日本仙台南部海岸平原滩脊形成与全新世相对海平面变化的红外释光年代学研究

推荐：为解决日本海岸平原滩脊沉积物缺乏可靠测年材料的难题，研究人员采用红外释光(IRSL)和红外后红外释光(pIRIR150)技术，对仙台南部海岸平原的滩脊序列开展沉积相分析和年代学研究。结果表明最内侧滩脊形成于约6 ka（千年），其他三个滩脊形成于过去4 ka内，揭示了冰-水均衡调整(GIA)主导的全新世海平面变化，为构造活跃区海岸演化研究提供了新范式。

　　

日本东北部仙台海岸平原发育着典型的滩脊（beach ridge）地貌，这些平行于海岸线的砂质隆起记录了全新世以来海平面波动与海岸演化的历史。然而长期以来，由于砂质滩脊沉积物中缺乏适合放射性碳测年的有机质材料，其形成年代始终难以精确测定，制约了对海岸带响应气候变化和构造活动的理解。特别是在2011年东北大地震震中附近的仙台南部海岸平原，滩脊序列的时空演化规律及其与区域海平面变化的关系更亟待厘清。

日本东北大学（Tohoku University）地球科学系的研究团队创新性地采用钾长石红外释光(IRSL)测年技术，对仙台平原南部Abukuma河以南的四个典型滩脊开展钻芯取样分析。通过10米长钻孔岩芯的沉积相解析和系统测年，首次建立了该区域滩脊形成的高精度年代框架，相关成果发表在《Geomechanics for Energy and the Environment》上。

研究团队运用三项关键技术：1）钻取连续岩芯进行沉积相划分（识别出滨面下部LS、滨面上部US和前滨/后滨FS/BS相）；2）钾长石红外释光(IRSL)和红外后红外释光(pIRIR₁₅₀)测年技术，克服石英OSL信号不稳定的缺陷；3）结合X射线CT扫描和粒度分析，重建古沉积环境。采样范围覆盖现代海滩(B1-B3)和内陆滩脊(W1-W4/MM1-MM9)。

研究结果揭示：

1. 1.

   沉积序列特征：

   岩芯显示清晰的向上变浅序列，从富含生物扰动的细砂（LS相，滨面下部）过渡到含贝壳碎片的交错层理中粗砂（US相，滨面上部），最终演变为富含重矿物的平行纹层砂（FS/BS相，前滨/后滨）。W1钻孔最下部8.2-10米处的河流相砂砾(FGS相)指示早期陆源输入。

2. 2.

   年代学框架：

   校正后的IR₅₀年龄显示，最内侧滩脊W1（Set I）形成于5.91±0.51 ka，而向海方向的W2（Set I′）、W3（Set IIIa）和W4（Set IIIb）分别形成于3.69±0.32 ka、1.83±0.14 ka和0.77±0.07 ka。MM系列采样点进一步细化年代，揭示Set I′可细分为3400-3700年前的内侧脊和2100-2300年前的外侧脊。

3. 3.

   海平面指示意义：

   前滨/滨面相边界在W1处高出现今海平面1.2米，而在W2-W4处低于海平面1.39-1.91米。结合1.8米的潮差范围推算，6 ka时相对海平面比现今高2.45米，此后逐渐下降，这与冰-水均衡调整(GIA)模型预测的中全新世高海平面一致。

4. 4.

   构造影响证据：

   W1与W2间2.5米的高差可能受隐伏断层F1活动影响（滑动速率0.01-0.1 mm/yr）。相比之下，仙台北部平原因Nagamachi-Rifu断裂带（垂直滑动速率0.36-0.80 m/kyr）的持续沉降，未表现出明显的中全新世高海平面记录。

这项研究通过创新性地应用钾长石IRSL测年技术，首次精确约束了日本活跃俯冲带地区滩脊的形成年代。研究发现仙台海岸平原6 ka以来的海平面变化主要受控于冰-水均衡调整，但局部断层活动可造成米级的高程差异。该成果不仅为理解构造活跃区海岸演化提供了新案例，其建立的沉积相-年代学耦合分析方法，更对全球缺乏有机质的砂质海岸带研究具有重要方法论意义。特别是提出的"从滨面下部到前滨沉积可在数百年内快速完成"的认识，刷新了对滩脊形成速率的传统认知，为海岸带应对未来海平面上升的模拟研究提供了地质参照。