新闻动态广州地化所、深地科学卓越研究中心在年轻火山喷发定年研究中取得新进展
火山灰年代学的核心原理之一是：不同地点发现的相同火山灰层具有一致的年龄，因此厘定火山灰标志层精准的喷发年龄十分关键，其可用于各类地质、古环境和考古学记录的精确定年。Ko-g和Ma-f~j火山灰是日本北部重要的时间标志层，它们分别来自日本驹岳山（Komagatake）和摩周（Mashu）火山全新世规模最大的普林尼式喷发。尽管过去的研究对上述火山灰开展了大量的放射性碳（14C）测年工作，但不同研究的结果差异较大，关于火山灰的喷发年龄尚无一致认识。过去的研究中还存在采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，这些问题对单个14C测年结果影响较大。
针对上述问题，中科院广州地化所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越研究中心博士后陈宣谕、徐义刚院士与英国学者合作，利用贝叶斯统计建模方法开展火山灰年代学研究。与单个14C定年结果易受各类问题困扰相比，贝叶斯统计方法能够综合分析多个地点的年代学数据，并将地层学信息纳入模型，通过计算机迭代运算，可以更好地校正14C年龄，得出较单个测年结果准度和精度更高的火山灰年龄估算。
本研究首先利用OxCal软件建立‘阶段’模型分析火山灰的近源14C年龄，这些样品依据其与火山灰层的相对地层关系，被纳入不同的沉积阶段（如喷发前、同喷发、喷发后阶段）。阶段模型（图1）在校正样品年龄的过程中，同时考虑了样品地层位置给火山灰年龄带来的年代学制约（先验信息）。这与先前研究中，将采自火山灰之中和之下（紧邻地层中）样品的年龄均认为是喷发年龄相比更为准确。
图1. 火山灰‘阶段’模型。图中浅灰色概率分布代表14C样品仅通过校正曲线校正后得到的年龄，黑色概率分布代表地层学信息（先验信息）加入模型后，相应样品的模式年龄。
由于上述火山灰在远源湖泊中被识别，且相应湖泊沉积记录具有大量14C测年数据，这使得利用贝叶斯统计建模方法进一步分析所有近、远源信息成为可能。利用湖泊14C年代学和地层学数据，本研究构建了正式的‘沉积’模型，该模型利用泊松过程模拟湖泊沉积物形成过程。根据火山灰在沉积记录中的层位，‘沉积’模型在相应位置交叉引用了上述两层火山灰的‘阶段’模型（图2），实现了同时分析与火山灰相关的所有可用的年代学和地层学信息。
图2. 贝叶斯14C沉积模型。该沉积模型交叉引用了火山灰阶段模型。
研究结果显示，与单独利用火山灰的近源或远源信息相比，交叉引用的‘阶段’和‘沉积’模型（图2）能有效地使先验信息最大化。综合分析所有近源和远源年代学和地层学信息后，该研究为Ko-g火山灰提供了目前最准确和最精确的年龄估算（6586±40 cal yr BP），而为Ma-f~j火山灰提供了目前最准确的年龄估算（7532±72 cal yr BP）（图3）。这些结果厘清了过去关于火山灰喷发年龄的争论，增强了相应火山灰作为定年工具的作用，为完善东亚全新世火山灰地层框架提供了关键信息。
图3. 本研究年龄模拟结果与过去单个14C测年结果比较。根据本研究结果，图中紫色年龄表示其不应被视作火山灰喷发年龄。
研究成果近日发表于国际地学期刊Quaternary Geochronology，项目受中国科学院B类先导专项（XDB18000000）和中国科学院对外合作重点项目（132744KYSB20130005）联合资助。
论文信息如下：Chen, X.-Y.*, Blockley, S.P.E., Staff, R.A., Xu, Y.-G. and Menzies, M.A., 2022. Improved age estimates for Holocene Ko-g and Ma-f~j tephras in northern Japan using Bayesian statistical modelling. Quaternary Geochronology, 67: 101229.
(同位素地球化学国家重点实验室供稿)
