综述：澳大利亚海岸地貌的光释光测年：综述、数据库与地貌意义

《Earth-Science Reviews》：Luminescence dating of coastal landforms in Australia: A review, database and geomorphic significance

　　

光释光测年（热释光 – ^TL和光释光 – ^OSL）增进了研究人员对不同海岸地貌年龄的理解。早期围绕澳大利亚海岸的研究侧重于利用现有年代学数据检验^TL和^OSL测年方法，并在各种沉积环境中建立了典型采样策略的基本原则。光释光测年支持了对以下对象的研究：1）横向沙丘，包括昆士兰州东南部的大型沙岛；2）进积障壁，包括昆士兰州的粗粒脊和温带澳大利亚的前丘脊；3）库龙沿海平原的抬升海岸障壁；4）贝壳堤脊；5）崖顶沙丘；6）沿海发育的陆域沙丘；7）以冷水碳酸盐岩为主的区域中的风成岩；8）海啸和其他高能沉积物，如气旋引发的越冲扇；9）水下沉积物，如滨面、三角洲和河口沉积物。综合这些环境中的光释光年代学，强调了光释光测年对理解澳大利亚第四纪景观演化和海岸地貌的重大贡献。在这些多样化的环境背景下，澳大利亚海岸沉积物的光释光特性使得年龄确定范围从<50 a到>500 ka。本综述促进的环境剂量率时空变化揭示了与地质和地貌背景相关的重要区域模式。在某些情况下，剂量率不确定性和铀系不平衡的可能性带来了特殊挑战，需要理解沉积背景。未来旨在完善光释光方法、填补知识地理空白以及研究相对较少被研究的地貌类型的研究，将在进一步理解澳大利亚海岸景观演化方面发挥重要作用。

**2. 光释光测年原理与海岸地貌采样方法**

**2.1. ^TL和^OSL原理与年龄报告**：^TL和^OSL测年基于石英和长石矿物晶格缺陷中捕获电子存储能量的能力。^TL通过加热释放能量并发射光，信号强度与最后一次加热后存储的能量成正比；^OSL则利用特定波长光激发释放存储能量，测量实验室辐射剂量（等效剂量^D_e）。^OSL信号比^TL更易被阳光完全晒退，因此自2000年代以来在沉积环境中应用更广。年龄计算需用环境剂量率（来自周围沉积物中^U、^Th、^K衰变及宇宙射线）除以^D_e。年龄报告应避免使用“^BP（1950年基准）”，应参考采样年份以“a”或“ka”表示；同时需明确区分原始年龄与重复报道年龄，并标注实验室编号以避免混淆。

**2.2. 海岸地貌类型与典型采样方法**：**2.2.1. 海岸沙丘**包括横向沙丘（如吹蚀坑、抛物线沙丘、横向沙脊）、前丘脊平原（进积障壁）和风成岩。采样策略因形态而异：横向沙丘可采集不同地貌单元或沿剖面识别多期堆积；前丘脊平原需覆盖从最陆向到最海向的脊序列，以计算进积速率；风成岩常针对露头中多期成岩与古气候的关系进行采样。**2.2.2. 波浪作用形成的地貌**包括贝壳堤脊和越冲扇（来自气旋风暴潮或海啸）。贝壳堤需通过钻探获取脊复合体样品；越冲扇则利用探坑或探槽精确定位层理进行靶向采样。**2.2.3. 水下地貌**包括滨面、大陆架、河口等，采样挑战较大（取芯困难、需避光），但低浊度环境中有望获得合适的晒退条件。

**3. 澳大利亚海岸地貌的光释光测年——综合与地貌意义**

**3.1. 横向沙丘与沙岛**：**3.1.1. 北澳大利亚**：昆士兰州北部的横向沙丘（如Cape Flattery、Cape Grenville）的^TL年龄显示更新世和全新世多期堆积，部分集中在末次冰期。北领地（如Cobourg半岛、Groote Eylandt）和西澳大利亚（Cape St Lambert）的^TL年龄识别出全新世多个沙丘活动阶段，与海平面上升（Cooper-Thom假说）和气候条件相关。**3.1.2. 昆士兰州东南部**：大型沙岛（如Cooloola Sand Mass、K'gari、Moreton岛）的^OSL和^TL年龄可追溯至约1.2–1.1 Ma，显示沙丘堆积与间冰期海平面高位相关，尤其与中更新世转型后海平面波动幅度增大有关。**3.1.3. 其他地点**：新南威尔士州南部的Bherwerre横向沙丘和塔斯马尼亚州西北部的横向沙丘仅有少量^TL和^OSL年龄，反映出全新世活动。

**3.2. 崖顶沙丘**：新南威尔士州悉尼至Forster/Tuncurry区域的^TL年龄（达~400 ka）显示多数为更新世，但^OSL年龄表明末次盛冰期早期（~30–24 ka）东南风驱动了沙丘堆积（sand ramps）。南澳大利亚州（袋鼠岛、大澳大利亚湾）的^OSL年龄表明崖顶沙丘在MIS 5、MIS 3、MIS 2及全新世均有活动，与海平面升降和干旱气候相关。

**3.3. 陆域“海岸”沙丘**：塔斯马尼亚州东北部（Ainslie Sand）的^OSL年龄为~17–24 ka，代表末次盛冰期巴斯海峡暴露时的沙丘活动。新南威尔士州和维多利亚州的内障壁上的表层改造沙丘（如Newcastle Bight、Gippsland Lakes）的^TL和^OSL年龄显示MIS 2时期的陆域沙丘活动，反映更干燥、多风的气候。

**3.4. 风成岩**：分布于豪勋爵岛、西澳大利亚州、维多利亚州西部和南澳大利亚州。^TL和^OSL年龄表明风成岩在间冰期和冰期均有堆积，与海平面和古气候条件相关。南澳大利亚州库龙沿海平原的风成岩年龄可达>1 Ma，桥接水组（Bridgewater Formation）记录了多次间冰期。

**3.5. 海岸障壁与贝壳堤**：**3.5.1. 粗粒脊与气旋成因**：昆士兰州北部（Cowley海滩、Wonga海滩、Rockingham湾）的^OSL年龄支持粗粒脊由热带气旋风暴潮堆积，部分脊有风成覆盖，但脊成因机制仍复杂多变。**3.5.2. 温带澳大利亚前丘脊的全新世堆积**：自2000年代以来，>500个^OSL年龄揭示了进积速率从<0.1 m/yr到>4.5 m/yr的变化，且同一系统内速率常随时间改变，主要受控于局部沉积物预算，而非海平面变化。一些地点（如Bengello海滩、Boydtown海滩）的高分辨率^OSL年龄结合探地雷达揭示了亚十年尺度的海岸线动态和极端风暴影响。**3.5.3. 更新世障壁**：新南威尔士州、维多利亚州和塔斯马尼亚州的^TL和^OSL年龄表明MIS 7、MIS 5e等时期的障壁堆积，如Robbins岛的Remarkable Banks脊平原记录了MIS 5e海平面变化。**3.5.4. 库龙抬升障壁序列**：该序列是研究海平面变化的全球重要记录。^TL和^OSL年龄结合磁性地层、铀系测年和氨基酸外消旋分析，确定了各障壁对应的MIS阶段（最老至MIS 21，年龄达~800 ka），且低剂量率环境（~0.5 Gy/ka）有利于老沉积物测年。**3.5.5. 贝壳堤脊**：昆士兰州Princess Charlotte湾和西澳大利亚州Giralia湾的^OSL年龄表明全新世中晚期堆积，与风暴潮和海平面高位相关；新南威尔士州Cullendulla Creek的^TL年龄支持海啸成因假说，但与¹⁴C年龄存在差异。

**3.6. 海啸与其他高能沉积物**：新南威尔士州南部多个地点（如Bellambi、Atcheson Rock、Killalea Lagoon）的^TL和^OSL年龄可能来自海啸，但部分沉积物（如Steamers海滩的chevron脊）实为抛物线沙丘。西澳大利亚州Exmouth区域的^OSL年龄揭示了气旋引发的越冲扇在全新世的多期活动（最晚至最近几十年），并通过现代类比辅助解释。

**3.7. 水下环境**：南澳大利亚州Spencer湾、新南威尔士州Tuncurry滨面、昆士兰州Burdekin三角洲等地的^TL和^OSL年龄（从~5 ka到~96 ka）为理解哑巴障壁、三角洲变迁和沉积物输送提供了信息，但挑战包括不均匀晒退、剂量率时空变化等。

**3.8. 其他沉积物**：塔斯马尼亚州的海成阶地^OSL年龄（>515 ka至~27 ka）被质疑为河流或风成成因；新南威尔士州Illawarra地区的^TL年龄表明岩滩发育于更新世，并在全新世有继承和再活动。

**4. 光释光测年的优势、挑战与未来方向——澳大利亚视角**

**4.1. 澳大利亚海岸沉积物的剂量率**：准确测定环境剂量率是关键误差来源。低剂量率环境（如<1 Gy/ka）有利于老沉积物测年（避免信号饱和），但时间变化剂量率（如含水量变化、土壤发育、碳酸盐胶结）需重视。澳大利亚东南昆士兰的超成熟石英砂中剂量率随年龄降低，而库龙地区的碳酸盐砂中剂量率保持稳定；铀系不平衡在低钾含量沉积物中尤为重要。

**4.2. 剂量率的空间格局与区域背景**：基于^OSL样品（石英砂粒级）的统计显示，昆士兰州东南部（0.4 Gy/ka）和库龙地区（0.5 Gy/ka）剂量率最低，与成熟石英或碳酸盐富集有关；昆士兰州中部至北部（1.9 Gy/ka）最高，反映近期陆源输入；新南威尔士州（1.0 Gy/ka）和塔斯马尼亚州（0.7 Gy/ka）介于之间。此格局可作为未来采样的参考。

**4.3. 海岸石英的性质**：澳大利亚海岸石英通常具有良好的发光特性：低残余剂量、部分晒退问题有限、高灵敏度。中值过分散（overdispersion）为11.4%（71%的样品≤20%），表明颗粒群体异质性低、沉积后混合少。对年轻沉积物（<1 ka），采用适当预热（180–200°C）、早期背景扣除、现代类比样品等策略可成功测定年代。

**4.4. 未来研究方向**：应优先研究未充分采样地貌类型（如水下沉积物、潮间带/潮下带沙体）和地理空白区（如北领地、金伯利、西澳大利亚北部）。利用长石残余发光信号作为沉积物示踪剂，可揭示输运路径和速率。填补温带和热带地区的已知地貌类型（如前丘脊、横向沙丘）的测年空白，将深化对海岸演化的理解。

**5. 结论**：光释光测年极大地扩展了对澳大利亚海岸第四纪演化的认知。自2008年以来，新增~960个^OSL年龄（占数据库90%），重点总结了其对库龙沿海平原、东南昆士兰沙岛、北部热带横向沙丘、崖顶沙丘、风成岩、进积障壁（全新世和更新世）、高能沉积物和水下环境的应用成果。低剂量率环境促成了>500 ka老沉积物的测年，而高分辨率年轻样品测年揭示了亚十年尺度海岸动态。未来应通过方法完善、地理扩展和新地貌类型研究进一步推动该领域。