張克旗，吳中海，周春景，吳坤罡

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

揚(yáng)州地處江蘇省中部，位于長江北岸、江淮平原南端（圖1a），其西—西南部地貌自高郵湖以南及京杭運(yùn)河以西的部分為剝蝕-堆積類型的丘陵崗地，海拔一般從大于十米到幾十米；向東以邵伯湖和運(yùn)河為界，地勢降低為湖積-沖積平原區(qū)，海拔一般小于十米。這種地貌主要受控于區(qū)域內(nèi)的NW向左旋走滑兼正斷的無錫-宿遷斷裂的長期活動（圖1b），該斷裂斷層面整體向E傾，SW盤相對上升，NE盤相對下降，形成斷層兩側(cè)丘陵和平原兩種不同的地貌，高郵湖、邵伯湖的形成與該斷裂的拉張斷陷或者構(gòu)造沉降有關(guān)。在宿遷附近該斷裂被郯廬斷裂帶右旋斷開，后者為一條NE向巨型右旋走滑斷裂，有較強(qiáng)的活動性，是一條著名的地震斷裂帶，可推知無錫-宿遷斷裂的活動性相對郯廬斷裂帶的要弱（吳中海等，2016）。

對于揚(yáng)州市及相鄰區(qū)域的第四紀(jì)地層，《1∶25萬南京市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》（江蘇地質(zhì)調(diào)查院，2003）在前人研究成果的基礎(chǔ)上劃分為兩個(gè)主要的沉積地層分區(qū)：Ⅰ——東部平原和Ⅱ——西部丘陵崗地兩個(gè)地層區(qū)（圖1b），西部丘陵崗地區(qū)地層出露不全，出露的主要沉積為晚更新世戚咀組、下蜀組粉質(zhì)黏土，戚咀組以沖積類型為主，下蜀組是風(fēng)塵黃土堆積，偶見有全新統(tǒng)分布于局部洼地中。東部的平原區(qū)主要為全新世大墩組的亞黏土、淤泥，為沖積成因。西部丘陵崗地上晚更新世—全新世地層層序缺乏較為系統(tǒng)的絕對年代數(shù)據(jù)限定，這對于探討該區(qū)域地層與構(gòu)造活動或者氣候變化是否具有成因關(guān)系不利，需要有更多的野外觀察及更多的年代數(shù)據(jù)支撐，然而現(xiàn)有資料極少，更缺乏絕對年代數(shù)據(jù)的支持。鑒于此，本文以揚(yáng)州地區(qū)西部公道鎮(zhèn)附近的崗地作為研究區(qū)，對其崗地出露的淺表及鉆孔第四紀(jì)沉積物采用光釋光（OSL）測年法進(jìn)行年代測試，結(jié)合沉積物特征，探討其中可能的構(gòu)造-氣候成因。本文的研究區(qū)主要在Ⅱ區(qū)即西部丘陵崗地區(qū)，東北角少部分位于Ⅰ區(qū)，而樣品均采自Ⅱ區(qū)的崗地上（圖1b）。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造背景及地層分區(qū)和位置圖Fig.1 Geotectonic background and stratigraphic division and location map of study area

1 采樣位置與樣品采集

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)海拔（H）粗略劃分為4個(gè)區(qū)域：H ＜10 m、10 m ≤ H ＜20 m，20 m ≤ H ＜30 m 和H ≥ 30 m，在圖2上用不同顏色由深色到無色表示。路線采樣點(diǎn)共5處，采集樣品共14個(gè)，分布于海拔＜10 m的邵伯湖邊到海拔≥20 m的崗地（位置和樣品采集點(diǎn)見圖2，野外樣品層位特征及照片見圖3a — e），位置及樣品、編號、描述、埋深見表1。由各樣品的埋深可見大部分位于淺地表。采樣點(diǎn)D1-007雖然位于海拔 ＜10 m的區(qū)域，但是在局部地貌上，其處于一片凸起的微崗地上，海拔相對較高。

在研究區(qū)內(nèi)也進(jìn)行了鉆孔施工，從位于研究區(qū)中部海拔10 m ≤ H ＜ 20 m的區(qū)域，編號為16ZKYZ01的鉆孔（位置見圖2和表1）中靠近地表的巖芯中采集3個(gè)樣品（圖3f），分別為16ZKYZ20（埋深2.1 m）、16ZKYZ19（埋深5.6 m）和16ZKYZ18a（埋深10.2 m），巖芯柱狀圖見圖3g。對自地表到12 m深的巖芯進(jìn)行編錄，劃分為3層，層1為地表耕作土，厚0.28 m；層2為深褐色粉砂質(zhì)黏土，厚5.72 m；層3為黃褐色粉砂質(zhì)黏土（未見底）。

圖2 采樣點(diǎn)及鉆孔位置和樣品編號Fig.2 Sampling point, borehole location and sample number

表1 采樣點(diǎn)位置及樣品Tab.1 Location and sample of sampling points

圖3 采樣點(diǎn)及鉆孔巖芯照片和柱狀圖Fig.3 Sampling point and borehole core photographs and histograms

釋光測年樣品采集時(shí)應(yīng)盡量避免曝光，對于路線地質(zhì)調(diào)查采樣點(diǎn)的樣品，采集方式如下：將直徑5 cm、長12 cm或者16 cm的不銹鋼管用錘子垂直砸入新鮮面，并使樣品完全充滿管內(nèi)空間，然后取出管，將兩端用鋁箔紙和膠帶密封，在管壁上寫好編號并記錄。而鉆孔樣品則是截取≥10 cm長的巖芯，然后使用膠帶密封包裝封好，編號記錄。樣品采集完成后，裝箱運(yùn)回。

2 樣品的前處理及測試儀器

17個(gè)樣品均送往中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所OSL測年實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試。根據(jù)野外的觀察，研究區(qū)內(nèi)的崗地地勢平緩，區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，而且基本上以靜水或緩流水為主，表明水動力條件很弱，也意味著水體的搬運(yùn)能力弱，無法搬運(yùn)較“粗”的顆粒，而且沉積速率十分緩慢，因而本區(qū)的水下沉積物有在沉積前被充分曝光的條件，曬退不充分的問題不突出；對于下蜀組風(fēng)成土，沉積前在空氣中懸浮階段，也有足夠的條件被曝光，曬退充分。這批樣品普遍為含粉砂黏土，本文選用細(xì)顆粒（4 — 11 μm）石英進(jìn)行測試，樣品的前處理流程參考Aitken（1985，1998）和Lu et al（1988）。具體過程簡述如下：在實(shí)驗(yàn)室弱紅光燈（王旭龍等，2004）條件下打開不銹鋼管兩端的密封物，去掉兩端曝光的部分，而對于鉆孔巖芯樣品，打開包裝后，用刀削去不少于1 cm厚的表層土，使用新鮮未曝光的部分進(jìn)行前處理。

對每一個(gè)樣品，取30 — 50 g樣品用于測量含水量以及U、Th和K元素的含量；再取＞100 g未曝光樣品放入燒杯，倒入少量去離子水；先用30%的過氧化氫（H2O2）除去有機(jī)質(zhì)，再用30%的鹽酸（HCl）除去碳酸鹽類礦物；然后用去離子水將溶液洗至中性。根據(jù)Stokes定理，用靜水沉降法分離出其中4 — 11 μm的細(xì)顆?；旌系V物；將部分細(xì)顆粒混合礦物在氟硅酸（H2SiF6）中浸泡數(shù)天，使長石類礦物與氟硅酸反應(yīng)后溶于溶液中，留下細(xì)顆粒石英為主的固體部分并烘干；用無水乙醇將細(xì)顆粒石英樣品均勻沉淀在直徑9.7 mm的不銹鋼片上制成測片。用測量系統(tǒng)的紅外（IR）光檢測幾個(gè)測片，若測片的長石紅外釋光（IRSL）信號非常低并已接近儀器本底，則純度滿足實(shí)驗(yàn)測試的要求，否則繼續(xù)在H2SiF6（氟硅酸）中浸泡反應(yīng)。

OSL信號測量使用的測試儀器為Daybreak 2200型TL/OSL信號自動測量儀，該儀器上的紅外（IR）光源波長為(880 ± 60) nm，藍(lán)光光源波長(470 ± 5) nm，最大激發(fā)功率約為 40 mW ? cm-2。釋光信號通過QA9235型光電倍增管并在其前附加2個(gè)分別為2.5 mm和3.5 mm厚的U-340濾光片來檢測，本底平均不超過40 counts ? s-1。該系統(tǒng)配置的90Sr輻照源劑量率為 0.038 Gy ? s-1。

3 樣品等效劑量（De）測量

OSL測年常規(guī)的單測片再生法（SAR）（Murray and Wintle，2000，2003）在對較老的樣品進(jìn)行De值測試時(shí)，石英OSL信號在“輻照—預(yù)熱—激發(fā)—Test dose—預(yù)熱—激發(fā)”的反復(fù)循環(huán)過程中會產(chǎn)生信號積累導(dǎo)致De值偏小，相應(yīng)年齡可能會偏年輕；而每一個(gè)樣品的SAR法測試，幾十個(gè)測片的每一片都要進(jìn)行完整的SAR法流程，機(jī)時(shí)的消耗巨大。

為了解決SAR法結(jié)果偏年輕的問題，王旭龍（2005）在對中國洛川黃土中提取出的細(xì)顆粒（4 — 11 μm）組分的大量釋光測年實(shí)驗(yàn)研究中，提出了De值測量的簡單多測片再生法或者稱感量校正多測片再生法（sensitivity-corrected multiple aliquot regenerative-dose protocol，SMAR）。 該 法主要是在傳統(tǒng)多測片再生釋光法的基礎(chǔ)上，引入試驗(yàn)劑量（test dose，TD）對所有測片的釋光感量變化（sensitivity change）進(jìn)行校正（王旭龍，2005；王旭龍等，2005a，2005b；Lu et al，2007），同時(shí)測片間的差異（例如質(zhì)量）也被TD的OSL響應(yīng)進(jìn)行歸一化，以校正后的再生釋光信號強(qiáng)度建立劑量響應(yīng)曲線，獲得測年結(jié)果。SMAR法測試過程中每個(gè)測片不需要被反復(fù)循環(huán)測試，因而避開了SAR法測試過程中反復(fù)循環(huán)所導(dǎo)致的信號積累問題，對于測試較“老”的樣品，更具有優(yōu)勢；并且該法耗費(fèi)機(jī)時(shí)少，數(shù)據(jù)計(jì)算量少，能快速有效地獲得結(jié)果而提高效率。過往進(jìn)行的大量對照測試經(jīng)驗(yàn)表明：在對細(xì)顆粒石英De值測試時(shí)使用SAR法和SMAR法，對于相對不很“老”的樣品，二者結(jié)果在誤差范圍內(nèi)基本一致。

由于崗地出露的地層主要為更新統(tǒng)，屬于相對較“老”的范疇。而考慮到SAR法對一個(gè)樣品完成測試所消耗的機(jī)時(shí)是該樣品使用SMAR法的十幾—幾十倍，加之實(shí)驗(yàn)室的β放射源強(qiáng)度較小，在測片輻照過程所耗費(fèi)的機(jī)時(shí)十分可觀，對所有樣品進(jìn)行SAR法測試效率低下。為了提高測試效率，放棄SAR法，選擇SMAR法進(jìn)行De值測試。同時(shí)還選擇另外一種基于多片技術(shù)的De測試法——熱轉(zhuǎn)移光釋光（TT-OSL）法（王旭龍，2005）對部分樣品的De值進(jìn)行測試，通過比較兩種方法的測試結(jié)果，探討結(jié)果的可靠程度。

3.1 簡單多測片再生法（SMAR）

本文采用的SMAR法測試步驟和實(shí)驗(yàn)條件見表2，測試時(shí)，每個(gè)樣品的天然測片一般為6 — 10個(gè)，而再生劑量測片為6 — 8個(gè)。3.1.1 De預(yù)熱溫度“坪”測試

表2 細(xì)顆粒石英SMAR法測量流程Tab.2 SMAR protocol for fine-grain quartz

預(yù)熱的目的是除去在實(shí)驗(yàn)室輻照中產(chǎn)生的熱不穩(wěn)定信號，以便準(zhǔn)確獲得De值。

本文對路線樣品D2-209-2以及鉆孔樣品16ZKYZ20進(jìn)行了De預(yù)熱溫度“坪”實(shí)驗(yàn)（這2個(gè)樣品本文最終所選取的De值分別為25.9 Gy和103.5 Gy）。在測量樣品的天然和再生釋光信號前，采用了間隔為20℃、時(shí)間為10 s、溫度為180℃至300℃的預(yù)熱（PH1）處理，對TD的預(yù)熱溫度（PH2）設(shè)定為對應(yīng)的PH1溫度減去40℃，但在PH1=180℃時(shí)對應(yīng)的PH2溫度為160℃，PH1的預(yù)熱時(shí)間為10 s，PH2的預(yù)熱時(shí)間為5 s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4所示：樣品D2-209-2從180℃到300℃的溫度區(qū)間所獲得的De一致；樣品16ZKYZ20從200℃到260℃的溫度區(qū)間所獲得的De值一致，表明這2個(gè)樣品分別在它們De一致的預(yù)熱溫度區(qū)間內(nèi)，SMAR流程中試驗(yàn)劑量能很好地監(jiān)測和校正感量變化。

確定了De預(yù)熱坪有效存在后，對所有樣品的De測試選擇了如下預(yù)熱溫度：PH1=260℃，PH2=220℃，預(yù)熱時(shí)間前者為10 s，后者為5 s。事實(shí)上，260℃的PH1預(yù)熱溫度持續(xù)10 s是許多實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測量De時(shí)所常采用的實(shí)驗(yàn)條件。

圖4 樣品D2-209-2和16ZKYZ20的De預(yù)熱溫度“坪”Fig.4 De as a function of preheat temperature for samples D2-209-2 and 16ZKYZ20

樣品D2-209-2和16ZKYZ20細(xì)顆粒石英再生劑量OSL信號衰減曲線和生長曲線（均為PH1 = 260℃的曲線）分別見圖5a、圖5c和圖5b、圖5d。

圖5 樣品D2-209-2和16ZKYZ20的OSL信號衰減曲線（a，c）和再生劑量生長曲線（b，d）Fig.5 OSL signal decay curves (a, c) and regenerated dose growth curves (b, d) of the samples D2-209-2 and 16ZKYZ20

圖5 a和5c顯示：2個(gè)樣品的天然OSL信號衰減曲線中的第1秒信號均為n×105級別，信號非常強(qiáng)，此后便迅速衰減。根據(jù)各樣品對應(yīng)的再生劑量生長曲線建立的數(shù)學(xué)方程式計(jì)算De值時(shí)，采用衰減曲線上第1 s的信號減去最后10 s的均值后得到的值作為有效值進(jìn)行計(jì)算。以天然或再生劑量測片所得到的OSL信號強(qiáng)度有效值記為L，以各測片相應(yīng)的TD測片的OSL強(qiáng)度信號記為T，則L / T被稱為相對OSL信號強(qiáng)度（或感量校正后的OSL信號強(qiáng)度）。不同再生劑量的L / T值(記為Lx/ Tx)與人工β輻照的劑量大小作圖即構(gòu)成再生劑量生長曲線。通過數(shù)學(xué)擬合建立一個(gè)函數(shù)關(guān)系式，然后將天然測片的相對光OSL信號強(qiáng)度（記為LN/ TN）投影到該曲線上，根據(jù)此函數(shù)表達(dá)式反計(jì)算出相應(yīng)的De值。將縱軸上的天然測片的相對OSL信號強(qiáng)度點(diǎn)投影到再生劑量生長曲線上，即可反算出其劑量值。計(jì)算每個(gè)樣品的De值，都是將測得的若干個(gè)天然測片的校正后天然OSL信號強(qiáng)度擬合到再生劑量生長曲線上，獲得每個(gè)測片相對應(yīng)的De值，然后計(jì)算平均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，即為最終De值及其測量誤差。對于本文中的其它樣品，De值的計(jì)算均采用這樣的方式。圖5b、5d是樣品D2-209-2和16ZKYZ20的再生劑量生長曲線，x軸為實(shí)驗(yàn)室已知輻照劑量即再生劑量，y軸為感量校正后的天然OSL信號強(qiáng)度。

在進(jìn)行粗顆粒石英的SAR法測試時(shí)，被曬退后又經(jīng)過加熱等程序的石英顆粒所誘發(fā)的回授（recuperation）信號如果較強(qiáng)（超過5%），則會被認(rèn)為影響結(jié)果的可靠性并且該測片的數(shù)據(jù)會被剔除不用。本文中也借用該方式，對各預(yù)熱溫度下的“零”劑量測片與天然測片的校正后OSL信號強(qiáng)度進(jìn)行比較，所有樣品均未超過1%，回授對于本區(qū)域的細(xì)顆粒石英沒有影響。

3.1.2 TD值變化對De的影響

測試De值過程中在測量完天然或者再生劑量的OSL信號L后，還要對測片再輻照一個(gè)試驗(yàn)劑量，然后再測量TD的OSL信號T，用T去校正L的感量變化等。那么不同大小的TD對于De值是否存在影響？本文對此進(jìn)行了初步的測試。

同樣使用樣品D2-209-2和16ZKYZ20，按照

3.1 的中的De測試步驟，選擇不同大小的TD來獲取De，TD的大小及相對應(yīng)的De值見圖6。

從圖6a中可見：TD的大?。ㄉ踔罷D超過其天然劑量）對于天然劑量～25 Gy的樣品D2-209-2沒有明顯影響。但是對于天然劑量～103 Gy的樣品16ZKYZ20，在TD超過75 Gy后，計(jì)算出來的De值有較明顯的下降，這種情況有可能間接反映一個(gè)現(xiàn)象：在對較高的天然劑量樣品測量時(shí)，較高的TD可能并不能很好地校正天然及再生劑量信號感量（sensitivity）的變化，因此對于實(shí)驗(yàn)條件的選擇還需要多進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（本文重點(diǎn)不在于測試條件的驗(yàn)證，故對此問題不做進(jìn)一步探討）。從經(jīng)濟(jì)性和效率方面，較大的TD需要的輻照時(shí)間較多，使得測量一個(gè)樣品會耗費(fèi)更多的機(jī)時(shí)。在保證足夠信號量的前提下，選擇較小的TD對于機(jī)時(shí)緊張的實(shí)驗(yàn)室是恰當(dāng)?shù)?，本文所有樣品測試使用的TD均為5.6 Gy。

圖6 樣品D2-209-2和16ZKYZ20的不同TD所獲得的De值Fig.6 De as a function of TD for samples D2-209-2 and 16ZKYZ20

3.1.3 劑量恢復(fù)實(shí)驗(yàn)

劑量恢復(fù)實(shí)驗(yàn)是將樣品的天然OSL信號全部歸零（通常是采用光曬退的方式）后，輻照一個(gè)已知實(shí)驗(yàn)室劑量，將此劑量作為未知的天然劑量進(jìn)行測量，來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件和流程的有效性。

依然選擇樣品D2-209-2和16ZKYZ20的若干天然測片，使用UVACUBE400型太陽模擬燈曬退20 min后，D2-209-2的測片分為兩組，分別接受30 Gy和45 Gy的β劑量的輻照，16ZKYZ20的測片為一組，接受110 Gy的β劑量的輻照，然后將這些測片視作未知劑量的天然測片，按照前文中的SMAR法測試流程和條件進(jìn)行De測量，3組測片的劑量恢復(fù)比率（測量劑量/輻照劑量）分別為95.2%、99.2%和101.5%，均在10%的誤差范圍內(nèi)，表明本文所使用的SMAR程序適合進(jìn)行樣品測試。

SAR法中，對每個(gè)測片都要進(jìn)行多次“輻照—預(yù)熱—激發(fā)—Test dose —預(yù)熱—激發(fā)”的循環(huán)，因此流程最后一個(gè)循環(huán)輻照的再生劑量與第一次的非零小再生劑量相同，以檢驗(yàn)測試過程的OSL信號感量變化是否得到很好的校正，兩次循環(huán)所得到的相對OSL信號強(qiáng)度比值（即recycling ratio）誤差在10%即可認(rèn)為數(shù)據(jù)有效可靠。而SMAR法中每個(gè)測片僅僅只經(jīng)歷過一次循環(huán)，不必進(jìn)行recycling ratio測試。

3.1.4 SMAR法最終測試條件及結(jié)果

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)后，本文對所有樣品進(jìn)行SMAR法De值測試所使用的測試條件如下：

預(yù)熱溫度：PH1 = 260℃，PH2 = 220℃，預(yù)熱時(shí)間前者為10 s，后者為5 s。試驗(yàn)劑量：5.6 Gy。激發(fā)時(shí)間：40 s。激發(fā)時(shí)樣品溫度：125℃。

所有樣品的SMAR法De值見表3。

表3 各樣品的測年結(jié)果及參數(shù)表Tab.3 Des, ages and parameters of 17 samples

3.1.5 SMAR法D0值討論

“老”樣品因?yàn)樾盘栵柡停@得更高的De值困難且誤差極大，相應(yīng)的年齡結(jié)果可信度差，例如樣品 D1-007-3（De：224 Gy）和 D2-010-2（De：312 Gy）在進(jìn)入更高的劑量范圍后（300 Gy以上），均已經(jīng)進(jìn)入近平緩區(qū)，生長曲線已經(jīng)趨向于水平（圖7）。因此，對于本文采用的SMAR法進(jìn)行De測量，需要討論其可測上限問題。

圖7 樣品D1-007-3與D2-010-2的再生劑量生長曲線Fig.7 Regenerated dose growth curves of the samples D1-007-3 and D2-010-2

根據(jù)理論模型，石英的快速OSL信號劑量響應(yīng)曲線可以用單飽和指數(shù)函數(shù)公式I = Imax×(1-e-D/D0)來描述，I是校正后OSL信號強(qiáng)度，D是相應(yīng)輻照的天然/再生劑量，而D0值是一個(gè)用于描述OSL信號飽和程度與所輻照劑量關(guān)系的參考劑量值，通常認(rèn)為2×D0的輻照劑量值（Imax的85%）是可測范圍的上限。本文所有的樣品測試時(shí)均使用了相同的TD，因此選擇若干不同天然劑量值的樣品，使用它們的感量校正后再生劑量信號強(qiáng)度值，建立了一條研究區(qū)內(nèi)樣品細(xì)顆粒石英的統(tǒng)一再生劑量生長曲線（圖8），計(jì)算該曲線的D0值，并以此結(jié)果代表該區(qū)域內(nèi)樣品D0值的范圍。計(jì)算表明，實(shí)際上可以有兩個(gè)D0值：D01=48.8 Gy，即100 Gy為其可測上限，這個(gè)信號應(yīng)當(dāng)為快速OSL信號，也即在此區(qū)間的信號主要由快速OSL信號構(gòu)成，此后OSL信號中的快速信號趨于飽和難再增多，而轉(zhuǎn)為由中速和慢速信號主導(dǎo)。圖8中可觀察再生劑量超過100 Gy后，生長曲線依然在穩(wěn)定增長，但是斜率低，表明中速和慢速信號能夠隨著輻照能量的增加而緩慢增加。計(jì)算得到代表中速和慢速組分生長曲線的另外一個(gè)D0值：D02= 445.4 Gy，理論上該信號能夠測更老的樣品，但也能看出來，其測試結(jié)果的誤差極大，實(shí)際應(yīng)用中很難操作。

圖8 D0值計(jì)算用再生劑量曲線圖8 Regeneration dose curve for D0 value calculation

3.2 熱轉(zhuǎn)移光釋光法測量De值

拓展OSL測年范圍至更高是一個(gè)重要的命題。Wang et al（2006a，2006b）在對洛川黃土的OSL測年技術(shù)和方法研究的基礎(chǔ)上，提出一種新的細(xì)顆粒石英的OSL測年技術(shù)——熱轉(zhuǎn)移光釋光（TT-OSL）測年法，在該方法中，TT-OSL信號被認(rèn)為由兩種信號構(gòu)成，一種是與劑量有關(guān)的信號，稱為回授光釋光（ReOSL）信號，另一種信號與劑量無關(guān)，稱為基本轉(zhuǎn)移光釋光（BT-OSL）信號。

根據(jù)以往采用TT-OSL法測試的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識，TT-OSL的信號強(qiáng)度通常不到其常規(guī)OSL信號強(qiáng)度的1%，這就意味著，如果某區(qū)域的樣品信號太低，則信噪比很差，無法進(jìn)行測年。前文已知本區(qū)域內(nèi)樣品的常規(guī)OSL信號非常強(qiáng)，天然測片第1 s的OSL信號強(qiáng)度可以達(dá)到n×105級別，相應(yīng)地，其天然測片第1 s的TT-OSL信號強(qiáng)度至少可以達(dá)到n×103級別，遠(yuǎn)大于儀器本底噪音，滿足本文測試對信號的要求。

本文在測試時(shí)采用的TT-OSL流程如表4。

TT-OSL信號中同時(shí)存在的ReOSL信號和BTOSL，兩種信號在測年過程中必須要分開。測量時(shí)首先測量樣品的TT-OSL信號（LTT-OSL），接著測量BT-OSL信號（LBT-OSL），再用TT-OSL信號減去BT-OSL信號即可獲得ReOSL信號（LReOSL）。由于在測量過程中有各種預(yù)熱過程，會導(dǎo)致測樣產(chǎn)生釋光信號感量變化，LTT-OSL和LBT-OSL直接相減是有問題的，必須對其中所產(chǎn)生的釋光信號進(jìn)行監(jiān)測和校正。因此，在測量完TT-OSL和BT-OSL信號后，再給測片輻照一個(gè)TD并測量其OSL信號，用這個(gè)OSL信號強(qiáng)度（分別標(biāo)注為TTT-OSL和TBT-OSL）來校正感量變化。經(jīng)過感量校正后的ReOSL信號（LC-ReOSL）由下面的公式所獲得：

表4 TT-OSL法測量流程Tab.4 TT-OSL protocol

在進(jìn)行TT-OSL法De測試時(shí)，每個(gè)樣品的天然測片一般為6 — 9個(gè)，將另外若干個(gè)天然測片在UVACUBE400型模擬太陽燈下曬20 min，去除其天然釋光信號，然后進(jìn)行人工輻照即成為再生劑量測片。

在利用公式(1)計(jì)算感量校正后的ReOSL信號（LReOSL）時(shí)，LTT-OSL、TTT-OSL、LBT-OSL和 TBT-OSL的取值是以各種信號衰減曲線上第1 s減去作為本底的最后10 s均值后得到的數(shù)值。

以樣品D1-007-5和16ZKYZ20為例，二者的TT-OSL信號的衰減曲線見圖9a、圖9c，再生劑量生長曲線見圖9b、圖9d，可以看到如下2個(gè)特點(diǎn)：（1）天然TT-OSL信號衰減曲線中的第1秒信號可以達(dá)到n×103— n×104級別，信號非常強(qiáng)；（2）再生劑量生長曲線反映了即使再生劑量超過1000 Gy其信號的增長依然保持近線性，表明該方法在測量“老”樣品方面的優(yōu)越性。在測試時(shí)也注意到，該方法對于較“低”天然劑量（例如：＜100 Gy）的樣品測試誤差比較大，本文認(rèn)為較“低”劑量樣品的TT-OSL信號弱，信噪比差且信號十分接近“零”劑量信號點(diǎn)，此處生長曲線微弱的變化即導(dǎo)致從擬合曲線計(jì)算相應(yīng)的De值時(shí)，產(chǎn)生較大的誤差。本文對10個(gè)樣品進(jìn)行了TT-OSL法測試，與相應(yīng)的SMAR法結(jié)果一起列在表3。

4 環(huán)境劑量率與年齡計(jì)算

OSL測年法的年齡計(jì)算公式：A = De/ D，其中De為等效劑量，D為環(huán)境劑量率，單位Gy ? ka-1，是釋光測年的關(guān)鍵之一。

樣品所吸收的輻射能量是由其本身及周圍沉積物中放射性核素（U、Th和K）的α、β和γ衰變產(chǎn)生的電離輻射所提供的，樣品埋藏期間所含的水分對α、β和γ輻射具有一定的吸收作用，需進(jìn)行校正。而宇宙射線對環(huán)境劑量率也有少量貢獻(xiàn)，需根據(jù)樣品所處的地理位置（經(jīng)緯度及海拔）和埋深進(jìn)行計(jì)算，獲得環(huán)境劑量率所需要的主要參數(shù)即上述內(nèi)容。所有樣品的U、Th和K元素的含量是在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心采用等離子質(zhì)譜儀測試完成；樣品的含水量為實(shí)測，人為設(shè)置30%誤差。年齡計(jì)算使用Durcan et al（2015）所發(fā)表并編制的劑量率和年齡計(jì)算在線程序DRACCalculator版本1.2完成。測試參數(shù)及結(jié)果見表3。

圖9 樣品D1-007-5和16ZKYZ20的TT-OSL信號衰減曲線、再生劑量生長曲線Fig.9 TT-OSL signal decay curves and regenerated dose growth curves of the samples D1-007-5 and 16ZKYZ20

5 討論

受到NW — NNW向無錫-宿遷斷裂長期活動控制，研究區(qū)內(nèi)西部為暴露-剝蝕的崗地，東部為湖濱-湖-沖積平原，相對高差20 — 30 m，總體的水流方向SW向NE。崗地與平原區(qū)的沉積物在成因上存在明顯差異，通過對17個(gè)崗地晚第四紀(jì)沉積物樣品進(jìn)行絕對年代測試，確定區(qū)內(nèi)地層的時(shí)代，理解其成因。

使用OSL測年中的細(xì)顆粒（4 — 11 μm）石英技術(shù)，采用2種基于多片技術(shù)上的De值測試方法：SMAR和TT-OSL法對樣品進(jìn)行測試，前者對所有樣品進(jìn)行了測量，后者僅對SMAR法De值在接近100 Gy及以上的部分樣品開展。

對SMAR法的適用性及測試條件進(jìn)行檢驗(yàn)和確定并討論其D0值，從D0值看，是可以對本區(qū)的老樣品進(jìn)行測試。從表3的各樣品SMAR年齡結(jié)果可見，不同取樣點(diǎn)（除了D1-007點(diǎn)位5個(gè)樣品）的樣品年齡符合地層沉積的規(guī)律，老地層在下，新地層在上，但是對于“老”樣品，由于其OSL信號接近飽和，De值存在較大的誤差，結(jié)果可靠性較差。

使用TT-OSL法對10個(gè)樣品進(jìn)行了測試，表3中同時(shí)列出兩種方法所獲得的De值及年齡。以SMAR法De值為橫軸，TT-OSL法為縱軸作圖進(jìn)行比較（圖10），結(jié)果表明：對于本文中較“低”劑量（100 Gy以下）的樣品，TT-OSL法De值小于對應(yīng)的SMAR法De值，且誤差較大。由于較“低”劑量的樣品其TT-OSL信號較弱，信噪比較差導(dǎo)致其天然劑量點(diǎn)散亂，極大影響結(jié)果的可靠性，本文認(rèn)為對于SMAR法獲得的De＜100 Gy的本區(qū)樣品，不宜采用該法進(jìn)行測試。從表3和圖10中也能看出，兩種方法的De值在不超過250 Gy區(qū)間時(shí)，在誤差范圍內(nèi)基本一致。兩種方法獲得的樣品D2-010-2和16ZKYZ18a的De值均超過300 Gy，但TT-OSL的De值均高于SMAR法De；利用兩種方法獲得的樣品D2-010-2的De值誤差范圍內(nèi)可以視為一致，但利用TT-OSL法獲得的16ZKYZ18a的De值明顯高于SMAR法獲得的De值，這種現(xiàn)象反映出TT-OSL法測試“老”樣品可能更有優(yōu)勢。從表3和圖10中也可以看出，SMAR法De值的誤差普遍高于TT-OSL法，這顯然與其天然OSL信號進(jìn)入飽和區(qū)有關(guān)，而TT-OSL的信號在更高的劑量范圍內(nèi)也能能夠保持近線性增長，因此本文認(rèn)為這兩個(gè)De＞300 Gy的樣品，TT-OSL法的結(jié)果可能更可信。對于De＜300 Gy的樣品，雖然兩種方法獲得的De值在誤差范圍內(nèi)視為一致，但考慮到SMAR法De值在此區(qū)間時(shí)，OSL信號的再生劑量生長曲線實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入飽和狀態(tài)，誤差大而可靠性較低，因而本文對De值超過200 Gy的樣品同時(shí)也有TT-OSL法測試結(jié)果時(shí)，使用TT-OSL法的結(jié)果，在表3中，對不建議使用的年齡使用灰色底紋表示。

圖10 SMAR法與TT-OSL法De值比較圖Fig.10 Comparison of De values between SMAR and TT-OSL method

表3中樣品最年輕的為D2-209-1，埋深為0.5 m，年齡為(1.3 ± 0.2) ka；樣品最老的為16ZKYZ18a，埋深為10.2 m，年齡為(106.9 ± 8.0) ka。表觀上，研究區(qū)內(nèi)崗地的沉積物自晚更新世至全新世均有分布，但是根據(jù)圖2與表3中各樣品點(diǎn)樣品的年齡及埋深的關(guān)系，本區(qū)出露的晚第四紀(jì)沉積時(shí)代集中于晚更新世，部分地段地表部分發(fā)育薄層（幾十厘米）全新世沉積。全新世沉積物可對應(yīng)《1∶25萬南京市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》（江蘇地質(zhì)調(diào)查院，2003）中所劃分的全新統(tǒng)大墩組（Q4d）。

從這些樣品的空間分布看，在海拔 ＜ 10 m區(qū)域的采樣點(diǎn)D2-209處采集的3個(gè)樣品，最上部樣品為D2-209-1，埋深為0.5 m，年齡為(1.3 ± 0.2) ka，中間樣品D2-209-2埋深0.8 m，年齡為(6.7 ± 0.5) ka，最下部的樣品D2-209-3埋深1.3 m，年齡為(22.7 ±1.5) ka；而同海拔 ＜ 10 m的區(qū)域內(nèi)，邵伯湖湖岸上（海拔約5 m）取的2個(gè)樣品D1-005-1埋深0.4 m，年齡為 (2.9 ± 0.3) ka，D1-005-2埋深 1.2 m，年齡為(25.4 ± 2.4) ka，表明海拔較低的這兩個(gè)采樣點(diǎn)可能尚處于接受沉積階段。但是應(yīng)當(dāng)注意的是，從圖2上可知采樣點(diǎn)D1-007也位于海拔＜10 m的區(qū)域內(nèi)，該點(diǎn)的5個(gè)樣品自上而下：D1-007-1，埋深 0.5 m，年齡為 (57.0 ± 10.9) ka；D1-007-2，埋深2 m，年齡為(61.2 ± 11.3) ka；D1-007-3，埋深2.4 m，年齡為 (64.1 ± 8.7) ka；D1-007-4，埋深 2.8 m，年齡為 (52.0 ± 16.7) ka；D1-007-5，埋深 4 m，年齡為(65.1 ± 11.0) ka?？v觀這5個(gè)樣品的年齡，是比較接近的，而且自上而下也有微弱變老的趨勢。但是D1-007-4年齡偏年輕，似與層序不符，該年齡為SMAR法測試，數(shù)據(jù)及生長曲線顯示其天然OSL信號已進(jìn)入飽和區(qū)，誤差大，結(jié)果可信度較差，為節(jié)省機(jī)時(shí)未進(jìn)行TT-OSL法測量；另外4個(gè)樣品的結(jié)果已經(jīng)能夠反映整體的年齡及層序關(guān)系，不考慮樣品D1-007-4的結(jié)果并不影響分析。雖然D-007采樣點(diǎn)距離邵伯湖很近，位于海拔＜10 m的區(qū)域內(nèi)，但是在局部地貌上，其處于一片凸起的微崗地上，海拔相對較高，手持GPS顯示的海拔為18 m，考慮到手持GPS高程誤差較大，邵伯湖面海拔4 — 5 m，綜合周圍地貌本文認(rèn)為實(shí)際海拔為10 m左右。另外根據(jù)淺層地震勘探研究，無錫-宿遷斷裂的主斷裂從該處附近通過（圖2），該微崗地可能是一塊主斷層與分支斷層間所夾的微塊體，因位置相對較高，沒有被剝蝕夷平而形成殘丘，從其年齡看，至少自60 ka左右就開始被剝蝕或者曾經(jīng)有過沉積，但是均在后期被剝蝕。

位于 10 ≤?H ＜ 20 m 的采樣點(diǎn) D2-028有 2個(gè)樣品，近地表的D2-028-1埋深1 m，年齡為(17.9 ±5.6) ka；之下的樣品D2-028-2埋深2.6 m，年齡為(54.0 ± 10.1) ka，二者埋深相差1.6 m，年齡差異超過30 ka。鉆孔 16ZKYZ01 也位于 10 ≤?H ＜ 20 m 的區(qū)域，近地表的樣品16ZKYZ20的埋深為2.1 m，年齡為(27.5 ± 2.6) ka，其下的16ZKYZ19埋深為5.6 m，年齡為(66.6 ± 9.0) ka，而最深的16ZKYZ18a埋深為10.2 m，年齡為(106.9 ± 8.0) ka，均屬于晚更新世，以16ZKYZ18a埋深和年齡簡單推算其沉積速率約0.1 m ? ka-1或 0.1 mm ? a-1，這個(gè)速率很低，間接表明該無錫-宿遷斷裂揚(yáng)州段的晚第四紀(jì)活動性很弱，對崗地上沉積物的形成沒有明顯的影響。

結(jié)合各采樣點(diǎn)的分布高程位置及樣品的年代，本文認(rèn)為，對于海拔≥20 m的區(qū)域，長期處于剝蝕狀態(tài)或者曾經(jīng)有過沉積但后期被剝蝕，而10 ≤?H ＜ 20 m的區(qū)域，則可能存在先剝蝕后沉積的過程，其接受沉積的時(shí)間可能在距今30 ka以來，而對于海拔＜10 m的區(qū)域，靠近湖泊水系等的位置，在全新世有沉積形成，物源則來自于崗地沉積的再搬運(yùn)，然后在水系邊緣堆積。

以表3中各樣品的順序?yàn)闄M軸，以其相應(yīng)的年齡作為縱軸作圖，以顯示年齡的分布特征（圖11），將17個(gè)年齡中去除最老的兩個(gè)，余下的15個(gè)年齡明顯在3個(gè)集中區(qū)間中，將這3個(gè)區(qū)間自老到新編號為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。區(qū)間Ⅰ大部分年齡與MIS4對應(yīng)，區(qū)間Ⅱ主要與MIS2對應(yīng)，區(qū)間Ⅲ則位于MIS1內(nèi)，最老的兩個(gè)D2-010-2和16ZKYZ18a年齡位于MIS5，而對應(yīng)于MIS3的年齡很少，也即沉積少。MIS2和MIS4處于氣候干冷時(shí)期，海平面下降，河流下切，區(qū)域內(nèi)的湖泊即使存在也會大面積萎縮，難以有大量水下沉積物產(chǎn)生，沉積物最大可能來自于風(fēng)塵堆積，區(qū)域上的風(fēng)成堆積被稱為下蜀土，本崗地風(fēng)成堆積可歸于此。氣候與崗地上的晚更新世沉積形成有很大關(guān)系。

從巖性上看，采樣點(diǎn)D1-007主要為棕黃色含粉砂黏土，含有鈣質(zhì)結(jié)核，不發(fā)育或無明顯層理（圖3e）。結(jié)合野外觀察及年齡區(qū)間，本文認(rèn)為這也是下蜀土，形成于MIS4期間。樣品D2-010-2和16ZKYZ18a的年齡處于MIS5階段，前者位于崗地海拔≥20 m區(qū)域以上的相對高位，后者在鉆孔10.2 m的深處，意味著本區(qū)并不缺少M(fèi)IS5階段（晚更新世早期）沉積。觀察野外巖性特征，這2個(gè)樣品為含鈣質(zhì)結(jié)核棕黃、褐色粉砂質(zhì)黏土，與采樣點(diǎn)D1-007的差異不大，因此本文認(rèn)為這些沉積也主要為風(fēng)塵堆積，本文定這套MIS5階段的風(fēng)成堆積為，相當(dāng)于鉆孔16ZKYZ的層3及崗地海拔≥20 m區(qū)域所出露的沉積；MIS4階段形成的風(fēng)成堆積為，相當(dāng)于鉆孔16ZKYZ的層2以及采樣點(diǎn) D1-007 和崗地上 10 ≤?H ＜ 20 m出露的主要沉積物，這兩套沉積均為下蜀土。

從年齡集中的程度看，沒有MIS3階段的年齡，意味著此階段即便曾經(jīng)有過沉積物，也很少，而且隨后大部分被剝蝕，而且此階段不排除無錫-宿遷斷裂有一定的活躍。對于這個(gè)猜想，也是今后進(jìn)一步研究的方向之一。

圖11的年齡區(qū)間Ⅱ主要與MIS2對應(yīng)，相對應(yīng)的沉積物（可能會含少量MIS3階段的沉積）以棕色、棕褐色含粉砂黏土為主，這些沉積主要出露于海拔十幾米之下，在水系邊緣分布，在海拔更低的湖岸等地則被幾十厘米厚的全新世沉積所覆蓋。MIS2階段由于氣候迅速變干冷，在末次盛冰期（LGM）前后，由風(fēng)力搬運(yùn)的風(fēng)塵增多并集中沉積在海拔較低的低洼處，但由于持續(xù)時(shí)間段，分布范圍有限，厚度不大。

圖11 OSL年齡分布圖Fig.11 OSL age distribution map

進(jìn)入冰后期以及全新世，氣候逐漸變暖，尤其是全新世，氣候迅速回暖，海面上升，河湖逐漸泛濫，風(fēng)塵堆積逐漸消失，在邵伯湖及主要的溪流水系附近發(fā)育河湖相沉積并覆蓋于MIS2階段沉積之上，從圖11中年齡區(qū)間Ⅲ的年齡看，均在全新世，表明自LGM后，可能存在著沉積間斷。而這可能也與無錫-宿遷斷裂的活動有關(guān)聯(lián)，歷史記錄上公元925年徐州5?級地震、999年常州5?級地震、1624年揚(yáng)州6.0級地震和1913年鎮(zhèn)江5.5級地震等均與該斷裂有關(guān)，證明全新世該斷裂可能是較為活躍的。從野外的觀察看，Q4沉積主要為灰色、棕灰色、淺灰色含粉砂黏土，顯然以湖沼等較弱水動力環(huán)境的沉積為主。

綜上所述，崗地沉積與構(gòu)造活動沒有明顯的關(guān)聯(lián)，而是與氣候有很大的成因關(guān)系。研究區(qū)邵伯湖以西崗地沉積物的沉積結(jié)構(gòu)和分布可以用一個(gè)簡單的模式圖來概括（圖12）。圖12中為MIS5階段的風(fēng)成堆積，為MIS4階段形成的風(fēng)成堆積，之下應(yīng)該存在中更新世沉積，但研究區(qū)地表未見出露，需要對現(xiàn)有的鉆孔巖芯做進(jìn)一步工作確定，圖中僅作為推測；— Q4為MIS2階段到全新世的沉積，包含風(fēng)成沉積和湖沼沉積。

圖12 崗地沉積地層結(jié)構(gòu)模式圖圖12 Stratigraphic structure model map of hilly sediments

6 結(jié)論

綜合本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及以上分析，可初步獲得以下結(jié)論：

（1）采用OSL測年中的SMAR法和TT-OSL法結(jié)合，對本區(qū)的17個(gè)淺表沉積物樣品的細(xì)顆粒（4 — 11 μm）石英進(jìn)行測年，兩種方法得到的結(jié)果大部分在誤差范圍內(nèi)一致。但是對于較“低”劑量（例如：＜100 Gy）的樣品，TT-OSL法并不適應(yīng)；SMAR法對于De＞ 300 Gy的樣品，因天然OSL信號的增長進(jìn)入近完全飽和區(qū)域，誤差大，結(jié)果可能偏低。而TT-OSL法在De＞200 Gy的區(qū)間其結(jié)果的誤差相對SMAR法要小，且地層的沉積層序符合得更好。

（2）鉆孔的年齡數(shù)據(jù)結(jié)果表明：本區(qū)的晚更新世沉積，其表觀沉積速率約 0.1 mm ? a-1，這個(gè)速率很低，如果構(gòu)造活動劇烈，很難有如此低的速率。說明郯廬活動斷裂帶及無錫-宿遷斷裂的構(gòu)造活動總體上在本區(qū)不明顯，地殼較為穩(wěn)定。

（3）從17個(gè)樣品的年齡分布特征觀察，本區(qū)沉積物主要形成于更新世，并且以風(fēng)成為主，對應(yīng)下蜀土。主要沉積時(shí)段為MIS5 — MIS4、MIS2和MIS1，MIS3階段的沉積物很少。表明崗地上的沉積物形成與晚更新世的干冷期有很大的關(guān)聯(lián)；而研究區(qū)內(nèi)少量的全新世沉積主要發(fā)育于湖邊和溪流邊，主要為湖沼相，這與冰后期及全新世變暖變濕，河湖泛濫有關(guān)。總體而言，崗地上沉積物的形成受到氣候的明顯影響。

（4）區(qū)域上的主要斷裂——無錫-宿遷斷裂對于崗地上的沉積物形成沒有明顯影響，在沉積物堆積過程中活動微弱，而在相對活躍期，可能與崗地沉積間斷（剝蝕）有關(guān)聯(lián)，但是這個(gè)推論還需要更多證據(jù)證明。

致謝：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）的碩士研究生楊曉東、李金典、李浩民、王浩男、康懷信，首都師范大學(xué)的李家存教授以及碩士研究生馬曉雪、李凱、朱楠男，中國石油大學(xué)碩士研究生張淼、梁六祿等參加了野外工作并給予許多幫助，審稿人提出許多有建設(shè)性的意見，在此一并感謝。