巖石表層釋光暴露年齡及侵蝕速率的相關(guān)參數(shù)影響分析

羅 明 龔志軍 郭福生 彭花明

1（東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 南昌 330013）

2（東華理工大學(xué) 江西省數(shù)字國土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌 330013）

3（中國地震局地質(zhì)研究所 地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100029）

近十年來，新興和快速發(fā)展的巖石表層釋光測年方法為獲取101～104年時(shí)間尺度上的暴露年齡和侵蝕速率提供了一種新的方法和思路［1-2］。該方法具有前處理過程簡單、測試耗時(shí)短、有潛力揭示巖石曾經(jīng)的暴露和埋藏歷史等優(yōu)點(diǎn)，并已在全世界吸引了廣泛的研究興趣，它正逐漸成為釋光測年乃至第四紀(jì)地質(zhì)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。不同學(xué)者嘗試?yán)迷摲椒ǐ@取基巖壁畫的創(chuàng)作時(shí)間［1，3］、巖石復(fù)雜的曝光和埋藏歷史［4］、河流、海灘礫石以及沖洪積礫石的曬退情況和年齡［5-13］、考古點(diǎn)石塊年齡［14-16］、太陽輻射量的變化［17］、巖石的侵蝕速率［2，18-21］以及基巖斷層的活動(dòng)歷史［22］等。

與釋光信號積累和曬退有關(guān)的若干參數(shù)對于測年和獲取侵蝕速率影響至關(guān)重要，但這些參數(shù)往往不一定能測量準(zhǔn)確。例如：巖石中礦物分布不均勻時(shí)，巖片的環(huán)境劑量率也就隨之不同；釋光信號-深度曲線擬合獲取光衰減系數(shù)μ和曬退速率時(shí)，有較大的不確定性和誤差等。這些參數(shù)不準(zhǔn)確或不精確時(shí)，將會(huì)對測年和侵蝕速率結(jié)果造成多大的影響？故需定量研究這些參數(shù)對于釋光信號-深度曲線的影響程度。Sohbati等［23］考慮改變光的波長、特征飽和劑量、光的衰減系數(shù)對于釋光信號曬退深度的影響，然而其沒有考慮環(huán)境劑量率、曬退速率變化的影響，而且其模擬的數(shù)據(jù)點(diǎn)間隔過大，導(dǎo)致半飽和深度（指釋光信號曬退至飽和值的50%時(shí)的深度；用來量化釋光信號曬退深度的指標(biāo)）與暴露年齡的指數(shù)呈線性區(qū)和飽和區(qū)之間沒有顯示本應(yīng)有的圓弧過渡區(qū)。此外，目前還未有研究系統(tǒng)考慮相關(guān)參數(shù)μ、、及特征飽和劑量D0對通過該方法獲取侵蝕速率的影響程度。

本文擬通過理論公式總結(jié)可能影響利用該方法獲取暴露年齡和侵蝕速率的參數(shù)：μ、、及D0，通過模擬不同參數(shù)下半飽和深度與暴露年齡和侵蝕速率之間的關(guān)系，從而研究相關(guān)參數(shù)μ、、及D0對暴露年齡和侵蝕速率的影響，并獲得不同參數(shù)下該方法獲取暴露年齡和侵蝕速率的極限，以及模擬研究典型巖石類型砂巖和花崗片麻巖的光曬退情形。

1 獲取暴露年齡和侵蝕速率的基本原理和公式

本文主要聚焦巖石表層釋光測年獲取暴露年齡和侵蝕速率，巖石的暴露年齡是指原本長期埋藏的巖石由于地質(zhì)、生物或人為等事件后暴露地表，從而暴露在日光下的時(shí)間；侵蝕速率是指在單位時(shí)間內(nèi)巖石表面受物理、化學(xué)和生物風(fēng)化作用下的剝蝕量［2］。下面從理論公式方面探討有哪些參數(shù)可能影響由巖石表層釋光測年方法獲得的暴露年齡和侵蝕速率。

當(dāng)受到光照時(shí)，巖石表面晶體的晶格缺陷中的陷獲電子一方面受到光曬退的影響而逃逸減少，另一方面受到環(huán)境電離輻射而捕獲增加。假設(shè)電子捕獲和逃逸遵循一級動(dòng)力學(xué)，則在距離巖石表面的深度x（mm）處陷獲電子濃度n（mm-3）的瞬時(shí)變化率為［2，23］：

式中：t（ka）為時(shí)間；N（mm-3）為電子陷阱濃度；F（x）（ka-1）和E（x）（ka-1）分別是電子被俘獲和逃逸的速率。

日光穿透巖石時(shí)，受到巖石礦物的屏蔽影響，入射光強(qiáng)度會(huì)隨穿透深度而衰減，假設(shè)陷獲電子的逃逸速率E（x）（ka-1）隨深度x（mm）的關(guān)系遵循Lambert-Beers定律［5，24］：

電子俘獲速率系數(shù)F（x）可表示為：

式中：（Gy·ka-1）為環(huán)境劑量率；D0（Gy）為填充陷阱的約63%（即1-e-1）的特征飽和劑量［25］。在巖石表面和內(nèi)部的可能有所差異，但對于暴露測年來說，因?yàn)樵趲r石表面附近時(shí)，E（x）比F（x）大了數(shù)個(gè)數(shù)量級，因此可以忽略。從而在曝光過程中的劑量率可以近似認(rèn)為與深度無關(guān)，即F=/D0=常數(shù)［2］。

當(dāng)之前埋藏的巖石首次暴露在太陽光下，以及初始陷獲電子濃度近似等于電子陷阱濃度時(shí)，將式（1）進(jìn)行積分，從而獲得陷獲電子濃度n（mm-3）除以電子陷阱濃度N（mm-3）的比值與t（ka）、x（mm）、E（x）（ka-1）及F（ka-1）的關(guān)系［2］為：

式（4）中，巖石表面侵蝕速率為0。根據(jù)式（4）可以模擬經(jīng)歷不同暴露時(shí)間后的巖石殘余釋光信號與深度之間的關(guān)系曲線（圖1（a）；參數(shù)值來自于Luo等［22］里狼山基巖樣品，即μ=1.1 mm-1，=2 630.9 ka-1，=3.3 Gy·ka-1，D0=506.0 Gy，下同）。

圖1 分別采用式(4)、(7)推算的零侵蝕下巖石表面不同暴露年齡(a)、不同侵蝕速率(b)下的殘余釋光信號-深度曲線Fig.1 Simulated the residual luminescence-depth profiles as predicted using Eqs.(4) and (7) for rock surfaces having different exposure ages (a) and erosion rates (b),respectively

假如巖石表面侵蝕速率為ε（mm·ka-1），釋光信號來源深度x與時(shí)間t的關(guān)系如下：

將式（5）進(jìn)行積分，獲得時(shí)間為t時(shí)釋光信號距巖石表面的深度：

式中：x0是基準(zhǔn)面深度。將式（6）代入式（2），然后代入式（1），并進(jìn)行積分，假設(shè)侵蝕達(dá)到穩(wěn)態(tài)（累積侵蝕量足夠大，以致釋光信號的曬退深度不再隨著時(shí)間而變化，即x0=∞）時(shí)，離巖石表面深為x（mm）處的殘余釋光信號與侵蝕速率的關(guān)系［2］為：

根據(jù)式（7）可以模擬不同侵蝕速率下的釋光信號-深度曲線（圖1（b））。

巖石埋藏于地下足夠長時(shí)間（通常＞0.5 Ma），其礦物晶體積累的潛在釋光信號飽和。當(dāng)巖石經(jīng)歷構(gòu)造抬升、流水沖蝕、滑坡、人為改造等原因開始暴露于地表后，太陽光會(huì)將表面的釋光信號曬退，而隨著光強(qiáng)度隨著深度減弱，巖石內(nèi)部的殘余釋光信號會(huì)較多，這樣釋光信號隨深度之間關(guān)系呈現(xiàn)“S”形曲線（圖1（a））。不僅如此，暴露時(shí)間（1 a、10 a、100 a、1 000 a等）越長，其釋光信號-深度曲線曬退得越深，但暴露時(shí)間超過100 ka（對于圖1設(shè)定參數(shù)）后，釋光信號-深度曲線基本不再改變，即達(dá)到測年極限（圖1（a））。在實(shí)際定年應(yīng)用中，在測量巖石不同深度的巖片殘余釋光信號后，可獲得釋光信號-深度之間的關(guān)系曲線，曬退速率往往根據(jù)同一區(qū)域同種巖性的已知暴露年齡樣品的釋光信號-深度曲線擬合求得具體值［1，4，22］，然后將其代入到未知暴露年齡樣品的釋光信號-深度曲線中擬合以求暴露年齡，因此，曬退速率是獲取暴露年齡的前提條件。但值對暴露年齡會(huì)造成多大影響，假如找不到已知年齡樣，可否假設(shè)其為某一值或某一范圍，后文會(huì)對此進(jìn)行研究。

圖1（b）表明，巖石在暴露地表一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)侵蝕（釋光信號的曬退深度不再隨著時(shí)間而變化）后，當(dāng)巖石表面的侵蝕速率越小，其釋光信號-深度曲線曬退得越深。在實(shí)際獲得侵蝕速率應(yīng)用中，一種做法是認(rèn)為新暴露（例如3 a）的巖石表面還未被侵蝕，采用式（4）擬合其釋光信號-深度曲線獲得該地區(qū)同種巖性巖石的曬退速率，然后將其代入未知侵蝕速率樣品的釋光信號-深度曲線，采用式（7）擬合獲得其侵蝕速率［2］；另一種做法是采用宇宙成因核素測年方法獲得巖石暴露年齡，然后結(jié)合釋光信號-深度曲線，用軟件編程的方式獲得侵蝕速率的分布范圍［19］。值對侵蝕速率會(huì)造成多大影響，后文會(huì)對此進(jìn)行研究。

2 參數(shù)對暴露時(shí)間及極限的影響

2.1 各參數(shù)的影響和定年極限

由式（3）可知，參數(shù)μ、D0的大小應(yīng)該對釋光信號曬退都有或多或少的影響。為研究上述參數(shù)對釋光信號曬退的影響，本文擬改變其中一參數(shù)值，其他參數(shù)值不變，采用式（3）進(jìn)行模擬獲取釋光信號-深度曲線和半飽和深度（圖2）。

圖2 不同參數(shù)下釋光信號-深度曲線的半飽和深度（釋光信號曬退至飽和值的50%時(shí)的深度）與暴露時(shí)間關(guān)系只改變下面某一參數(shù)值，其他參數(shù)保持不變：(a) μ值，(b) 值，(c) 值，(d) D0值Fig.2 Relationship between the depth of half saturation (the depth at which the luminescence signal is 50% of the saturation level)and exposure time under different parameter values.Only one of the following parameters were varied while keeping the other parameters unchanged: (a) μ,(b) ,(c) ,(d) D0.

圖2（a）顯示了不同的光衰減系數(shù)μ的巖石經(jīng)歷不同暴露時(shí)間后半飽和深度的分布，可觀察出釋光信號曬退對于μ值非常敏感，即在相同的暴露時(shí)間下，改變?chǔ)讨担腼柡蜕疃葧?huì)發(fā)生顯著變化。例如，當(dāng)暴露1 ka 時(shí)，光衰減系數(shù)μ為0.5 mm-1（代表相對較透明的巖石表面）的半飽和深度約是μ為1.0 mm-1（代表相對不透明巖石表面）的兩倍（圖2（a））。不僅如此，無論μ值為多少，半飽和深度初始隨著暴露時(shí)間而增加，且與暴露時(shí)間的指數(shù)呈線性關(guān)系。此外，當(dāng)增加相同的暴露時(shí)間時(shí)，較小的μ值對應(yīng)的半飽和深度增加的速率（即半飽和深度-暴露時(shí)間曲線的斜率）更大。然而，當(dāng)暴露時(shí)間超過一定值（例如圖2（a）的星號）時(shí)，半飽和深度不再隨暴露年齡的指數(shù)而線性增加，而是增加的速率迅速變?。窗腼柡蜕疃?暴露時(shí)間曲線的斜率變緩），直至半飽和深度不再隨著時(shí)間改變而變化。在半飽和深度確定（通過樣品的釋光信號-深度曲線可獲得）時(shí)，不同的μ值對應(yīng)的暴露年齡差距懸殊，例如：當(dāng)半飽和深度為6 mm、μ值為0.50 mm-1和1.25 mm-1時(shí)對應(yīng)的暴露年齡分別約為0.01 ka 和1.0 ka，兩者暴露年齡相差約100 倍（圖2（a））。這說明μ值對于暴露年齡的影響巨大，在測量和擬合光釋光信號-深度曲線時(shí)需尤其注意。本文將半飽和深度最大值的95%處［26］（圖2中星號位置）對應(yīng)的暴露時(shí)間認(rèn)為是巖石表層釋光暴露測年的極限（下同），當(dāng)暴露時(shí)間超過測年極限時(shí)，半飽和深度增加較緩慢，此時(shí)對應(yīng)的時(shí)間分辨率較低（圖2）。通過模擬可得，當(dāng)μ值為0.5 mm-1，測年極限為125.9 ka；而μ值為0.75～2.0 mm-1時(shí)，測年極限為158.5 ka（圖2（a））。

圖2（c）顯示了不同的環(huán)境劑量率的巖石經(jīng)歷不同暴露時(shí)間后半飽和深度的分布，模擬包括了自然界中存在的大多數(shù)環(huán)境劑量率范圍（1～7 Gy·ka-1）。當(dāng)暴露時(shí)間小于100 ka時(shí)，不同劑量率下的半飽和深度與暴露時(shí)間關(guān)系曲線都是重合的，即無論劑量率如何變化，都不影響半飽和深度或暴露年齡，這說明巖石表層釋光暴露測年對環(huán)境劑量率值的敏感度較低。最初半飽和深度隨著暴露時(shí)間的指數(shù)增加而線性增加。當(dāng)暴露時(shí)間超過一定值（圖2（c）的星號）時(shí)，半飽和深度增加的速率迅速變小，直至達(dá)到最大值（圖2（c））。劑量率?。? Gy·ka-1）的模型樣品與劑量率大（7 Gy·ka-1）的所能達(dá)到最大半飽和深度相差約1.5 mm。當(dāng)值分別為1 Gy·ka-1、2 Gy·ka-1、3 Gy·ka-1、4 Gy·ka-1、5 Gy·ka-1、6 Gy·ka-1、7 Gy·ka-1時(shí)，測年極限分別為501.2 ka、251.2 ka、199.5 ka、125.9 ka、100.0 ka、100.0 ka、79.4 ka（圖2（c））。

圖2（d）顯示了巖石在不同特征飽和劑量D0條件下，經(jīng)歷不同暴露時(shí)間后半飽和深度的分布。當(dāng)暴露年齡小于約30 ka時(shí)，不同特征飽和劑量下的半飽和深度與暴露時(shí)間關(guān)系曲線基本重合，說明此時(shí)巖石表層釋光暴露測年對特征飽和劑量的敏感度較低。當(dāng)暴露時(shí)間超過一定值（圖2（d）的星號）時(shí)，半飽和深度增加的速率迅速變小，直至基本不變（圖2（d））。當(dāng)D0值分別為100 Gy、500 Gy、900 Gy、1 300 Gy、1 700 Gy、2 100 Gy、2 500 Gy時(shí)，測年極限分別為39.8 ka、158.5 ka、251.2 ka、398.1 ka、501.2 ka、631.0 ka、794.3 ka（圖2（d））。

2.2 典型類型巖石的光曬退特征

由§2.1可知，參數(shù)μ和對釋光信號曬退影響較大，而和D0的數(shù)值大小對釋光信號曬退一般不會(huì)產(chǎn)生太大影響。本文整理了近年來報(bào)道的巖石表層釋光測年的相關(guān)參數(shù)：μ、D0（表1）。

表1 目前已發(fā)表的釋光信號曬退參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on the bleaching parameters of luminescence signals in the literature

由表1 可知，前人研究中常見的巖石類型大致可以分成顏色相對較深的砂巖和顏色相對較淺的花崗巖或片麻巖，它們的光衰減系數(shù)μ值往往不同。一般而言，顏色相對較深的砂巖透光性較差，μ值相對較大；而顏色相對較淺的花崗巖或片麻巖透光性較好，μ值相對較?。ū?），這可能是因?yàn)閹r石巖性或礦物組成的差異導(dǎo)致的顏色差異，進(jìn)而控制了光在穿透巖石表面過程中損失了不同特定波長的組分。表1中各樣品的曬退速率相差較大，且未見明顯規(guī)律，原因可能是不僅與礦物和電子陷阱有關(guān)，而且與采樣緯度、云量和高度等多種因素有關(guān)［17，30-31］。

本文選擇兩種比較典型的巖石，即透光性較差的砂巖（μ：2.43 mm-1：1 100 ka-1）和透光性較好的花崗片麻巖（μ：0.59 mm-1：2 165 ka-1：5.45 Gy·ka-1；D0：238 Gy）作為常見的巖石釋光研究對象進(jìn)行模擬。由§2.1 可知，參數(shù)和D0對釋光信號曬退幾乎沒有影響，且由于原文中沒有給出砂巖的和D0值，故模擬時(shí)假設(shè)該值與花崗片麻巖相同。應(yīng)用這些參數(shù)結(jié)合式（3）進(jìn)行模擬，從而獲得釋光信號-深度曲線和半飽和深度（圖3）。經(jīng)歷相同的暴露時(shí)間，花崗片麻巖釋光信號的半飽和深度明顯比砂巖的深，且它們能曬退的最大深度相差巨大，即它們的半飽和深度極限分別約為19 mm、4 mm；增加相同的暴露時(shí)間，花崗片麻巖半飽和深度的增長速率（即半飽和深度與暴露時(shí)間的斜率）明顯比砂巖的增長速率高。在增加相同暴露時(shí)間的情況下，花崗片麻巖增長的半飽和深度明顯比砂巖大，這表明花崗片麻巖比砂巖在暴露測年方面的分辨率更高，因此淺色透光性巖石是較為理想的定年材料，野外作業(yè)中應(yīng)優(yōu)先采集。

圖3 典型花崗片麻巖（圓圈）和砂巖（三角形）釋光信號的半飽和深度與暴露時(shí)間關(guān)系Fig.3 Relationship between the depth of half saturation and exposure age of typical granite gneiss (circle) and sandstone(triangle)

3 參數(shù)對侵蝕速率及極限的影響

為研究參數(shù)μ、、D0對侵蝕速率的影響，本文擬改變其中一參數(shù)值，其他參數(shù)值不變，采用式（4）進(jìn)行模擬獲得不同侵蝕速率下的釋光信號-深度曲線和半飽和深度。

圖4（a）顯示了不同的光衰減系數(shù)μ的巖石經(jīng)歷不同侵蝕速率后半飽和深度的分布。在相同的侵蝕速率下，半飽和深度對于μ值非常敏感，即改變?chǔ)讨?，半飽和深度?huì)發(fā)生明顯變化。例如，當(dāng)侵蝕速率為1 mm·ka-1時(shí)，光衰減系數(shù)μ為0.5 mm-1的半飽和深度約是μ為1.25 mm-1的3倍（圖4（a））。假如擬應(yīng)用該方法獲取該地區(qū)巖石的侵蝕速率，野外作業(yè)中應(yīng)優(yōu)先采集淺色透光性巖石。不僅如此，無論μ值為多少，半飽和深度初始隨著侵蝕速率的增加而基本不變，而當(dāng)侵蝕速率大于一定程度（圖4 中星號位置）時(shí)，半飽和深度會(huì)隨侵蝕速率增大而變小，且與侵蝕速率的指數(shù)呈線性關(guān)系。此外，當(dāng)增加相同的侵蝕速率時(shí)，較小的μ值對應(yīng)的半飽和深度減小的速率（即半飽和深度-侵蝕速率曲線的斜率）更大。在半飽和深度確定時(shí)，不同的μ值對應(yīng)的侵蝕速率差距懸殊，例如：當(dāng)半飽和深度為6 mm，μ值為0.75 mm-1和1.25 mm-1時(shí)對應(yīng)的侵蝕速率分別約為100 mm·ka-1和1 mm·ka-1，兩者侵蝕速率相差約100倍（圖4（a））。本文將半飽和深度最大值的95%處（圖4中星號位置）對應(yīng)的侵蝕速率認(rèn)為是巖石表層釋光暴露測年方法獲得侵蝕速率最小值的極限，當(dāng)侵蝕速率小于極限時(shí)，侵蝕速率改變時(shí)半飽和深度變化極為緩慢，即侵蝕速率小于該極值時(shí)，其對釋光信號曬退深度的影響可以忽略不計(jì)（圖4）。當(dāng)μ值為0.5～0.75，獲得侵蝕速率極限為0.02 mm·ka-1；μ值范圍為1.0～2.0 時(shí)，侵蝕速率極限為0.01 mm·ka-1（圖4（a））。

圖4 不同參數(shù)下釋光信號-深度曲線的半飽和深度與侵蝕速率關(guān)系只改變下面某一參數(shù)值，其他參數(shù)保持不變：(a) μ值，(b)值，(c) D0值，(d) 值Fig.4 Relationship between the depth of half saturation and erosion rate under different parameter values.Only one of the following parameters are varied while keeping the other parameters unchanged: (a) μ,(b),(c) D0,(d) .

圖4（d）顯示了不同的環(huán)境劑量率的巖石經(jīng)歷不同侵蝕速率后半飽和深度的分布。當(dāng)侵蝕速率大于0.1 mm·ka-1時(shí)，不同劑量率下的半飽和深度與侵蝕速率關(guān)系曲線都是重合的，即無論劑量率如何變化，都不影響半飽和深度或侵蝕速率，這說明該方法對環(huán)境劑量率值的敏感度較低。當(dāng)侵蝕速率超過一定值（圖4（d）的星號）時(shí)，半飽和深度隨著侵蝕速率的指數(shù)增加而線性減少。當(dāng)值為1～5 Gy·ka-1時(shí)，獲得侵蝕速率極限為0.01 mm·ka-1；當(dāng)值為6～7 Gy·ka-1時(shí)，獲得侵蝕速率極限為0.02 mm·ka-1（圖4（d））。

圖4（c）顯示了巖石在不同特征飽和劑量D0條件下，經(jīng)歷不同侵蝕速率后半飽和深度的分布。與環(huán)境劑量率的情況相似，當(dāng)侵蝕速率大于0.1 mm·ka-1時(shí)，不同特征飽和劑量下的半飽和深度與侵蝕速率關(guān)系曲線基本重合，該方法對特征飽和劑量的敏感度較低。當(dāng)D0值分別為100 Gy時(shí)，獲得侵蝕速率極限分別為0.04 mm·ka-1；當(dāng)D0值大于500 Gy 時(shí)，獲得侵蝕速率極限均小于等于0.01 mm·ka-1（圖2（c））。

4 討論

由圖2（a）和圖4（a）可知，光衰減系數(shù)μ對釋光信號曬退和侵蝕速率的影響非常顯著，準(zhǔn)確測量這兩個(gè)參數(shù)值對于暴露測年和獲取侵蝕速率尤為重要。μ值一般由樣品的釋光信號-深度曲線擬合獲得［1，14，28］，或者通過利用光譜儀直接測量光在巖片中的衰減數(shù)據(jù)獲得，直接測量獲得的衰減系數(shù)比曲線擬合獲得的整體略大一些，可能是因?yàn)橥ㄟ^光譜儀獲得特定波長的光衰減信息，而曲線擬合方式整合了太陽光譜中不同波長對釋光信號的影響［6］，這兩種方式是可以進(jìn)行互相檢驗(yàn)和對比的，以促進(jìn)對巖石內(nèi)部釋光信號曬退機(jī)制的研究。此外，目前測試流程大多選用的是50 ℃紅外激發(fā)法（Luminescence Protocol of Infrared at 50 ℃，IR50）［1，2，4，19，28-29］，也有測試流程采用的是紅外兩步升溫激發(fā)法（Post-infrared Infrared Stimulated Luminescence Protocol；pIRIR）［6，20，22］或紅外多步升溫激發(fā)法（Multi-elevatedtemperature Post-infrared Infrared Stimulated Luminescence Protocol，MET-pIRIR）［17］。雖然50 ℃的紅外激發(fā)（IR50）信號的曬退速率比其他更高溫度信號曬退速率快［17］，但是低溫紅外的異常衰減相對比較嚴(yán)重［32-33］，這會(huì)導(dǎo)致同一期次暴露巖石的釋光信號-深度曲線更加分散［22］，故推薦采用兩步紅外激發(fā)法或多步紅外激發(fā)法，以求能更準(zhǔn)確地測量巖片的殘余釋光信號。

環(huán)境劑量率與特征飽和劑量D0共同決定了捕獲電子速率常數(shù)F（即/D0）的大小，它們分屬F的分子和分母，對F以及式（3）、（4）的作用正好相反。在暴露年齡＜50 ka和侵蝕速率＞0.1 mm·ka-1時(shí)，環(huán)境劑量率和特征飽和劑量的大小對釋光信號曬退深度基本不產(chǎn)生影響，即一般情況下，這兩項(xiàng)值測量不準(zhǔn)確或假設(shè)為某一值對于獲取暴露年齡或侵蝕速率的結(jié)果都影響不大。環(huán)境劑量率?。? Gy·ka-1）的樣品比劑量率大（6 Gy·ka-1）測年極限更大，假如擬采用實(shí)際樣品挑戰(zhàn)暴露測年的極限，應(yīng)該盡量選擇劑量率低的樣品，這與沉積物釋光測年的選擇類似。特征飽和劑量越大，其測年極限越大，假如擬挑戰(zhàn)測年極限，可以選擇特征飽和劑量大的信號（例如更高的紅外激發(fā)溫度）。

半飽和深度為0 時(shí)，不一定代表沒有能力分辨釋光信號-深度曲線。例如曬退后表層殘留釋光信號占飽和值比例仍大于50%，且比例不一樣。此時(shí)釋光信號還沒曬退至小于50%，半飽和深度應(yīng)為0，但由于曬退比例不一樣，釋光信號-深度曲線應(yīng)該會(huì)有差異。故巖石表層釋光測年方法測年極小值可以非常?。ɡ鐢?shù)小時(shí)、數(shù)天、數(shù)年），這從實(shí)際曬退模擬實(shí)驗(yàn)中［6，34］可以驗(yàn)證。

本文將半飽和深度最大值的95%處對應(yīng)的暴露時(shí)間和侵蝕速率認(rèn)為是巖石表層釋光暴露測年極大值和獲得侵蝕速率極小值，實(shí)際上半飽和深度在其能達(dá)到的最大深度95%以上時(shí)，其對應(yīng)的暴露年齡和侵蝕速率仍然分別有緩慢的增長和下降（圖2和圖4），只是不如95%范圍內(nèi)半飽和深度呈線性增減那么顯著。而在實(shí)際應(yīng)用中，采樣的巖石面可能并不完全平整、巖石礦物不均勻分布、釋光信號的測量誤差等因素可能會(huì)對釋光信號-深度曲線和半飽和深度造成一定的不確定性，故本文將分辨率低（半飽和深度超過其能達(dá)到的最大深度95%時(shí)）的部分暫不納入測年或獲得侵蝕速率范圍內(nèi)。將來隨著采樣、前處理、信號測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)改進(jìn)和完善，可能會(huì)拓展該方法測年或獲侵蝕速率的極限。

5 結(jié)語

可能影響獲得暴露年齡和侵蝕速率的參數(shù)有光衰減系數(shù)μ、曬退速率、環(huán)境劑量率和特征飽和劑量D0。其中μ和（尤其是μ）對釋光信號曬退和侵蝕速率的影響非常顯著，在相同的暴露年齡或侵蝕速率下，不同的μ或，會(huì)導(dǎo)致半飽和深度差異較大。當(dāng)增加相同的暴露時(shí)間或侵蝕速率時(shí)，μ值越小，對應(yīng)半飽和深度變化的速率（圖2（a）和4（a）中曲線斜率）更大；不同值對應(yīng)半飽和深度變化的速率（圖2（b）和4（b）中曲線斜率）相同。低溫紅外的異常衰減相對比較嚴(yán)重，推薦采用兩步紅外激發(fā)法或多步紅外激發(fā)法，以求能更準(zhǔn)確地測量巖片的殘余釋光信號和獲得釋光信號-深度曲線，從而能更準(zhǔn)確地獲得μ和。一般情況下，的大小對釋光信號曬退深度基本不產(chǎn)生影響，故在實(shí)際應(yīng)用中可忽略巖石表面和內(nèi)部的差異。但和D0會(huì)影響暴露測年和獲侵蝕速率的極限，假如擬采用實(shí)際樣品挑戰(zhàn)暴露測年的極限，應(yīng)盡量選擇劑量率低的樣品或特征飽和劑量大的信號（例如更高的紅外激發(fā)溫度）。

通常，砂巖相對于花崗巖和片麻巖，光衰減系數(shù)μ較大，透光性較差。經(jīng)歷相同的暴露時(shí)間，花崗片麻巖的半飽和深度明顯比砂巖的深，且它們能曬退的最大半飽和深度分別約為19 mm、4 mm；增加相同的暴露時(shí)間，花崗片麻巖半飽和深度的增長速率明顯比砂巖的增長速率高。因此淺色透光性巖石是較為理想的定年材料，野外作業(yè)中應(yīng)優(yōu)先采集。

本文將半飽和深度最大值的95%處對應(yīng)的暴露時(shí)間和侵蝕速率認(rèn)為是巖石表層釋光暴露測年極大值和獲得侵蝕速率極小值，并模擬不同參數(shù)值獲得暴露和侵蝕速率的極限?？傮w而言，該方法測年范圍為10-3～102ka，獲得侵蝕速率范圍為10-2～103mm·ka-1。

作者貢獻(xiàn)聲明羅明負(fù)責(zé)理論模型設(shè)計(jì)、結(jié)果分析，文章撰寫和修改；龔志軍負(fù)責(zé)對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱，參與研究問題和問題討論；郭福生對文章進(jìn)行全面審閱和修改；彭花明對文章知識性內(nèi)容做出指導(dǎo)。