引用本文
覃金堂, 陈杰, 李涛. 阿尔金断裂带中段现代沉积物样品钾长石红外激发后红外释光的残留信号——对年轻古地震事件测年的指示意义[J]. 地震地质, 2020,42(4): 981-992.
QIN Jin-tang, CHEN Jie, LI Tao. RESIDUAL POST-IR IRSL SIGNALS OF POTASSIUM FELDSPAR FROM MODERN SAG POND DEPOSITS OF CENTRAL ALTYN TAGH FAULT: IMPLICATION FOR DATING YOUNG PALEOSEISMIC EVENTS[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(4): 981-992.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.014
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阿尔金断裂带中段现代沉积物样品钾长石红外激发后红外释光的残留信号——对年轻古地震事件测年的指示意义
覃金堂1), 陈杰1),*, 李涛1,2)
1)中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
2)中山大学, 地球科学与地质工程学院, 珠海 510275
*通讯作者: 陈杰, 男, 1966年生, 研究员, 主要研究方向为新构造、 活动构造、 第四纪地质及其年代学, 电话: 010-62009093, E-mail: chenjie@ies.ac.cn。

〔作者简介〕 覃金堂, 男, 1983年生, 2012年于北京大学获第四纪地质专业博士学位, 现为中国地震局地质研究所副研究员, 研究方向为释光年代学及其应用, 电话: 010-62009111, E-mail: jtqin@ies.ac.cn。

收稿日期: 2019-12-08
基金项目: 国家自然科学基金(41302140)、 中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1513)和中国地震局地震科技星火计划项目(XH20067)共同资助
摘要

阿尔金断裂中段车尔臣河—清水河沿线发育新鲜的地震地表破裂带, 据推测可能由千年以来的强震事件所致。 然而, 由于目前缺乏可有效应用于ka时间尺度的第四纪测年方法, 建立该地区历史时期古地震事件的精确时间序列十分困难。 文中在该断裂带采集分选好、 中、 差3种不同类型的具有代表性的现代断塞塘沉积样品, 探讨了基于钾长石红外激发后红外释光(post-IR IRSL)方法测定年轻古地震事件的可能性。 通过 “积分区间-激发温度坪”实验, 确认了在首步IR激发温度为110℃时, post-IR IRSL170 信号在ka时间尺度上不受异常衰减影响。 采用粗颗粒2mm小测片技术, 利用最小年龄模型和有限混合模型, 可有效识别出断塞塘沉积物中post-IR IRSL170 信号晒退彻底的钾长石颗粒。 实验表明, 这一方法得到的post-IR IRSL170 信号的非光敏残留剂量为0.6~0.8Gy, 如通过合理的方法扣除其影响, post-IR IRSL170 技术将有望用于数百a至ka时间尺度的古地震事件测年。

关键词: 阿尔金断裂; 古地震; 断塞塘沉积; 钾长石; 释光测年
中图分类号:P597 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)04-0981-12
RESIDUAL POST-IR IRSL SIGNALS OF POTASSIUM FELDSPAR FROM MODERN SAG POND DEPOSITS OF CENTRAL ALTYN TAGH FAULT: IMPLICATION FOR DATING YOUNG PALEOSEISMIC EVENTS
QIN Jin-tang1), CHEN Jie1), LI Tao1,2)
1)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2)School of Earth Science and Geological Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 510275, China
Abstract

The Altyn Tagh Fault(ATF)is one of the most prominent active strike-slip faults in the India-Eurasia collision. Fresh features of surface ruptures, which are attributed to seismic events taking place in the last millennium, are identified at several sites along the Che'erchen River to Qingshui River section on the central part of ATF. Accurate chronology of these earthquake events would help understand the spatial-temporal relationship of the recent earthquakes. However, great difficulties are encountered. The central ATF is located in the arid area, and the vegetation cover is so limited that rare organic materials appropriate for radiocarbon dating can be found in the sediments. Luminescence dating technique may serve as an alternative to directly determine the burial ages of the earthquake related sediments. The optically stimulated luminescence(OSL)signal of quartz, which has been widely employed for luminescence dating, displays unwanted charateristics for accurate dating. Firstly, the quartz OSL signal is not sensitive to irradiation, which leads to low signal-to-noise ratio or even no measurable quartz OSL signal. Secondly, the targeted samples of the last millennium are very young, and the radiation dose received during the burial is expected to be less than 3~4Gy, which futher deteriorates the signal-to-noise ratio of the quartz OSL signal. Therefore, quartz OSL signal is not appropriate for dating the sediments relevant to the recent earthquakes on ATF.
The infrared stimulated luminescence(IRSL)signal of potassium feldspar is an alternative, and it is in usual an order of maginitude more sensitive to raidation than the quartz OSL signal. The enhanced signal-to-noise ratio makes it applicable to young samples. The post-IR IRSL signal has been successfully applied to date the sediments beyond the Holocene, however, the relatively slow bleaching of the post-IR IRSL signal poses challenges on applying it to young sediments, especially for the sediments deposited during the last millennium. In this study, we investigated the feasibility of using post-IR IRSL signal from potassium feldspar to date the earthquake events of the last millennium by employing modern sag pond deposits with different sorting and expected equivalent dose( De)of 0Gy. Choosing an appropriate measurement procedure and identifying the well bleached pottassium feldspar grains are essential for post-IR IRSL dating of young sediments. The non-fading characteristic of the post-IR IRSL170 signal measured at 170℃ following a prior IR stimulation at 110℃ was verified by employing the De plateau test with respect to the signal integration interval and IR stimulation temperature together. Reducing the amount of potassium feldspar grains mounted on an aliquot would help reveal the among grains variation of bleaching level of post-IR IRSL170 signal before depostion and identify the most sufficiently bleached grains. Therefore, the post-IR IRSL170 De values of 2mm aliquots were measured for three samples with different sedimentary textures. The median of De distribution of well sorted and stratified sag pond deposits is consistent with the minimum De value inferred from the minimum age model(MAM-3) and finite mixture model(FMM), while for the poorly sorted deposits, the median is significantly overestimated compared with the minimum De values from the MAM-3 and the FMM. The minimum De values of 0.6~0.8Gy of all three samples are consistent with the unbleachable residual dose previously reported for post-IR IRSL signals measured at similar temperature for well bleached samples. It implies that by combined use of small aliquot and statistical age models, the well-bleached potassium feldspar grains could be identified. Such an intrinsic unbleachable component needs to be properly corrected when earthquake events of last millennium are to be dated in this area. Otherwise, the post-IR IRSL170 age would be overestimated by 200~300a.
The post-IR IRSL170 procedure investigated in this study is not only applicable for dating the paleoearthquake events along the Altyn Tagh Fault, but also with great potential to be applied to other tectonically active area. With consideration of the potential variability in post-IR IRSL signal characteristics of potassium feldspar grains from different origins, the signal stability needs to be routinely inspected. The modern analog sample would also be informative for justifying the measurement procedure and analytical method employed.

Keyword: Altyn Tagh Fault; paleoseismic event; millennium; potassium feldspar; luminescence dating
0 引言

光释光测年技术在年轻沉积物, 尤其是缺乏14C测年物质的沉积物测年中得到了广泛应用(Madsen et al., 2009; Medialdea et al., 2014)。 然而, 将其用于中国西部与古地震相关的年轻(年龄< 1ka)沉积物测年时, 存在两大挑战: 1)与地震相关的沉积物沉积相复杂, 在沉积前经历的搬运距离往往很短, 多数样品在沉积前光释光信号并未完全晒退回零; 2)样品沉积的地点距离基岩源区往往较近, 目前应用较为成熟的石英蓝光释光信号对辐照剂量的响应不敏感, 信噪比差, 难以用于测量年轻样品。 Washburn等(2001)应用长石常规低温红外释光信号(IRSL)对阿尔金断裂年龄为ka尺度的古地震事件进行了释光测年。 虽然长石IRSL信号对辐照剂量的敏感性显著高于石英蓝光释光信号, 但该信号可能受到异常衰减的影响而造成年龄低估。 钾长石两步法红外激发后红外释光(post-IR IRSL)和多步升温红外激发后红外释光(MET-post-IR IRSL)信号的异常衰减速率大多< 1.5%/10个时间单位(Thomsen et al., 2008; Buylaert et al., 2009), 显著小于钾长石低温常规IRSL信号的异常衰减速率(往往> 3%/10个时间单位)(Huntley et al., 2001), 甚至不受异常衰减影响(Li et al., 2011; Thiel et al., 2011; Fu et al., 2013), 这使得利用钾长石红外释光信号测量年轻古地震事件的年代成为可能。

钾长石post-IR IRSL信号异常衰减速率会受到激发温度的影响, 激发温度越高则异常衰减速率越小。 然而, 在较高的红外激发后红外(post-IR IR)激发温度下, 样品的残留剂量也相应提高。 释光测年中的残留剂量是指在沉积埋藏事件发生时, 与测年相关的释光信号并不为零。 残留剂量有2种可能的来源: 未经阳光充分晒退的沉积前吸收的剂量或在测量过程中由辐照、 预热和激发产生的次生残留信号(Buylaert et al., 2011; Qin et al., 2012; Li et al., 2013), 而后者本研究称之为非光敏残留剂量。 在2种情状下, 残留剂量均与post-IR IR激发温度呈正相关, 可通过对现代零年代样品的测量予以估计。 沉积前经过长时间阳光晒退的钾长石颗粒, 当post-IR IR激发温度为290℃时其post-IR IRSL290 信号的残留剂量可高达20~40Gy(Buylaert et al., 2011; Nian et al., 2012), 而对于多步法的MET-post-IR IRSL250 信号, 其残留剂量则减小至仅5Gy(Li et al., 2011, 2014; Fu et al., 2012)。 将激发温度降低至180℃或150℃, 光晒退完全的海岸沉积物中的钾长石残留剂量可降低至0.6~1.1Gy或0.3~0.8Gy, 但该信号可能受到异常衰减的影响(Reimann et al., 2011, 2012)。 对于较年轻的沉积物, 选择激发温度时既需保证post-IR IRSL信号足够稳定, 同时又不会显著受到残留剂量的影响(Kars et al., 2014)。 Fu等(2013)通过提高前置IR激发温度至110℃, 并在原有的两步红外激发之间额外增加一步红外激发, 提出了针对年轻沉积物的三步post-IR IR测年方法。 三步法的post-IR IRSL170 信号不受异常衰减影响, 对于中国北方风成沉积物中的钾长石, 其残留剂量介于0.5~1Gy。 而将首步IR激发温度提高至110℃后, 两步法的post-IR IRSL170 信号也不受异常衰减影响。

与两步法post-IR IRSL测量相比, 三步法的优势在于可提供等效剂量(De)对激发温度的 “ 坪” , 用以判断信号是否受异常衰减影响, 但需测量多个激发温度下的IRSL信号。 对于年轻或释光信号较弱的样品, post-IR IRSL信号的信噪比往往较低。 基于钾长石IRSL信号衰减曲线的后部比前部异常衰减速率低的特点(Thomsen et al., 2008; Jain et al., 2011), Fu(2014)提出了“ 积分区间-激发温度坪” 检验以识别post-IR IRSL信号是否受异常衰减影响。 该方法使得基于两步法post-IR IRSL De测量的坪检验成为可能, 减小了多步法可能导致的信噪比较低的问题。

上述进展使得应用钾长石post-IR IRSL测年技术进行年轻(ka尺度)古地震事件的测年成为可能。 本研究拟通过对阿尔金断裂中段现代断塞塘堆积(期望年龄为0)进行钾长石post-IR IRSL170 信号残留剂量的测量, 以评价将其用于该地区全新世晚期地震事件测年的可靠性。

1 样品、 研究方法与测量仪器

基于卫星影像解译及野外调查, 我们在阿尔金断裂带中段西部车尔臣河— 清水河一线发现了一系列非常新鲜的长逾100km的地震地表破裂遗迹及相关的近现代断塞塘沉积, 并采集了分选程度不同的地表现代(期望De为0Gy)断塞塘沉积样品(图1a)。 地表破裂形成的正地形阻挡了来自北部山地的流水, 逐渐形成了断塞塘。 虽然3个取样点距离北部的基岩山体非常近, 但是断塞塘相对稳定的沉积环境使得相关沉积物可能经历了相对更长的曝光时间。 样品12-330为分选较差、 富含棱角状灰岩细砾的粉细砂, 可能为近源快速沉积(图1b); 12-333为无层理、 分选中等、 偶含细砾的粉细砂, 可能较快速沉积(图1c); 12-351为薄层状水平层理及纹层发育、 分选好的粉砂, 可能经历了阳光晒退相对较为充分的缓慢沉积过程(图1d)。

图1 取样地点及测年样品的沉积特征
a 现代断塞塘样品的取样点(Google Earth影像), 小图引自Muretta(2009), 其中矩形方框为本文所涉及的研究区域在阿尔金断裂上的位置; b 12-330现代断塞塘沉积物的照片; c 12-333现代断塞塘沉积物的照片; d 12-351现代断塞塘沉积物的照片Fig. 1 The sampling site and the sedimentary textures of the samples taken for dating.

在以低功率红光二极管作为光源(波长约为630nm)的暗室中, 采用常规粗颗粒前处理技术分选出密度< 2.58g/cm3、 粒径为90~125μ m的钾长石颗粒(Wallinga et al., 2000)。 为了检测样品的光晒退程度, 采用粗颗粒小测片技术, 首先以直径为9.7mm的不锈钢片圆心为中心涂抹直径约2mm的硅油, 然后在其上粘附钾长石颗粒, 数量通常介于100~200(Duller, 2008)。

本研究采用两步法post-IR IRSL单片再生剂量技术进行De测量(表1)。 首步110℃ IR激发用于去除受到异常衰减影响的信号, 次步170℃post-IR IR激发的红外激发后红外释光信号则用于计算De。 在这2步红外激发之前, 均在指定温度进行2s不打开红外光源的热激发。 为了避免上一测量循环的释光信号由于激发时间不足够长或热转移而被下一测量循环所继承, 在每一测量循环末尾进行高温(280℃)IR激发以去除潜在的残留post-IR IRSL170 信号。 我们拟通过 “ 积分区间-激发温度坪” 方法对钾长石post-IR IRSL170 信号是否存在异常衰减进行验证(Fu, 2014)。 在此基础上, 对每个样品测量若干小测片, 直到循环比率(Recycling ratio, RR)介于0.9~1.1的测片数量> 50。 由于样品的释光信号在沉积前很可能晒退不完全, 除应用简单统计, 如均值、 中值对等效剂量进行估算外, 还使用了中央年龄模型(Central age model, CAM)、 三参数最小年龄模型(Minimum age model-3, MAM-3)和有限混合模型(Finite mixture model, FMM)对样品的光晒退程度进行评价, 并估算样品的等效剂量(Galbraith et al., 1999)。 本研究涉及的统计分析均通过执行R环境下的Luminescence程序包得到(Dietze et al., 2013)。

表1 年轻沉积物红外激发后红外释光单片再生剂量法(post-IR IRSL170 SAR)的测量步骤(改自Fu et al., 2013) Table 1 The post-IR IRSL170 SAR protocol for dating young sediments(after Fu et al., 2013)

释光测量仪器为Risø TL/OSL-DA-20型自动释光测量仪。 实验室剂量通过 90Sr/90Y β 射线放射源进行辐照。 采用的红外激发LED(λ =(870± 40)nm)的功率为130mW/cm2; 释光信号由前置了Schott BG 39/BG 3滤光片组合的EMI 9235QB型光电倍增管进行探测。

2 实验结果
2.1 IRSL110 和post-IR IRSL170 信号的释光特性

样品12-351(2mm钾长石测片)的IRSL110 和post-IR IRSL170 信号衰减曲线及其相应的剂量响应曲线如图2a— c所示。 IRSL110 信号的强度比post-IR IRSL170 信号约高1个数量级。 分别对IRSL110 和post-IR IRSL170 信号衰减曲线中2~12s、 14~24s、 26~36s和38~48s区间的信号进行积分, 并减去相应衰减曲线末尾10s的背景信号, 用于计算等效剂量。 为便于图示, 我们采用累积IR激发时间, 即初始10s的post-IR IRSL170 信号相当于累积红外激发102~112s(包括了前步IRSL110 的100s激发时间)。 通过初始10s的IRSL110 和post-IR IRSL170 信号建立的20个测片的剂量响应分别如图2b和2c所示。 由于信噪比较高, 不同测片的IRSL110 信号剂量响应曲线的一致性良好; post-IR IRSL170 信号的信噪比较IRSL110 信号低1个数量级, 相应地, 其不同测片的剂量响应曲线的一致性也相对较差。

图2 钾长石样品12-351的IRSL110 和post-IR IRSL170 信号的基本性质和 “ 积分区间-激发温度坪” 测试结果
a 释光信号衰减曲线; b IRSL110 的剂量响应; c post-IR IRSL170 的剂量响应, 平均剂量响应以实心符号表示; d “ 积分区间-激发温度坪” 检验结果以及通过循环比率甄别测片的比例; e 基于简单统计的未通过和通过循环比率甄别的“ 积分区间-激发温度坪” 实验结果Fig. 2 Luminescence characteristics of IRSL110 and post-IR IRSL170 signals of potassium feldspar grains of sample 12-351 and the results of “ De-t-T” plateau test.

2.2 IRSL110 和post-IR IRSL170 信号 “ 积分区间-激发温度坪” 测试

考虑到样品的IRSL信号受不完全晒退的干扰, 选择从沉积相上判断晒退可能相对充分的样品12-351进行 “ 积分区间-激发温度坪” 检验, 测试所选信号的积分区间如上节所述。 对于各不同积分区间的信号, 将循环比率RR为0.9~1.1的等效剂量用于坪检验。 由于不同积分区间的信噪比不同, 故可通过循环比率甄别的测片接受比例亦不相同。 如图2d所示, 对初始10s的IRSL110 信号进行积分时, 可通过循环比率检验的接受比例(以可获得等效剂量的测片计)达97%, 该比例随着积分区间沿释光衰减曲线的向后移动而逐渐减小, 当积分区间为38~48s时, 仅有10%的测片可通过循环比率检验。 对不同区间的post-IR IRSL170 信号进行积分时, 情况与IRSL110 信号类似, 对初始10s的post-IR IRSL170 信号进行积分, 通过检验的测片比例为45%, 仅为IRSL110 信号的一半。 De-t-T图(图2d)显示了通过循环比率检验的De与积分区间和激发温度的关系: 与通过其它积分区间的IRSL110 和post-IR IRSL170 信号得到的等效剂量相比, 利用初始10s的IRSL110 信号得到的等效剂量相对更集中于低剂量端。 对于post-IR IRSL170 信号, 通过38~48s区间信号积分得到的De异常偏低, 由于有效数据有限, 其原因还需进一步研究。

为了确认是否存在 “ 积分区间-激发温度坪” , 我们比较了不同积分区间等效剂量的算术平均值和中值。 如图2e中的实心方块和圆圈所示, IRSL110 信号De的均值和中值均随积分区间的后移略呈增加趋势, 至与初始10s的post-IR IRSL170 信号De的均值和中值相同(图中的102~112s), 而后者De的中值和均值并未随积分区间后移而增加, 意味着初始10s的post-IR IRSL170 信号不受异常衰减的影响(Fu, 2014)。 因此, 我们采用该区间的信号计算和统计等效剂量。

如图2e所示, 未通过和通过循环比率甄别的De的中值一致, 而未通过甄别的De的平均值在长IR激发时间的条件下系统地大于通过甄别的De的平均值。

2.3 post-IR IRSL170 等效剂量分布

对3个样品的post-IR IRSL170 信号进行循环比率甄别后, 用初始10s的信号计算得到的De分布如图3a— c所示。 其中, 与曲线对应的左侧y轴为De值的核密度估计, 是对De分布概率的估计; 散点对应的右侧y轴为De值的累积频数; 阴影的左、 右边界分别对应De值累积频率分布的第一和第三分位数, 竖线则为中值; se为均值的标准误差, rse为均值的相对标准误差; n/N为通过甄别测片的数目与总测片数目的比值。 从分布范围看, 样品12-330的De值最大可达约50Gy; 样品12-333次之, De最大值约为30Gy; 样品12-351的De值分布最为集中。 在样品12-333和12-351的结果中均可观察到显著的尖锐核密度峰, 第一分位数、 中位数和第三分位数非常接近, 意味着这2个样品中大多数钾长石颗粒经历了相同程度的曝光过程; 2个样品的De分布中位数约为0.7Gy, 与现有研究报道的post-IR IRSL170 和post-IR IRSL180 信号的阳光不可晒退残留剂量值一致(Reimann et al., 2012; Fu et al., 2013)。 样品12-330并未呈现尖锐的核密度峰, 在高剂量区存在显著拖尾, 中位数与第一分位数接近, 但远离第三分位数, 意味着该样品沉积前有大量颗粒未经过充分光晒退, 其De分布的中位数高达3.8Gy, 远大于非光敏残留剂量, 由此可知其中有来自不完全晒退信号的贡献。

图3 post-IR IRSL170 等效剂量分布(a— c)和放射图(radial plot)(d— f)
a、 d为样品12-330; b、 e为样品12-333; c、 f为样品12-351。 n为循环比率(RR)为0.9~1.1的De值的个数, N为测量得到的De值的总个数; 放射图中浅色和深色阴影分别为利用中央年龄模型(CAM)和最小年龄模型(MAM-3)计算的De± 2σ Fig. 3 post-IR IRSL170 De distribution(a— c) and radial plot(d— f).

考虑到样品在沉积前post-IR IRSL170 信号可能未完全晒退, 因此除简单统计外, 还利用相应的年龄模型对3个样品的De值进行了计算。 利用中央年龄模型(CAM)得到的De与其中值接近, 但3个样品的过离散度(Overdispersion, OD)值介于58%~120%, 显著大于经历了充分晒退的石英单片和单颗粒样品常见的10%~30%(Arnold et al., 2009)。 因此, 我们应用三参数最小年龄模型(MAM-3)估算各样品中经历了阳光充分晒退颗粒的等效剂量。 在计算过程中, 假设对于经历良好晒退的钾长石颗粒, 其post-IR IRSL170 信号等效剂量的离散度σ b=0.25。 对于样品12-333和12-351, 通过MAM-3计算的最小De与通过简单统计得到的中值接近, 且均与非光敏残留剂量接近; 而样品12-330的最小De值与非光敏残留剂量接近, 但显著小于De的分布中值及均值(表2)。

表2 基于不同统计模型计算的post-IR IRSL170 等效剂量值 Table 2 post-IRIRSL170De values calculated using different statistical models

对于通过最小年龄模型获得的等效剂量值需检验其是否具有代表性, 而放射图是一种直观的检验方式。 如图3d— f所示, 对于3个样品, 均有超过10%的De值落在最小De± 2σ 的范围内, 意味着3个样品的最小De具有代表性。 然而, 与样品12-333和12-351不同, 样品12-330的最小等效剂量在全部等效剂量值中仅约占10%, 且单个测片的De值的相对误差都大于10% 。

杨会丽(2012)发现通过有限混合模型(Finite mixed model, FMM)也能够较为理想地识别出曝光充分的矿物颗粒, 我们也尝试应用了有限混合模型进行分析。 自6个组分起, 依次减少组分数目, 使得各组分De值不同的组分数目便是有限混合的组分数目。 3个样品最小De组分占所有De值的百分比和有限混合的组分数目分别为10%、 6组分(12-330), 15%、 4组分(12-333)和9%、 5组分(12-351), 最小剂量组分所占比例均接近或超过10%, 因此图2中所列的FMM最小组分De值具有代表性。 与MAM-3最小剂量相比, 3个样品的FMM De值与其在误差范围内并不存在显著差异, 并与钾长石低温红外激发后红外释光信号的非光敏残余剂量接近。 上述结果表明, 对于本地区的断塞塘堆积, 通过MAM-3和FMM模型均可有效筛选出post-IR IRSL170 信号充分接受阳光晒退的钾长石颗粒。

3 讨论与初步结论

阿尔金断裂地震地表破裂带的3种不同类型地表现代断塞塘沉积样品的钾长石IRSL110 和post-IR IRSL170 信号的测量结果表明, 在首步IR激发温度为110℃的条件下, post-IR IRSL170 信号在ka时间尺度上是稳定的, 可基本排除异常衰减的干扰。 即使假设post-IR IRSL170 信号的异常衰减速率为1%/10个时间单位, 实测年龄为1.0ka的样品经H+L模型(Huntley et al., 2001)校正后的年龄也仅为1.09ka, 其年龄低估仅8%。

对于分选程度中等和较好的样品12-333和12-351, 钾长石post-IR IRSL170 信号的光晒退程度相对更加充分, De分布中值与通过MAM-3和FMM年龄模型获得的最小De值接近, 且该值与钾长石的post-IR IRSL170 信号热转移导致的非光敏残留剂量一致。 对于分选较差的沉积物样品12-330, 其中有部分钾长石颗粒的post-IR IRSL170 信号未被完全晒退, 使得De的分布中值显著大于通过MAM-3和FMM模型计算的最小De值, 而后者则与非光敏残留剂量值一致。 因此, 对于该地区断塞塘沉积物中的钾长石, 无论是经过部分晒退或是完全晒退, 均可通过简单统计和年龄模型识别出其中post-IR IRSL170 信号被阳光充分晒退的颗粒。

然而, 即使对于经过充分光晒退的样品, 钾长石的post-IR IRSL170 信号由于热转移而导致的非光敏残余剂量仍达到0.6~0.8Gy。 假设该粒径钾长石典型年剂量率约为4Gy/ka, 由非光敏残留剂量所造成的本底年龄介于0.15~0.2ka。 对于数ka尺度的强震复发周期, 这一本底年龄几乎可忽略不计。 但对于数百a尺度的强震复发周期, 该本底年龄需在考察其对剂量响应的基础上通过合适的方法予以扣除(Li et al., 2013)。

Washburn等(2001)采用细颗粒混合矿物常规低温IRSL信号获得了阿尔金断裂邻近地区古地震事件的年龄。 虽然该信号的信噪比通常高于post-IR IRSL170 信号, 且相对更容易被光晒退, 但该信号的异常衰减导致得到的年龄可能严重偏年轻。 现有研究表明, 长石常规低温IRSL信号的异常衰减速率可在1%~10%间波动(Huntley et al., 2001, 2006)。 若保守假设钾长石的常规低温红外释光信号的异常衰减速率为3%/10个时间单位(Huntley et al., 2006; Thomsen et al., 2008), 则实测年龄为1.0ka的样品经H+L模型校正后的年龄达1.3ka, 造成的年龄低估达25%。 实验测量的长石IRSL信号异常衰减速率受到实验室给定剂量和具体测量程序等因素的影响(Huntley et al., 2006; Li et al., 2008)。 若基于年龄< 1ka样品的期望剂量测量异常衰减速率, 信号的异常衰减与测量本身的不确定性很难区分。 因此, 准确估计年轻钾长石样品的常规低温红外释光信号的异常衰减速率非常困难, 进而无法对其造成的年龄低估进行准确修正。

“ 积分区间-激发温度坪” 测试显示, 阿尔金断裂车尔臣河— 清水河段的断塞塘沉积物钾长石在首步IR激发温度为110℃的条件下, 其post-IR IRSL170 信号在ka时间尺度上不受异常衰减影响。 然而, 断塞塘沉积物钾长石的post-IR IRSL170 信号在沉积埋藏前的光晒退程度与其沉积环境相关。 采用粗颗粒2mm小测片技术, 利用最小年龄模型和有限混合模型, 可识别出断塞塘沉积物中post-IR IRSL170 信号晒退彻底的钾长石颗粒。 分选较好的样品12-351经历了最为充分的曝光, 其钾长石post-IR IRSL170 信号等效剂量分布的均值、 中值与通过最小年龄模型和有限混合模型推测的最小剂量一致, 也与该信号的非光敏残留剂量(0.6~0.8Gy)一致; 分选中等的12-333有少部分颗粒未经历充分曝光, 而分选差的近源样品12-330沉积前的曝光程度最不充分, 其等效剂量分布的中值显著大于通过最小年龄模型和有限混合模型推测的最小剂量, 而后者也与post-IR IRSL170 信号的非光敏残留剂量一致。 显然, 粗颗粒小测片钾长石post-IR IRSL170 技术可用于对阿尔金断裂数百a至ka时间尺度的古地震事件进行测年, 但需要通过合理的方法扣除post-IR IRSL170 非光敏残留剂量的影响。

致谢 Ramon Arrowsmith教授、 Eric Cowgill教授、 Barrett Salisbury博士和杨晓东博士等参加了野外样品的采集工作; 审稿人对文章提出了宝贵的修改意见。 在此一并表示感谢!

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