业渝光 刁少波 和杰 高钧成
（地质矿产部海洋地质研究所） （中国计量科学研究院）
提要 观测到海岸风成沙中石英E′心的异常辐照剂量响应，这种异常在测试的100余个中国海岸风成沙样品中普遍存在（占90%以上）。石英E′心这种异常的辐照剂量响应可作为判断海岸风成沙的一个标志。
关键词 E′心 石英 异常 沉积环境 海岸风成沙
在ESR测年时，为了求取样品的累积剂量，通常采用附加剂量法，当用γ源以不同的剂量人工辐照样品时，随着辐照剂量的增加，样品中一些心的ESR信号也随之增大，这就是所谓的“辐照剂量效应”。虽然各种样品中各个心的ESR信号增长情况不尽相同，可能采用直线方程、指数方程或扩展的指数方程来拟合这些数据点，但总的趋势还是相同的。一般来说，辐照剂量增加，ESR信号增大，直至饱和。对于这一现象，前人已做过许多研究，而且建立了一些模型并在理论上做了阐述，得到了很好的解释[1,2]，这些理论认为在通常的条件下晶体中的电子大部分处于价带，在电离辐射作用下电子由价带跃迁到导带，这些自由电子能够在短时期内在晶体中扩散开，直到它们在缺陷中心被捕获形成电子心，与此同时也会产生新的空穴中心。然而我们在测试海岸风成沙样品时，却观测到石英E′心的异常辐照剂量响应。
1 实验材料和方法
样品取自中国沿海地带，野外定名为海岸风成沙。样品的预处理同文献[3]，处理后的样品等分成9份，每份250mg左右，然后用60Co源以不同的剂量人工辐照，最大辐照剂量小于3kGy。辐照后的样品放置一个星期以上，使不稳定的ESR信号衰减。在德国Bruker公司的ECS106型ESR谱仪上完成ESR谱测试。测试条件是：室温、X波段、微波功率2mW，磁场中心348mT，扫宽5mT，调制幅度0.1mT，转换时间5.12ms，时间常数81.92ms。所有样品都连续测试3次，然后取其平均值作为ESR信号强度。
2 结果
（1）样品的ESR波谱图同沉积物中石英的ESR波谱图没有什么大的差异。
（2）福建东山梧龙93034＃风成沙（2mW,60～120目，230mg）中石英E′心的ESR信号强度对人工辐照剂量的响应曲线见图1。由图1可见，石英E′心的天然ESR信号远大于用γ源人工辐照后的ESR信号，在辐照几百Gy剂量后逐渐趋向一恒定值。这种异常的辐照剂量响应在我们测试的100余个中国海岸风成沙样品中普遍存在（占90%以上）。图2为我们测试过的断层泥、泥石流堆积物和一些海洋沉积物样品中石英E′心的辐照响应情况，这些样品都没有这种异常的辐照剂量响应，即石英E′心的天然信号都比人工辐照后的信号小。
图1 风成沙中石英的ESR信号强度与辐照剂量之间的关系·Ge心；°E′心 Fig.1 The relation between ESR intensity of quartz in acolian sand and the irradiation dose·Ge center；°E'eenter
图2 沉积物中石英E′心的ESR信号强度与辐照剂量之间的关系Fig.2 The relation between ESR intensity of E'eenter in quartz from other sediments and the irradiation dose
a—江苏茅山断裂带断层泥g-12-6;b—云南东川泥石流堆积物Yn年－4;c—东海嵊泗一井93126;d一辽东浅滩93143
a—Fault gouge from Maoshan Faulted Zone,Jiangsu;b—Accumulation of mud-rock flow from Dongchuan.Yunnan;c—Marine sediments from East China Sea;d—Marinesediment from Liaodong Shoal,Bohai Sea
3 讨论
按照晶体缺陷的理论，由高能粒子辐照产生的缺陷数不仅依赖于人射粒子的性质和能量，而且还依赖于被辐照固体的键合和晶体结构，入射粒子将其一部分能量分给固体中的原子，使它从正常格点跳出，在这个原子后面留下一个空位[4]。对于石英这样的晶体，高能γ辐照可以产生新的氧空位，这样石英中浅能级电子转移至氧空位时形成E′心，而使辐照后样品的E′心ESR信号大于未受过γ辐照样品（天然）中的石英E′心的ESR信号。但海岸风成沙石英E′心的异常辐照响应和这种理论的解释正好相反，这到底是由于现有的理论不完善还是样品不满足理论的前提，还有待于进一步的研究和讨论。
通过风成沙样品和其他样品石英E′心辐照响应的对比，我们初步认为石英E′心对人工辐照剂量响应的这一异常情况很可能和海岸风成沙特定的沉积环境有关，因而可作为判断海岸风成沙的一个标志。此外，地质人员在野外采集样品时，由于各人的经验不同，可能对同一样品采用不同的命名，以判断不同的沉积环境。石英E′心的这一异常响应也将有助于检验地质人员对海岸风成沙的命名。
还应指出，并非所有的海洋沉积物都具有通常石英E′心的人工辐照响应。例如，我们在做5个辽东浅滩海洋沉积物样品时都发现了这一异常响应，这说明这些石英沉积在来到采样地点前经历了海岸风成沙的沉积环境，后来才被水力搬运而来。由此看来，石英E′心的异常辐照响应，对于分析沉积环境是很有帮助的。
参考文献
[1]Grun R.Quaternary Int.,1989,1(1):65
[2]金嗣炤，邓中，黄培华等，科学通报，1991,36(10）:741
[3]业渝光，和杰，刁少波等，科学通报，1993,38(4）:352
[4]Henderson B．晶体缺陷，北京：高等教育出版社，1984,34
（核技术，1995,18卷，8期，504～506页）