杭州湾地区石英单颗粒光释光 (OSL) 测年可至16万年

  关于地层的年代学研究,小于5万年通常采用14C测年技术,对于B/M界限(距今约78万年)及之前更老样品主要利用古地磁或微体古生物地层年代学方法,对于5万年到B/M界限之间,OSL技术是最重要的方法之一。OSL的测年材料主要是石英和长石,对于小于7–8万年的较年轻样品常利用石英进行测年,而对于更老的沉积物主要选择长石进行测定。

  近日,河口海岸学国家重点实验室年小美副研究员团队对杭州湾南岸慈溪地区钻孔BZ1 (~156 m) 进行了OSL年代学研究 (图1–2),此研究采用了不同粒级的石英/钾长石的单片/单颗粒技术。研究发现,单颗粒石英和钾长石在136.6 m深处得到了一致的年龄,为~160–180 ka,这是首次报道单颗粒石英可以准确获得我国沿海地区MIS6阶段沉积物的年代。但是,115.5 m处单颗粒石英年龄存在明显的低估,钾长石的年龄为~150 ka,比对应的单颗粒石英样品的年龄老~70 ka。因此,要根据样品的释光性质,选择合适的矿物及方法进行测年。

图1. 杭州湾及BZ1钻孔地理位置
图2. (a) BZ1钻孔岩性特征、粒度组成、平均粒径及OSL样品位置。(b) BZ1钻孔年龄-深度关系及沉积速率

  通过对样品释光性质 (灵敏度、组分、饱和剂量) 研究发现,不同深度样品石英和长石释光性质并不相同,可能反映了气候变化引起沉积物物源的变化和不同的风化作用。LGM以来的石英释光信号灵敏度低,以快组分为主,与长江三角洲全新世沉积物的释光性质类似,这可能指示了该时期沉积物主要来自于长江三角洲地区。需要强调的是,80–83 m处两个样品 (~61 ka) 的石英释光信号含有一定比例的中组分 (图3),即便采用了初始信号减前背景积分信号的方法,单片石英OSL年龄仍存在显著的低估,而单颗粒技术可以减少石英释光信号组分的影响。

图3. (a) BZ1-10和 (b) BZ1-11石英样品自然剂量OSL信号衰减曲线。主图中的插图为不同激发时间快、中、慢组分所占的比例

  根据上述年代,该钻孔记录了MIS6以来的海进-海退旋回,最近三次冰期-间冰期旋回中,全新世阶段的沉积厚度最大 (图2,4)。随着海平面的快速上升,7.4–9.5 ka阶段沉积速率最快,为9.05 m/ka。此外,BZ1钻孔在20–30 m段 (~1–7 ka) 存在沉积间断。通过与附近已有钻孔对比发现,全新世时期杭州湾南岸和东海北部钻孔的沉积物厚度大于杭州湾北岸,沉积物东厚西薄,与长江三角洲沉积层厚度变化一致。杭州湾两翼间冰期沉积物的厚度整体大于冰期沉积物的厚度 (MIS6除外)。MIS6早期的海平面高于MIS3 (图2),这有利于形成相对较厚的沉积。

图4. 杭州湾地区不同钻孔的对比
  研究论文发表于第四纪年代学学术期刊Quaternary Geochronology。论文第一作者:刘茹欣,硕士生;通讯作者:导师年小美副研究员。该研究受到国家自然科学基金 (42171009,41771009) 和华东师范大学河口海岸学国家重点实验室开放课题基金 (SKLEC-PGKF201906) 资助。
 
参考文献:
Ruxin Liu, Xiaomei Nian, Weiguo Zhang, Fengyue Qiu, Zhanghua Wang, Qinglong Lin, Junwu Shu, Niankai Liu, 2022. Luminescence dating of the late Quaternary sediments in Hangzhou Bay, China. Quaternary Geochronology 70, 101302. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101302