J］.Nuclear Intruments and Methods in Physics Research，B172:822—826.

Granger D E，Kirchner J W，F(xiàn)inkel R C.1997.Quaternary downcutting rate of the New River，Virginia，measured from differential decay of cosmogenic26Al and10Be in cave-deposited alluvium ［J］.Geology，25(2):107—110.

Klein J，Giegengack R，Middleton R，et al.1986.Revealing histories of exposure using in situ produced26Al and10Be in Libyan Desert Glass［J］.Radiocarbon，28(2A):547—555.

Kong P，Granger D E，Wu F，et al.2009a.Cosmogenic nuclide burial ages and provenance of the Xigeda paleo-lake:Implications for evolution of the Middle Yangtze River［J］.Earth and Planetary Science Letters，278:131—141.

Kong P，F(xiàn)ink D，Na C，et al.2009b.Late Quaternary glaciation of the Tianshan，Central Asia，using cosmogenic10Be surface exposure dating［J］.Quaternary Research，72:229—233.

Lal D.1991.Cosmic ray labeling of erosion surfaces-In situ nuclide production rates and erosion models［J］.Earth and Planetary Science Letters，104:424—439.

Lal D，Arnold J R.1985.Tracing quartz through the environment［J］.Proceedings of Indian Academy of Science(Earth and Planetary Science)，94:1—5.

Nishiizumi K，Kohl C P，Arnold J R，et al.1991.Cosmic ray produced10Be and26Al in Antarctic rocks:Exposure anderosion history［J］.Earth and Planetary Science Letters，104:450—454.

Nishiizumi K，Imamura M，Caffee M W，et al.2007.Absolute calibration of10Be AMS standards［J］.Nuc Inst Methods B，258:403—413.

Partridge T C，Granger D E，Caffee D W，et al.2003.Lower Pliocene hominid remains from Sterkfontein ［J］.Science，300:607—612.

Rovey C W，Balco G.2010.Periglacial climate at the 2.5Ma onset of Northern Hemisphere glaciation inferred from the Whippoorwill Formation，northern Missouri，USA ［J］.Quaternary Research，73:151—161.

Shen G，Gao X，Gao B，et al.2009.Age of Zhoukoudian Homo erectus determined with26Al-10Be burial dating［J］.Nature，458:198—200.

Stock G M，Anderson R S，F(xiàn)inkel R C.2004.Pace of landscape evolution in the Sierra Nevada，California，revealed by cosmogenic dating of cave sediments［J］.Geological Society of America，32(3):193—196.

Stone J O.2000.Air pressure and cosmogenic isotope production ［J］.Journal of Geophysical Research，105:753—759.

Wolkowinsky A J，Granger D E.2004.Early Pleistocene incision of the San Juan Riverr，Utah，dated with26Al and10Be［J］.Geological Society of America，32(9):749—752.

TERRESTRIAL IN SITU COSMOGENIC NUCLIDES BURIAL DATING AND ITS APPLICATION IN GEOSCIENCES

YUAN Zhao-de CHEN Jie ZHANG Hui-ping
(State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China)

Terrestrial in situ cosmogenic nuclides burial dating has a promising application in dating of late Cenozoic detrital sediments，for example，cave sediments，fluvial sediments and moraine.This method relies on a pair of cosmic-ray-produced nuclides that are produced in the same rock or mineral target at a fixed ratio，but have different half-lives.For example，26Al and10Be are produced in quartz at26Al:10Be=6.75:1.The ratio is not affected by latitude and altitude.After sediments are buried，the ratio would become less as time goes.Therefore，26Al/10Be ratio can be used as a geological clock.The dating range can be from several hundreds of thousand years to five million years.In this article，we introduce four methods and their applications:exposure-burial diagram method，depth profile method，isochron method，26Al-21Ne and10Be-21Ne method.Exposure-burial diagram method is often applied to cave sediments dating，for exposure-burial history of cave deposits is easy.Depth profile method is applied to fluvial sediments dating.There is a good application for isochron approach in till-paleosol sequences in North America.26Al-21Ne and10Be-21Ne method has a great potential applicaton in future for its larger dating time and less uncertainty than other methods.The dating method still has many problems.Firstly，there are no exact half-lives.For example，there is still controversy for10Be half-life.Its estimate is 1.51 ±0.06Ma or 1.36 ±0.07Ma.Secondly，it is also a debate how to determine nuclides'production rates.In addition，post-burial or preburial erosion rate，inheritance nuclides concentration，post-burial nuclide production，effect of post-burial or preburial muonic production，sediment rework，complicated exposure-burial history of sediments all bring great challenges to cosmogenic nuclides dating.

Terrestrial in situ cosmogenic nuclides， burial dating，late Cenozoic cave river downcutting，paleoanthropology

P597

A

0253-4967(2011)02-0480-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.021

2011-03-05收稿，2011-04-23改回。

地震動力學國家重點實驗室自主研究課題(LED2010A04)、國家自然科學基金(40672109)和科技部國際科技合作計劃項目(2008DFA20860)共同資助。

* 通訊作者:陳杰，研究員，E-mail:chenjie@ies.ac.cn。

袁兆德，男，1986年出生，2009年畢業(yè)于成都理工大學地質學系，現(xiàn)為中國地震局地質研究所碩士研究生，研究方向為活動構造與年代學，電話:010-62009243，E-mail:yzd19862922@163.com。