新疆阿爾金山南緣長沙溝斷陷盆地洪積物時代厘定及古氣候環(huán)境分析

楊濟(jì)遠(yuǎn), 郭金城, 于 龍, 趙靜儀, 齊慧云, 常雅輝, 齊 琳, 高 幸

(河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院(河北省地學(xué)旅游研究中心),河北 廊坊 065000)

0 引言

近年來,眾多學(xué)者對新疆阿爾金山長沙溝斷陷盆地巖漿巖巖石學(xué)[1-9]、年代學(xué)[10-19]、地球化學(xué)[20-22]、大地構(gòu)造[23-30]等多方面開展了較多研究工作。長沙溝斷陷盆地第四系洪積物發(fā)育,對其氣候環(huán)境、時代及演化研究,有助于推演青藏高原隆起過程及現(xiàn)代氣候環(huán)境演化特征,具有現(xiàn)實(shí)意義。筆者在開展新疆阿爾金地區(qū)1∶5萬J45E012015等6幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目時發(fā)現(xiàn),阿爾金山長沙溝斷陷盆地新生代洪積物發(fā)育,總體呈近EW向帶狀展布,多分布在山麓前緣、地勢較陡,地貌上表現(xiàn)為陡坎,可見近水平層狀構(gòu)造。筆者通過對該套洪積物進(jìn)行野外路線地質(zhì)調(diào)查及剖面測量等工作,對該套洪積物分布范圍及其發(fā)育特征進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié);同時本文首次對該套洪積物開展光釋光(OSL)年代學(xué)及孢粉分析研究工作,進(jìn)一步探討了長沙溝南側(cè)洪積物形成時代及古氣候、沉積環(huán)境特征。

1 研究區(qū)概況

阿爾金造山帶位于青藏高原北緣,由北向南共劃分5個次級構(gòu)造單元:阿北地塊(Ⅰ)、北阿爾金蛇綠混雜巖帶(Ⅱ)、中阿爾金地塊(Ⅲ)、南阿爾金超高壓帶(Ⅳ)、南阿爾金蛇綠混雜巖帶(Ⅴ)[31-34](圖1a)。研究區(qū)位于阿爾金山南緣與柴達(dá)木盆地交接處,區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層主要分布在東南部山前及溝谷等低洼地帶,出露較廣泛,根據(jù)第四紀(jì)松散堆積物分布的地貌位置及成因類型,由老到新劃分為中更新世洪積物、晚更新世坡洪積物、晚更新世沖洪積物和全新世沖積物。第四紀(jì)地層覆蓋在青白口系小泉達(dá)坂組、上新統(tǒng)獅子溝組二段及青白口紀(jì)構(gòu)造混雜巖之上(圖1b)。其中,中更新世洪積物呈近EW向帶狀展布,多分布在山麓前緣、地勢較陡,地貌上表現(xiàn)為陡坎,可見近水平層狀構(gòu)造;其遙感解譯特征為灰白色調(diào),樹枝狀、羽狀水系,條帶狀影紋均勻,總體與第四紀(jì)其他松散堆積物易于區(qū)分(圖1c)。

2 洪積物地質(zhì)特征及樣品描述

研究區(qū)內(nèi)中更新世洪積物主要巖性為復(fù)成分砂礫石層夾含礫粗砂透鏡體,砂礫分選、磨圓中等(圖2a～2d),礫石大小一般為5～20 cm,個別為35 cm,呈次圓狀—圓狀,多為松散狀,局部為半固結(jié)狀。筆者于新疆若羌縣阿爾金地區(qū)長沙溝南側(cè)對該套洪積物進(jìn)行剖面測量工作。剖面位于若羌縣長沙溝南側(cè),起點(diǎn)坐標(biāo)N37°51′38″、E87°40′21″,終點(diǎn)坐標(biāo)N37°50′51″、E87°39′41″。剖面厚255.39 m,根據(jù)巖性特征共劃分16層,其中1～14層為中更新世洪積物,底部與獅子溝組二段角度不整合接觸,頂部被晚更新世洪積物土黃色砂礫石覆蓋(圖3)。剖面各層巖性由上到下描述如下:

晚更新世沖洪積物:土黃色砂礫石^^^^^^^覆蓋^^^^^^^ 中更新世洪積物:255.39 m 雜色礫石夾灰黃色粗砂0.79 m 雜色礫石夾灰黃色粗砂、土黃色含礫砂土2.78 m 雜色礫石夾灰黃色粗砂、土黃色含礫砂土5.25 m 雜色礫石夾灰黃色粗砂9.27 m ⑩ 雜色礫巖、土黃色含礫砂土12.36 m ⑨ 雜色礫石夾雜色含礫粗砂、灰黃色粗砂19.86 m ⑧ 雜色礫石、灰黃色粗砂及土黃色砂土18.42 m ⑦ 雜色礫石、灰黃色粗砂及土黃色砂土12.10 m ⑥ 雜色礫石夾灰黃色粗砂6.92 m ⑤ 雜色礫石夾灰色粗砂16.81 m ④ 雜色礫石夾灰黃色粗砂,少量灰黃色砂24.09 m ③ 雜色礫石夾雜色含礫粗砂、灰黃色粗砂14.86 m ② 雜色礫石及灰黃色粗砂、雜色含礫粗砂89.24 m ① 雜色礫石夾灰黃色粗砂22.64 m^^^^^^^角度不整合覆蓋^^^^^^^ 上新統(tǒng)獅子溝組二段:紫灰色薄層泥巖夾少量綠灰色薄層砂巖

圖3 長沙溝斷陷盆地中更新世洪積物實(shí)測剖面圖(PM27)

3 樣品采集與分析方法

3.1 樣品采集

本文所研究的OSL測年樣品均按照通用方法采集。首先在開挖的剖面上清理出15～30 cm深度的新鮮刻槽,將長度45 cm、直徑4 cm的不銹鋼管垂直敲入剖面,待裝滿樣品后避光取出,用黑色塑料袋密封(圖2e、2f)。對樣品按順序編號,同時測量并記錄每個樣品的埋藏深度、巖性特征等,最后將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室避光保存,盡快送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)檢驗(yàn)。根據(jù)剖面的巖性和結(jié)構(gòu)特征,筆者對剖面底部(第3層)、頂部(第14層)共采集2件光釋光(OSL)樣品,樣品號分別為P27-OSL1、P27-OSL2。

本次工作在剖面自下而上(0～14層)逐層連續(xù)采集15件孢粉分析樣品,采集前均對外表風(fēng)化層進(jìn)行了清理工作,同樣清理出15～30 cm深度的新鮮豎向刻槽,刻槽高40～50 cm,樣品主要取自礫石和粗砂之間的細(xì)碎屑填隙物,每件樣品采集400 g。

3.2 分析方法

OSL測年樣品在國土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測中心實(shí)驗(yàn)室完成。樣品在實(shí)驗(yàn)室紅光(波長640±10 nm)條件下打開,先取約20 g樣品用于測定含水量及U、Th、K含量分析。再取中心樣品過180目篩,將篩下部分放入燒杯中,用濃度為40%過氧化氫和30%的鹽酸去除有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽類,然后加30%的氟硅酸腐蝕5天。用蒸餾水清洗至中性,將中性懸濁液倒入燒杯,根據(jù)靜水沉降原理分離出4～11 μm的顆粒。將分離好的細(xì)顆粒組分充分搖勻后,注入事先準(zhǔn)備好并放了不銹鋼片的漏斗中,等顆粒完全沉淀在不銹鋼片上后,再將水慢慢滴盡,放入烘箱中低溫烘干(40℃),取出不銹鋼片即是細(xì)顆側(cè)片,每個不銹鋼片上的樣品重約1 mg[36]。采用美國Daybreak 2200光釋光儀對本文樣品進(jìn)行測定工作。通過預(yù)熱、輻照和激發(fā)等步驟完成測量,需要輻照的測片都是在801E輻照儀中進(jìn)行,其90Sr-Y β放射源的照射劑量率約為0.103 871 Gy/Sec。

孢粉測試分析是在中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。孢粉提取流程包括: ① 稱重,稱取50 g樣品放入烘箱烘干。每個樣品中加入1片石松孢子(每片含石松孢子27 637粒)示蹤。 ② 除鈣,加入10%鹽酸溶液,充分反應(yīng)去除鈣質(zhì)。 ③ 洗酸,洗至中性。 ④ 除硅質(zhì),加入氫氟酸試劑,充分反應(yīng)去除硅質(zhì)。 ⑤ 洗酸,洗至中性。 ⑥ 去除有機(jī)質(zhì),加入10%氫氧化鉀溶液,水浴加熱充分反應(yīng)。 ⑦ 過篩,超聲波振蕩過濾。 ⑧ 離心,樣品移入離心機(jī)離心,倒出上層清液。⑨ 制片,樣品干燥后加甘油,涂片鑒定。所有玻片置于Nikon Ni-E光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行鑒定統(tǒng)計。孢粉薄片鑒定在Nikon光學(xué)顯微鏡40倍物鏡或100倍油鏡下進(jìn)行。孢粉數(shù)量統(tǒng)計時,依據(jù)示蹤石松孢子數(shù)量≥400粒停止鑒定統(tǒng)計。

4 分析結(jié)果

4.1 OSL年代學(xué)

對所有細(xì)顆粒樣品采用多再生法獲得等效劑量,用飽和指數(shù)方法進(jìn)行擬合,從生長曲線可以判斷,簡單多片法測的細(xì)顆粒樣品再生劑量點(diǎn)不太分散,生長曲線沒有明顯飽和?？梢哉J(rèn)為兩個樣品測試數(shù)據(jù)可信(表1)。

表1 長沙溝斷陷盆地中更新世洪積物光釋光年齡測試數(shù)據(jù)

4.2 孢粉分析結(jié)果

圖4為長沙溝斷陷盆地中更新世洪積物14件孢粉樣品的分析圖譜。

圖4 長沙溝斷陷盆地中更新世洪積物孢粉分析圖譜

PM27剖面15個孢粉樣品測試結(jié)果表明,PM27-BF1樣品孢粉含量較少,PM27-BF2～PM27-BF15樣品孢粉含量較豐富,PM27-BF1樣品采于上新統(tǒng)獅子溝組二段,與采于洪積物的PM27-BF2～PM27-BF15樣品孢粉組合面貌明顯不同。

PM27-BF2～PM27-BF15樣品整體以木本植物花粉為主,針葉樹花粉類含量為13.4%～52.6%,平均39.3%,以Pinus(松屬)為主,含量11.9～48.5%,平均35.3%,Tsuga(鐵杉屬0～3.0%)、Abies(冷杉屬0～5.1%)、Picea(云杉屬0～2.4%)、Cupressaceae (柏科0～2.0%)及Taxodiaceae等少量或零星出現(xiàn)。闊葉樹花粉類含量9.5%～29.2%,平均21.9%,以Quercus(櫟屬)、Castanea(栗屬)、Betula(樺木屬)、Juglans(胡桃屬)等為主,Quercus(櫟屬)含量4.5%～15.5%,平均10.0%,Castanea(栗屬)含量2.0%～8.4%,平均5.5%,Betula(樺木屬)含量0～3.0%,平均1.7%,Juglans(胡桃屬)含量0～4.9%,平均1.6%,另有Ulmus(榆屬0.5%～2.6%)、Alnus(榿木屬0～1.7%)、Carya(山核桃屬0～1.8%)、Tilia(椴屬0～1.0%)、Rhus(鹽膚木屬0～1.6%)、Pterocarya(楓楊屬)、Zelkova(櫸屬)等少量或零星出現(xiàn)。

灌木與草本植物花粉含量28.1%～77.1%,平均38.9%,以Corylus(榛屬)、Artemisia(蒿屬)、Cyperaceae (莎草科)和Chenopodiaceae (藜科)為主,Corylus(榛屬)含量2.9%～10.8%,平均5.6%,Artemisia(蒿屬)含量3.8%～12.9%,平均7.4%,Cyperaceae(莎草科)含量2.5%～10.4%,平均7.7%,Chenopodiaceae(藜科)含量1.8%～10.1%,平均4.9%,另有Gramineae (禾木科)、Ephedra(麻黃屬,個別樣品含量達(dá)54.7%)、Ericaceae(杜鵑花屬)、Nitraria(白刺屬)、Compositae (菊科)、Labiatae唇形科)、Liliaceae (百合科)、Polygonaceae (蓼科)、Thalictrum(唐松草屬)、Ranunculaceae (毛茛科)、Rosaceae (薔薇科)、Myriophyllum(狐尾藻屬)、Umbelliferae (傘形科)、Salix(柳屬)等在部分樣品中少量或零星出現(xiàn)。

蕨類孢子和藻類含量0.5%～6.6%,平均2.7%,Pediastrum(盤星藻)含量0～2.2%,Polypodiaceae (水龍骨科)含量0～3.0%,Concentricystes(環(huán)紋藻)含量0～1.2%等在樣品中少量出現(xiàn)。

5 討論

5.1 洪積物時代厘定

長沙溝一帶洪積物OSL測年樣品采集部位、介質(zhì)準(zhǔn)確,測試方法符合規(guī)范要求,測試結(jié)果可信度較高。測試結(jié)果為下部為(109.5±4.5) ka,上部為(87.3±3.5) ka,因此,該套洪積物形成年齡為(87.3±3.5) ka～(109.5±4.5) ka之間,據(jù)樊雋軒報道國際年代地層表[37-38]以及全國地層委員會[39],時代厘定為中更新世。

5.2 古氣候環(huán)境分析

孢粉組合中的優(yōu)勢植物種是恢復(fù)古氣候的主要標(biāo)志和重要依據(jù)[40],不同的植物群落與不同的氣候類型相適應(yīng)。分析結(jié)果表明(圖4),總體上該區(qū)中更新世洪積物中以木本植物花粉占優(yōu)勢,灌木與草本植物花粉居于次要地位,植被類型主要為針闊混交林,松屬、櫟屬、栗屬等為主要的組成部分,針葉樹花粉類含量相對較高,榛屬、蒿屬、莎草科、藜科等可能生長于林下,或局部形成稀疏草地,顯示出該時期氣候溫暖較濕多雨[41-42],該時期河流體系較為發(fā)育,沉積物中攜帶大量的礫石,反映當(dāng)時降水量突然增多致使洪水泛濫,山洪夾雜著砂石不斷向河流排泄,為中緯度地區(qū)高山地理環(huán)境,海拔較高地區(qū)植被以針葉樹為主,海拔較低地區(qū)植被主要為針闊混交林及樹下榛屬、蒿屬、莎草科、藜科等。該區(qū)中更新世海拔相對上新世可能較高,地形高差較大,以快速粗碎屑堆積為主相吻合,顯示了沉積環(huán)境及其沉積物與氣候條件存在密切相關(guān)性。

6 結(jié)論

(1) 長沙溝一帶洪積物巖石組合多為復(fù)成分砂礫石層夾含礫粗砂透鏡體,砂礫分選、磨圓中等,多為松散狀,局部為半固結(jié)狀。

(2) 在長沙溝一帶洪積物中新獲得2件光釋光(OSL)年齡,年齡分布于87.3～109.5 ka,時代為中更新世。

(3) 該時期洪積物中以木本植物花粉占優(yōu)勢,灌木與草本植物花粉居于次要地位,植被類型主要為針闊混交林,松屬、櫟屬、栗屬等為主要的組成部分。表明該時期長沙溝一帶氣候溫暖較濕多雨,為中緯度地區(qū)高山地理環(huán)境,海拔相對上新世可能較高,地形高差較大,與該期洪水泛濫,以快速粗碎屑堆積為主相吻合。

致謝：本文是以“新疆阿爾金地區(qū)1∶5萬(J45E012015、J45E012016、J45E012017、J45E013015、J45E013016、J45E013017)六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目為依托,文中所用的原始數(shù)據(jù)是項(xiàng)目組成員在極為惡劣的工作生活條件下取得的,在此對項(xiàng)目組人員表示感謝,并衷心的感謝審稿人對本文提出的寶貴意見和建議。