通过石英中的长石微包裹体进行定年：一种测定喜马拉雅地区第四纪沉积物的新方法

《Quaternary Geochronology》：Dating feldspar micro-inclusions within quartz emphasizing on the dose rate: An alternate way to date Himalayan Quaternary deposits

　　

Priyanka Singh|Madhav K. Murari|Sheikh N. Ali|S.K. Pandey|Pawan Govil|Sarajit Sensarma|Kamlesh Kumar|Siddharth Prizomwala|Anupam Sharma|Ipsita Roy|R. Jayangondaperumal|Parminder Ranhotra|Kuldeep Prakash|P. Morthekai

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  在喜马拉雅地区的石英中观察到了微小的钠长石包裹体。
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  这些微小包裹体所受的辐射剂量率比石英高3％。
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  包裹体与石英之间的D_e值差异较大，表明其褪色效果较差。
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  这些包裹体的年龄与预期年龄相近。

引言

据报道，对喜马拉雅地区第四纪沉积物进行荧光定年时，会面临石英荧光灵敏度低、难以分离纯石英以及辐射剂量与生长情况关联度不高的问题（Fuchs和Owen，2008；Owen等人，1997；Rhodes和Bailey，1997；Rhodes和Pownall，1994；Richards，2000）。由于存在如长石（Baril，2004）或云母（Clark和Sanderson，1994）这类能发出红外激发荧光信号的包裹体，使得纯石英难以分离，进而污染了石英的OSL信号，导致得出的石英年龄出现误差（Godfrey-Smith等人，1988；Huntley等人，1993；Short和Huntley，1992；Smith等人，1990）。此外，长石和云母也会像石英一样对蓝光/绿光产生反应（Antohi-Trandafir等人，2018；Kortekaas和Murray，2006）。人们尝试通过红外褪色法去除长石信号后再检测石英的OSL信号（Banerjee等人，2001；Duller和B?tter-Jensen，1993；Jain和Singhvi，2001），这种方法也被称为双SAR法（单份样本再生剂量法）（Olley等人，2004）。还有研究尝试通过脉冲刺激来消除红外信号（Ankj?rgaard等人，2010；Denby等人，2006；Thomsen等人，2008）。

在检测OSL信号之前，若将石英在200°C下暴露3600秒，可抑制高达98％的长石荧光信号（Banerjee等人，2001）。另有研究指出，若将红外温度升高到220°C，那么300秒的红外暴露就足以抑制97％的长石荧光信号（Jain和Singhvi，2001）。虽然高温下的红外暴露能显著降低长石（包裹体）的荧光强度，但高温也会导致石英中快速OSL成分的损耗（Jain等人，2003；Singarayer和Bailey，2003），进而降低信噪比。尤其是当石英样本的OSL灵敏度本来就较低时，这个问题会更为严重，比如在喜马拉雅地区（Dey等人，2021；Jaiswal等人，2008、2009；Sharma等人，2017；Rhodes和Bailey，1997；Owen等人，1997），以及新西兰和欧洲阿尔卑斯山的沉积物中（Preusser等人，2006）。据报道，喜马拉雅地区的石英颗粒中含有大量能发出红外激发荧光的微小包裹体，因此通常需要先进行红外处理后再进行OSL检测（Ali等人，2022；Owen等人，1997；Rhodes和Pownall，1994）。

作为另一种抑制石英中红外激发荧光信号的方法，可以利用石英内部微小包裹体的该类荧光信号来进行定年。对于那些因严重风化而缺乏长石的沉积物，这些微小包裹体有助于确定其年代，而且这类石英对电离辐射的荧光敏感度相对较低。Huntley等人（1993）曾成功利用微小包裹体进行定年，并得到了与石英年龄相近的结果。不过那项研究主要是利用包裹体发出的红外激发荧光信号来估算D_e值。在他们的研究中，石英颗粒所受的总辐射剂量率非常低（0.45 – 0.7 Gy/千年），因此并未测量其内部剂量率，但他们认为该内部剂量率可以忽略不计（Huntley等人，1993）。为了进一步开展这项研究，我们试图回答以下问题：1）我们能否测量并计算出包裹体所受的有效剂量率？2）如果内部剂量率不可忽略的话会怎样？这项研究不仅能得出基于包裹体的荧光年龄，还能帮助我们了解由于存在同样对红外敏感且无法与石英OSL信号分离的微小包裹体，石英荧光年龄会产生多大的误差。因此，本研究旨在通过重点分析包裹体所受的辐射剂量率，来估算石英中微小包裹体的荧光（沉积）年龄。为此，我们通过识别石英中包裹体的矿物类型和大小来计算其有效剂量率，并将估算得到的年龄与其他研究中的已有年龄进行对比。

章节摘要

材料

本研究使用了来自喜马拉雅地区的第四纪沉积物（图1a）。我们共选择了10个沉积物样本，其中8个来自中央喜马拉雅地区（KBPL和DOK系列），2个来自东喜马拉雅地区（ND系列）。之所以选择喜马拉雅地区的样本，是因为这类石英沉积物含有大量的红外激发荧光信号，同时OSL信号较弱（灵敏度低），并且具有独立的年龄数据（加速器质谱法）

方法

按照荧光定年的标准样品制备流程，从沉积物样本中分别提取了石英和钾长石的粗粒组分，相关细节见补充材料1.1（单位为mmc3）。需要说明的是，经过这样的处理后，分离出的石英颗粒中不再含有任何长石颗粒，原因有二：其一，这些石英颗粒的尺寸为90 – 150微米，先经40％的氢氟酸处理80分钟（之后再用浓盐酸处理30分钟）；其二，随后用大电流（1.5安培）进行磁分离。

结果与讨论

此处先给出一些总体结果和观察结论，具体的结果则会在后续的小节中详细阐述。所有10个样本中的石英颗粒都受到了红外激发荧光信号的污染，其IRpDR值介于30％至50％之间，只有KBPL 7样本的该值为60％，DOK 4样本的该值为86％，相关数据见图4。需要说明的是，这里的百分比并非指长石在石英中的重量占比，而是指红外激发荧光计数在总OSL计数中所占的比例

总结

本研究得出了以下结论。

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  石英中的包裹体虽然能发出红外激发荧光信号，但仍有大量合格的样本可用于定年，而如果使用传统的红外处理后的OSL定年方法，这类带有包裹体的石英样本大多无法被利用。
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  通过对样本进行EDX、ICP-MS以及岩石学分析，可以判断出，来自喜马拉雅地区的这些样本中的包裹体很可能是钠长石。
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  要计算微小包裹体所受的辐射剂量率，就需要测定沉积物和石英颗粒中的放射性核素含量，而且

作者贡献说明

Priyanka Singh：概念设计、数据整理、研究方法设计、初稿撰写、论文修改与润色。 Madhav K. Murari：论文修改与润色。 Sheikh N. Ali：资源协调、论文修改与润色。 S.K. Pandey：数据整理、论文修改与润色。 Pawan Govil：数据整理、论文修改与润色。 Sarajit Sensarma：数据整理。 Kamlesh Kumar：数据整理。 Siddharth Prizomwala：数据整理。 Anupam Sharma：数据整理。 Ipsita Roy：资源协调。 R.

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

我们要感谢BSIP的主任，感谢他为我们提供了必要的设施和支持（BSIP/RDCC/出版编号66/2021-2022）。同时也要感谢Mumbai的IIG主任，允许我们继续开展这项研究并发表研究成果。MKM感谢国际铀矿科学院的国家地质年代学实验室提供的支持，该实验室由印度地球科学部资助，项目编号为[MoES/P.O.(Seismic) 8(09)-Geochron/2012]。此外，我们还要感谢Ishwar Shukla先生在荧光样品制备方面给予的帮助，以及Ishwar Rahi先生的