黄河流域现代沉积物的石英光释光残余剂量特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00042

摘要/Abstract

摘要：

现代河流沉积物的光释光残余剂量对于准确测定其光释光年代以及认识河流地貌演化及侵蚀-沉积过程具有重要意义。黄河泥沙来源广、沉积过程复杂，为系统了解黄河全流域现代沉积物释光残余剂量的基本特征，对黄河流域多个河段、多种粒径的现代沉积物进行了石英光释光等效剂量测试。结果表明：不同粒径石英的残余剂量存在明显差异。粗颗粒石英整体晒退较好（平均5.0 Gy），细颗粒石英的晒退最差（平均14.6 Gy），最大残余剂量可达52.8 Gy（约相当于20 ka）。不同粒径石英的晒退情况存在区域差异，黄河源区和潼关-花园口段的粗颗粒石英（1.5~6.9 Gy）比中颗粒（2.6~23.9 Gy）残余剂量小；而兰州-晋陕峡谷段（0.4~1.0 Gy）和济南-黄河口段（~1.2 Gy）的中颗粒石英残余剂量则最小。黄河下游河段不同粒径的残余剂量呈现随搬运距离增加而减少的趋势。这些结果表明黄河流域现代沉积物的残余剂量可能受物源供应、搬运方式和搬运距离的控制，其复杂的机制反映了针对具体河段和测试粒径进行残余剂量分析的必要性。

关键词: 现代沉积物, 残余剂量, 石英, 释光测年, 黄河

Abstract:

The Optically Stimulated Luminescence （OSL） dating of modern fluvial sediments is important for building of accurate luminescence chronology and understanding fluvial geomorphological evolution and erosion-deposition processes. The complex sediment sources and deposition processes of the Yellow River highlight the systematic understanding of the modern OSL residual doses throughout the entire river basin. Here，equivalent doses of modern quartz of different grain sizes and from different reaches of the Yellow River were measured. The results showed distinct residual doses among different grain sizes of quartz. Coarse-grained quartz exhibited most sufficient bleaching （average 5.0 Gy）， while fine-grained quartz showed the poorest bleaching （average 14.6 Gy）， with a maximum residual dose of 52.8 Gy （approximately equivalent to 20 ka）. Moreover， regional variations were observed in the bleaching levels of quartz of different grain sizes. In the source region of the Yellow River and Tongguan-Huayuankou reaches， the residual doses of coarse-grained quartz （1.5-6.9 Gy） were smaller than that of medium-grained quartz （2.6-23.9 Gy）. However， the residual doses of medium-grained quartz in reaches between the Lanzhou to Jin-Shaan Gorge reach （0.4-1.0 Gy） and Jinan to Yellow River Estuary （about 1.2 Gy） were smaller. Furthermore， the residual doses of different grain sizes tended to decrease with increasing transport distance in the lower reaches of the Yellow River. These results indicate that the residual doses of modern sediments in the Yellow River Basin may be controlled by factors such as sediment source， transport mode， and transport distance. Such complex mechanisms highlight the necessity of residual dose analyses for specific river reaches and grain-size fractions.

Key words: modern sediments, residual doses, quartz, OSL dating, Yellow River

中图分类号:

P533

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图/表 8

图1 黄河流域地貌及采样点分布（DEM数据下载于地理空间数据云平台http：//www.gscloud.cn，数据类型为SRTMDEM原始高程数据，分辨率为90 m）注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2023）2767号）制作，底图边界无修改

Fig.1 Geomorphology and distribution of sampling sites in the Yellow River Basin （DEM data is downloaded from the Geospatial Data Cloud （http：//www.gscloud.cn）， and the data type is SRTMDEM with a resolution of 90 m）

表1 采样信息

Table 1 Information of the sampling sites

样品编号	采样点	位置	海拔/m	采样深度/cm	采样环境	河段	平均粒径/μm	沉积组分类型
ZLHX-0	扎陵湖乡	35.11°N、97.78°E	4 278	5	河漫滩	上游	501	粗砂、砾石
MQ-0	玛曲	34.00°N、102.07°E	3 479	5	河漫滩	上游	—	粗砂
JG-0	军功	34.69°N、100.65°E	3 079	5	河漫滩	上游	103	极细砂、细砂
XH-0	兴海	35.55°N、100.16°E	2 695	5	河漫滩	上游	320	中砂
LZ-0	兰州	36.08°N、103.78°E	1 519	5	河漫滩	上游	340	中砂
WH1-0	乌海	39.68°N、106.79°E	1 066	5	心滩	上游	336	中砂、粗砂、砾石
WH1-2	乌海	39.68°N、106.79°E	1 068	5	一级阶地	上游	67	粗粉砂、极细砂
BT-0	包头	40.51°N、110.02°E	1 003	5	河漫滩	上游	61	粗粉砂、极细砂
SSG-YR-0	准格尔	40.00°N、111.42°E	984	5	河漫滩	中游	95	极细砂、细砂
WN-0	渭南	34.55°N、109.46°E	349	5	边滩	渭河	34	粉砂
TGS-0	风陵渡	34.62°N、110.30°E	337	5	河漫滩	中游	39	粉砂
TGX-0	风陵渡	34.62°N、110.30°E	337	50	河漫滩	中游	38	粉砂
HYK-0	花园口	34.92°N、113.64°E	93	5	河漫滩	下游	29	粉砂
JNH1-0	济南	36.57°N、116.67°E	36	5	河漫滩	下游	71	粗粉砂、极细砂
JNH2-0	济南	36.58°N、116.67°E	33	5	河漫滩	下游	22	粉砂
HB-10-0	黄河口	37.69°N、118.84°E	1	5	潮滩	下游	42	粉砂

图2 黄河流域现代沉积物粒度频率分布曲线

Fig.2 Grain size frequency distribution curves of modern sediments in the Yellow River Basin

表2 改进的石英SAR法测试流程［7］

Table 2 The IRSL and Recuperation Checked SAR/SGC （IRC-SAR/SGC） procedure of quartz［7］

步骤	实验过程、条件	备注
1	自然信号或再生剂量D_i (i=0, 1, 2, 3…)	—
2	预热(260 ℃, 10 s)	—
3	蓝光激发(125 ℃, 40 s)	L_i
4	辐照实验剂量D_t (100 s)	—
5	预热(220 ℃, 10 s)	—
6	蓝光激发(125 ℃, 40 s)	T_i
	（步骤7~10用于IRSL检测）	—
7	辐照实验剂量D $t'$ (100 s)	—
8	预热(220 ℃, 10 s)	—
9	红外激发(50 ℃, 40 s)	$T I R S L'$
10	蓝光激发(125 ℃, 40 s)	$T p I R - O S L'$
11	红外检测通过则重复步骤1~6	—

表2 改进的石英SAR法测试流程［7］

Table 2 The IRSL and Recuperation Checked SAR/SGC （IRC-SAR/SGC） procedure of quartz［7］

步骤	实验过程、条件	备注
1	自然信号或再生剂量D_i (i=0, 1, 2, 3…)	—
2	预热(260 ℃, 10 s)	—
3	蓝光激发(125 ℃, 40 s)	L_i
4	辐照实验剂量D_t (100 s)	—
5	预热(220 ℃, 10 s)	—
6	蓝光激发(125 ℃, 40 s)	T_i
	（步骤7~10用于IRSL检测）	—
7	辐照实验剂量D $t'$ (100 s)	—
8	预热(220 ℃, 10 s)	—
9	红外激发(50 ℃, 40 s)	$T I R S L'$
10	蓝光激发(125 ℃, 40 s)	$T p I R - O S L'$
11	红外检测通过则重复步骤1~6	—

图3 粗颗粒石英（A为快组分为主的样品，B为受慢组分影响的样品）OSL的衰减曲线、标准生长曲线（黑色实线）和De 分布图（C，中浅色条和深色条分别代表FMM和平均剂量模型的结果）

Fig.3 Decay curves， growth curves （dots） and SGC （black lines） of coarse-grained quartz samples （ZLHX-0 and LZ-0）（A is the sample signals mainly from the fast components； B is the sample affected by the slow components）， and De distribution of LZ-0 dated with coarse-grained quartz （C， medium and dark gray bars present the results of FMM and the average dose model， respectively）

表3 不同粒径石英OSL信号 De 值

Table 3 De values of different grain sizes quartz of luminescence signals

样品名	石英OSL信号D_e 值 /Gy
	粗颗粒		中颗粒	细颗粒
	平均剂量模型	MAM_(σb=0.1)/FMM	平均剂量模型	平均剂量模型
ZLHX-0	6.9±0.9	4.3±0.6	23.9±2.9
MQ-0	1.5±0.3	0.8±0.2	2.6±0.4	—
JG-0	6.7±1.1	5.4±0.3a	7.7±1.4	9.3±0.5
XH-0	3.7±0.6	3.5±0.3a	3.5±2.2	—
LZ-0	6.5±0.8	4.6±0.2a	5.1±1.5	—
WH1-0	1.2±0.3	0.5±0.1	1.0±0.2	31.7±3.2
WH1-2	3.1±0.7	1.3±0.2	1.0±0.1	4.2±0.1
BT-0	3.9±0.9	1.3±0.2	0.4±0.0	3.1±0.5
SSG-YR-0	5.1±0.7	2.0±0.4	0.7±0.1	30.2±3.8
WN-0	16.0±2.4	5.3±1.0	30.8±5.5	52.8±0.4
TGS-0	69.0±7.2	—	19.5±2.5	19.7±0.1
TGX-0	6.5±2.8	—	17.8±2.1	7.2±0.0
HYK-0	4.1±2.5*	0.7±0.1*	15.0±2.16	10.8±1.5
JNH1-0	5.9±1.8	1.7±0.3	1.2±0.2	3.6±0.0
JNH2-0	2.6±0.5*	—	1.2±0.1	1.6±0.0
HB-10-0	1.7±0.3*	0.4±0.1*	1.2±0.2	1.8±0.1

图4 不同粒径石英释光信号De 值变化趋势（WN-0的距离不代表实际距离，仅供呈现De 使用）

Fig.4 Variation trend of De values for different grain sizes in quartz luminescence signals （The distance of WN-0 on the figure does not represent its actual distance and is only used for rendering De ）

图5 采样点扎陵湖乡、乌海、包头、准格尔周边环境概况（卫星影像来自Google Earth）注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2023）2767号）制作，底图边界无修改

Fig.5 Overview of the surrounding environment of Gyaring Lake Township， Wuhai， Baotou， Jungar Banner （The satellite image are obtained from Google Earth）

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