萨拉乌苏河流域现代沙丘沙钾长石单颗粒释光测年

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00061

摘要/Abstract

摘要：

沙漠沉积序列是重建过去气候环境变化的重要材料。本研究利用释光单颗粒测年技术对毛乌素沙地萨拉乌苏河流域的现代沙丘沙进行了石英和钾长石的年代测试。对采集的3个样品分别提取石英和钾长石矿物组分，应用单颗粒测片SAR测试流程测试了样品中石英的等效剂量，应用两步红外激发的单片再生剂量流程（post-infrared infrared-stimulated luminescence，pIRIR流程）测试样品中钾长石的等效剂量，剂量恢复试验和释光特性等各项检验均符合要求。结果表明：（1）样品中石英信号很弱，不适用于该区域的年轻样品的释光测年。（2）采用pIRIR₁₇₀测试程序对3个现代样品LJB-MD-01、SCHGCMD-01和M01中的钾长石进行等效剂量测试，循环比大部分为0.9~1.1，热转移大多小于10%，结果可靠。（3）IRSL50信号的异常衰退系数（单位为%/10a）为1.99±0.20~2.72±0.73；pIRIR₁₇₀异常衰退系数为0.02±0.03~0.69±0.31，指示钾长石pIRIR₁₇₀信号的异常衰减可以忽略。（4）3个地表沙丘沙的钾长石pIRIR₁₇₀最小年龄模型年代结果分别为115±15、150±20、25±5 a，与理论年龄基本吻合；中值年龄模型年代结果分别为455±65、420±55、30±25 a，比理论年龄稍老。这说明单颗粒钾长石pIRIR₁₇₀技术适用于该地区的沉积物测年，为包括毛乌素沙地在内的一些沉积物因石英信号弱而无法进行释光测年提供新的思路。

关键词: 毛乌素沙地, 现代沙丘沙, 释光测年, 单颗粒, 钾长石

Abstract:

Sedimentary records in the deserts are important archives for reconstructing the paleoclimate and paleoenvironmental change. In this study， three samples （LJB-MD-01， SCHGCMD-01， and M01） were collected from modern dunes in the Salawusu River Valley in the Mu Us Desert. Quartz single-grain optically stimulated luminescence （OSL） dating and K-feldspar single-grain post-infrared infrared stimulated luminescence dating （pIRIR） was used to determine the chronology of the sand dunes. The OSL and IRSL characteristics of the samples and the dose recovery test validate the dating protocols. The results suggest that：（1） the quartz OSL signal is very weak and is not suitable for OSL dating of young samples in the study area. （2） equivalent dose （D_e） determination of K-feldspar using pIRIR₁₇₀ protocol is reliable， with recycling ratio mostly ranging from 0.9-1.1， and recuperation less than 10%. （3） the anomalous fading rate （g-value） of IRSL₅₀ signals are 1.99±0.20 to 2.72±0.73% per decade and the g-value of pIRIR₁₇₀ are 0.02±0.03 to 0.69±0.31% per decade， suggesting that the low anomalous fading of pIRIR₁₇₀ can be neglected. （4） The K-feldspar pIRIR₁₇₀ ages for the three surface sand dunes， determined using the minimum age model， are 115±15 years， 150±20 years， and 25±5 years， respectively. These values align closely with the theoretical ages. The central age model estimates for the same dunes are 455±65 years， 420±55 years， and 30±25 years， respectively. These estimates are older than the theoretical ages. Thus， the current work suggests that K-feldspar single-grain pIRIR dating is applicable in the study area and provides a new approach for dating sediments， including the Mu Us Desert sediments， where OSL dating technology is not feasible due to the weak quartz signal.

Key words: Mu Us Desert, modern dune sand, luminescence dating, single grain, potassium feldspar

中图分类号:

P597+.3

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图/表 12

图1 萨拉乌苏河流域位置图和释光样品采集点（图A据参考文献［15］修改）

Fig.1 Location of the study area and the sampling sites

图2 释光测年试验中多颗粒测片（A）和单颗粒测片（B）

Fig.2 The single aliquot （A） and single grain aliquot （B） in our experiments

表1 石英和钾长石（pIRIR170 ）单颗粒SAR测试流程

Table 1 Sigal Grain SAR protocols for De Determination of quartz and K-feldspar pIRIR170

步骤	石英		钾长石
步骤	测试环节	观测值	测试环节	观测值
1	自然或再生剂量R_X	—	自然或再生剂量R_X	—
2	预热(Preheat，260 ℃，10 s)	—	预热(Preheat，200 ℃，60 s)	—
3	绿光激发(125 ℃，1 s)	L_x	红外激发(50 ℃，2 s)	L_x IRSL₅₀
4	试验剂量T_D	—	红外激发(170 ℃，2 s)	L_x pIRIR₁₇₀
5	预热(Cut heat，220 ℃)	—	试验剂量T_D	—
6	绿光激发(125 ℃，1 s)	T_x	预热(Cut heat，200 ℃，60 s)	—
7	返回第一步	—	红外激发(50 ℃，2 s)	T_x IRSL₅₀
8	—	—	红外激发(170 ℃，2 s)	T_x IRIR₁₇₀
9	—	—	返回第一步	—

图3 萨拉乌苏河流域现代沙丘沙中石英单颗粒的典型衰减曲线

Fig.3 OSL signal decay curves of single quartz particles from modern dune sands in the Sarawusu River valley

图4 样品M01 3个程序测试下的钾长石单颗粒剂量恢复比

Fig.4 Measured to given ratios for K-feldspar of the three sequence of M01

图5 萨拉乌苏河流域3个现代沙丘沙样品钾长石颗粒的典型衰减曲线和生长曲线

Fig.5 Typical pIRIR170 signal decay curves for K-feldspar and corresponding growth curves for three samples from modern dune sands in the Sarawusu River valley

图6 萨拉乌苏河流域3个现代沙丘沙3个样品的钾长石单颗粒循环比

Fig.6 Distributions of recycling ratio for K-feldspar of the three samples from modern dune sands in the Sarawusu River valley

图7 萨拉乌苏河流域3个样品的钾长石单颗粒热转移效应

Fig.7 Distributions of recuperation value for K-feldspar of the three samples from modern dune sands in the Sarawusu River valley

图8 萨拉乌苏河流域3个样品的钾长石异常衰退系数

Fig.8 Fading rate （g-value） determination of IRSL50 and pIRIR170 signals from a representative aliquot from three samples from modern dune sands in the Sarawusu River valley

图9 萨拉乌苏河流域3个现代沙丘沙样品的钾长石pIRIR170De分布

Fig.9 pIRIR170De radio plot of K-feldspar for three samples from modern dune sands in the Sarawusu River valley

表2 萨拉乌苏河流域3个现代沙丘沙样品的钾长石释光测年按中值年代模型（CAM）和最小年代模型（MAM）计算的年代结果 (a)

Table 2 Luminescence dating data of K-feldspar of CAM and MAM for the three samples from three samples from modern dune sands in the Salawusu River valley

样品编号	中值年代模型 (CAM)			最小年代模型 (MAM)
样品编号	IRSL₅₀	IRSL₅₀(校正后)	pIRIR₁₇₀	IRSL₅₀	IRSL₅₀(校正后)	pIRIR₁₇₀
LJB-MD-01	170±20	209±26	455±65	40±5	48±6	110±15
SCHGCMD-01	160±20	201±26	420±55	35±5	43±6	150±20
M01	5±5	6±5	30±25	5±5	6±5	25±5

表3 萨拉乌苏河流域3个现代沙丘沙样品的钾长石释光年代数据及其相关参数

Table 3 Luminescence dating data of K-feldspar and related parameters of three samples from modern sand dunes in the Salawusu River valley

指标	样品编号
指标	LJB-MD-01	SCHGCMD-01	M01
深度/cm	25±2	30±2	0
含水量/%	5±2.5	5±2.5	0
U/(mg·kg^-1)	0.57±0.03	0.79±0.04	1.4±0.0
Th/(mg·kg^-1)	2.36±0.12	3.50±0.18	4.78±0.0
K/%	2.07±0.02	1.51±0.02	2.1±0.0
IRSL₅₀信号衰退系数/(%/10a)	1.99±0.20	2.17±0.14	2.72±0.73
pIRIR₁₇₀信号衰退系数/(%/10a)	0.20±0.03	0.27±0.26	0.69±0.31
内部剂量率/(Gy·ka^-1)	0.49±0.04	0.49±0.04	0.37±0.04
总剂量率/(Gy·ka^-1)	3.10±0.08	2.50±0.07	3.46±0.10
IRSL₅₀D_e/(Gy·ka^-1)	0.12±0.01	0.09±0.01	0.02±0.02
pIRIR₁₇₀D_e/(Gy·ka^-1)	0.34±0.05	0.37±0.05	0.10±0.08
IRSL₅₀离散度(OD值)/%	86±5	89±5	0±9
pIRIR₁₇₀离散度(OD值)/%	83±7	64±5	0±26
IRSL₅₀年代/a	40±5	35±5	5±5
校正后的IRSL₅₀年代/a	48±6	43±6	6±5
pIRIR₁₇₀年代/a	110±15	150±20	25±5

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