地球物理测井电离辐射与含水量对沉积岩心光释光信号的影响研究

《Quaternary Research》：The impact of ionising radiation from geophysical loggers and water content on the luminescence signals in sediment cores

本刊推荐：为解决地球物理测井电离辐射和含水量变化对沉积岩心光释光信号准确性的潜在影响，研究人员开展了X射线照相与γ射线测井对海洋沉积物pOSL信号影响的系统性实验。结果表明两种辐射源造成的信号变化可忽略（剂量<100 mGy），而含水量>5%会使净信号衰减高达70%。该研究为存档岩心的光释光年代学与剖面分析提供了重要质量控制依据，对第四纪沉积环境重建具有方法论创新意义。

　　

在第四纪研究中，沉积岩心如同记录地球历史的"黑匣子"，通过光释光测年技术能够揭示沉积物埋藏年代。然而当科学家们试图从存档岩心中读取这些珍贵信息时，却面临两大潜在干扰：一是岩心在前期地球物理检测中接触的电离辐射源（如X射线、γ射线）可能污染天然光释光信号；二是岩心内部含水量的自然变化会衰减光释光强度，影响数据可比性。这些隐患使得科学界对存档岩心光释光数据的可靠性存疑，尤其制约了对海洋、湖泊等水下沉积环境的古环境重建研究。

为破解这一难题，由Sam Woor领衔的研究团队在《Quaternary Research》发表了一项创新性研究。他们以加拿大不列颠哥伦比亚省巴特湾采集的海洋沉积岩心为样本，采用苏格兰大学环境研究中心开发的便携式光释光读数器，系统评估了地球物理测井仪辐射与含水量对光释光信号的影响机制。

研究团队选取四种不同粒径的沉积岩心（两组以砂粒为主，两组以粉砂质泥为主），在避光条件下分阶段采样分析。他们设计了一套精密的实验方案：先在岩心剖面上按A、B、C三个位点采集基线样本，接着使岩心分别接受X射线照相（100kV/100mA/0.5s）和γ射线测井（¹³⁷Cs源，256MBq）处理，最后在对应位置重新采样对比。为量化辐射剂量，研究人员创新性地将Riso校准石英（180-250μm）制成微型剂量计植入岩心，通过改良的pOSL测量协议估算实际吸收剂量。

辐射暴露影响评估

通过对比辐照前后的信号比值发现，γ射线测井引起的信号增强（净IRSL信号比值为1.15-2.67，净BOSL为0.84-2.23）略高于X射线照相（净IRSL为0.69-2.44，净BOSL为0.67-2.20），但所有变化均在测量不确定度范围内。尤其重要的是，IRSL/BOSL比值和衰减比值这两个用于示踪沉积物来源的关键指标始终保持稳定（波动<10%），说明辐射未能改变信号的本质特征。剂量测定数据显示，X射线和γ射线在岩心中心部位产生的平均剂量分别为16.26-25.96 mGy和39.11-80.36 mGy，按典型环境剂量率2.00 Gy/ka计算，仅相当于8-40年的年龄误差，对千年尺度的年代学分析可忽略不计。

含水量控制实验

当含水量从0%增至30%时，砂质和泥质沉积物的净光释光信号分别衰减达70%和60%。值得注意的是，超过30%含水量后信号反而回升20%，这与样品铺展均匀度改善有关。而IRSL/BOSL比值和衰减比值对含水量变化表现出强韧性，波动幅度普遍小于10%，证实这些比值指标在变湿度环境中仍具可比性。

讨论部分指出，岩心的圆柱形几何结构导致边缘位点（A、C）反而比中心位点（B）接受更高剂量，这与传统认知相反，凸显了实际操作中岩心朝向的不可控性带来的变异。虽然辐射引起的绝对信号强度变化存在，但相对信号剖面在辐照前后保持高度一致，意味着存档岩心的地层学信息提取仍可靠。对于含水量影响，研究者建议当样品间湿度差异超过5%时应进行烘干处理，以确保数据可比性。

这项研究的重要意义在于首次系统量化了地球物理测井操作对沉积岩心光释光信号的影响边界，建立了基于校准石英的辐射剂量 retrospective 监测方法。研究结论为全球岩心库的二次开发利用提供了实操指南：只要避免岩心边缘采样、控制含水量波动、剔除表层光暴露沉积物，即使经过电离辐射处理的存档岩心仍能产出可靠的光释光数据。该成果不仅推动了第四纪沉积学研究方法的标准化，更为全球变化背景下的古环境重建开辟了新的数据来源途径。