青藏高原南部邛多江盆地新建更新统洛村组地层特征及意义

王 燚, 董 磊, 杨学俊, 陈东升, 吕志伟,叶春林, 韩 飞, 黄 波, 贾小川

(1. 四川省地质调查院稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室, 四川 成都 610081;2. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081; 3. 四川省地质矿产勘查开发局物探队, 四川 成都 610032)

前言

二十世纪七、八十年代,中外科学家通过遥感方式发现青藏高原南部地区分布有一系列近南北向的裂谷构造带[1-4]。 错那-沃卡裂谷是这些近南北向裂谷中最东边的一条,也是其中一个规模较大的裂谷。 该裂谷位于东经 92°左右,北纬 27.5° ～32°之间,呈NNE 方向延伸,北侧起始于墨竹工卡县日多乡东侧,经桑日县的沃卡、曲松县、邱多江乡、拿日雍措,最南段为错那县的达旺地区,全长约230km。 邱多江盆地为邱多江地堑形成的盆地,其位于错那-沃卡裂谷中段(图1)。 地堑边界断裂在调查区切割了雅鲁藏布江缝合带(IYS)和藏南拆离线(STDS)中的三叠系复理石沉积、雅拉香波穹隆的前寒武亚堆扎拉岩群(ANY)和古生代曲得贡岩组(Pzq. )[5]。 邱多江盆地边界断裂自5Ma 开始活动,累计垂直位移量达2.6km 以上,平均活动速率估计为1.2 ～0.6mm/a,初始断陷应晚于11 ～12Ma BP,略早于上新世[5-7]。 2006 ～2008 年,哈广浩[8]等对该裂谷的位置、形态、边界断裂、构造运动特征等进行了研究。

洛村-邛多江盆地处于错那- 沃卡裂谷的中段,位于曲松县、堆随乡、邱多江乡一带,宽度大约18 ～20km,盆地中有大量的古湖积物沉积。 2016 ～2017 年,王根秋[9]、杨珍[10]、李杜文等[11]对这些古湖积物进行了14C 测年和古环境分析。 但是由于调查程度较低的原因,此前古湖积物的地表调查工作基本属于空白,其形态、分布特征不清。 2016 ～2019年,四川省地质调查院和中国地质调查局成都地质调查中心在该地区联合开展了1∶5 万区域地质调查[12],本次调查对洛村-邛多江盆地古湖积物进行了详细研究,在洛村地区发现了完整的古湖积物的连续沉积,并测制了地层剖面,开展了精确的光释光定年分析,结果显示其沉积时代为上更新世。 鉴于区域上该套更新世地层出露面积广、厚度大,故新建地层定名为洛村组(Qp3lc)。

图1 邱多江盆地Srtm 3D 渲染视图Fig.1 SRTM 3D vision for Qiuduojiang basin

图2 邱多江盆地第四纪更新统地层分布图(根据文献[12-16]修改)Fig.2 Distribution map of Quaternary Pleistocene strata in Qiuduojiang basin (modified according to literature [12-16])

1 地层特征

在邱多江盆地内分布有大量第四系河湖相沉积物,这些沉积物分布面积广,厚度达数百米,且被后期河流切割,形成土林景观。 主要由半胶结砾石层、砂层、黏土层、泥灰岩等组成。 本次进行了细致的野外地质填图和剖面测制,新建了洛村组(Qplc),将其划分为5 个岩性段,其分布特征见图2 和图3。

从行政区划上看,洛村古河流-湖泊沉积物主要分布于洛村、龙村、江当村、色吾村等地区,为河湖相交替沉积。 本次调查的最低沉积点位于洛村附近,海拔3940m;最高沉积点位于赛舍村附近,海拔4530m,高差约590m。 洛村组野外特征见图4。

1.1 剖面测制

本次在古湖沉积中心的洛村附近,测制了完整的古湖积物地层剖面(PM14),沉积厚度为264.1m。(剖面位置:图3;实测剖面:图5)。 为控制剖面整体效果,该剖面分三段测制(见图5)。 三段的起始点坐标分别为:PM14(Ⅰ)起点坐标为东经92°07′33",北纬 28°57′53",海拔 3982 m;终点坐标:东经92°07′40",北纬28°57′58",海拔4035 m;PM14(Ⅱ)起点坐标:东经 92°07′54",北纬 28°57′42",海拔4043 m;终点坐标:东经92°07′54",北纬28°57′46",海拔4088 m;PM14(Ⅲ)起点坐标为东经 92°08′36",北纬 28°57′33",海拔 4088 m;终点坐标为东经92°08′39",北纬28°57′24",海拔4199 m。 该剖面反映了古洛村-邱多江湖从形成到消亡的完整沉积序列。 剖面列述如下:

图3 研究区地质简图及剖面位置Fig.3 Geological map and section locations of studied areas

图4 洛村组野外特征Fig.4 The field views of Luocun Formation

图5 西藏自治区曲松县堆随乡洛村湖积物(Qplc)实测地层剖面(PM14)Fig.5 Measured profiles of lake deposition of Luocun Formation in Qusong,Tibet

邱多江乡附近实测剖面PM17 位于西藏自治区曲松县邱多江乡南侧,距离大路桥头约100m 处,可见30m 左右厚度的第四系湖积物(图6)。 该剖面起点和终点均在同一位置,坐标: 东经92°06′39"m,北纬 28°50′28"m,海拔 4388.00 m。 该剖面反映了古洛村-邱多江湖具有湖泊相和河流相互交替沉积特征,图6 中1 ～5 层为湖泊沉积,第6 层为河流沉积。

1.2 地层综述

1.2.1 古冲洪积物、泥石流沉积

在洛村组的最底部,发育一层古湖泊形成之前沉积的冲洪积-泥石流相堆积物。 本次将其划分为洛村组第一岩性段(Qp3lc1),出露面积较小,最低海拔约为3940m。 底部与琼结增生杂岩不整合接触。 整体表现为一套杂乱无分选、磨圆差的含砂质、砂土砾石层(图3),不具水平层理,砂土砾石比大约1∶2,两者混合无序,砾石岩性以千枚状板岩为主,分选差,磨圆度差,棱角状,砾度以0.3 ～6cm 为主。 该段出露面积较小,仅在洛村附近有发现,厚度30.4m。

1.2.2 下部河湖相沉积

洛村组下部为一套河流、湖泊交替沉积作用形成的含砂土黏土砾石层,沉积厚度为49m,本次将其划分为洛村组第二岩性段(Qp3lc2)。 主要以含砂土砾岩为主,局部夹少量砂土层和黏土层。 砾石一般呈次棱角状-次圆状,分选性较好,砾石含量一般为30% ～50%;砂土一般呈透镜状,向两边歼灭。整体上看该段底部的砂土和黏土含量相对顶部更高,顶部砾石磨圆度比底部的更好。 反映出从水流相对平缓的环境逐渐演变为较强烈的环境变化。

1.2.3 中部深湖相沉积

洛村组中部主要以青灰色黏土层为主,夹薄层状泥灰岩或钙质砂岩,为深湖相沉积,厚度为48.8m,本次将其划分为第三岩性段(Qp3lc3)。 该段与第二岩性段界线为黄褐色的古风化壳。 该段主要特征是黏土层中夹薄层状泥灰岩,泥灰岩的厚度一般为2 ～5cm;底部黏土层中夹少量细砾石层,砾石大小0.3 ～1cm,砾石层厚度一般为10 ～20cm。整体上看该段沉积环境从扰动相对较强的静水环境变化为深水环境。

图6 曲松县邱多江乡湖积物实测地层剖面(PM17)Fig .6 Measured stratigraphic profile of lake deposits in Qiuduojiang, Qusong County (PM17)

1.2.4 上部河湖相沉积

洛村组上部以砾石层为主,局部夹少量黏土层和砂土层,为河流-湖泊交替沉积形成,本次将其划分为第四岩性段(Qp3lc4),厚度为135.9m,与洛村组三段接触为一层含青灰色黏土层中细砾石层。该段底层为中粗砾石层局部夹黏土层;往上可见发育透镜状砂砾石层;再往上砾石层中发育中厚层砂黏土,含少量细砾;顶部为厚层状中粗砾石层。 整体上,水动力条件表现为弱—强—弱—强的变换过程。

1.2.5 滨湖相沉积物

在邱多江盆地四周半山坡上可见到一些古湖积物沉积,属于滨湖相沉积,这些沉积物海拔一般大于4300m,最高处海拔可达4530m,本次将其划分为洛村组第五岩性段(Qp3lc5)。 在半山坡上断断续续都有分布,局部地区与1 ～4 段连成片。 主要岩性为含砂砾石层和半胶结砂层互层。

2 地层年龄测定

本次采集了10 个样品进行光释光实验,分别位于剖面PM14、PM17 上。 样品采集首先移除表层约50cm 厚的浮土,然后将长约70cm 的且外侧已经密封的钢管灌入砂土中;当钢管取出后快速将钢管的另外一侧密封。 在运输过程中避免放射性、高温等环境。

测试实验由国土资源部海洋地质实验检测中心完成。 所有样品前处理都在装有红光(波长为600 ～700nm)的暗室内操作,用30%的 H2O2、0.1N HCl 与40% HF 分别去除有机质、碳酸盐与长石矿物,获取纯石英颗粒进行等效剂量的测试。 实验使用美国Daybreak 公司生产的Daybreak 2200 型释光测量仪,测试误差<10%。

表1 中前面10 个样品为本次测试成果,后面6个样品为收集的邱多江幅1 ∶5 万区域地质调查[12,14]成果。 从表1 中可以看出,年龄主要集中在0.025 ～0.078Ma 之间,为第四系更新统中阶。

另外,2018 年,王秋根、杨光文、朱利东等[8]在洛村地区采集了样品进行了14C 同位素实验,实验在美国BETA 实验室完成,该同位素测年为洛村组沉积年龄提供了较精确的数据。 测得年龄值介于30ka ～40ka 之间,与本文获得的光释光年龄基本一致。

3 关于古邱多江湖的讨论

3.1 沉积时代

本次对新定名的洛村组进行了光释光测试。综合前人数据认为洛村组沉积年龄主要位于30ka～40ka 之间,最早沉积年龄可能开始于78ka 左右,最晚结束于大约25ka,属上更新世中阶。

3.2 古环境

中国科学院青藏高原综合科学考察队(1983)测制了曲松县邛多江盆地麻热曲剖面,剖面位于曲松县邛多江乡。 根据科考成果,洛村组湖积物沉积时主要发育原始草原,具有阔叶树为主的温带山地针阔叶混交林成分和湿生的草本植物,气候温暖湿润,类似于海拔2400 ～2800m 的环境。

本文在洛村组中获得第四纪的植物孢粉包括Artemisaepollenites leatusZheng、Zygophyllum xanthoxylon(Bunge)Maxim、Chenopodipollis multiporatus(Pflug et Thoms)Zhou、Pluricellaesporites等,这些孢粉常分布于我国华北、西北地区,气候相对温暖,由此说明邱多江湖积物形成气温应比现阶段更为温暖。 王秋根等(2018)认为可能与印度洋超强夏季风有关,也可能是由于地壳上升导致邱多江地区的环境发生了改变[9]。

3.3 古湖特征

3.3.1 出水口

1∶5 万区调项目[12]在擦彰-宗许一线新发现大量古河流冲积物,这些冲积物从邱多江开始沿着擦彰、宗许一线,断断续续地往东延伸,宽度约为0.5 ～2km,厚度约150m,野外判断该古河流的流向为自西往东,古河流冲洪物积的野外特征见图7。推测邱多江—擦彰—宗许一线的河流冲积物应为古邱多江湖的出口。

3.3.2 湖面高程

本次调查在赛舍村获得洛村组湖积物最高沉积点海拔4530m,在擦彰—宗许冲积物中测得最高沉积海拔约为4770m。 不过由于湖积物最高沉积高度不能代表湖面的水位高度,出水口冲积物的高度才更能代表湖面的水位高度。 若不考虑地壳隆升因素,古湖水面高程应为4770m。

图7 擦彰-宗许古河流冲积物照片Fig.7 Photos showing alluvial deposits of Cazhang-Zongxu paleo-river

3.3.3 湖面大小

根据擦彰-宗许更新统冲积物的沉积规模(厚150m,宽2km)需要一条超大流量的河流才可能形成,本文推断这条河流极有可能就是雅鲁藏布江。陈建军等[17]认为30ka 年前,雅鲁藏布江中游存在一个古湖,与本次测得的年龄值大致一致。

本文认为邱多江古湖可能是更新世雅鲁藏布江中部超大古堰塞湖的一部分,该古湖的湖面海拔4770m 左右,临时出水口位于擦彰—宗许一带,湖面范围包括曲松—乃东—贡嘎—曲松等地区。

3.4 演化分析

上文已经提到洛村组的主要沉积时代集中于30 ～40ka 之间。 推测在雅鲁藏布江峡谷形成之后,30 ～40ka 时期,由于冰川活动及崩塌、滑坡等地质灾害,堵住了雅鲁藏布江出水口,使得水位上升形成堰塞湖[17-20]。 在邱多江盆地中堆积了几百米厚的湖积物,在擦彰—宗许一线形成临时出口,最终由于地壳隆升形成现在的湖积物。 上更新世中阶形成的古堰塞湖是洛村组形成的先决条件,错那-沃卡裂谷形成的邱多江盆地为洛村组提供沉积空间。 当水位退却之后,由于邱多江盆地汇水面积有限,未能发生强烈的剥蚀沉积作用,仅在湖积物的顶上重新沉积了一层河流冲积物,在洛村一带形成了数条冲沟。

4 结论

(1)本次新建的上更新的洛村组可划分为五个岩性段:底部湖积物形成之前的泥石流和冲洪积物为第一段;下部河湖相沉积为第二段;中部深湖相沉积物为第三段;上部河湖交替相沉积物为第四段;湖泊四周海拔较高沉积的滨湖相沉积物为第五段。

(2)通过光释光实验以及收集到的14C 实验数据,综合认为洛村组沉积年龄主要位于30 ～40ka 之间,属上更新世中阶。

(3)邱多江-洛村古湖可能是雅鲁藏布江中部超大古堰塞湖的一部分。 洛村组是由藏南地区错那-沃卡裂谷和超大古堰塞湖共同作用形成。

致谢:感谢中国地质调查局成都地调中心、四川省地质调查院和西藏地勘局专家对项目的指导和建议;感谢审稿专家的修改建议。