歐先交，曾蘭華，陳仁容，姚 盼

（嘉應(yīng)學(xué)院 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，廣東梅州 514015）

0 引言

第四紀(jì)冰川研究進(jìn)入以技術(shù)測(cè)年為主要特征的時(shí)代［1］20多年以來，可對(duì)冰川地形直接進(jìn)行定年的測(cè)年技術(shù)，如宇宙成因核素（cosmogenic radionuclide，CRN）、釋 光（optically stimulated luminescence，OSL）、電子自旋共振（electron spin resonance，ESR）等的不斷改進(jìn)和更新及廣泛應(yīng)用，推進(jìn)了第四紀(jì)冰川研究的發(fā)展。但由于技術(shù)或地質(zhì)地貌等的復(fù)雜原因，不同測(cè)年技術(shù)應(yīng)用于冰川地貌測(cè)年仍存在諸多亟待解決或探索的問題，其中一些業(yè)已成為限制第四紀(jì)冰川研究深入發(fā)展的卡脖子問題。

作為第四紀(jì)冰川最主要測(cè)年手段之一的釋光測(cè)年面臨的挑戰(zhàn)也不少。如：樣品釋光信號(hào)的不完全曬退、石英釋光信號(hào)特征差、靈敏性低、難以找到均質(zhì)的采樣剖面、含水量估算困難等等［2-9］。由于這些問題的存在，冰川沉積釋光測(cè)年流程還沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，更未達(dá)到商業(yè)化規(guī)模測(cè)試的程度。不管是野外還是室內(nèi)的工作仍需具體情況具體分析。野外采樣時(shí)要謹(jǐn)慎選擇采樣點(diǎn)和采樣部位；室內(nèi)測(cè)試也要根據(jù)不同的樣品選擇不同的測(cè)定技術(shù)與流程。

針對(duì)冰川沉積釋光信號(hào)不完全曬退問題，近20多年來國內(nèi)外眾多的學(xué)者開展了不少卓有成效的探索［3-17］。本文在近年來的冰川沉積釋光測(cè)年進(jìn)展，包括我們?cè)谇嗖馗咴爸苓吂ぷ鞯幕A(chǔ)上，總結(jié)冰川沉積釋光信號(hào)曬退規(guī)律、釋光測(cè)年采樣和測(cè)試的選擇策略及注意事項(xiàng)，供第四紀(jì)冰川及相關(guān)研究同行參考。

1 釋光測(cè)年基本原理

自然界有很多天然的計(jì)時(shí)器，基于不同計(jì)時(shí)器發(fā)展了不同的測(cè)年技術(shù)。釋光測(cè)年技術(shù)（Luminescence dating）是基于礦物顆粒累積輻射能隨時(shí)間增長的原理發(fā)展起來的。沉積物中的礦物顆粒（如石英、長石等）被掩埋（即埋藏/沉積）之后，不斷接受來自周圍環(huán)境，包括沉積物中的U、Th和K等放射性物質(zhì)的衰變所產(chǎn)生的α、β和γ射線，以及宇宙射線等的輻射（圖1），這會(huì)導(dǎo)致礦物晶體里的電子發(fā)生電離，形成自由電子，然后被晶格陷阱俘獲形成俘獲電子。輻射能以這種形式被儲(chǔ)存下來，在沒有達(dá)到飽和前隨時(shí)間增加而增長。經(jīng)過加熱或者光照，俘獲電子逃離晶格陷阱與空穴陷阱結(jié)合，累積的輻射能以光的形式被激發(fā)出來（圖1）；當(dāng)?shù)V物重新被埋藏之后，輻射能又會(huì)重新累積。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)礦物進(jìn)行加熱或光照射激發(fā)累積的輻射能，測(cè)量所釋放的光子數(shù)量，即釋光信號(hào)強(qiáng)度（與輻射能成正比），從而可以計(jì)算累積的輻射劑量。累積的輻射劑量除以年劑量率可得到埋藏年代。年劑量率可以通過測(cè)試α、β和γ輻射強(qiáng)度（或者通過測(cè)試U、Th和K的含量間接計(jì)算），加上宇宙射線的貢獻(xiàn)，再綜合考慮含水量等因素計(jì)算得出。關(guān)于釋光技術(shù)的詳細(xì)介紹，可參考相關(guān)綜述論文［18-19］及其中的參考文獻(xiàn)。

圖1 釋光測(cè)年原理示意圖（改自文獻(xiàn)［20］）Fig.1 Schematic principle of luminescence dating（redrafted from Reference［20］）

2 冰川沉積釋光測(cè)年的挑戰(zhàn)

2.1 冰川沉積的曝光概率與曬退問題

釋光測(cè)年中有一個(gè)重要的假設(shè)：礦物顆粒在沉積之前的最后一次曝光時(shí)，所有的輻射能/釋光信號(hào)已被完全曬退或者清空，即計(jì)時(shí)器歸零。但實(shí)際上，很多沉積物很難滿足這種假設(shè)，冰川沉積就是其中一種。由于潛在的釋光信號(hào)曬退不完全問題，冰川沉積被列為釋光測(cè)年領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的沉積類型之一［2，21］。

釋光信號(hào)能否完全歸零，取決于顆粒在搬運(yùn)、沉積過程中是否充分曝光。冰川在重力及自身壓力作用下運(yùn)動(dòng)，在此過程中對(duì)地表不斷產(chǎn)生侵蝕。冰蝕作用產(chǎn)生的巖屑物質(zhì)、冰川谷兩側(cè)山坡上因融凍風(fēng)化、雪崩等作用造成的墜落堆積物、來自大氣的降塵等，都在冰川的搬運(yùn)下最終沉積形成各種冰川沉積地形。根據(jù)搬運(yùn)過程中巖屑物質(zhì)在冰川部位的不同，可以將其分為冰面、冰內(nèi)和冰下巖屑。在搬運(yùn)過程中，冰面巖屑理論上能充分曝光，釋光信號(hào)有可能被曬退/歸零；冰內(nèi)和冰下巖屑沒有機(jī)會(huì)見光，因此釋光信號(hào)沒辦法被曬退［7，17，22］。不過，冰內(nèi)、冰下和并冰面等位置并不是一成不變的，搬運(yùn)過程中碎屑的位置有可能相互轉(zhuǎn)換，沿冰內(nèi)剪切面上升至冰面的冰下和冰內(nèi)巖屑也有曝光的機(jī)會(huì)。

冰川消融時(shí)，將其攜帶的所有碎屑傾瀉下來，在冰川兩側(cè)、末端或者外圍堆積形成側(cè)磧壟、終磧壟、中磧壟、蛇形丘、冰礫阜、冰磧丘陵、冰水扇、冰水階地等各種冰川地貌。在冰川消融過程中，冰面融出磧見光的機(jī)會(huì)很大，其余部分曝光的機(jī)會(huì)較小，因此，大家對(duì)冰磧物的曬退情況普遍不看好［3，7，12，17］。冰川接觸沉積如蛇形丘、冰礫阜等也有報(bào)道稱曬退情況不佳［23］。冰川中的細(xì)粒碎屑物質(zhì)在融出后被融水搬運(yùn)一段距離，在冰川外圍寬闊的河道或冰湖中堆積，統(tǒng)稱冰水沉積。一些細(xì)粒物質(zhì)被風(fēng)吹起并沉積為冰緣砂、黃土或黃土狀沉積物。這些搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)的冰水和冰緣風(fēng)成沉積的曝光幾率大大增加［3，7］。已有研究表明，越是遠(yuǎn)端的冰水沉積，曝光幾率越大［3，7，14，16，24-28］。周尚哲等［29］通過冰川沉積學(xué)的定性分析和野外觀察，將不同類型冰川沉積的曝光幾率分成了幾個(gè)等級(jí)，總體上，冰水沉積的曝光幾率最高，冰川接觸沉積次之，冰川直接堆積的冰磧物最差。

實(shí)際上，冰川沉積過程和曝光情況非常復(fù)雜，這種復(fù)雜性增加了釋光測(cè)年的不確定性。例如：冰川擴(kuò)張會(huì)裹挾改造之前堆積于其外圍的各種類型的沉積物，造成二次甚至多次搬運(yùn)和堆積，這個(gè)過程中這些沉積物幾乎沒有機(jī)會(huì)見光，即便是這些沉積物曝光完全，測(cè)定的年齡有可能是前一次沉積事件。

大家認(rèn)為冰水沉積信號(hào)曬退較好也是相對(duì)的。冰川融水往往比較渾濁，尤其是山地冰川融水處于高能環(huán)境，有流速快、高輸沙量、混濁等特點(diǎn)，光線在融水中衰減很快［25，30］。此外，能量較高的短波被反射和吸收最快，在水中隨深度增加光線的波峰逐漸向長波偏離［31］，能量漸低。因此，融水?dāng)y帶的碎屑的釋光信號(hào)可能不完全曬退或者曬退不均勻［7，16，23，30］。

青藏高原地區(qū)的自然環(huán)境對(duì)于第四紀(jì)冰川釋光測(cè)年來說利弊共存。有利條件是：冰川消融主要發(fā)生在光照較強(qiáng)的夏季和白天，這對(duì)沉積物信號(hào)曬退是有利的；高原地區(qū)海拔高，紫外線強(qiáng)，陽光輻射能量高，故曬退效率高；冰面巖屑占比較大；古冰川的規(guī)模比現(xiàn)代大大擴(kuò)張，冰川沉積的搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，曬退幾率增大。不利條件是：融水高能、渾濁，不利于光線對(duì)融水中顆粒的曬退；高原地區(qū)地質(zhì)地貌較為復(fù)雜，坡積、崩塌、泥石流等多發(fā)，冰川谷地的沉積來源復(fù)雜。野外采樣時(shí)有必要考慮這些因素的潛在影響。

2.2 冰川沉積釋光測(cè)年的其他挑戰(zhàn)

冰川沉積釋光測(cè)年中除了信號(hào)曬退問題外，還有其他一些不能忽視的問題，如地質(zhì)時(shí)期含水量的波動(dòng)、年劑量率的變化、石英的釋光特征差及其靈敏性低等［2-9］。冰川沉積物地質(zhì)歷史時(shí)期含水量處于不斷變化之中，這是沒有辦法準(zhǔn)確估計(jì)的。而含水量的變化會(huì)影響顆粒吸收輻射的效率進(jìn)而影響劑量率和年代，1%的含水量波動(dòng)可以導(dǎo)致年代計(jì)算結(jié)果發(fā)生約1%的偏差［3］。因此，含水量的估算也成為冰川沉積釋光測(cè)年誤差的重要來源之一。冰川沉積通常不如風(fēng)成沉積均勻，冰川直接沉積的冰磧更是如此。在測(cè)試劑量率時(shí)，很難提取具有代表性的樣品，由此也會(huì)對(duì)劑量率的準(zhǔn)確估算造成困難。冰水沉積和冰緣風(fēng)成沉積較為均勻，相對(duì)更適合釋光測(cè)年。與風(fēng)成沉積相比，冰川沉積搬運(yùn)距離較短，經(jīng)歷的曝光-埋藏的循環(huán)較少，這將導(dǎo)致石英顆粒釋光特征較差以及信號(hào)靈敏性較低等問題，這些又會(huì)增加等效劑量測(cè)試的不確定性，從而導(dǎo)致年代的不確定性增大。

3 冰川沉積釋光測(cè)年采樣策略

3.1 年輕冰川沉積測(cè)年及其啟示

對(duì)現(xiàn)代同類樣品或者年輕樣品的測(cè)試是檢驗(yàn)冰川沉積在埋藏之前其釋光信號(hào)能否被曬退歸零的非常有效的方法。研究表明，年輕冰川沉積釋光信號(hào)在沉積前存在被完全曬退的可能，但也有不少樣品存在不同程度的釋光殘余信號(hào)［5，9，11，14，24，26-28］，并且，不同研究地點(diǎn)或者同一地點(diǎn)不同樣品，年代高估程度差異很大。

筆者在天山烏魯木齊河源大西溝和羅卜道溝［5］，以及川西雀兒山硬普溝［9］也做了年輕冰川沉積測(cè)年嘗試。結(jié)果顯示，有些年輕冰川沉積物的年代被高估，但程度隨地貌部位和沉積環(huán)境不同而不同（圖2）?？傮w上，采自冰水沉積和側(cè)磧壟的樣品年代高估較低，但采自終磧壟、冰磧丘陵、地表冰磧（ground moraine）、現(xiàn)代冰下巖屑樣品等高估較嚴(yán)重。烏魯木齊河源現(xiàn)代冰水樣品年代高估2 ka左右，小冰期側(cè)磧壟上冰水透鏡體年代高估約1.3 ka。幾個(gè)側(cè)磧壟上的冰磧物樣品的年代高估在0～3.7 ka之間?，F(xiàn)代底磧中的冰水透鏡體樣品年代高達(dá)20.6 ka，表明底磧中的冰水沉積曝光很不理想。這也提示我們冰水沉積的釋光信號(hào)曬退情況需要具體情況具體分析，冰下和冰內(nèi)環(huán)境的冰水沉積見光機(jī)會(huì)也可能不多，而氣下環(huán)境冰水沉積有長時(shí)間曝光從而曬退的機(jī)會(huì)。硬普溝年輕冰川沉積測(cè)試結(jié)果表明，現(xiàn)代冰川前方約40 m和約700 m的現(xiàn)代和新冰期冰水沉積樣品以及小冰期側(cè)磧壟脊上的樣品曬退相對(duì)較好，年代高估在幾百年以內(nèi)。相反，烏魯木齊河源冰下巖屑、終磧壟、底磧（包括其間的冰水透鏡體）和冰磧丘陵的樣品年代高估較嚴(yán)重，在3.7～29.6 ka之間。冰磧丘陵中的次生黃土樣品的年代高估也比預(yù)想的高（7.7 ka和10.4 ka）。硬普溝現(xiàn)代地表冰磧壟和新冰期低矮終磧壟樣品的年代高估也高達(dá)約15～17 ka。冰內(nèi)和冰下的剪切和研磨作用有可能導(dǎo)致釋光信號(hào)被歸零［32-33］，其機(jī)制如同烏魯木齊河源地區(qū)的石英ESR信號(hào)也可以被冰下壓碎和研磨作用歸零類似［34］。不過，我們?cè)谔焐綖豸斈君R河源1號(hào)冰川西支末端下方采集的現(xiàn)代冰下巖屑（底磧）樣品顯示出極高的年代高估（29.6 ka），說明冰川的剪切、研磨和壓碎等作用可能對(duì)釋光信號(hào)的歸零影響很小。由于僅有一個(gè)樣品，這個(gè)結(jié)論仍有待更多的研究檢驗(yàn)。

圖2 不同地貌部位、沉積類型樣品的年代高估（根據(jù)參考文獻(xiàn)［5］和［9］改繪）Fig.2 Age overestimation of samples from different geomorphological positions and depositional settings（modified from References［5］and［9］）

天山烏魯木齊河源區(qū)［5］與川西雀兒山［9］實(shí)證研究與其他學(xué)者的已有研究［3，16］共同表明，冰川沉積的釋光信號(hào)曬退程度與地貌部位和沉積環(huán)境相關(guān)。一般而言，冰水沉積和風(fēng)成沉積比冰磧物見光機(jī)會(huì)大，曬退較好，但也要具體情況具體分析。冰磧物中，側(cè)磧壟，尤其是其上部的樣品信號(hào)曬退的可能性相對(duì)較大，可能是其組成以冰面巖屑為主的緣故。對(duì)于終磧壟、地表冰磧和冰磧丘陵而言，碎屑的來源較為復(fù)雜，可能混合了冰下、冰內(nèi)、冰面碎屑甚至非冰川沉積，其中很多碎屑沒有機(jī)會(huì)見光。有些地表冰磧和冰磧丘陵可能在冰川退縮過程中形成，經(jīng)歷了很長一段時(shí)間的死冰環(huán)境。冰川消融后，碎屑原地沉積，冰內(nèi)和冰下碎屑的見光機(jī)會(huì)很少。終磧壟中的碎屑在融出時(shí)可能有機(jī)會(huì)見光，但也有混入冰川谷地中先前堆積的其他沉積物的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楸ㄇ斑M(jìn)過程中，會(huì)將谷底中的先成沉積物重新搬運(yùn)或者推擠形成終磧壟。

3.2 古冰川沉積物測(cè)年及其啟示

除了對(duì)年輕冰川沉積進(jìn)行直接測(cè)年檢驗(yàn)，釋光測(cè)年在古冰川沉積上應(yīng)用時(shí)，也可以通過一些途徑檢驗(yàn)其適用性，例如與地貌地層關(guān)系或者其他測(cè)年技術(shù)對(duì)比等。如Owen等［6］在珠穆朗瑪峰北坡絨布河谷的工作是采用釋光和CRN技術(shù)對(duì)冰川沉積進(jìn)行綜合定年的一個(gè)代表。他們?cè)谘芯康攸c(diǎn)采集了13個(gè)樣品（冰磧物、冰磧相關(guān)的冰水沉積）進(jìn)行光釋光測(cè)年，結(jié)果和CRN的年齡在誤差范圍內(nèi)非常接近。他們還嘗試用了其中一個(gè)樣品進(jìn)行單顆粒測(cè)試，沒有檢測(cè)出不完全曬退。這些情況表明樣品的信號(hào)歸零較好，釋光年代是可信的。

近年來我們?cè)诘谒募o(jì)冰川沉積的釋光測(cè)年適應(yīng)性上也作了一些探討［10-11，35-37］。在天山烏魯木齊河源大西溝，所獲得的末次冰期冰磧的釋光年代與地貌地層關(guān)系和已有的其他年代具有可比性［37］。下望峰冰磧的年代老于上望峰冰磧的年代；冰磧物的年代老于上覆黃土的年代；冰磧物的釋光年代與CRN年代相近；冰磧上覆黃土的釋光年代與黃土的14C年代在誤差范圍內(nèi)相一致。在川西雀兒山的硬普溝［35-36］，末次冰期晚期的幾道冰磧壟的釋光年代與地貌地層關(guān)系相吻合；同一道壟上的釋光年代非常接近。這些說明了釋光技術(shù)測(cè)定這些地點(diǎn)冰川沉積的可行性。

值得注意的是，不管是天山的烏魯木齊河源還是川西的硬普溝，末次冰期的樣品很少發(fā)現(xiàn)年代被高估的現(xiàn)象［36-37］，但河源區(qū)不少年輕冰川沉積（新冰期、小冰期、現(xiàn)代的）樣品年代出現(xiàn)嚴(yán)重高估［5，9］，有的甚至比末次冰期樣品更老（圖3）。這顯然是與地貌地層關(guān)系相悖的。有可能的解釋是：末次冰期冰川規(guī)模大大擴(kuò)張（冰川較長），碎屑在冰川中搬運(yùn)的距離較長，冰上、冰內(nèi)和冰面不同部位有較多轉(zhuǎn)換的機(jī)會(huì)，到達(dá)冰面則曝光的機(jī)會(huì)較大。而新冰期、小冰期和現(xiàn)代冰川規(guī)模小得多，碎屑從進(jìn)入冰川到最后堆積，被搬運(yùn)的距離很短，冰上、冰內(nèi)碎屑到達(dá)冰面的機(jī)會(huì)少。因此年輕樣品中出現(xiàn)年代高估的較多。可見，搬運(yùn)距離越長，釋光信號(hào)曬退程度越好的規(guī)律，不僅適用于冰水沉積［3，7，14，16，24-28］，也同樣適用于冰磧物。

圖3 烏魯木齊河源大西溝新老冰川沉積釋光年代對(duì)比示意圖（據(jù)文獻(xiàn)［5］和［37］改繪）Fig.3 Comparison of OSL ages of young and old glacial sediments from Daxi Valley，the source area of Urumqi River（modified from References［5］and［37］）

最近，我們?cè)诓貣|南的工作表明，部分末次冰期的冰磧壟的釋光年代和地貌關(guān)系也不完全一致，出現(xiàn)不少年代倒置現(xiàn)象［11］。這個(gè)結(jié)果提醒我們，冰川沉積釋光測(cè)年中的很多問題我們可能還不了解，還需要更多探索。

3.3 采樣策略

鑒于冰川沉積釋光測(cè)年的各種問題與挑戰(zhàn)，樣品采集是否合適非常關(guān)鍵。需確保在對(duì)研究區(qū)的地貌和沉積環(huán)境都了解清楚的基礎(chǔ)上選擇釋光年代采樣點(diǎn)，還要考慮以下幾個(gè)問題：

（1）樣品年代指示的沉積事件。釋光測(cè)年測(cè)的是最后一次曝光至今的時(shí)間，即沉積事件的年代。采樣前應(yīng)對(duì)樣品的年代指示意義有一定的認(rèn)識(shí)，而不是完全寄希望于年代結(jié)果做推斷。

（2）樣品的曝光幾率。這要求對(duì)沉積環(huán)境有清晰的判斷。樣品在埋藏前有機(jī)會(huì)充分曝光嗎？冰水沉積和冰川風(fēng)成沉積的曬退情況總體上比冰磧物要好，剖面也相對(duì)均勻，但首先要調(diào)查清楚它們與冰期的對(duì)應(yīng)關(guān)系［29］。如果能找到冰磧壟中所夾的冰水砂透鏡體，這將是最佳的釋光測(cè)年樣品，也是目前最被認(rèn)可的選擇。因?yàn)樗c冰磧壟同時(shí)形成，可以指示冰期或者冰川波動(dòng)事件。而且，冰水的信號(hào)曬退情況比冰磧物更好，其年代更能反映冰期時(shí)間。樣品采集避免終磧壟、地表冰磧和冰磧丘陵，如果需要在冰磧壟上采樣，建議選擇側(cè)磧壟。采樣時(shí)盡量考慮搬運(yùn)距離對(duì)信號(hào)曬退的影響，如同一道側(cè)磧壟，下游位置更有可能采集到曬退較好的樣品。垂直方向上則盡量靠近壟脊采樣，一是可以避免坡積物，二是壟脊沉積物更有可能來自冰面巖屑，曝光幾率大。

（3）樣品釋光年代的可靠性檢驗(yàn)。主要有幾種途徑可進(jìn)行對(duì)比或者檢驗(yàn)：在同一個(gè)地貌體或者同一個(gè)剖面上采集若干個(gè)樣品；在同一個(gè)地貌體的不同沉積相上采樣；同時(shí)采集不同測(cè)年技術(shù)（釋光、CRN、14C）的樣品，或者不同釋光方法（石英單顆粒、長石單顆粒、巖石釋光測(cè)年等）進(jìn)行測(cè)試；在新老關(guān)系清晰的冰川沉積序列的不同冰磧壟中依次采樣。

（4）剖面/厚度選擇。γ射線在沉積物中的作用距離約30 cm。要采集有代表性的劑量率的樣品，最佳的采樣剖面是以采樣點(diǎn)為中心、30 cm為半徑的球形空間都是均質(zhì)沉積物，也即要求均質(zhì)沉積物的厚度不小于60 cm。

（5）樣品量。是否有足夠的樣品量？冰川沉積，尤其是冰磧物，所含釋光測(cè)年所需的細(xì)砂、極細(xì)砂或粉砂粒級(jí)較少。要確保實(shí)驗(yàn)室中能提取出1～2 g測(cè)試所需粒級(jí)的純凈的石英或長石，野外采集的原始樣品盡量在500～1 500 g以上。如果用礫石測(cè)年，則盡量采集15個(gè)以上拳頭大小的礫石。

（6）其他。做詳細(xì)的采樣記錄，包括采樣時(shí)間、天氣、地貌部位、采樣深度、層位、沉積相、沉積構(gòu)造和沉積結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯度、海拔等。確保樣品包裹嚴(yán)實(shí)，在運(yùn)輸過程中不會(huì)透光。含水量樣品要確保密封，保證水分不流失。

4 冰川沉積釋光測(cè)年技術(shù)新進(jìn)展與測(cè)試選擇

4.1 單顆粒技術(shù)

傳統(tǒng)釋光測(cè)年每個(gè)測(cè)片上粘有幾十個(gè)至數(shù)百萬個(gè)礦物顆粒，這就導(dǎo)致所有顆粒的劑量被均一化，難以評(píng)估樣品的曬退情況，容易出現(xiàn)年代高估。為解決冰川沉積潛在的曬退不完全/不均勻問題，Duller［2］曾建議盡量減少測(cè)片上的顆粒，即用小測(cè)片乃至用一個(gè)顆粒（單顆粒）來測(cè)試等效劑量，然后用年代計(jì)算模型提取曬退良好的測(cè)片或顆粒用于等效劑量計(jì)算。我們?cè)鴮⑦@種石英單顆粒技術(shù)應(yīng)用于藏東南白玉溝冰磧壟測(cè)年［15］。該技術(shù)可以分辨曬退好或者差的樣品，并且對(duì)于曬退差的樣品可以提取出曬退好的顆粒用于年代確定（圖4）。

圖4 藏東南白玉溝冰川沉積樣品石英單顆粒等效劑量分布圖（曬退不良（a）和曬退較好（b）的樣品分別用最小年代模型和中值年代模型計(jì)算等效劑量［15］）Fig.4 Equivalent dose（De）distribution of quartz single grain dating of glacial samples from Baiyu Valley，SETibet（Des of poor bleached（a）and well bleached（b）samples were determined by minimum age model and central age model respectively［15］）

由于冰川沉積中的石英顆粒靈敏度普遍較低，De測(cè)試結(jié)果離散度大，易導(dǎo)致較大的年代誤差。并且，對(duì)于石英而言，95%以上的釋光信號(hào)來自不到5%的顆粒的貢獻(xiàn)，冰川沉積可能更少顆粒貢獻(xiàn)信號(hào)［12，38］。因此，提取信號(hào)足夠高而又完全曬退的顆粒需要耗費(fèi)大量機(jī)時(shí)。鉀長石的紅外釋光信號(hào)（infra-red stimulated luminescence，IRSL）靈敏度要高得多，而且40%以上的鉀長石會(huì)貢獻(xiàn)釋光信號(hào)［38］。近年來隨著鉀長石高溫后紅外釋光（post-IR IRSL）測(cè)年技術(shù)的普及，已有人開始考慮用冰川沉積的鉀長石進(jìn)行單顆粒測(cè)試［39］。最近，Smedley等［40］對(duì)不完全曬退的末次冰期冰川沉積進(jìn)行了石英和鉀長石單顆粒測(cè)試的對(duì)比研究，她們認(rèn)為研究區(qū)鉀長石post-IR IRSL225信號(hào)的異常衰減可以忽略，且曬退程度和石英釋光信號(hào)相當(dāng)，所獲得的年代也與石英釋光年代相近，顯示了鉀長石單顆粒技術(shù)在解決冰川沉積測(cè)年上的潛力。

4.2 巖石釋光埋藏年代測(cè)定技術(shù)

最近幾年新發(fā)展的巖石釋光測(cè)年技術(shù)［41］可用于測(cè)定礫石的埋藏年代，也是極有希望成為提高冰川沉積釋光年代精度的新方法。與傳統(tǒng)釋光方法相比，該技術(shù)具有可甄別完全曬退的樣品、避免復(fù)雜的年代計(jì)算模型、避免含水量估算導(dǎo)致巨大年代誤差等幾大優(yōu)勢(shì)，從而可大大減小測(cè)年誤差及不確定性。該技術(shù)還拓展了釋光測(cè)年的樣品范圍，為沒有砂透鏡體剖面出露的冰磧壟提供了測(cè)年可能。近年來該技術(shù)已被成功應(yīng)用于冰川地貌［42-43］。我們也嘗試將該技術(shù)應(yīng)用于英國冰水沉積中的礫石測(cè)年［44］，發(fā)現(xiàn)沒有曬退的礫石，其表面的釋光信號(hào)就接近飽和，而完全曬退的礫石的表層2～7 mm可以獲得一致的年代（圖5）。同一剖面2個(gè)不同礫石［圖5（b）和5（c）］也可以獲得相近的年代結(jié)果，指示了礫石最后一次曝光的時(shí)間。

圖5 英國愛爾蘭海東支古冰川沉積3個(gè)冰水礫石的釋光年代-深度曲線［44］；每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表不同深度巖石切片的年代，藍(lán)色和紅色分別為IRSL 50和post-IRIRSL 225年代；同一個(gè)礫石在表層2～7 mm深度范圍內(nèi)（2～7個(gè)巖片）IRSL 50年代非常接近，形成所謂的“年代坪區(qū)”；反映礫石在埋藏前曝光充分，上部2～7 mm內(nèi)IRSL 50釋光信號(hào)完全曬退；圖中的實(shí)線指示這部分巖片的平均年齡Fig.5 Luminescence age-depth profiles for three glaciofluvial cobbles from eastern sector of Irish Sea Ice Stream sediment［44］；Data points indicate luminescence ages of rock slices at different depth；Blue and red dots are IRSL50 and post-IRIRSL225 ages respectively；IRSL50 ages are consistent within the surface 2～7 mm（2～7 rock slices），which form age plateaus；This indicatesthat these cobbles had been exposed sufficiently and IRSL50 signal of the surface 2～7 mm had been completely bleached prior to burial；The solid lines show the average ages of rock slices at the plateau part

4.3 測(cè)試選擇

（1）石英還是鉀長石？

很多研究已經(jīng)證明，鉀長石紅外釋光信號(hào)比石英光釋光信號(hào)的曬退速度慢得多［22，45-46］（圖6）。對(duì)喜馬拉雅山Hunza河谷的冰川沉積中的石英和鉀長石對(duì)比研究表明，鉀長石的曬退較差，石英釋光年代［8］更接近對(duì)應(yīng)的宇生核素暴露年代［47］。我們?cè)谟财諟弦灿枚嗟V物IRSL（主要是長石的貢獻(xiàn)）與石英OSL年代進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示IRSL年代比OSL年代高估約0.3～6 ka［9］。此外，長石還有異常衰減的問題［48］，疊加在不完全曬退之上，可能使問題變得更復(fù)雜。目前，對(duì)于末次冰期以來的冰川沉積測(cè)年，石英仍然是較好的選擇。不過，相對(duì)石英，長石具有飽和劑量高（可以測(cè)得更老，圖7）、靈敏度高、釋光信號(hào)特征較好等優(yōu)點(diǎn)。在研究區(qū)石英特征較差、信號(hào)極低的情況下，可以嘗試長石。另外，如果冰川地貌的年代老于石英的飽和上限（比如末次冰期之前），長石是更好的選擇。

圖6 石英OSL和長石IRSL信號(hào)隨模擬太陽燈曝光時(shí)間的變化［45］［圖中quartz OSL為石英OSL信號(hào)；IR50為長石紅外信號(hào)；pIRIR290為長石后紅外信號(hào)；IR50（ph=250℃）為常規(guī)的預(yù)熱250℃后的紅外信號(hào)。曬退速度quartz OSL＞IR50（ph=250℃）＞IR50＞pIRIR290］Fig.6 Quartz OSL and feldspar IRSL signal against exposure time in a H?nle SOL2 solar simulator［45］［Quartz OSL stands for quartz OSL signal；IR50 standsfor feldspar IRSL50 signal；pIRIR290 stands for post-IRIRSL signal；IR50（ph=250℃）stands for conventional IRSL50 signal with 250℃preheat.Bleach rate：quartz OSL＞IR50（ph=250℃）＞IR50＞pIRIR290］

圖7 石英和長石的生長曲線及其反映的飽和劑量對(duì)比［49］［IRSL為多礦物細(xì)顆粒紅外釋光信號(hào)（實(shí)心三角），主要來自長石的貢獻(xiàn)；OSL為63～90μm石英顆粒釋光信號(hào)（實(shí)心圓）；小圖顯示的是同一個(gè)圖，但是用的是對(duì)數(shù)坐標(biāo)］Fig.7 Comparison between growth curves and saturate doses of quartz and feldspar［49］［IRSL stands for growth curve for IRSL signal of polymineral fine-grains（filled triangles），which dominated by signal from feldspar；OSL stands for growth curve for OSL signal of 63～90μm quartz（filled circles）；The inset shows the same data on a logarithmic scale］

（2）大測(cè)片、中測(cè)片、小測(cè)片，還是單顆粒？

如前所述，冰川沉積釋光測(cè)年最突出的潛在問題是曝光不完全，因此，只要單個(gè)顆粒的釋光信號(hào)量足夠，測(cè)試條件允許，可優(yōu)先選擇單顆粒測(cè)試。如果沒有單顆粒設(shè)備，用小測(cè)片也是可以接受的。比如樣品面積在1 mm2左右的小測(cè)片，上面包含約20個(gè)粗顆粒（200μm）石英［圖8（c）］［2］，如果按照5%的比例［38］，只有約1個(gè)顆粒貢獻(xiàn)主要的釋光信號(hào)，理論上相當(dāng)于單顆粒測(cè)試。長石顆粒的信號(hào)一般足夠應(yīng)付單顆粒，參與貢獻(xiàn)釋光信號(hào)的顆粒也多得多［38］。如果用普通測(cè)片，則需將每個(gè)測(cè)片上的顆粒數(shù)量降至2～3個(gè)，才可達(dá)到單顆粒的效果。不過，這種測(cè)試的效率較低，需耗費(fèi)大量機(jī)時(shí)。真正的單顆粒測(cè)試，一個(gè)測(cè)片上100個(gè)小孔［圖8（d）］，分別放置1個(gè)顆粒，用激光激發(fā)，一次可以測(cè)試100個(gè)顆粒，效率大大提升。對(duì)于大測(cè)片和中測(cè)片，一個(gè)測(cè)片上放置的顆粒數(shù)量過多［圖8（a）和8（b）］，所有顆粒的信號(hào)被均一化，不能檢測(cè)樣品的曬退好壞，對(duì)于冰川沉積容易導(dǎo)致年代高估。

圖8 Riso釋光儀所用的測(cè)片照片，從左至右分別是大測(cè)片（a）、中測(cè)片（b）、小測(cè)片（c）和單顆粒測(cè)片（d），測(cè)片的直徑為9.8 mmFig.8 Photos showing aliquots used in Riso TL/OSL Reader.From left to right：large aliquot（a），medium aliquot（b），small aliquot（c）and single grain aliquot（d），diameter of all the aliquots is 9.8 mm

（3）礫石、粗顆粒（細(xì)砂、極細(xì)砂）還是細(xì)顆粒（粉砂）？

前文已提及，對(duì)于冰川沉積來說，石英單顆粒或小測(cè)片測(cè)試是目前比較理想的選擇。如果要做單顆?；蛘咝y(cè)片，以區(qū)分不同曬退程度的顆粒，只能選擇粗顆粒（細(xì)砂、極細(xì)砂）。細(xì)顆粒（粉砂）很難將很少量的顆粒甚至單個(gè)顆粒分開測(cè)試。理論上，細(xì)顆粒代表相對(duì)低能的水環(huán)境，渾濁度較低，透光性較好，曬退的可能性更大［3，50］。且細(xì)顆粒比粗顆粒搬運(yùn)的距離可能更長，見光的機(jī)會(huì)更多［3］。但實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)不少地方的粗顆粒和細(xì)顆粒差別不大甚至好于細(xì)顆粒［7，51］。Hu等［13］在巴松措的測(cè)年結(jié)果顯示細(xì)顆粒曬退更好，可能原因是冰川中部分細(xì)顆粒來自大氣降塵，在進(jìn)入冰川前經(jīng)歷了充分曝光。他們建議對(duì)不同粒級(jí)的顆粒做測(cè)年對(duì)比，以檢測(cè)樣品的信號(hào)曬退程度。此外，得益于巖石釋光測(cè)年技術(shù)的發(fā)展，礫石現(xiàn)在也可以用于釋光測(cè)年。且礫石的曬退情況通過釋光-深度曲線很容易確定，在甄別曬退程度不同的樣品上比上述常規(guī)顆粒測(cè)試更具優(yōu)勢(shì)。此外，有些冰磧壟上很難找到砂質(zhì)剖面采集傳統(tǒng)釋光樣品，此時(shí)礫石可能是更好的選擇。

5 結(jié)論與展望

冰川沉積釋光測(cè)年面臨的挑戰(zhàn)仍然不少，最受關(guān)注的是其潛在的曝光不完全問題，還有不少問題也是亟待解決或需要引起足夠重視的。野外采樣時(shí)，冰磧壟中的冰水砂透鏡體是目前認(rèn)為的最佳的采集對(duì)象。冰水沉積和風(fēng)成沉積相對(duì)冰磧物更適合釋光測(cè)年，前提是要理清它們與冰磧地形之間的關(guān)系。側(cè)磧壟上的冰磧物曬退情況相對(duì)其他冰磧壟更好，采樣盡量接近壟脊和冰磧壟的下游段。另外，冰磧壟中的礫石也可采樣用于測(cè)試。野外采樣時(shí)，同一個(gè)沉積序列、同一個(gè)地貌體或者同一個(gè)剖面，可以采集多個(gè)釋光樣品或者不同釋光方法的樣品，這對(duì)于沉積過程復(fù)雜的冰川沉積的釋光年代可靠性檢驗(yàn)具有重要意義。

室內(nèi)測(cè)試中，石英單顆粒技術(shù)是目前相對(duì)較成熟的技術(shù)，應(yīng)是冰川沉積物釋光測(cè)年的首選，退而求其次是石英小測(cè)片測(cè)試技術(shù)。如果研究區(qū)石英不適合釋光測(cè)年或超出其測(cè)定上限，則可以嘗試鉀長石測(cè)試。鉀長石后紅外釋光測(cè)年技術(shù)和巖石釋光測(cè)年技術(shù)目前仍在發(fā)展階段，應(yīng)用于冰川沉積的潛力很大。多種釋光方法結(jié)合更能準(zhǔn)確反映樣品的曬退情況，提高測(cè)年結(jié)果的可靠性。若條件許可，還可采用多種測(cè)年技術(shù)（CRN、14C等）進(jìn)行交叉驗(yàn)證與綜合定年。

地貌學(xué)和沉積學(xué)是釋光樣品采集與室內(nèi)年代測(cè)定工作的基礎(chǔ)。冰川地貌和冰川沉積非常復(fù)雜，且差異很大，相鄰的谷地都有可能差別明顯。本文討論的主要是山地冰川沉積，所涉及的不同地貌和沉積類型的劃分還很籠統(tǒng)，有待細(xì)化。未來除了寄希望于釋光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)地貌環(huán)境和沉積亞相進(jìn)行更加詳細(xì)的區(qū)分和辨識(shí)，也將有助于選取曬退更佳、最有可能代表冰期事件的樣品。

謹(jǐn)以此文，紀(jì)念李吉均院士！