滑坡年代学研究方法应用进展*

杨银科，彭建兵，刘　聪

(1.长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安710054；2.长安大学 地质工程与测绘学院 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西 西安710054)



滑坡年代学研究方法应用进展*

杨银科1，2，彭建兵2，刘聪2

(1.长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安710054；2.长安大学 地质工程与测绘学院 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西 西安710054)

摘要:滑坡年代学研究对于滑坡灾害的形成演化、预测预警与风险评估等意义重大。为了对比分析各种滑坡测年新技术，综述了各个测试技术在国内外滑坡年代学研究中的最新应用进展。对14C、光释光(OSL)、宇宙成因核素、树木年轮及地衣等测年技术进行了详细分析讨论，探讨了各个测年技术的优缺点、年代测定中存在的问题以及相应的解决策略。结论表明，利用14C、光释光、宇宙核素测年技术分析滑坡年代的研究较多，树木年轮和地衣测年方法应用较少；全球已经开展的研究工作主要集中在北美、欧洲及东亚等地区，中国的研究相对较少；国内的研究主要集中在黄河上游和长江三峡地区。滑坡年代学的研究在中国刚刚开始，具有很大的发展空间和重要的科学意义，对于中西部地区，特别是青藏高原和黄土高原地区的防灾减灾、社会经济发展现实意义重大。

关键词:滑坡；年代学；14C；光释光；宇宙成因核素

开展第四纪时期地质灾害年代学研究，准确重建灾害发生的时间序列，是正确认识当今重大地质灾害的历史过程、现状和预测其未来发展趋势的重要基础之一[1]。滑坡是常见的地质灾害，具有分布广泛、危害性大、发生突然、速度快等特点，滑坡地质灾害的发生往往会造成人民生命财产和国家经济建设的重大损失。滑坡灾害的预测、预警与风险评估已经被世界各国高度重视[2-3]。在诸多滑坡研究要素中，了解滑坡的历史和发展趋势，尤其是选择合适的年代学分析方法，精确测定滑坡发生的年代，对于研究滑坡的形成机理、地理地貌过程、气候环境演化以及评价区域稳定性都具有重要的意义[4-5]。国内外针对滑坡测年及古环境演化的研究工作已经大量开展，并针对滑坡测年尝试了14C、光释光(OSL)、宇宙核素、树轮及地衣等多种测年方法。本文将对比讨论各种滑坡测年新技术，综述各种测试技术在国内外滑坡地质灾害年代学研究中的最新应用进展，探讨研究中存在的问题，提出相应的解决策略，为我国滑坡年代学研究提供参考。

1滑坡测年技术及应用进展

在地表过程研究中，对地貌体及其他地表特征的定年工作非常重要，精确的年代学数据可以帮助确定地表过程历史和速率[6]。由于滑坡灾害的孕育、活跃程度与新构造运动、气候环境演变、河流侵蚀等关系密切，所以滑坡年代学的研究多借助比较成熟的第四纪地质、区域河流地貌发育史、古气候环境变化史和新构造运动演化史的技术方法和理论[7]。已经开展的滑坡测年研究中，14C、光释光、宇宙核素测年、地衣测年、树轮测年等技术方法先后被尝试采用，并取得了一定的研究成果。

1.114C测年

14C测年方法至今已有50余年发展历史，是科学界应用最广泛的定年技术之一。精确、可靠的14C年代标尺对近5万年以来的古环境信息的合理提取具有重要的研究价值[8-9]。松散沉积物中可用于14C测年的物质主要有木质样品、碳化物、腐殖酸、蜗牛化石、孢粉等。随着加速器质谱AMS测年技术的发展，14C测试方法所需的碳量仅为1mg，使得对孢粉这样的微量样品的测年也成为了可能，对高分辨率、高精度年代标尺的建立起到了巨大的推动作用[10-11]。

14C测年技术在古滑坡年代研究中应用较多。滑坡体埋藏的有机体14C年龄是滑坡发生的最大年龄，滑坡堵塞河道形成的堰塞湖中的有机质或滑坡后缘凹陷地带的沼泽地中的有机质的14C年龄是滑坡发生的最小年龄[7]。堰塞湖的沉积过程和沼泽中的泥炭形成时间较长，需要几百年，甚至上千年的时间。因此采样位置的选择至关重要，否则容易造成误解[9]。一般应在采样前对沉积物进行沉积过程分析，以便确认有机体和滑坡体的先后关系，初步判别测定的14C年龄是晚于，还是早于滑坡事件。在国外，Giovanni Bertolini等先后测定了取自意大利Apennines北部的20个14C测年样品，揭示了该地区全新世滑坡的活动特征[12]；Marten Geertsema等利用14C测年技术，对滑坡堰塞湖和滑坡体中埋藏的树木进行年代测定，确定了位于英国Columbia省东北部Halden Creek的古滑坡发生的确切年代[13]；Tamer Y. Duman研究了土耳其境内最大的堰塞湖坝体，14C测年结果表明造成堰塞湖的Tortum滑坡发生时间为350±40～370±40 a BP[14]。上述几位学者的研究方法具有明显的共同之处，他们均采用了14C年代测定和地质分析相结合的手段。在中国，已有学者陆续开展了滑坡的14C年代学研究。杨丽娟等利用滑带土中一段明显被滑坡滑动所强烈剪切变形的树根，对陕西省凤翔县五曲湾滑坡的年龄进行了14C测定。分析年龄为462±45 a BP，该结果与地质分析获取的认识基本一致，与1556年“华县大地震”发生的年份非常接近，为研究该滑坡的触发原因提供了重要的依据[4]。2011年，吴玮江等基于14C分析方法，对甘肃武都汉林沟古滑坡体中部和上部的2个埋压的古树木样品进行了14C年代测定，结果表明该流域长楞梁古滑坡发生于晚更新世中期，年龄为42.0～44.8 ka BP[7]。蒋瑶等利用AMS14C测年方法，确定了青海玉树古地震滑坡堆积体的年代，说明该区域典型古地震滑坡大多发生于全新世中晚期，集中分布在5个不同的时期，而且分析结果与利用古地震探槽所揭示的事件期次及发生年代对应关系非常明确[15]。

1.2光释光测年

光释光测年技术是在1980年代提出的，测定的是沉积物最后一次曝光事件至今的年代，在第四纪年代学研究中得到了越来越广泛的应用[16]，其测年范围可从几十年[17]到十几万年[18]，甚至利用有些样品可以使测年范围达到70多万年[19]。与14C测年相比较，光释光测年的误差一般为5%～10%，稍微偏大，但是其又具有测年物质丰富、测年年限范围大、直接测定沉积物等明显的优势[16]。

在国外，Balescu等尝试对位于蒙古国内的Baga Bogd Massif古滑坡进行测年[20]。利用红外光释光方法(IRSL)对大于40 μm和4～11 μm的长石颗粒进行测定，表明该古滑坡发生在末次间冰期开始阶段，测试结果与蒙古戈壁Gobi-Altay山同一滑坡的宇宙核素(10Be)测得年龄非常一致，滑坡发生的年代气候处于暖湿阶段。另外，Fuchs等在德国的Bavaria北部也开展了类似的研究工作[21]。

在中国，利用光释光技术测定古滑坡发生年代的研究主要集中在长江三峡和黄河上游地区。在长江三峡地区，2008年，Chen等基于光释光技术测定了长江三峡地区宝塔滑坡的年代，与热释光(TL)和14C年代相互验证，结果非常一致，进一步分析表明该滑坡发生在30～40 ka BP的温暖气候期，由强降水引发形成[22]；2010年，魏宝华等对清江中游具有代表性的4个古滑坡进行了石英光释光测年分析，结果表明该地区滑坡主要发生在气候波动期或湿润期，季风加强时期是滑坡的多发时期[5]。青藏高原东部黄河上游是特大型古滑坡集中的区域，该地区开展的滑坡年代学研究工作较多。2010年，周保等对拉干峡至寺沟峡段11个特大型滑坡进行了光释光和14C年代分析，从时间和空间上对该区域群发性滑坡进行了分期特征的研究，将滑坡的发生划分为6个不同时期[23]；2012年，郭小花等对龙羊峡至刘家峡段黄河谷地的4个滑坡，共30个样本进行了光释光测年分析，探讨了研究区地质构造以及区域环境变化对滑坡发生的影响机理[24-25]；2013年，赵瑞欣等通过对龙羊峡至积石峡段10个特大型古滑坡的11个样品进行光释光测年分析，划分了该区域特大型群发性滑坡发生的4个主要时期，解释了各期滑坡群发的主要触发因素[3]。

1.3宇宙成因核素暴露测年

宇宙成因核素测年技术是为了研究陨石中宇宙成因核素而发展起来的，可分为大气宇生核素测年和原地生成宇宙成因核素测年，原地生成宇宙成因核素测年又可分为暴露测年和埋藏测年两种方法[26-28]。近年来，随着AMS技术的发展，宇宙成因核素测年已经成为滑坡年代测定行之有效的方法之一。在滑坡年代分析中，宇宙成因核素测年具有测年目标矿物成分简单，分布广泛，易于化学处理的特点；10Be等核素半衰期较长(1.36 Ma或1.387 Ma)，有利于研究暴露历史较长的滑坡体；测定的滑坡导致的岩石暴露而开始接受宇宙射线产生核素的时间与滑坡发生的时间是同步的，无时间差，地质意义非常明确等优势[29-30]。

宇宙成因核素测年技术是定量研究滑坡在造山带地表过程中作用的新技术之一，已经有较多学者利用宇宙成因核素10Be测年方法，分析古滑坡年代的研究工作。2006年，Yi Chaolu等学者在中国新疆天山东部的天池，基于裸露岩石的10Be核素测定，分析了天池古滑坡的发生年份，结果表明该滑坡发生于12 ka BP前，很可能与Younger Dryas Stade是同时期的，该时期属于冰后期，天池地区没有冰进事件，否定了冰碛物堵塞河道形成天池的观点[31]。2007年，Mitchell等学者通过10Be暴露测年研究了Himalaya地区印度西北部的Keylong Serai大型滑坡体，结果显示该滑坡发生于7.5±0.1 ka BP，为地震触发引起[32]。2009年，Jason M. Dortch等学者在印度北部Himalaya和Transhimalaya地区利用10Be暴露测年方法分析了四个大型滑坡体的形成年龄，分别为7.7±1.0 ka BP(Darcha)、7.9±0.8 ka BP(Patseo)、6.6±0.4 ka BP(Kelang Serai)和8.5±0.5 ka BP(Chilam)，并测算了Lahul地区的侵蚀速率[33]；Ivy-Ochs等分析了瑞士Graubunden的Flims滑坡年龄，对16个巨砾进行了宇宙核素36CI和10Be年代测定，表明Flims滑坡发生年代为8.9±0.7 ka BP，与其同期的还有Kofels滑坡和Kandertal岩石崩塌，均发生在早全新世气候向暖湿转变时期[34]。2011年，Hewitt K等学者在巴基斯坦东北部Karakoram Himalaya地区，利用同样的测年方法分析了7个滑坡体的年龄，结果表明在全新世时期这些滑坡相继发生，阻塞印度河或其支流，形成湖相沉积，滑坡形成的堰塞湖对河谷的侵蚀作用具有一定的控制作用[35]；Katia Sanhueza-Pino等学者利用10Be暴露测年方法分析了中国Tien Shan地区3个著名的大型滑坡的年龄，结果显示位于Alamyedin河的滑坡年龄为11～15 ka BP，位于Aksu河的年龄为63～67 ka BP，而位于Ukok河的滑坡体可能是多次滑动形成的，早期的年龄为8.2 ka BP和5.9 ka BP，近期的为1.5 ka BP和0.4 ka BP[36]。2013年，Yuan Zhaode等学者在中国Pamir东北部地区，利用10Be暴露测年方法分析了四个大型滑坡(Bulunkou、Muztagh、Taheman和Yimake)，其中Bulunkou滑坡的年龄为2.0±1.0 ka BP，Muztagh的为14.3±0.8 ka BP，Taheman的为6.8±0.2 ka BP，Yimake的为7.1±0.6 ka BP[30,37]。2014年，Lewis A.Owen和Jason M. Dortch综述了Himalayan-Tibetan造山带地区第四纪冰川作用，其中对于利用10Be暴露测年方法分析滑坡等地表过程给予了很高的评价[38]。另外，Colin K. Ballantyne等学者在苏格兰高地[39]，G. Bianchi Fasani等学者在意大利Apennines中部也先后开展了类似的研究工作[40]。

1.4其他测年方法

在滑坡年代学研究中，14C、光释光、宇宙成因核素测年是较为常用的定年方法。树木年轮年代学以树木年际生长层序——树轮为精确的时间记录，地衣年代学基于地衣大小与其附着面的形成年龄成正比，也都在滑坡年代学研究中得到了一定范围的应用。

地衣形态量计法是基于地衣大小与年龄增加成正比例变大，方法的关键是建立地衣年龄与大小之间的正比例关系。地衣年代分析方法多用于研究冰川消融出露地面的时间、河流地貌年龄以及基岩海岸的侵蚀等地表过程方面[41]。在同震滑坡年代分析中，地衣测试方法得到学者们的肯定。在中国，李有利等学者曾用地衣形态量计法研究了山西忻定盆地同震滑坡[41]。在国外，Bull W B等学者先后在Alpine山[42]、Alps南部[43]、新西兰[44]开展了利用地衣年代学方法分析滑坡年代的研究，取得了一定的研究成果。2008年，Malgorzate Bajgier-Kowalska在波兰Flysch Carpathians山脉西部滑坡年代学研究中也采用了地衣年代学的分析方法[45]。

树木年轮年代学是一门研究树木木质部年生长层，以及利用树轮来定年的科学[46]。树木在生长过程中对其生活历程中的气候、环境、突发事件等均有忠实地记录，研究树木年轮特征变化规律，反演其生长期间的气候环境及地表过程，是树木年轮学研究的基本思路。滑坡作为一种快速的地质地表作用过程，会对其所能影响到的区域上正在生长的树木造成影响，树轮变化特征会有相应的明显痕迹，这就为利用树木年轮重建崩塌、滑坡等地质灾害事件提供了生物学依据。目前，基于树轮资料开展滑坡年代学的研究主要集中于北美和欧洲地区。基于树木年轮资料，1999年，Rosanna Fantucci等学者对意大利Calabria地区Lago滑坡进行了年代学分析，确定了滑坡活动强烈的时段为1860-1895年[47]。随后，2003年和2007年，Paul E Carrara等分别在美国Montana州西南部和Wyoming州的Yellowstone National Park[48-49]；2004年，Maria Cleofe Stefanini等在意大利Apennies北部[50]；2009年，Miet Van Den Eeckhaut等在比利时Koppenberg森林地区，先后开展了滑坡年代分析研究工作[51]。另外，在日本Kenji Kashiwaya等利用树木年轮指标和降雨阈值的分析，对日本Rokko山的滑坡进行了年代学研究[52]。利用树轮资料分析滑坡年代的研究在中国开展较少，洪婷等学者利用树轮分析方法，对甘肃南部武都区外纳乡的九房山滑坡进行了年代学分析，结果表明滑坡活动导致树木立地条件的改变，树轮中伪轮增多，树轮某些变化特征与滑坡之间的确存在显著的响应关系[53]。

2不同滑坡测年技术的对比讨论

滑坡的发生受气候、地震、地质构造、地层岩性、水文地质条件以及人类活动等因素的制约[54]。滑坡年代的确定需要在充分的野外调研、现场勘探等工作的基础上，针对不同的古滑坡体地形地貌、覆盖侵蚀特征、地层层序关系等，有侧重地选择适合的年代测定方法。只有寻找到合适可靠的测年物质，才能保障测定的滑坡年龄的可靠。14C测年方法，特别是加速器质谱14C测年技术的快速应用，测年所需样品量少、可测样品种类多、精度高、数据可靠性好等优点决定了其在滑坡体松散堆积物年代测定中具有明显的优势。但是，由于14C测年上限目前一般在40～50 ka，对于年龄超过50 ka的古滑坡体，以及基岩地区的滑坡体，该技术存在着一定的不足[55]。

宇宙成因核素测年技术探索利用10Be、26Al、36CI、3He等作为靶向元素作为测试目标，这些放射性核素具有较长的半衰期(10Be、26Al、36CI的半衰期分别为1.36、0.72、0.301 Ma)，非常适用于过去几万年至几百万年地质事件的年龄测定[56]。虽然这些核素的自然丰度都很低，但在加速器质谱仪AMS的发展应用后，宇宙成因核素测年技术获得了新的更加广泛和有效的利用。特别是对于14C等测年技术受到限制的基岩区较为古老的滑坡体，10Be等核素暴露测年方法则可以很好实现年代测定。而且，测定的滑坡发生导致的岩石暴露接受宇宙射线产生核素的时间与滑坡发生时间是同时的，无时间差，地质学意义更加确切[57]。

相对于宇宙成因核素暴露测年大多限制在抵御自然风化侵蚀较强的基岩区，光释光测年技术在滑坡灾害更为严重的松散沉积物区的应用则更为广泛。光释光测年范围可从几十年到十几万年，甚至利用有些样品可以达到70多万年，这弥补了14C测年技术的测试上限小于5万年的不足。相对于14C测年，光释光测年虽存在误差偏大的不足(一般5%～10%)，但也具有测年年限范围大、测年物质丰富、直接测定沉积物等明显的优势[58]。

树木年轮年代学和地衣年代学定年技术应用范围受到一定的限制，这两种方法都需要在滑坡体或与其紧密相关的区域获得具有代表性的测年样本，而且测年尺度相对较短。但是，如果在野外踏勘工作中一旦采集到合适的树木年轮和地衣样品，样品又具有明确的滑坡地质学意义，那么其确定的滑坡年代结果则会非常的精准，特别是树木年轮样本，不仅可以精确至年份，甚至有些可以精确到季节。

总之，在滑坡年代学研究中，14C、光释光、宇宙成因核素测年技术各有优缺点，在某些方面完全可以互补不足，是较为常用的定年方法。树木年轮年代学与地衣年代学受制于合适测年样本的不易获取，应用范围较小，但对于某些特定滑坡的定年而言，其定年结果的精准程度则仍然会为滑坡年代学研究增光添彩。

3结论与展望

精确测定滑坡发生的年代，对于研究滑坡灾害的形成演化、致灾机制以及评价区域稳定性意义重大。已经开展的滑坡测年研究中，14C、光释光、宇宙成因核素测年、地衣测年、树轮测年等技术方法先后被尝试采用，取得了丰富的研究成果。其中，利用14C、光释光、宇宙核素测年技术分析滑坡年代的研究较多，树轮测年和地衣测年方法应用较少。就研究区域而言，北美、欧洲及东亚等地区已经开展的滑坡年代学研究工作较多，中国在这方面的研究相对较少，且研究主要集中在黄河上游和长江三峡地区。中国已经开展的滑坡年代学研究工作中，14C、光释光、宇宙核素测年、树轮测年、地衣测年等技术方法均有涉及，前三种方法利用的较多，树轮和地衣测年方法仅仅是零星尝试开展。

中国是一个滑坡灾害极为频繁的国家，尤其是在中国的西部地区，滑坡更是以危害大、规模大、机制复杂等特点著称于世，在全球具有典型性和代表性。滑坡年代学的研究在中国刚刚开始，具有很大的发展空间和重要的科学意义，对于中国中西部地区，特别是青藏高原和黄土高原地区的防灾减灾、社会经济发展现实意义重大。

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The Application Progress on Research Methods of Landslide Chronology

Yang Yinke1, 2, Peng Jianbing2and Liu Cong2

(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China;

2.KeyLaboratoryofWesternMineralResourcesandGeologicalEngineeringMinistry,SchoolofGeology

EngineeringandGeomatics,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China)

Abstract:The study on landslide chronology is important for the formation and development, the prediction and warning systems and the risk assessment of landslide hazard. In order to do a comparative analysis of every landslide dating new technologies, the recent application advances on landslide dating both at home and abroad are summarized. Various technologies of landslide dating, such as14C, OSL, Cosmogenic nuclides, tree-ring and lichenometry of dating, are discussed and analyzed in detail. The merits and demerits of various technologies and practical problem of landslide dating are discussed and corresponding solutions are given. It is indicated in the conclusion that research projects of14C, OSL, Cosmogenic nuclides have been well studied, but projects of tree-ring and lichenometry relatively less. Much of the research in the world are focused in Europe, North America and East Asia, etc, however, few in China. The domestic studies are mostly focused in the Upper Yellow River and the Three Gorges area. The researches of landslide chronology are just beginning and have great capabilities and scientific importance in China. To the Midwest, especially the Qinghai-Tibet Plateau and the Loess Plateau, the studies of landslide chronology have great practical significance for the disaster prevention and mitigation and the socioeconomic development.

Key words:landslide; chronology;14C; OSL; Cosmogenic nuclides

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2015.02.026

中图分类号：P694；X4

文献标志码：A

文章编号：1000-811X(2015)02-0133-05

作者简介：杨银科(1977-)，男，陕西扶风人，副教授，博士(后)，主要从事地质灾害与环境科学方面的研究. E-mail：yangyink@chd.edu.cn

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2014CB744700)；国家自然科学基金项目(41102107)；黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金项目(SKLLQG1209、SKLLQG1426)

收稿日期：2014-10-27修回日期：2014-12-14