光释光测年中石英颗粒全球标准曲线法(gSGC)与单片再生法(SAR)等效剂量(D<sub>e</sub>)的比对

引用本文

杨宏宇, 赵晖, 王兴繁, 耿建伟. 光释光测年中石英颗粒全球标准曲线法(gSGC)与单片再生法(SAR)等效剂量(D_e)的比对 . 地球科学进展, 2017, 32(10): 1111-1118
Yang Hongyu, Zhao Hui, Wang Xingfan, Geng Jianwei. Optical Dating Equivalent Dose (D_e) Comparison of Global Standardised Growth Curve (gSGC) and Single-aliquot Regenerative-dose (SAR) Methods for Quartz Grains . Advances in Earth Science, 2017, 32(10): 1111-1118 复制到剪切板

Doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2017.10.1111
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光释光测年中石英颗粒全球标准曲线法(gSGC)与单片再生法(SAR)等效剂量(D_e)的比对

杨宏宇^1,², 赵晖^1,^*, 王兴繁^1,², 耿建伟^1,²

1.中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室,甘肃兰州 730000

2.中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049

*通信作者:赵晖(1973-),男,山西忻州人,研究员,主要从事释光年代学和环境演化研究.E-mail:hzhao@lzb.ac.cn

作者简介:杨宏宇(1992-),女,山西太谷人,硕士研究生,主要从事环境工程研究.E-mail:yanghongyu15@mails.ucas.ac.cn

基金:国家自然科学基金项目“巴丹吉林沙漠西南缘山地洪水补给沙漠地下水的沉积学与年代学证据”(编号:41771016)资助.

摘要

全球标准曲线法(gSGC)的提出为高效快速地测定释光样品的等效剂量( D_e)值提供了可能。但是由于各个实验室的放射源剂量率、操作流程、仪器误差以及选取的再归一化剂量值等不同,每个实验室得出的gSGC会有参数的不同。通过建立实验室的gSGC曲线和测试流程,并比较gSGC法和SAR法获取的 D_e值的一致性,发现在低剂量范围内(0~100 Gy),使用gSGC法估计的 D_e和SAR法估计的 D_e非常接近,表明在低剂量范围内用gSGC法估计 D_e是可靠的。这将很大程度地提高本实验室的释光测年速度,同时也为其他实验室gSGC的建立提供借鉴。在较高剂量范围(>100 Gy)与SAR方法结果比对时出现较大差别,这可能是由于研究中用于拟合gSGC的样品数量不够多,尤其是年龄较老的样品还不够多,还需在今后工作中逐步积累更多样品,完善gSGC参数,使其也能胜任较老年龄样品。

关键词: 光释光测年; 全球标准生长曲线法(gSGC); 石英颗粒; 单片再生剂量法(SAR); 等效剂量(D_e)

中图分类号:P597 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2017)10-1111-08

Optical Dating Equivalent Dose (D_e) Comparison of Global Standardised Growth Curve (gSGC) and Single-aliquot Regenerative-dose (SAR) Methods for Quartz Grains

Yang Hongyu^1,², Zhao Hui^1,^*, Wang Xingfan^1,², Geng Jianwei^1,²

1.Key Laboratory of Desert and Desertification, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China

2.College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Benjing 100049, China

*Corresponding author:Zhao Hui(1973-),male,Xinzhou City,Shanxi Province,Professor. Research areas include optical dating and environmental evolution.E-mail:hzhao@lzb.ac.cn

First author:Yang Hongyu(1992-),female,Taigu County,Shanxi Province,Master student. Research areas include environmental engineering.E-mail:yanghongyu15@mails.ucas.ac.cn

Fund:Project supported by the National Natural Science Foundation of China“Moutain flood from southwestern margin of Badain Jaran Desert recharges the desert-groundwater by sedimentology and chronlogy evidences”(No. 41771016).

Abstract

Optical dating is a method of measuring the time since the sample was buried from last thermal event or light exposure. Samples such as quartz and feldspar grains are the most commonly used sediment of measurement. Single-Aliquot Regenerative-dose (SAR) method has become the most acceptable procedure for obtaining the equivalent Dose ( D_e) of a sample. The Standardised Growth Curve (SGC) method provides a possible procedure for measuring a large number of samples; the limitation is that the growth curve fitted by different samples or even different aliquots is divergent. The global Standardised Growth Curve (gSGC) method improves the shortage by normalizing the dose response curves using one regenerative dose OSL signal. The gSGC provides a possible method for obtaining the D_e value of the sample efficiently and quickly. However, due to the radiation dose rate, operating procedures and instrument error and the selected regenerative-dose normalized dose value, etc., each laboratory should develop their own gSGC which has unique parameters. This study established the gSGC curve and measurement process of our laboratory, and then compared the consistency of the equivalent Dose ( D_e) values from gSGC and SAR methods. In gSGC procedure, the D_e value of an aliquot can be estimated from the nature signal, one regenerative dose signal and their corresponding test dose signal. It will speed up the optical dating measurement rate of our laboratory and provide reference to establish gSGC in other laboratories. It is found that in the low dose range (0~100 Gy) the obtained D_e values were well consistent by gSGC and SAR methods. There were obviously differences in the higher dose range (>100 Gy) compared to the SAR results. It may be due to the insufficient number of older samples used to fit gSGC in this study. It is necessary to gradually accumulate more samples to improve the gSGC parameters in the future work. For some aliquots, individual quartz grains do not follow the global standardised growth curve, which leads to some deviations of D_e from gSGC. However, these two methods could obtain the similar average De value when multiple aliquots measuring.

Keyword: OSL dating; Global Standardised Growth Curve (gSGC); Quartz grains; Single-Aliquot Regenerative-dose (SAR); Equivalent dose ( D_e).

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1 引言

释光年代学测量的是沉积物中的矿物特别是石英和长石颗粒^[1]上一次热事件或曝光后, 样品埋藏至今的时间^[2]。其中沉积物埋藏过程中所累积的辐射剂量因光的激发而被释放的信号被称为光释光(Optically Stimulated Luminescence, OSL)^[3]。

所测样品的年龄(Age, 单位为 ka)可由样品埋藏过程中接受的辐射剂量, 即等效剂量(Equivalent dose, D_e, 单位:Gy)除以单位时间接受的辐射剂量, 即剂量率(Dose Rate, 单位:Gy/ka)表示^[3]:

埋藏年龄(ka)= $\begin{matrix} \frac{等效剂量 (Gy)}{年剂量率 (Gy / ka)} \end{matrix}$

Duller^[4]于1991年首次提出单片再生剂量法(Single Aliquot Regenerative protocol, SAR), 经Murray等^[5]改进后成为现今较最成熟的测量样品D_e的一种方法。它已经代替多片法成为现今被广泛使用的方法, 此方法需要的样品量小, 无需校正不同单片的权重, 优势十分明显; 相比于多片法, SAR法的测样速度虽有提高, 但测大量样片依旧要在实验室花费很多时间。

Roberts等^[6]第一次在SAR法基础上提出了标准曲线(Standardised Growth Curve, SGC)法, SGC法的原理是认为所有石英样品应该有共同的剂量响应增长曲线, 因此只要建立一条标准曲线, 理论上就不需要针对每个样片再测量增长曲线。SGC法可以节约大量仪器测试时间, 为实验室测量大量样品提供了可能。但是SGC法在应用中发现其存在一定的局限性, 主要表现在较大剂量时, 不同样品甚至不同样片拟合出来的增长曲线离散度较大, 根据多样品或者多样片拟合出的一条增长曲线在采用SGC法求D_e时会存在较大的误差^[7]。

Li等^[8]于2015年发现这是由于实验测量中所有样品信号未能统一归一化造成的, 由此, 提出了全球标准曲线(global Standardised Growth Curve, gSGC)法, 有效地改进了此弊端, 为高效快速地得到样品的D_e值提供了可靠方法。

目前, 国内关于gSGC方法的介绍与应用相对较少, 且由于各个实验室的仪器误差和测量流程不同, 得到的gSGC增长曲线会出现参数的不同, 因此各个实验室需要建立自己的gSGC增长曲线。本研究将建立中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室释光测年实验室的gSGC曲线和测试流程, 并通过比较gSGC法和SAR法获取的D_e值来判断gSGC法的可靠性, 为下一步提高gSGC精确度及其广泛应用奠定基础。本次研究的意义在于, gSGC法将极大提高本实验室的测样速度, 同时也为其他实验室gSGC增长曲线的建立提供借鉴。

2 实验方法研究

2.1 样品描述

本次研究中的样品取自中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室释光测年实验室曾经测量过的不同区域不同环境的沉积物样品的石英组分, 所有样品都是晒退良好的风沉积物, 共11组。其中样品2015-76和2015-79是取自玛多黄河源区的沙丘沉积物; 2016-35, I2015-69和I2015-70是在巴丹吉林沙漠采集的沉积物; slk-256-260和slk-270-274^[9]是取自乌兰布和沙漠的风尘沉积物; I2016-75是在巴丹吉林沙漠采集的沙丘沉积物; L2012-27-AGE-1和L2011-21-AGE-1^[10]是取自乌兰布和沙漠的沉积物; 2013-13-q age 1是取自青藏高原湖岸阶地的砂砾石沉积物。

2.2 建立gSGC的理论基础

在释光测年中, 一个特定的样品测片或颗粒受光激发而释放的信号L_j可以用单饱和指数函数表示:

$\begin{matrix} L_{j} = S_{j} (i, D) [N_{0} \times (1 - e^{- \frac{D}{D_{0}}})] \end{matrix}$ （1）

式中:D为实验室辐射剂量; S_j(i, D)为关于i和D的函数, 其中i指SAR测量流程中的循环次数; N₀指饱和电荷数; D₀是特征饱和剂量。

同理, 这个测片或颗粒的实验剂量释光信号T_j可以表示为:

$\begin{matrix} T_{j} = k_{j} S_{j} (i, D) [N_{0} \times (1 - e^{- \frac{D_{t}}{D_{0}}})] \end{matrix}$ （2）

式中:常数k描述的是从测量自然剂量或再生剂量信号到测量相对应的实验剂量信号所产生的释光灵敏度的变化, D_t是实验剂量^[8]。

不同测片之间以及同一测片的自然释光信号和各再生释光信号之间存在释光信号敏感度变化, 为了校正测量过程中的这种敏感度变化, 采用了灵敏度校正后的释光信号, 即:

$\begin{matrix} L_{j} / T_{j} = (1 - e^{- \frac{D}{D_{0}}} \frac{)}{[} k_{j} (1 - e^{- \frac{D_{t}}{D_{0}}})] \end{matrix}$ （3）

一般来说D_t≪D₀, 所以简化公式(3)后得到:

$\begin{matrix} \frac{L_{j}}{T_{j}} = \frac{(1 - e^{- \frac{D}{D_{0}}})}{k_{j} \cdot \frac{D_{t}}{D_{0}}} = \frac{D_{0}}{k_{j} \cdot D_{t}} (1 - e^{- \frac{D}{D_{0}}}) \end{matrix}$ （4）

对于年轻的样品:D≪D₀, 所以由公式(4)得:

$\begin{matrix} \frac{L_{j}}{T_{j}} \cdot D_{t} = \frac{D_{0}}{k_{j}} \cdot \frac{D}{D_{0}} = \frac{D}{D_{0}} \end{matrix}$ （5）

由公式(5)可得, 在低剂量范围内(即对于年轻样品来说), 导致不同测片或颗粒剂量响应曲线形状不同的因子是k值, 而在高剂量范围内, 根据公式(4)可知k和D₀均会影响剂量响应曲线的形状。

对于单颗粒石英来说, D₀对剂量响应曲线形状的影响甚至在低剂量区都非常大^{[11, 12]}, 但一个测片包含大量颗粒, 大量颗粒的平均作用会减小D₀值的变化, 也就减弱了对剂量响应曲线形状的影响^[8]。

由此Li 等^[8]于2015年提出“ 再生剂量归一化” 方法, 即每个测片每个灵敏度校正后的信号L_x/T_x均对一个固定的信号L_r₁/T_r₁进行归一化:

$\begin{matrix} \frac{L_{x} / T_{x}}{L_{r 1} / T_{r 1}} = \frac{(1 - e^{- \frac{D_{x}}{D_{0}}} \frac{)}{[} k_{x} \cdot (1 - e^{- \frac{D_{t}}{D_{0}}})]}{(1 - e^{- \frac{D_{r 1}}{D_{0}}} \frac{)}{[} k_{r 1} \cdot (1 - e^{- \frac{D_{t}}{D_{0}}})]} \end{matrix}$ （6）

假设k值与自然剂量和再生剂量无关, 即对于同一个测片来说, k_x=k_r, 则简化公式(6)得:

$\begin{matrix} \frac{L_{x} / T_{x}}{L_{r 1} / T_{r 1}} = (1 - e^{- \frac{D}{D_{0}}}) / (1 - e^{- \frac{D_{r 1}}{D_{0}}}) \end{matrix}$ （7）

根据公式(7)可知, “ 再生剂量归一化” 可以去掉k值对剂量响应曲线的形状的影响。而gSGC正是利用了这一原理。为了避免不同测片的不同实验剂量D_t对剂量响应曲线形状的影响, 可以先用D_t对灵敏度校正后的释光信号L_j/T_j进行校正, 即(L_j/T_j)· $\begin{matrix} {D_{t}}^{[13]} \end{matrix}$ , 然后再进行“ 再生剂量归一化” 。以上部分为建立全球标准曲线gSGC提供了理论依据。

2.3 本实验室的gSGC方案设计

本次研究的实验过程如图1所示, 即:

(1) 选出本实验室用SAR法测过的且测量过再生剂量为80 Gy的光释光信号的纯石英样品数据。

(2) 新数据的获取, 使用在避光、密封的条件下采集的样品进行前处理, 选出其中的粗颗粒矿物, 用重液将石英和长石分选出来, 再用氢氟酸将杂质和矿物颗粒外层去除。

(3) 对前处理好的石英样品进行SAR法测片, 测片所用的仪器是装有⁹⁰Sr/ ⁹⁰Yβ 源的产于丹麦的RisØ DA-15 OSL/TL reader, 其β 辐照剂量率为0.082 Gy/sec。需要注意的是, 每个测片均要测量80 Gy再生剂量处的信号。本文目前只研究石英的SAR和gSGC法。

(4) 将所有80 Gy处有信号的纯石英样品数据先用各自的D_t对灵敏度校正后的释光信号L_j/T_j进行校正, 然后再对80 Gy再生剂量处的信号进行同公式(5)一样的“ 再归一化” 处理, 最后建立全球标准曲线gSGC。

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	图1 技术路线图Fig.1 Technical road map

(5) 应用gSGC法求样品D_e值并通过对gSGC法和SAR法的比较分析其可靠性。

在SAR法中, 需要测量样品的一个自然剂量信号L_n以及对应的实验剂量信号T_n, 3个以上的再生剂量信号L_ri以及其分别对应的实验剂量信号T_ri, 具体步骤见表1。其中, 实验剂量用来校正由辐射、预热和光激发等实验室操作引起的样品释光灵敏度变化。通过所有灵敏度校正后的再生剂量信号L_ri/T_ri建立1条剂量响应曲线(DRCs), 将灵敏度校正后的自然释光信号L_n/T_n投射在剂量响应曲线上即可得到此样品的等效剂量D_e。

表1 SAR测量流程 Table 1 Single-Aliquot Regenerative-dose(SAR) protocol

3 实验结果

图2中的6个小图分别展示了6个样品的L_x/T_x信号和再归一化后的L_x/T_x信号对此图, 其中每个样品对应4~7个测片。横坐标表示每个测片对应的再生剂量, 通过仪器RisØ DA-15 OSL/TL reader的测量, 可得到每个测片自然剂量和各个再生剂量处的L_x/T_x信号, 即在图2中左边纵坐标所对应的菱形散点。而将每个测片各个剂量处的L_x/T_x信号对各自80 Gy处的L_x/T_x信号进行“ 再归一化” (见公式(7)), 得到“ 再归一化” 后的L_x/T_x信号, 即在图2中右边纵坐标所对应的浅色圆形散点。比如样品L2012-27-AGE-1其中一个测片在0, 40, 80和120 Gy处的L_x/T_x信号分别为0.026, 1.911, 2.872和3.753, 对80 Gy处的L_x/T_x信号再归一化后为:0.009053, 0.66539, 1, 1.306755, 发现再归一化后的L_x/T_x信号更加收敛。由图2可知, 每个样品80 Gy处的再归一化的L_x/T_x均为1, 低于80 Gy则小于1, 高于80 Gy大于1。无论L_x/T_x信号还是再归一化的L_x/T_x信号均呈指数增长, 但是再归一化之前的散点离散度较大, 再归一化后的散点更加收敛, 表明再归一化后多个样品共同拟合的生长曲线更加收敛, 趋于一致。其中再生剂量为0 Gy处的点(零点附近除外)的信号指的是样品的自然信号。

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图2 单个样品归一化前后对比图
黑色菱形表示样品没有进行再归一化的信号, 右侧的棕绿色圆点表示其进行再归一化后的信号值Fig.2 Before and after the normalization of a single sample comparison chart
The black in the figure diamond indicates the signals without re-normalized; The brownish green dots represent the re-normalized signal values corresponding to their left

为了避免不同测片的实验剂量D_t对剂量响应曲线形状的影响, 先将11个样品共39个测片用各自的D_t对其灵敏度校正后的释光信号L_j/T_j进行校正, 即(L_j/T_j)· D_t, 然后再按照公式(7)进行归一化, 最后将所有数据进行整合, 就拟合出一条如图3所示的全球标准曲线(gSGC)。表2是根据图3中的散点拟合出的具体方程, 即y=1.09262[1-exp(-x/64.6292)]+0.00276x+0.01062, 其相关系数的平方为0.99133, 拟合度较好。

由上文可知, 本研究的gSGC是通过每个测片对各自80 Gy处的信号再归一化所得, 则:

$y (D_{ri}) = η \frac{L_{ri}}{T_{ri}}$ （8）

$\begin{matrix} y (D_{e}) = η \frac{L_{n}}{T_{n}} \end{matrix}$ (9)

式中:η 为再归一化因子, 对同一个测片来说:

$\begin{matrix} η = \frac{y (D_{r 1})}{L_{r 1} / T_{r 1}} = \frac{y (D_{e})}{L_{n} / T_{n}} \end{matrix}$ (10)

根据公式(10)即可算出每个测片的D_e, 本研究的等式即为:

$\begin{matrix} \frac{1.09262 [1 - \exp (- D_{r 1} / 64.6292)] + 0.00276 D_{r 1} + 0.01062}{L_{r 1} / T_{r 1}} \end{matrix}$

= $\begin{matrix} \frac{1.09262 [1 - \exp (- D_{e} / 64.6292)] + 0.00276 D_{e} + 0.01062}{L_{n} / T_{n}} \end{matrix}$ (11)

例如, 样品slk-270-274, 其第3个测片48 Gy(即D_r₁=48)处的信号L_r₁/T_r₁=4.216± 0.048, 自然信号L_n/T_n=3.227± 0.039代入公式(10)可得出其gSGC D_e为33.22± 0.51, 而根据SAR法求出此测片的D_e为33.84± 0.50, 两者非常接近。由此初步证明了本研究建立的gSGC的可靠性。

Li等^[8]建立的石英全球标准曲线采用单饱和指数函数, 结果为:y=0.787[1-exp(-x/73.9)]+0.001539x+0.01791, 通过分析gSGC D_e和SAR D_e的一致性发现在0~250 Gy范围内石英具有一条共同的生长曲线。Hu等^[14]首次将gSGC法运用于冰川沉积物, 将祁连山东部采集的7个冰川沉积样品(每个样品含8~42个测片)各自进行再归一化处理, 并选取单饱和指数函数y=A× {1-exp[-(x+C)/B]}进行拟合, 得到7条特定样品的SGC曲线, 发现其SGC D_e和SAR D_e的差别很小, 验证了SGC法的可靠性。我们发现Hu等^[14]拟合出的曲线其中一条为y=3.7639× {1-exp[-(x+2.1486)/164.377]}, Li等^[8]的拟合结果为y=0.787[1-exp(-x/73.9)]+0.001539x+0.01791, 本研究为y=1.09262[1-exp(-x/64.6292)]+0.00276x+0.01062, 说明拟合出的曲线方程参数是有区别的。分析发现Li等^[8]选取的再归一化剂量为172 Gy, Hu等^[14]选取的再归一化剂量为48 Gy, 本研究为80 Gy, 通过对gSGC D_e和SAR D_e一致性的分析, 发现其建立的gSGC都是可靠的, 方程参数不同的主要原因是选取的再归一化剂量不同。

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	图3 根据所有样品数据点拟合出gSGC曲线Fig.3 The gSGC curve is fitted according to the data points of all samples

表2 拟合出的方程 Table 2 Fitted the equations

gSGC法通过对所有样品进行归一化, 从而建立了本实验室的一条gSGC增长曲线。gSGC法只需测出样品的自然剂量信号L_n和对应的实验剂量信号T_n以及一个再生剂量信号L_ri和对应的实验剂量信号T_ri就可以得出此样品的等效剂量D_e值, 极大缩短了测样时间。关于D_e的获取, 可以用公式(10)求得, 我们将本研究中的11个样品共39个测片应用公式(10)分别计算出各自的D_e, 然后与其对应的SAR D_e进行比较, 发现其gSGC D_e都比较接近SAR D_e, 如图4中发现散点大都围绕在y=x附近。从图4中还可发现, 在低剂量范围内, 即0~100 Gy内除点(73.52, 52.24)和(74.27, 96.08)差别较大外, 其他测片使用gSGC法估计的D_e和SAR法估计的D_e非常接近。由图4可知, 在较高剂量范围, 如大于100 Gy时gSGC法估计的D_e与SAR法估计的D_e会出现较大差别, 初步分析发现这是由于本研究用于拟合gSGC的样品数量不够多, gSGC增长曲线参数在高剂量区不够精确, 导致高剂量区的gSGC增长曲线出现较大误差。

4 讨论与结论

从图4可以看出, 在0~100 Gy的低剂量范围内, 大部分测片的gSGC D_e和SAR D_e在误差范围内非常一致, 只有点(73.52, 52.24)和(74.27, 96.08)的误差较大。发现误差大的这2个测片对应的是样品L2011-21-AGE-1其中的2个测片, L2011-21-AGE-1共含5个测片, 而观察这2个测片的SAR增长曲线, 排除了增长曲线拟合度差导致这2个测片的gSGC D_e偏差较大的原因。在计算gSGC D_e值时, 这2个测片随机选择了D_r=24 Gy处的信号/=2.370和/=1.693 , 在图3中对应的点为(24, 0.525)和(24, 0.354), 是样品L2011-21-AGE-1在gSGC曲线剂量=24 Gy处最上方和最下方的2个散点, 初步推测由于偏离曲线, 所以其用本研究建立的gSGC的拟合方程y=1.09262[1-exp(-x/64.6292)]+0.00276x+0.01062计算出的gSGC D_e出现较大的偏差。进一步分析, 对样品L2011-21-AGE-1加测了5个SAR测片来分析其生长曲线特征(图5), 图5中曲线F1和F2分别是上述图4中误差较大的2个测片。从图5中可以看出, 其他8个测片的SAR增长曲线更加接近gSGC, 也就是满足所有石英应该有相同的增长曲线的假设。但是曲线F1明显偏离其他石英的增长曲线, 表明偶尔有石英颗粒并不满足所有石英有相同增长曲线的假设。而F2又恰好是在0~60 Gy范围内最低的一条曲线, 当剂量=24 Gy时, F1和F2差别最大, 所以当用剂量为24 Gy处的信号分别求其gSGC的D_e时偏离了SAR法的D_e, 为了减小由于个别石英增长曲线偏离gSGC带来的误差, 我们对一个样品测量多个测片的gSGC D_e并求其平均值来确定此样品最终的gSGC D_e, 这样得到的D_e不仅节约了测量时间, 而且不降低测年的可靠性。例如, 对于L2011-21-AGE-1的10个测片的gSGC和SAR法D_e分别求取平均值, 所得D_e分别为68.14± 5.32和67.76± 3.66, 几乎一致。在大于100 Gy的高剂量范围内, 由图4可知, 散点偏离y=x, 用gSGC法求出的D_e误差较大, 一方面, 本研究用于拟合gSGC的样品数量较少, 导致在较高剂量区域时gSGC曲线参数可能不能准确反映其真实的变化情况; 另一方面, 根据拟合的方程:y=1.09262[1-exp(-x/64.6292)]+0.00276x+0.01062, 可知其对应的饱和剂量为D₀=2× 64.6292=129.2584 Gy, 100 Gy已经靠近饱和区, 这一区域, gSGC参数有微小误差也会导致结果出现较大偏差。

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	图4 gSGC法与SAR法求D_e的比较Fig.4 Comparison of gSGC and SAR for the determination of D_e

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图5 样品L2011-21-AGE-1的10个测片的剂量响应曲线
10条曲线对应的是样品L2011-21-AGE-1 10个测片的生长曲线, 当剂量为24 Gy时, F1的信号值最大, F2的信号值最小Fig.5 Dose response curves of ten aliquots of L2011-21-AGE-1
The 10 growth curves in the graph correspond to the 10 aliquots of the sample L2011-21-age-1; At the dose 24 Gy, the signal value of F1 is the maximum, and the signal value of F2 is the smallest

综上所述, 本实验室通过11组石英样品建立了自己的石英颗粒gSGC标准曲线, 方程为y=1.09262[1-exp(-x/64.6292)]+0.00276x+0.01062, 拟合度良好。此11组样品法gSGC的D_e值与SAR法相比在0~100 Gy的低剂量范围几乎一致。在大于100Gy的较高剂量范围偏差较大, 这是由于本研究用于拟合gSGC由线的样品数量较少, 无法准确反映gSGC由线在较高剂量区域内的真实情况, 导致较高剂量区域的gSGC曲线出现较大偏差, 因此需在今后的工作中逐步积累更多样品, 完善gSGC参数, 使其也能胜任较老年龄样品。另外, 发现个别石英测片(也可能由于个别石英颗粒中包裹有无法去除的长石颗粒导致)不遵从全球标准曲线增长规律。gSGC法与SAR法获取的D_e偏差较大, 但是在与SAR法类似的大量测片条件下, 两者D_e的平均值几乎一致。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[1]	Aitken M J. Optical dating[J]. Quaternary Science Reviews, 1992, 11(1/2): 127-131. [本文引用:1]
[2]	Lai Zhongping, Ou Xianjiao. Basic procedures of Optically Stimulated Luminescence (OSL) dating[J]. Progress in Geography, 2013, 32(5): 683-693. [赖忠平, 欧先交. 光释光测年基本流程[J]. 地理科学进展, 2013, 32(5): 683-693. ] [本文引用:1]
[3]	Aitken M J. An Introduction to Optical Dating[M]. Oxford: Oxford University Press, 1998. [本文引用:2]
[4]	Duller G A T. Equivalent dose determination using single aliquots[J]. International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part D. Nuclear Tracks and Radiation Measurements, 1991, 18(4): 371-378. [本文引用:1]
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[6]	Roberts H M, Duller G A T. Stand ardised growth curves for optical dating of sediment using multiple-grain aliquots[J]. Radiation Measurements, 2004, 38(2): 241-252. [本文引用:1]
[7]	Liu Ruiyuang. *Improvement in Mathmatics for Equivalent Dose( D_e) Calculation Use the Stand ardized Growth Curve(SGC) in Optically Stimulated Luminescence Dating[D]. Xining: Qinghai Institute of Salt Lakes,* Chinese Academy of Sciences, 2012. [刘瑞元. 光释光测年中应用标准曲线法(SGC)求等效剂量(D_e)计算方法的一种改进研究[D]. 西宁: 中国科学院青海盐湖研究所, 2012. ] [本文引用:1]
[8]	Li Bo, Roberts R G, Jacobs Z, et al. Potential of establishing a ‘global Stand ardised Growth Curve’ (gSGC) for optical dating of quartz from sediments[J]. Quaternary Geochronology, 2015, 27: 94-104, doi: 10.1016/j.quageo.2015.02.011. [本文引用:7]
[9]	Li Guoqiang, Jin Ming, Wen Lijuan, et al. Quartz and K-feldspar optical dating chronology of eolian sand and lacustrine sequence from the southern Ulan Buh Desert, NW China: Implications for reconstructing late Pleistocene environmental evolution[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2014, 393: 111-121, doi: 10.1016/j.palaeo.2013.11.003. [本文引用:1]
[10]	Chen Fahu, Li Guoqiang, Zhao Hui, et al. Land scape evolution of the Ulan Buh Desert in northern China during the late Quaternary[J]. Quaternary Research, 2014, 81(3): 476-487. [本文引用:1]
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[13]	Rberts H M, Duller G A T. Stand ardised gorwth curves for optical dating of sediment using multiple-grain aliquots[J]. Radiat Measurements, 2004, 38(2): 241-252. [本文引用:1]
[14]	Hu Gang, Yi Chaolu, Zhang Jiafu, et al. Late Quaternary glacial advances in the eastern Qilianshan, north-eastern Tibet, as inferred from luminescence dating of fluvioglacial sediments[J]. Journal of Quaternary Science, 2016, 31(6): 587-597. [本文引用:3]

1992

0.0

... 1 引言释光年代学测量的是沉积物中的矿物特别是石英和长石颗粒^[1]上一次热事件或曝光后,样品埋藏至今的时间^[2] ...

2013

0.0

. 2013, 32(5):683-693 DOI:10.11820/dlkxjz.2013.05.001

Basic procedures of Optically Stimulated Luminescence (OSL) dating

光释光测年基本流程

Lai Zhongping , Ou Xianjiao.

赖忠平, 欧先交

1. Luminescence Dating Laboratory, Qinghai Institute of Salt Lakes, CAS, Xining 810008, China; 2. School of Geography and Tourism, Jiaying University, Meizhou 514015, China

Since its development in the 1980s, optically stimulated luminescence(OSL) dating has been improved significantly. Even though the error is larger(normally 5%~10%), it has obvious advantageous over radiocarbon dating: larger dating range from decadal up to ~700 ka, abundant dating materials(quartz or feldspars), dating directly the sediment, etc. The purpose of the paper is to introduce the method to those geoscientists who intend to use OSL dating for chronological control so that the sampling in the field will satisfy OSL chronologists. We describe the procedures of OSL dating in the luminescence dating laboratory of Qinghai Institute of Salt Lakes, CAS, including sampling, pretreatment, equivalent dose ( De ) and dose rate determination. We make some suggestions for OSL sampling from strata or drilling cores. In our laboratory we combine the single aliquot regenerative-dose(SAR) and standardised growth curve(SGC) techniques together for De determination, which we call SAR-SGC method with the advantage of reducing machine occupation time for at least 60% compared to that of the SAR method. The abstract of pure quartz of middle grains (38~63 μm) using fluorocilicic acid (H 2 SiF 6 ) could be much easier and simpler compared to that of coarse grains(90~120 μm) and fine grains(4~ 11 μm), without the use of dangerous hydrofluoric acid(HF). Our systematic investigations on the use of SAR-SGC method for different sediments(aeolian, lacustrine, marine, and glacial, etc.) have shown that the method is valid, even though some factors may result in complexity, e.g. the contamination of heavy minerals and feldspars, the thermal history of quartz grains, etc. Since 2008, we have been applying, with success, the SAR-SGC method to dating loess, desert, lacustrine, ocean, glacial, earthquake, and archaeological site sediments, etc.

光释光测年是对沉积物上一次曝光事件年代的测定.自20 世纪80 年代该方法提出以来,得到了越来越广泛的应用.相对于 14 C测年,光释光测年虽存在误差偏大的不足（一般5%~10%）,但是具有以下明显优势：① 其测年年限范围比前者大得多;② 测年物质（石英或长石）丰富,这在干旱半干旱区的沙漠和湖泊中尤其重要,因为在这些地区很难找到可用于 14 C测年的有机质;③ 是对沉积物的直接定年;④ 测年事件包括曝光、受热（400 ℃以上）、火山、地震和晶体（方解石等）形成等.本文介绍了光释光测年的整个实验过程,包括采样、前处理、等效剂量测定、年剂量测定等,以期让有需要的地学同行了解这一方法,尤其是了解从地层或岩芯等取样的过程中应注意的事项.重点介绍单片再生剂量法(SAR)与标准生长曲线法(SGC)相结合测定等效剂量的实验方法(我们命名为SAR-SGC法).该方法能大大提高仪器的使用效率,可节省仪器时间60%以上.通过氟硅酸溶蚀长石来提取石英的中颗粒(38~63 μm)的前处理过程简便易行,获得的石英纯度高,且可以避免使用危险的氢氟酸.中国科学院青海盐湖研究所释光测年实验室近几年应用SAR-SGC法对黄土、沙漠、湖泊、海洋、冰川、考古点等各种类型沉积物进行光释光测年,都获得了很好的结果.

... 1 引言释光年代学测量的是沉积物中的矿物特别是石英和长石颗粒^[1]上一次热事件或曝光后,样品埋藏至今的时间^[2] ...

1998

0.0

... 其中沉积物埋藏过程中所累积的辐射剂量因光的激发而被释放的信号被称为光释光(Optically Stimulated Luminescence,OSL)^[3] ...

... 所测样品的年龄(Age,单位为 ka)可由样品埋藏过程中接受的辐射剂量,即等效剂量(Equivalent dose,D_e,单位:Gy)除以单位时间接受的辐射剂量,即剂量率(Dose Rate,单位:Gy/ka)表示^[3]: ...

1991

0.0

... Duller^[4]于1991年首次提出单片再生剂量法(Single Aliquot Regenerative protocol,SAR),经Murray等^[5]改进后成为现今较最成熟的测量样品D_e的一种方法 ...

2000

0.0

... Duller^[4]于1991年首次提出单片再生剂量法(Single Aliquot Regenerative protocol,SAR),经Murray等^[5]改进后成为现今较最成熟的测量样品D_e的一种方法 ...

2004

0.0

... Roberts等^[6]第一次在SAR法基础上提出了标准曲线(Standardised Growth Curve,SGC)法,SGC法的原理是认为所有石英样品应该有共同的剂量响应增长曲线,因此只要建立一条标准曲线,理论上就不需要针对每个样片再测量增长曲线 ...

2012

0.0

. 2012, :- DOI:doi:http://ir.isl.ac.cn/handle/363002/2823

Improvement in Mathmatics for Equivalent Dose(D_e) Calculation Use the Standardized Growth Curve(SGC) in Optically Stimulated Luminescence Dating[D]. Xining:Qinghai Institute of Salt Lakes,

光释光测年中应用标准曲线法(SGC)求等效剂量(D e )计算方法的一种改进研究[D]

Liu Ruiyuang.

刘瑞元

中国科学院机构知识库(中国科学院机构知识库网格（CAS IR GRID）)以发展机构知识能力和知识管理能力为目标，快速实现对本机构知识资产的收集、长期保存、合理传播利用，积极建设对知识内容进行捕获、转化、传播、利用和审计的能力，逐步建设包括知识内容分析、关系分析和能力审计在内的知识服务能力，开展综合知识管理。

... 但是SGC法在应用中发现其存在一定的局限性,主要表现在较大剂量时,不同样品甚至不同样片拟合出来的增长曲线离散度较大,根据多样品或者多样片拟合出的一条增长曲线在采用SGC法求D_e时会存在较大的误差^[7] ...

2015

0.0

... Li等^[8]于2015年发现这是由于实验测量中所有样品信号未能统一归一化造成的,由此,提出了全球标准曲线(global Standardised Growth Curve,gSGC)法,有效地改进了此弊端,为高效快速地得到样品的D_e值提供了可靠方法 ...

... 式中:常数k描述的是从测量自然剂量或再生剂量信号到测量相对应的实验剂量信号所产生的释光灵敏度的变化,D_t是实验剂量^[8] ...

... 对于单颗粒石英来说,D₀对剂量响应曲线形状的影响甚至在低剂量区都非常大^[11,12],但一个测片包含大量颗粒,大量颗粒的平均作用会减小D₀值的变化,也就减弱了对剂量响应曲线形状的影响^[8] ...

... 由此Li 等^[8]于2015年提出#cod#x0201c ...

... Li等^[8]建立的石英全球标准曲线采用单饱和指数函数,结果为:y=0 ...

... 377]},Li等^[8]的拟合结果为y=0 ...

... 分析发现Li等^[8]选取的再归一化剂量为172 Gy,Hu等^[14]选取的再归一化剂量为48 Gy,本研究为80 Gy,通过对gSGC D_e和SAR D_e一致性的分析,发现其建立的gSGC都是可靠的,方程参数不同的主要原因是选取的再归一化剂量不同 ...

2014

0.0

... slk-256-260和slk-270-274^[9]是取自乌兰布和沙漠的风尘沉积物 ...

2014

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... L2012-27-AGE-1和L2011-21-AGE-1^[10]是取自乌兰布和沙漠的沉积物 ...

1999

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2013

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2004

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2016

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... Hu等^[14]首次将gSGC法运用于冰川沉积物,将祁连山东部采集的7个冰川沉积样品(每个样品含8~42个测片)各自进行再归一化处理,并选取单饱和指数函数y=A#cod#x000D7 ...

... 我们发现Hu等^[14]拟合出的曲线其中一条为y=3 ...