光释光 (OSL) 技术在长江三角洲地区的应用

　　华东师范大学河口海岸学国家重点实验室的OSL实验室，以长江三角洲全新世沉积物为载体，进行了一系列的释光年代方法学研究，并拓展了OSL技术的应用。”

　　年代是沉积学和地貌学研究的基石。全新世三角洲沉积物过去的测年主要依赖14C定年，但往往存在年龄倒转、年龄偏老等现象，因此年代学成为三角洲研究的主要瓶颈之一。随着测年范围和准确度的提高，光释光 (OSL) 测年技术正成为三角洲沉积物年代测定的重要手段。OSL技术是测量样品最后一次完全曝光至埋藏以来的年龄，它通过测量沉积物中的石英或长石矿物直接得到沉积物所在层位的年代。目前该技术的测年范围从近百年到几十万年，这为海岸带晚第四纪地层年代的确定提供了新机遇。尽管国际上OSL技术已应用到三角洲测年，但由于OSL方法受到强烈的地域性影响，需要针对特定地区的环境特征制定技术路线，以获得可信的年代。我国三角洲OSL的研究近几年来刚刚起步，还缺少系统的方法学研究。

　　针对以上问题，近几年华东师范大学河口海岸学国家重点实验室建设了OSL实验室，由年小美副研究员负责实验室的运行和管理。她与沉积环境演变课题组同事以长江三角洲全新世沉积物为载体，进行了系列的释光年代方法学研究，并拓展了OSL技术的应用。

建立了OSL在长江三角洲环境应用的技术路线

　　结合14C、短周期放射性同位素、微塑料等测年技术及历史文献记录，利用不同粒级石英的单片和单颗粒技术，对近万年—百年尺度的长江三角洲沉积物进行了系列的OSL年代学研究[1–5]。研究发现，同一样品不同粒级的石英矿物晒退情况可能不同，样品粒级的选择对年代的准确确定至关重要，采用多粒级多矿物的对比分析，结合数据的特征选择合适的年代模型，可以提高测年结果的准确性 (图1)；将沉积物沉积动力过程研究与释光技术相结合 (图2)，建立了OSL技术在长江三角洲环境应用的技术路线，最年轻可以对近百年沉积物进行有效测定。

图1 不同沉积环境中不同粒级石英OSL年龄之间的关系以及与AMS 14C年龄的对比[5]。对于HM钻孔沉积层序下部的样品，不同粒级得到的OSL年龄在2–9 ka范围内一致。但是，在 0.4–0.6 ka 期间的较年轻三角洲前缘相的样品存在显著的晒退问题，细粉砂石英得到的OSL 年龄被高估了0.5–2.0 ka。这显示了沉积环境对不同粒级年龄一致性的复杂影响。
 
图2 沉积物侵蚀和再沉积对OSL测年结果的影响[5]。随着侵蚀深度的增加，沉积物年龄逐渐变老，被侵蚀的沉积物再沉积之前若不能晒退完全，则可能导致沉积物OSL年龄的倒转，特别是对于细颗粒沉积物或者无法判别沉积物晒退情况的大测片技术

提供了长江三角洲全新世沉积物物源变化研究的新手段

　　在长江三角洲沉积物OSL年代学研究的基础上，对石英释光性质进行了研究[5–6]，发现全新世不同时期的石英释光灵敏度不同，它反映了沉积物物源的变化及对亚洲季风演化的响应，这为研究长江三角洲全新世沉积物物源变化提供了新的技术手段 (图3)。

图3 长江三角洲全新世钻孔单颗粒石英OSL灵敏度变化箱式图 (a) 及其年龄-深度图 (b)[6]。不同层位的石英释光灵敏度存在明显差异，反映了物源的变化。

探究了长江三角洲黄河物源的信号

　　将OSL年代研究与环境磁学、元素地球化学、锆石U-Pb年龄等方法相结合[7–8]，识别了三角洲沉积物中黄河的物源信号，并定量评估了黄河泥沙对长江三角洲沉积物的相对贡献及其时空差异 (图4–5)，这对评估和预测未来流域减沙背景下三角洲的发育趋势具有重要意义。

图4 BX、MQ和WB钻孔岩性、粒度和OSL年龄随深度变化[4,7]。红色三角形：OSL样品的深度及年龄；蓝色实心圆：磁学一阶反转曲线FORC测试样品位置；绿色条带：含胶黄铁矿的层位。
图5 BX、MQ 和 WB 钻孔不同粒级沉积物等温剩磁 (IRM1T) 值的变化[7]。黑色虚线：沉积单元U1、U2 和 U3之间的界限；黄色平行粗线：沉积物OSL年龄约为400 a。
 
参考文献
  • Xiaomei Nian*, Weiguo Zhang, Zhanghua Wang, Qianli Sun, Jing Chen, Zhongyuan Chen, Simon M Hutchinson. The chronology of a sediment core from incised valley of the Yangtze River delta: comparative OSL and AMS 14C dating. Marine Geology, 2018, 395, 320–330.
  • Xiaomei Nian*, Weiguo Zhang, Zhanghua Wang, Qianli Sun, Jing Chen, Zhongyuan Chen. Optical dating of Holocene sediments from the Yangtze River Delta, China. Quaternary International, 2018, 467, 251–263.
  • Feng Wang, Xiaomei Nian*, Jinlong Wang, Weiguo Zhang, Guyu Peng, Can Ge, Chenyin Dong, Daoji Li. Multiple dating approaches applied to the recent sediments in the Yangtze River (Changjiang) subaqueous delta. The Holocene, 2018, 28, 858–866.
  • Feng Wang, Weiguo Zhang, Xiaomei Nian*, Can Ge, Xuanqi Zhao, Qinzi Cheng, Jin Chen, Simon M. Hutchinson. Refining the late-Holocene coastline and delta development of the northern Yangtze River delta: Combining historical archives and OSL dating. The Holocene, 2019, 29, 1439–1449.
  • Xiaomei Nian*, Weiguo Zhang, Zhanghua Wang, Qianli Sun, Zhongyuan Chen. Inter-comparison of optically stimulated luminescence (OSL) ages between different fractions of Holocene deposits from the Yangtze delta and its environmental implications. Marine Geology, 2021, 432, 106401.
  • Xiaomei Nian*, Weiguo Zhang, Fengyu Qiu, Jintang Qin, Zhanghua Wang, Qianli Sun, Jing Chen, Zhongyuan Chen, Niankai Liu. Luminescence characteristics of quartz from Holocene delta deposits of the Yangtze River and their provenance implications. Quaternary Geochronology, 2019, 49, 131–137.
  • Feng Wang, Weiguo Zhang*, Xiaomei Nian, Andrew P. Roberts, Xiang Zhao, Yuan Shang, Can Ge, Yan Dong. Magnetic evidence for Yellow River sediment in the late Holocene deposit of the Yangtze River Delta, China. Marine Geology, 2020, 427, 106274.
  • Yuan Shang, Xiaomei Nian*, Weiguo Zhang, Feng Wang. Yellow River’s contribution to the building of Yangtze Delta during the last 500 years - evidence from detrital zircon U-Pb geochronology. Geophysical Research Letters, 2021, 48, e2020GL091896.

　　年小美，本科和博士分别毕业于吉林大学地球科学学院和北京大学城市与环境学院，随后在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所进行博士后研究。现为华东师范大学河口海岸学国家重点实验室副研究员，主要从事第四纪年代学和地貌演化的研究，特别是释光技术的方法研究及应用。主持国家自然科学基金和博士后科学基金项目，在国内外主流学术期刊上发表论文 30 余篇，担任中国第四纪科学研究会地层与年代学专业委员会委员 (2013–2024)。参与的河南许昌和西藏尼阿底遗址的两项研究，于2017年和2018年分别发表在Science上，OSL技术为上述成果的取得提供了关键的年代学证据。