韓 非

(中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

對(duì)于東亞地區(qū)早更新世考古遺址的研究，可以幫助我們理解人類最早何時(shí)走出非洲，以及他們是如何在亞洲大陸生存與演化等一系列問(wèn)題。一些在我國(guó)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最早期的人類活動(dòng)證據(jù)，目前并沒(méi)有被國(guó)際學(xué)術(shù)界普遍接受，在很大程度上歸因于這些早期遺址年代的不確定。由于測(cè)年時(shí)段和測(cè)年對(duì)象的限制，這些早更新世遺址中的大多數(shù)無(wú)法采用諸如鉀氬/氬氬測(cè)年法等經(jīng)典的同位素測(cè)年方法進(jìn)行年代學(xué)研究。電子自旋共振(ESR)方法是一種常用的早期遺址考古測(cè)年方法，其中ESR骨化石測(cè)年可以應(yīng)用于早更新世遺址的年代學(xué)研究。由于骨化石的體系不封閉，所以在計(jì)算ESR年代時(shí)需要考慮鈾在化石樣品中的加入過(guò)程。傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年中通常采用兩種人為假定的鈾加入模式，即早期鈾加入模式(EU模式)和線性鈾加入模式(LU模式)來(lái)分別計(jì)算樣品年齡，并認(rèn)為樣品的實(shí)際年齡介于EU與LU模式年齡之間。但在實(shí)際研究中，采用上述兩種模式計(jì)算得到的樣品年齡往往相差較大；另外一些研究表明化石樣品還存在鈾的近期加入現(xiàn)象。所以傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年給出的年齡結(jié)果往往存在較大的不確定性。

本論文采用ESR與鈾系分析相結(jié)合的測(cè)年方法(US-ESR測(cè)年法)，對(duì)我國(guó)兩處早更新世古人類活動(dòng)遺址----重慶巫山龍骨坡遺址和河北陽(yáng)原泥河灣盆地東谷坨遺址展開了年代學(xué)研究工作。該方法通過(guò)對(duì)動(dòng)物牙齒化石中不同牙組織的鈾系同位素分析，來(lái)重建鈾在化石樣品中的加入過(guò)程，并通過(guò)計(jì)算鈾吸收參數(shù)p加以定量描述。與傳統(tǒng)的ESR化石測(cè)年方法相比，由于其避免了采用不同鈾加入模式所引入的人為因素，所以得到的化石年齡結(jié)果具有更高的可信度。由于該測(cè)年手段涉及ESR和鈾系測(cè)年兩種不同的年代學(xué)方法，測(cè)年機(jī)理和實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程都較為復(fù)雜，且在年代測(cè)定過(guò)程中需要對(duì)近30個(gè)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行逐一探討和分析，所以該方法在我國(guó)舊石器考古遺址尤其是早更新世考古遺址的年代學(xué)研究方面尚鮮有應(yīng)用。

論文研究的龍骨坡和東谷坨遺址分別是我國(guó)南方和北方兩處具有代表性的早期人類活動(dòng)遺址，都曾采用傳統(tǒng)的ESR化石測(cè)年方法進(jìn)行過(guò)年代學(xué)研究。其中龍骨坡遺址歷史上曾經(jīng)是一個(gè)洞穴，在20世紀(jì)80年代的早期發(fā)掘中，曾出土兩塊疑似古人類化石、石制品和大量動(dòng)物化石。在2003～2006年的中法聯(lián)合考古發(fā)掘中，又出土了大量的石器，并對(duì)遺址的地層進(jìn)行了更為詳細(xì)的描述。

本論文研究的17顆哺乳動(dòng)物牙齒化石樣品均采集自這次聯(lián)合發(fā)掘。分析研究顯示，除遺址南壁兩個(gè)樣品中有鈾的早期加入外(-0.7

本論文研究的另一處地點(diǎn)東谷坨舊石器遺址屬于曠野遺址，發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初。后續(xù)發(fā)掘中出土了大量具有獨(dú)特加工技術(shù)特征的石制品。論文測(cè)年研究分析的3顆化石樣品來(lái)自遺址的早期發(fā)掘。對(duì)樣品的鈾系分析顯示，全部樣品的牙組織鈾系同位素比均超出了平衡值1，表明樣品中存在鈾的后期析出。由于無(wú)法通過(guò)單一的鈾吸收參數(shù)定量重建樣品中鈾的加入過(guò)程，所以未能得到東谷坨遺址化石樣品的US-ESR年齡。同時(shí)，采用傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年中的EU與LU模式，計(jì)算得到的樣品年齡也比遺址的古地磁參考年齡明顯偏年輕。本論文研究表明，東谷坨遺址的化石樣品可能經(jīng)歷了反復(fù)加入與析出的復(fù)雜鈾遷移過(guò)程。測(cè)年研究同時(shí)也反映了US-ESR測(cè)年法在早期考古遺址化石測(cè)年中存在的局限性。

本論文同時(shí)還對(duì)US-ESR測(cè)年法中的一些基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行了研究：

(1) 古劑量的測(cè)定。本論文通過(guò)對(duì)3種不同的古劑量擬合函數(shù)(單飽和指數(shù)(SSE)函數(shù)、指數(shù)加線性(EPL)函數(shù)和雙飽和指數(shù)(DSE)函數(shù))的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，采用DSE函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)劑量點(diǎn)擬合的偏差系統(tǒng)性地小于SSE函數(shù)擬合，同時(shí)采用DSE函數(shù)擬合外推得到的計(jì)算結(jié)果與已知參考劑量值的偏差均小于另外兩種擬合函數(shù)。進(jìn)一步研究顯示，DSE函數(shù)在不同劑量范圍內(nèi)的擬合結(jié)果基本一致，而SSE函數(shù)的擬合結(jié)果會(huì)隨最大輻照劑量值的減小而明顯減小。本論文研究表明，目前ESR化石測(cè)年中普遍使用的SSE函數(shù)并不適合早更新世化石樣品的古劑量擬合，而采用DSE函數(shù)對(duì)這類樣品可能更為合理。

(2) 樣品外部γ劑量率的影響。外部γ劑量率是本論文研究中龍骨坡遺址年代測(cè)定的一個(gè)難點(diǎn)。研究表明，龍骨坡化石樣品的外部γ劑量率在總劑量率所占比例超過(guò)了50%。由于龍骨坡遺址地層堆積環(huán)境中存在大量礫石、粘土和鈾含量較高的動(dòng)物骨化石碎片，成分極不均一，從而在樣品周圍形成一個(gè)不均勻的γ輻射場(chǎng)。而沉積物中γ射線的輻射半徑約為30 cm，所以野外實(shí)測(cè)的樣品外部γ劑量率可能會(huì)與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果存在差異。研究顯示，龍骨坡南壁附近化石樣品的外部γ劑量率實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)平均高出野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)約140%。由于實(shí)驗(yàn)室分析的僅是樣品周邊小范圍內(nèi)采集的沉積物，并不一定具有代表性，因此若采用實(shí)驗(yàn)室分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，會(huì)造成對(duì)樣品年齡的嚴(yán)重低估。所以，對(duì)遺址野外γ劑量率詳盡而準(zhǔn)確的測(cè)量是計(jì)算龍骨坡化石樣品年代的關(guān)鍵之一。

(3) 化石樣品內(nèi)部劑量率的重建。采用ESR/鈾系聯(lián)合分析的方法進(jìn)行化石測(cè)年，需要通過(guò)計(jì)算鈾吸收參數(shù)(p值)來(lái)還原樣品中鈾的加入歷史。本論文研究顯示，東谷坨遺址的化石樣品中存在鈾的后期析出，而目前單一鈾吸收參數(shù)的數(shù)學(xué)模式尚無(wú)法重建這類化石樣品的內(nèi)部劑量率，因此無(wú)法計(jì)算樣品年齡。采用傳統(tǒng)的EU與LU模式計(jì)算的ESR年齡明顯小于遺址參考年齡，也說(shuō)明了東谷坨遺址化石樣品經(jīng)歷了復(fù)雜的鈾遷移過(guò)程，這很可能與曠野遺址所經(jīng)歷的復(fù)雜地球化學(xué)變化有關(guān)。東谷坨遺址以及泥河灣盆地中其他早期遺址，大都是由于近期侵蝕作用暴露于地表后被發(fā)現(xiàn)，遺址的水動(dòng)力環(huán)境會(huì)隨著侵蝕作用不斷發(fā)生改變，進(jìn)而引起鈾活化作用的更新。對(duì)于經(jīng)歷了鈾析出以及復(fù)雜鈾遷移歷史的化石樣品的年齡測(cè)定，還需要進(jìn)一步研究。

本論文研究表明，US-ESR測(cè)年法可以用于我國(guó)早更新世考古遺址的化石測(cè)年，且與傳統(tǒng)ESR化石測(cè)年相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)該方法的進(jìn)一步研究和完善，將為研究我國(guó)早期人類生存與演化的歷史提供一種更可靠的年代學(xué)手段。