LAM计算管线多软件交叉验证

以13个真实样品（GC0001–GC0013）为案例，由LAM与LDAC、DRAC、Luminescence、numOSL五款软件独立执行全流程计算，对质控（QC）、等效剂量（De）、环境剂量率（DR）与年龄四个环节的输出进行逐项比较，并对全部差异进行归因。非深水样品年龄全部通过2%容限，CAM等效剂量最大偏差1.8%，未发现系统性偏差。

一、引言

释光（luminescence）测年是第四纪地质学与考古年代学研究中的核心方法之一，其年龄由等效剂量（equivalent dose, De）与环境剂量率（dose rate, DR）的比值确定（Aitken, 1985）。De与DR的计算涉及统计模型、放射性核素换算系数、粒径与含水率修正以及宇宙射线贡献等多个环节（Aitken, 1985; Wintle & Murray, 2006），任一环节的公式偏差或参数表数字化错误均可能传导至最终年龄。因此，测年软件实现的正确性对测年结果的可靠性具有直接影响。

我们结合长期使用经验开发了释光测年实验室管理系统LAM（Luminescence Analysis and Management），覆盖测片筛选（QC）、De模型统计、剂量率校正、年龄计算与报告输出的完整逻辑链。在LAM正式发布之前，其计算管线的正确性需要独立、系统的验证。

当前释光测年领域已有多种成熟的独立计算工具：DRAC是剂量率计算最常用的工具（Durcan et al., 2015）；Luminescence与numOSL是算法路线不同的开源R包（Kreutzer et al., 2012, 2026; Peng et al., 2013; Peng & Li, 2017; Peng et al., 2023）；LDAC是Excel/VBA实现的完整流程工具（Liang & Forman, 2019）。本次GC选取13个覆盖不同矿物、粒径与沉积环境的真实样品作为案例（GC0001–GC0013），以统一冻结的原始数据，由五款软件独立执行全流程计算，对各环节输出进行逐项比较，并对全部差异进行归因。

二、材料与方法

2.1 样品与输入数据

13个样品涵盖石英、钾长石、多矿物与生物硅四类矿物（生物硅为实验室分类），粒径包括细颗粒（4–11 µm）与粗颗粒（90–250 µm），埋深0–23 m，上覆水深0–4237 m。样品以案例编号GC0001–GC0013标识，全部原始数据（U/Th/K/Rb含量、含水率、埋深、粒径、α效率值与逐测片计数）首先经统一数据收集表整理并冻结，以保证五款软件使用完全一致的输入。De模型统一采用LAM质控筛选后的接受测片，从源头消除模型输入差异。

2.2 参与对比的软件

参与对比的五款软件包括：LAM（释光实验室项目管理及数据计算系统，计算管线v1.0基线）、LDAC v1.2（Liang & Forman, 2019；Excel/VBA全流程工具）、DRAC（Durcan et al., 2015；剂量率计算常用工具）、Luminescence 1.3.0（Kreutzer et al., 2012, 2026；开源R包）与numOSL 2.8（Peng et al., 2013, 2023；开源R包，贝叶斯/MCMC路线）。其中numOSL仅参与De模型统计结果比较；DRAC仅提供剂量率与年龄计算，不含De模型与测片筛选质控模块。

2.3 参数与口径对齐

为避免参数口径差异导致结果不可比，GC在计算前对关键参数逐项裁定，并尽量统一至文献值：De模型——CAM（Galbraith et al., 1999）；FMM采用极大似然/EM实现，组分个数由贝叶斯信息准则（BIC）选择（Galbraith & Roberts, 2012; Schwarz, 1978）；MIN/MAX采用截断正态三参数最小年龄模型（MAM-3）（Galbraith et al., 1999; Arnold & Roberts, 2009; Cunningham & Wallinga, 2012），过离散参数σ_b=0.11，MCMC采样采用slice sampling（Neal, 2003），随机种子统一为0；剂量率——核素换算系数采用Guérin et al.（2011），β粒径衰减采用Guérin et al.（2012），α粒径衰减采用Brennan et al.（1991），蚀刻修正按Brennan（2003）与Bell（1980）执行，含水率修正按Aitken & Xie（1990），宇宙射线贡献按Prescott & Hutton（1988, 1994），其中上覆水深修正是LAM的增强功能；钾长石与多矿物样品内部剂量按K=12.5%、Rb=400 ppm计算（Huntley & Baril, 1997; Huntley & Hancock, 2001; Readhead, 2002）。对于无法对齐的项目，如Luminescence不输出α分量、其粒径衰减表下限为20 µm，numOSL无MAX模型且要求接受测片数不少于5，GC过程不作强行统一，而是显式记录为已知差异。

2.4 评判标准

对De、DR与年龄三个环节统一设定2%相对偏差容限：偏差不超过2%判定为"一致"；超出容限但可归因于已知差异（工具能力边界、模型实现差异或已裁定的输入差异）判定为"记录"，不作为软件缺陷；超出容限且无已知原因判定为"异常"，需人工研判。本次比较中未出现"异常"结果。

三、结果

3.1 质控（QC）

LAM与LDAC对13个样品测片筛选质控判定进行逐片比对，除5个测片判定不一致（LAM拒绝而LDAC接受）外，其余全部一致。逐片核查表明两软件对误差类判据的应用存在差异，经人工复核维持LAM判定。该差异不影响模型输入，仅记录备查。

3.2 等效剂量（De）

CAM模型下四款软件结果高度一致：13个样品最大相对偏差为1.8%，其中11个样品不超过0.1%；GC0005因numOSL要求接受测片数不少于5（实际4片）而未参与该软件计算。FMM主组分多数样品偏差不超过2%；对组分划分存在差异的样品逐一复核：GC0008中LAM与Luminescence均识别出3个组分（约55/87/28 Gy），numOSL因固定为2组分而输出不同结果，LDAC识别出2个组分，忽略了其中只有1个测片的组分；GC0007为50.2%:49.8%的近对半双组分，主组分选择对组分比例的微小差异敏感，属模型实现差异（Galbraith & Roberts, 2012）。MIN/MAM-3差异多为1–6%，归因于极大似然与MCMC两类估计路径的固有差异（Galbraith & Roberts, 2012; Peng & Li, 2017）；MAX模型受Luminescence 1.3.0收敛失败及numOSL未实现的限制，主要依据LAM与LDAC对比（偏差3–6%）。

3.3 环境剂量率（DR）

以DRAC为基准，10个非深水样品总剂量率偏差全部不超过1.3%，其中5个样品接近0；α/β/γ分量逐项比较，多数样品一致至小数点后三位。LDAC非深水样品偏差不超过1.5%。Luminescence对粗颗粒蚀刻样品偏差不超过1%，细颗粒与未蚀刻样品因其工具不输出α分量而系统性偏低，已记录。3个上覆水深样品（GC0001、GC0002、GC0005）的差异全部来自宇宙射线分量（0.027–0.129 Gy/ka），原因是对比工具均不支持上覆水深输入。

3.4 年龄

CAM年龄对比中，非深水10个样品全部通过2%容限（LDAC与DRAC口径一致）；两个深水样品GC0001（−5.1%）与GC0005（−26.8%，相对LDAC）的偏差由宇宙射线分量差异直接传导，属预期结果并已记录。FMM、MIN、MAX的年龄差异与对应De模型差异量级一致。

3.5 判定汇总

各环节2%容限判定汇总：De CAM 13/13通过（最大偏差1.8%），判定一致；De FMM主组分多数样品≤2%，组分划分差异已人工复核，判定记录；De MIN/MAM-3差异1–6%（MLE与MCMC实现差异），判定记录；De MAX受Luminescence未收敛与numOSL未实现限制，LAM与LDAC偏差3–6%，判定记录；DR（DRAC/LDAC，非深水）10/10通过（≤1.5%），判定一致；年龄CAM非深水10/10通过，深水差异归因宇宙射线，判定通过。本次比较未出现"异常"结果。

四、讨论

4.1 LAM计算管线合理性

GC的验证结果提供三方面证据：（1）CAM等效剂量与三款独立软件全部吻合（最大偏差1.8%），表明统计模型实现正确；（2）剂量率与DRAC逐项一致（非深水样品偏差不超过1.3%，分量一致至小数点后三位），表明物理参数表与修正流程正确；（3）非深水样品年龄全部通过2%容限，表明整条计算链无误。

4.2 差异归因与工具边界

全部超出容限的差异均可归为三类：其一，工具能力边界——对比工具不支持上覆水深输入、Luminescence缺α分量且粒径衰减表下限为20 µm、numOSL无MAX模型且要求接受测片数不少于5、Luminescence 1.3.0的MAX计算未收敛；其二，模型实现差异——FMM组分个数选择（BIC自适应与固定组分）及近对半双组分的主组分取法、极大似然与MCMC的数值差异（Galbraith & Roberts, 2012; Peng & Li, 2017）；其三，已裁定的输入差异——QC 5片判定不一致且维持LAM判定。上述差异均不指向LAM的系统性缺陷。

4.3 方法学意义与局限

GC形成了"统一冻结原数据输入—参数口径逐项裁定—逐环节容限判定—差异归因"的可复现验证流程，全部输入、脚本与结果文件随报告公开。该流程既可作为LAM发布前的质量控制手段，也可推广至测年软件对比与论文数据核验。GC的局限包括：案例规模（13个）与工具版本有限；工具版本存在已知问题，需在版本更新后补充及复测。

五、结论

• LAM剂量率计算逻辑链通过多软件验证，非深水样品总剂量率偏差不超过1.3%；
• LAM的CAM等效剂量与四款独立软件一致（最大偏差1.8%），FMM组分个数与人工复核结果一致；
• 非深水样品CAM年龄全部通过2%容限；全部差异均可归因，未发现系统性偏差；
• 本文全部对比数据与复现脚本将随LAM v1.0正式发布，供同行检验。

数据可用性声明

本文全部对比数据、输入文件与复现脚本见《GC对比报告v1.0》（随LAM v1.0发布）。文中样品编号已作匿名化处理。

本文所述验证工作为LAM软件质量控制体系的一部分。欢迎从事释光测年及相关领域的同行就样品测试、数据复核、软件试用与科研合作与我们联系。