改良后等温红外释光(pIt-IR)技术在规避多矿物细粒异常衰减问题中的应用潜力评估

本研究针对红外释光(IRSL)测年中由异常衰减(anomalous fading)导致的年龄低估问题，创新性地评估了改良后等温红外释光(pIt-IR)协议的适用性。研究人员通过分析埃塞俄比亚Chew Bahir湖沉积岩芯的多矿物细粒(4-11 μm)样本，系统比较了pIR50IR225 pIt-IR与经衰减校正的pIRIR225等效剂量(De)值。结果表明，在岩芯上部40米(约200 Gy)范围内，pIt-IR协议可获得无需衰减校正的可靠年龄；通过将首段IR测量温度提升至150°C(pIR150IR225)，该技术适用范围可扩展至90米深度(约450 Gy)。该研究为规避衰减校正的不确定性提供了新思路。

　　

在第四纪地质年代学研究中，长石矿物的红外释光(IRSL)测年技术因其信号强度高、剂量响应范围广等优势备受青睐。然而，这种技术长期面临一个棘手难题——异常衰减(anomalous fading)现象。这种现象会导致信号随时间发生非热力学损失，进而造成年龄低估。过去二十年里，科学家们尝试通过开发高温后红外释光(pIRIR)和多升温段(MET)协议来寻找"非衰减"信号，但衰减问题始终未能彻底解决。更麻烦的是，衰减校正过程本身会引入额外的不确定性，这使得研究人员迫切需要找到一种能规避衰减校正的替代方案。

正是在这样的背景下，Lamothe等人于2020年提出了一种创新性的解决方案——后等温红外释光(post-isothermal IRSL, pIt-IR)协议。这项技术巧妙地利用不同IRSL信号的衰减速率差异，通过在实验室中寻找使IR₅₀和pIRIR₂₂₅信号等效剂量(D_e)相等的热处理时间，理论上可以绕过衰减校正直接获得可靠年龄。为了验证这一方法的实际应用潜力，来自国外研究机构的研究团队在《Quaternary Geochronology》上发表了一项系统研究。

研究人员选取了埃塞俄比亚Chew Bahir湖沉积岩芯中的22个多矿物细粒(4-11 μm)样本作为研究对象。这些样本来自7-230米不同深度，覆盖了约620 ka的时间跨度。研究采用了改良的pIt-IR测量流程：用225°C下500秒的IRSL照射替代原协议中的325°C热漂白步骤，显著降低了信号灵敏度变化；同时优化了剂量响应曲线(DRC)构建策略，使首个SAR循环获得的D_e可直接与传统pIRIR₂₂₅协议结果对比。通过构建不同等温退火时间下的DRC，采用蒙特卡洛模拟计算不确定性，并将结果与独立年代控制(⁴⁰Ar/³⁹Ar定年)和衰减校正后的pIRIR₂₂₅年龄进行系统对比。

研究结果显示，在岩芯上部约40米(对应约200 Gy)范围内，pIR₅₀IR₂₂₅ pIt-IR协议获得的D_e值与衰减校正后的pIRIR₂₂₅ D_e值高度吻合。超过这一深度后，pIt-IR结果开始出现系统性低估，这被归因于IR₅₀信号接近场饱和状态。值得注意的是，当将首段IR测量温度从50°C提高到150°C(pIR₁₅₀IR₂₂₅ pIt-IR)后，该技术的可靠测年范围可扩展至90米深度(约450 Gy，对应约180 ka)，此时获得的年龄不仅与衰减校正pIRIR₂₂₅年龄在1σ不确定度内一致，还与两个已知年龄的火山灰层(tephra)定年结果相符。

在技术优化方面，研究发现通过精心选择再生剂量点和等温退火时间，可显著缩短测量时间。采用标准化生长曲线方法也证明可行——仅需对少量样品进行完整DRC测量，其他样品的D_e可通过将L_n/T_n比值插值到平均DRC上来确定，这为大规模应用提供了便利。

这项研究的重要价值在于明确了pIt-IR协议的应用边界和优化方向。虽然该技术能有效规避衰减校正的不确定性，但其可靠测年范围实际上受限于协议中首个IRSL信号的场饱和极限。研究创新性地证明，通过提高首段IR测量温度，可以扩展该技术的适用上限。不过值得注意的是，要验证pIt-IR年龄的准确性，仍需通过传统pIRIR协议获取衰减校正的IR₅₀和pIRIR₂₂₅ D_e值进行对比，这在某种程度上削弱了该技术的优势。

从方法论角度看，这项研究为长石IRSL测年提供了新的技术选择，特别是对于那些年龄较轻(低于首个IR信号场饱和值)的沉积物样品。研究揭示的技术优化策略，包括测量参数调整和标准化流程建立，也为后续研究提供了重要参考。尽管存在测量耗时较长等局限，pIt-IR协议在规避衰减校正问题方面的独特优势，使其在第四纪地质年代学领域仍具有重要的应用前景。