中国海南省中和镇古城墙砖的 热释光测年研究

吴婧玮，龚玉武，夏君定
（ 上海博物馆， 文物保护与考古科学实验室， 上海 200003 ）
摘要： 采 用 热 释 光 前 剂 量 饱 和 指 数 法 对 海 南 省 中 和 镇 的 8 件 古 城 门 墙 砖 样 品 进 行 了 年 代 测 定 研 究 。 由 于 该地区离海近， 粘土中的含沙量非常高， 古人在烧制砖时， 采用这种粘土作为制砖的原料。烧造时的温度 3 件砖样内部呈红色， 相对高于其它地方烧制的砖。其中 4 件砖样内部呈灰色， 其中 1 件砖样断面为外围 灰色， 内部红色。在应用高温细颗粒方法测定这批砖样的年代时， 发现样品的高温热释光灵敏度非常差， ， 且不规则， 没 有“坪 曲 线 ” 因而无法得出这些古代城门墙 砖 的 具 体 年 代。后 采 用 热 释 光 前 剂 量 饱 和 指 数 方法对古砖样品进行了古剂量测定， 发现这些样品具有较好的热释光前剂量效应， 且样品的热释光灵敏 No． 2 、 No． 3 、 No． 6 、 No． 8 样品的热释光年 度较高， 得到的古剂量具有很好的重复性。热释光测年结果表明， 575 年 、 530 年和 580 年 ， No． 4 、 No． 7 样 品 的 热 释 光 年 代 分 别 代分别为 ： 距今 590 年 、 为明代早期烧制 ； No． 1 、 345 年和 375 年 ， 为 ： 距今 410 年 、 为明代中晚期烧制 ； No． 5 样 品 的 年 代 为 距 今 140 年 ， 为 清 代 晚 期。经 考 古 人员现场考证 ， 认为 No． 5 样品所处位置存在火烧痕 迹 。 这 个 火 烧 时 间 应 该 在 中 国 清 代 晚 期 ， 即热释光测定 年代 。 关键词： 热释光； 前剂量饱和指数法； 古城墙砖 中图分类号： K87 文献标识码： A DOI:10.16334/31-1652/k.2014.04.002
第4 期
吴婧玮等： 中国海南省中和镇古城墙砖的热释光测年研究
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Fig． 1
图 1 8 件中和镇古城墙砖样外观照片 The appearances of 8 brick samples of ancient Zhonghe Town
2
2． 1
实验方法及分析
高温细颗粒法测定样品热释光古剂量 通常热释光测定陶器、 砖瓦等样品的年代都是
1
样品
实验共分析古城门 墙 砖 样 品 8 件 （ 图 1 ） ， 其 sb992 灰砖 ， sb993 红 中 sb990 红砖 ，sb991 灰砖 ， ， sb994 ， sb995 ， sb996 砖 外灰内红 灰砖 红 砖， sb997 灰砖 。 由于这些样品已从古城墙上取 样 及 送至热释光实验室 时 日 已 久 ， 准确水分已无法测 得， 根据该样品的实 际 地 理 位 置 情 况 进 行 估 算 含 水率为 10 % 。
［1 ］
代砖样的细颗粒高温部分热释光性能非常差 ， 灵敏 度低且重复性也不规则， 以至于无法得出其年代结 果， 或者说得到的年代结果误差非常大。 图 2 为利 用高温细颗粒法得到的热释光曲线图及一定温度范 围内的灵敏度积分。
采用高温细颗粒方法
， 然而在测定中发现这些古
图 2 Sb992 细颗粒法热释光曲线图 Fig． 2 TL curve of Sb992 by finegrain method
40 Th 含量是采用厚源 α 粒子计数法测定， K 是采用 QuanX 型能量色散 X 荧光分析仪测定， 环境辐照剂 40
古剂量 P 计 算 采 用 指 数 回 归 计 算 方 法 。 在 Δ S 1 = S N + β － S N↓ ， 前剂量饱和 指 数 法 P 计 算 中 ， S N↓ ） 和 （ Δ S 2 ， Δ S 2 = S N + 2 β － S N + β↓ 。 将 （ Δ S 1 ， S N + β↓ ） 两对数据 作 直 线 回 归 ， 得到直线的截距 a 和斜率 b ， 从 S ∞ = － a / b 和 B = － β / ln （ 1 + b ） 得 到饱和灵敏度 S ∞ 和常数 B ， 根据公式（ 1） 得到古 剂量 P 。 2． 3 年剂量测定 前剂量饱和指数法测定陶器、 砖瓦样品年代时， 采用大颗粒法测定样品的古剂量， 此时 α 剂量可以 忽略， 主要有二个因素： 一是因为在前剂量技术中， 由于 α 粒子径迹的高电离密度， 使所有可以利用的 陷阱都被填满。这样空穴的消耗就比常规的热释光 中的电子和空穴的消耗要大得多 ，所以 α 相对于 β
根据上述样品的热释光曲线无法得到正确的坪 曲线。没有坪曲线的样品无法用细颗粒方法测定这 些样品的年代。 测 量 仪 器： ＲIS TL / OSL ＲEADEＲ MODEL
DA20。 测量条件： 升温速率 10℃ / S， 真空后通氮， 辐 N + 2β 为 11． 990Gy。 照剂量 N + β 为 5． 990Gy， 2． 2 2． 2． 1 前剂量饱和指数法测定样品热释光古剂量 热激活特性测试 采用热释光前剂量饱和
第 26 卷 第 4 期 2014 年 11 月
文物保护与考古科学 SCIENCES OF CONSEＲVATION AND AＲCHAEOLOGY
Vol． 26 ， No． 4 Nov， 2014
1538 （ 2014 ） 04000806 文章编号： 1005-
中国海南省中和镇古城墙砖的 热释光测年研究
表 1 8 个古城墙砖样的热激活温度 TAC temperature of 8 ancient wall brick samples
Sb992 650
［3 ］
Sb993 650
Sb994 700
Sb995 700
Sb996 600
Sb997 700
2． 2． 2
古剂量测试 采用前剂量饱和指数法 测 定样品的古剂量。利用样品的熄灭灵敏度 S ↓ 随剂
650 ℃ 左右 。 陶器、 砖瓦等样品的热激活灵敏度测试采取以 下步骤： 取一个已经沉淀制备好的样品， 从 300℃ 开 始， 每隔 50℃ 测量一次， 直到 700℃ 。 在抽真空、 通 氮气的情况下， 计算样品每次加热到设定温度后的 110℃ 峰区间内的灵敏度 S， 加热速率为 2℃ / s， 作灵 敏度 S 随加热温度 t 的变化曲线， 曲线的最高点就 。 是样品的激活温度 样品的热激活特性曲线见图 3， 图 4， 热激活温度见表 1 。
图 3 Sb991 样品的热激活特性曲线 Fig． 3 TAC（ Thermal activation characteristic） curve of sample Sb991 Table 1
样品 激活温度 / ℃ Sb990 700 Sb991 550
图 4 Sb990 样品的热激活特性曲线 Fig． 4 TAC curve of sample Sb990
［4 ］ 的效率非常低， 只有 0 ． 01 左右 ， 即比一般的热释 光效率低 10 倍。在细粒热释光方法中， 有效 α 剂量
(
)
占年剂量的 40 % ， 那么在前剂量方法中只占 4 ． 0 % ； 二是在前剂量测定中， 测定的样品颗粒可以是中颗 粒或大颗粒样品。 通常是采用粒径为 120 ～ 200 μm ［5 ］ 的大颗粒样品 。 这种颗粒的样品直径大于 α 射 线射程， 样品中的 α 剂量已严重衰减， 其效率 K 非 常小。 这两个因素一并考虑时， α 剂量可以忽略。 因此， 这些样品中年剂量由两部分组成。 一为砖样 Th、 K 提供的 β 剂量， 中本身的 U、 其次为周围环境 剂量提供的 γ 和宇宙射线剂量。 本项目测量中 U、
速率 2℃ / s， 下同； 4 ） 用相同的试验剂量测量灵敏度 S N ； 5 ） 给样品施加一个标定剂量 β， 测量 β 辐照熄 灭灵敏度 S N ↓； 6 ） 将样品加热到相同的热激活温度； 7 ） 用相同的试验剂量测量灵敏度 S N + β ； 8 ） 重复步骤（ 5 ） ～ （ 7 ） ， 测量灵敏度 S N + β ↓ 和 S N + 2β 。
Sb990 样品的测量 量 D 的变化关系， 测量步骤如下， 曲线见图 5 。 取一个制备好的样品， 按照下列步骤测量古剂量 P： 1 ） 对样品加一个试验剂量， 约 100mGy， 下同； 2 ） 测量 110℃ 热释光峰的灵敏度 S0 ； 3 ） 加热到每个样品对应的热激活温度， 加热
Fig． 5
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文物保护瓷器 、 古砖瓦样品的热释光古剂量 ［2］ 时， 首先要对每件样品进行 热 激 活 灵 敏 度 特 性 测试 ， 以得到一个最 高 的 测 量 灵 敏 度 来 提 高 测 定 年代的 准 确 度 。 通 常 情 况 下 ， 陶 器、 砖瓦样品的 热激活灵敏度峰较 为 平 缓 ， 热释光灵敏度相对瓷 器较低 。 根 据 热 激 活 灵 敏 度 特 性 曲 线 得 到 样 品 的激活 温 度 。 这 个 激 活 温 度 能 提 供 一 个 最 高 的 测量灵敏度来提 高 测 定 年 代 的 准 确 性 。 陶 器 、 砖 瓦 的 热 激 活 温 度 一 般 在 550 ℃ 左 右 ， 瓷器在
在中国古代 ， 从战国时期的建筑遗址就已经 发 现 了 砖 和 砖 栏 杆， 品 种 繁 多， 主要用于铺地和 砌墙 。 真正大 量 使 用 砖 始 于 秦 朝 。 秦 始 皇 统 一 中国后 ， 兴 资 本， 建 宫 殿， 修 驰 道， 建 陵 等。 著 名 的秦王朝的首都阿 房 宫 都 是 采 用 铺 设 地 砖 ， 砖上 有装饰性纹理图案 。 公元 前 214 年 ， 秦始皇为防 御 北 方 的 匈 奴 贵 族 南 侵， 动 用 了 大 量 的 劳 动 力， ， 使用砖石建造了举世闻名的“万里长城 ” 用砖量 巨大 。 长城 历 经 风 雨 的 千 年 ， 仍 然 基 本 完 好， 具 。 有珍贵的艺术和历史价值 中和镇位于海 南 省 儋 州 市 的 西 北 部 ， 距儋州 市约 45 公 里 。 中 和 古 城 始 建 于 唐 代 武 德 五 年 （ 公元 622 年 ） ， 并修筑古城墙 ， 宋、 元沿用 。 明代 洪武六年 （ 公 元 1373 年 ） 修 建 了 东 、 南、 西、 北四