现代新月形沙丘中钾长石的残留剂量：单份样品法与单颗粒分析方法的比较

《Quaternary International》：Residual dose of K-feldspar from modern barchans: A comparison between single-aliquot and single-grain approaches

残剩剂量评估对荧光碳年测定至关重要，尤其对年轻样本的pIRIR测年中K-长石需注意。研究通过SA和SG方法，在170℃和250℃刺激下测试中国西北四沙漠现代沙丘的残剩剂量，发现低剂量特性，建议低温协议用于<100Gy样本，高温协议用于>70Gy样本。沙丘类型、矿物组成和粒径差异是影响残剩剂量的关键因素。

　　

刘福东|安平|王青铎|刘江刚|于路鹏

中国辽宁省大连市辽宁师范大学地理科学学院发光研究实验室，邮编116029

摘要

残余剂量的评估对于准确进行发光年代学研究至关重要。在使用后红外红外激发发光（pIRIR）方法对钾长石（KF）进行测年时，风成沉积物也可能受到残余剂量的影响，尤其是对于较年轻的样本。目前，系统地研究特定类型沙丘的残余剂量以及在不同沙漠中的差异仍较为缺乏。本文采用单 aliquot（SA）和单颗粒（SG）方法，在高低温激发条件下，对中国西北部四个沙漠（柴达木、巴丹吉林、腾格里和塔克拉玛干）的现代沙丘中的钾长石残余剂量进行了研究。（1）SA方法和SG方法均显示残余剂量较低（MET-pIRIR₁₇₀下为0.08 ± 0.08 Gy，MET-pIRIR₂₅₀下为4.42 ± 1.53 Gy；pIRIR₁₇₀下为0.03 ± 0.43 Gy，pIRIR₂₇₅下为6.85 ± 4.18 Gy），这些残余剂量主要来源于部分未充分漂白的颗粒（pIRIR₁₇₀中占0.75%，pIRIR₂₇₅中占1.90%）。（2）不同沙漠中残余剂量的较低值表明，由于沙丘的搬运过程和沙源特性，这些沙丘经历了充分的漂白。（3）SA和SG方法均适用于沙丘的年代测定，在大多数情况下无需校准残余剂量。为了平衡残余剂量和异常褪色的影响，建议对较年轻的样本（<100 Gy）使用低温激发协议，而对较老的样本（>70 Gy）使用高温激发协议。（4）SG测年结果显示沙丘的充分漂白现象表明，古沙丘砂中的等效剂量变化不应归因于漂白不足。这些发现为提高沙丘发光测年的准确性提供了有价值的见解。

引言

风成沉积物是宝贵的沉积档案，其精确的年代测定有助于重建风成活动、古环境和古气候演变以及相关的沉积和地貌过程。由于有可供使用的测年材料和方法论的进步，光刺激发光（OSL）测年已广泛应用于第四纪沉积物（Aitken, 1998; Li and Li, 2011; Yu et al., 2015; Liu et al., 2023a; Li et al., 2024; Zhang et al., 2024; Shi et al., 2025）。埋藏前OSL信号的完全重置对于测年结果的可靠性至关重要（Godfrey-Smith et al., 1988; Singarayer et al., 2005）。由于风成沉积物具有较长的搬运距离和长时间的阳光暴露，它们通常会被充分漂白。然而，由于沉积物来源、搬运过程和复杂沉积环境的不同，仍可能发生不均匀的漂白现象（Olley et al., 2004; Yang et al., 2020; Li et al., 2024; Xie et al., 2024; Guo et al., 2025a, 2025b）。因此，准确评估风成沉积物的残余剂量及其特性和机制具有重要的科学意义。

石英和钾长石是OSL测年中使用的主要矿物。尽管石英容易漂白（Godfrey-Smith et al., 1988; Colarossi et al., 2015），但其较低的灵敏度和有限的测年范围限制了其在较年轻或较老沉积物中的应用（Wintle and Murray, 2006; Murray et al., 2008; Yu et al., 2022; Liu et al., 2023a）。相比之下，钾长石（KF）具有较高的灵敏度和较大的饱和剂量，使其在更多情况下适用（Duller, 1997; Li and Li, 2011; Buylaert et al., 2012）。然而，红外激发发光（IRSL）信号的缓慢漂白通常会导致较高的残余剂量（Thomsen et al., 2008; Reimann et al., 2012）。

关于风成沉积物中钾长石残余剂量的研究已经相当广泛。例如，Wang et al.（2023）使用后红外IRSL（pIR₅₀IR₁₅₀）协议研究了腾格里沙漠中钾长石的残余剂量（约0.18 Gy，粒径90–150 μm）。Yang et al.（2020）发现河西走廊古城沙丘中钾长石的残余剂量小于0.1 Gy（粒径100–200 μm）。Yu et al.（2022）使用六步多温度（MET）pIRIR协议测量了铁魁沙漠沙丘砂中钾长石的残余剂量，结果显示残余剂量随激发温度升高而增加，范围从1.14 Gy（IRSL₅₀）到9.92 Gy（pIRIR₂₉₀）。Buckland et al.（2019）进一步表明，随着颗粒数量的增加，残余剂量（pIR₅₀IR₁₅₀）增加，而等效剂量（D_e）的离散度减小，表明存在不均匀的漂白现象。这些研究为了解钾长石残余剂量的复杂特性提供了宝贵的见解。然而，这些结果的进一步应用仍面临一些挑战。例如，（1）这些研究未采用统一的测年方法，包括不同的协议（两步pIRIR和MET-pIRIR）、颗粒大小和激发温度（Li and Li, 2011; An et al., 2019; Yu et al., 2022）。（2）由于不同的沉积来源和搬运/沉积过程，不同类型沙丘的残余剂量可能存在差异。例如，与沙丘相比，新月形沙丘可能由于年龄较老和搬运距离较短而具有较高的残余剂量（Khalaf and Al-Awadhi, 2012; Yu et al., 2013; Xu et al., 2017; Goudie, 2022; Wang et al., 2024; Du et al., 2024）。然而，沙丘类型的影响很少被考虑。（3）不同沙漠之间的残余剂量是否存在差异尚不清楚。此外，目前关于残余剂量的研究主要基于单 aliquot（SA）方法（Lepper and W. S. McKeever, 2002; Li et al., 2017b; Wang et al., 2019; Yang et al., 2020; Liu et al., 2024b），而单颗粒（SG）技术可能有助于更深入地了解颗粒间的漂白差异（Duller, 2008; Reimann et al., 2012）。例如，SG分析可以揭示残余剂量是由大多数颗粒共同贡献的，还是仅由少量未充分漂白的颗粒主导的（Buckland et al., 2019）。

沙丘在现代沙丘场中很常见，迁移过程简单，在地层中容易识别（Finkel, 1959; Xu et al., 2017; Jiang and Cheng, 2024）。这使得沙丘成为系统研究残余剂量的理想对象。本文采用统一的OSL测年协议（使用SG和SA在高温和低温下测量粗粒钾长石），对中国北部四个沙漠中的现代沙丘进行系统研究，以评估沙丘的残余剂量特征，并探讨其对残余剂量校正、D_e分布解释和采样的影响。

研究区域和样本采集

从中国西北部的四个主要沙漠区域（柴达木、巴丹吉林、腾格里和塔克拉玛干）的现代沙丘中采集了十个OSL样本（图1和表1）。柴达木沙漠被昆仑山、阿尔金山和祁连山环绕。样本采集自其南部和东部边缘。戈尔木遗址（24GEM1-0, 24GEM2-0）位于昆仑山北麓戈尔木河冲积扇上的一个小沙丘场。扎霍河遗址（24ZHH0-1）

OSL样本制备

样本制备和D_e测量在中国临沂大学的发光研究实验室进行。较粗的颗粒主要以单颗粒形式运输，不受团聚体的影响，因此漂白程度较高（An et al., 2019, 2020）。本研究对所有样本使用了粒径210–250 μm的粗粒部分。湿筛分后，样本依次用10% HCl和30% H₂O₂处理，以溶解碳酸盐和氧化有机物质

结果

现代沙丘样本中钾长石的残余剂量在表3（SA）和表4（SG）中进行了系统总结，D_e分布在图3和图4中显示。具体来说，图3比较了LT和HT协议下的SA和SG D_e值，而图4展示了残余剂量的温度依赖性变化（图4a）及其在这些沙漠中的区域特征（图4b）。在LT协议下，SA测量得到的残余剂量范围较窄

沙丘中的残余剂量：SA方法与SG方法

现代沉积物中残余剂量的测量值可能因OSL测年方法的不同而有所差异（Buylaert et al., 2011; Li and Li, 2011; Yu et al., 2022）。因此，采用统一的测年协议可以使不同地区的残余剂量具有可比性。在相似的测量条件下，本文展示了测年方法的影响。在170°C的激发温度下，SA和SG测量的平均残余剂量分别为0.08 ± 0.08 Gy和0.03 ± 0.43 Gy

结论

本研究通过SA和SG pIRIR测量系统评估了现代沙丘的残余剂量特征：

(1)

在LT协议下，两种方法得到的残余剂量均较低，SA为0.08 ± 0.08 Gy，SG为0.03 ± 0.43 Gy。而在HT协议下，残余剂量显著增加，SA为4.42 ± 1.53 Gy，SG为6.85 ± 4.18 Gy。两种方法均证实沙丘中的pIRIR信号已经充分漂白，验证了先前研究的可靠性

作者贡献声明

刘福东：撰写——原始草稿、研究、概念化。安平：方法论、研究、数据管理。王青铎：方法论、研究、数据管理。刘江刚：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、数据管理、概念化。于路鹏：撰写——审稿与编辑、方法论、研究、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（NSFC，项目编号42371020、41761144073、41672167）、泰山学者计划（项目编号tsqn202408266）以及辽宁省教育厅的高等教育机构基础科学研究项目（项目编号LJ212410165016）的支持。我们感谢主编和两位匿名审稿人对本文提出的宝贵建议。