新疆阿尔金山南缘长沙沟断陷盆地洪积物时代厘定及古气候环境分析

杨济远, 郭金城, 于 龙, 赵静仪, 齐慧云, 常雅辉, 齐 琳, 高 幸

(河北省区域地质调查院(河北省地学旅游研究中心),河北 廊坊 065000)

0 引言

近年来,众多学者对新疆阿尔金山长沙沟断陷盆地岩浆岩岩石学[1-9]、年代学[10-19]、地球化学[20-22]、大地构造[23-30]等多方面开展了较多研究工作。长沙沟断陷盆地第四系洪积物发育,对其气候环境、时代及演化研究,有助于推演青藏高原隆起过程及现代气候环境演化特征,具有现实意义。笔者在开展新疆阿尔金地区1∶5万J45E012015等6幅区域地质调查项目时发现,阿尔金山长沙沟断陷盆地新生代洪积物发育,总体呈近EW向带状展布,多分布在山麓前缘、地势较陡,地貌上表现为陡坎,可见近水平层状构造。笔者通过对该套洪积物进行野外路线地质调查及剖面测量等工作,对该套洪积物分布范围及其发育特征进行了系统总结;同时本文首次对该套洪积物开展光释光(OSL)年代学及孢粉分析研究工作,进一步探讨了长沙沟南侧洪积物形成时代及古气候、沉积环境特征。

1 研究区概况

阿尔金造山带位于青藏高原北缘,由北向南共划分5个次级构造单元:阿北地块(Ⅰ)、北阿尔金蛇绿混杂岩带(Ⅱ)、中阿尔金地块(Ⅲ)、南阿尔金超高压带(Ⅳ)、南阿尔金蛇绿混杂岩带(Ⅴ)[31-34](图1a)。研究区位于阿尔金山南缘与柴达木盆地交接处,区内第四纪地层主要分布在东南部山前及沟谷等低洼地带,出露较广泛,根据第四纪松散堆积物分布的地貌位置及成因类型,由老到新划分为中更新世洪积物、晚更新世坡洪积物、晚更新世冲洪积物和全新世冲积物。第四纪地层覆盖在青白口系小泉达坂组、上新统狮子沟组二段及青白口纪构造混杂岩之上(图1b)。其中,中更新世洪积物呈近EW向带状展布,多分布在山麓前缘、地势较陡,地貌上表现为陡坎,可见近水平层状构造;其遥感解译特征为灰白色调,树枝状、羽状水系,条带状影纹均匀,总体与第四纪其他松散堆积物易于区分(图1c)。

2 洪积物地质特征及样品描述

研究区内中更新世洪积物主要岩性为复成分砂砾石层夹含砾粗砂透镜体,砂砾分选、磨圆中等(图2a～2d),砾石大小一般为5～20 cm,个别为35 cm,呈次圆状—圆状,多为松散状,局部为半固结状。笔者于新疆若羌县阿尔金地区长沙沟南侧对该套洪积物进行剖面测量工作。剖面位于若羌县长沙沟南侧,起点坐标N37°51′38″、E87°40′21″,终点坐标N37°50′51″、E87°39′41″。剖面厚255.39 m,根据岩性特征共划分16层,其中1～14层为中更新世洪积物,底部与狮子沟组二段角度不整合接触,顶部被晚更新世洪积物土黄色砂砾石覆盖(图3)。剖面各层岩性由上到下描述如下:

晚更新世冲洪积物:土黄色砂砾石^^^^^^^覆盖^^^^^^^ 中更新世洪积物:255.39 m 杂色砾石夹灰黄色粗砂0.79 m 杂色砾石夹灰黄色粗砂、土黄色含砾砂土2.78 m 杂色砾石夹灰黄色粗砂、土黄色含砾砂土5.25 m 杂色砾石夹灰黄色粗砂9.27 m ⑩ 杂色砾岩、土黄色含砾砂土12.36 m ⑨ 杂色砾石夹杂色含砾粗砂、灰黄色粗砂19.86 m ⑧ 杂色砾石、灰黄色粗砂及土黄色砂土18.42 m ⑦ 杂色砾石、灰黄色粗砂及土黄色砂土12.10 m ⑥ 杂色砾石夹灰黄色粗砂6.92 m ⑤ 杂色砾石夹灰色粗砂16.81 m ④ 杂色砾石夹灰黄色粗砂,少量灰黄色砂24.09 m ③ 杂色砾石夹杂色含砾粗砂、灰黄色粗砂14.86 m ② 杂色砾石及灰黄色粗砂、杂色含砾粗砂89.24 m ① 杂色砾石夹灰黄色粗砂22.64 m^^^^^^^角度不整合覆盖^^^^^^^ 上新统狮子沟组二段:紫灰色薄层泥岩夹少量绿灰色薄层砂岩

图3 长沙沟断陷盆地中更新世洪积物实测剖面图(PM27)

3 样品采集与分析方法

3.1 样品采集

本文所研究的OSL测年样品均按照通用方法采集。首先在开挖的剖面上清理出15～30 cm深度的新鲜刻槽,将长度45 cm、直径4 cm的不锈钢管垂直敲入剖面,待装满样品后避光取出,用黑色塑料袋密封(图2e、2f)。对样品按顺序编号,同时测量并记录每个样品的埋藏深度、岩性特征等,最后将样品带回实验室避光保存,尽快送至实验室进行后续检验。根据剖面的岩性和结构特征,笔者对剖面底部(第3层)、顶部(第14层)共采集2件光释光(OSL)样品,样品号分别为P27-OSL1、P27-OSL2。

本次工作在剖面自下而上(0～14层)逐层连续采集15件孢粉分析样品,采集前均对外表风化层进行了清理工作,同样清理出15～30 cm深度的新鲜竖向刻槽,刻槽高40～50 cm,样品主要取自砾石和粗砂之间的细碎屑填隙物,每件样品采集400 g。

3.2 分析方法

OSL测年样品在国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心实验室完成。样品在实验室红光(波长640±10 nm)条件下打开,先取约20 g样品用于测定含水量及U、Th、K含量分析。再取中心样品过180目筛,将筛下部分放入烧杯中,用浓度为40%过氧化氢和30%的盐酸去除有机质和碳酸盐类,然后加30%的氟硅酸腐蚀5天。用蒸馏水清洗至中性,将中性悬浊液倒入烧杯,根据静水沉降原理分离出4～11 μm的颗粒。将分离好的细颗粒组分充分摇匀后,注入事先准备好并放了不锈钢片的漏斗中,等颗粒完全沉淀在不锈钢片上后,再将水慢慢滴尽,放入烘箱中低温烘干(40℃),取出不锈钢片即是细颗侧片,每个不锈钢片上的样品重约1 mg[36]。采用美国Daybreak 2200光释光仪对本文样品进行测定工作。通过预热、辐照和激发等步骤完成测量,需要辐照的测片都是在801E辐照仪中进行,其90Sr-Y β放射源的照射剂量率约为0.103 871 Gy/Sec。

孢粉测试分析是在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成。孢粉提取流程包括: ① 称重,称取50 g样品放入烘箱烘干。每个样品中加入1片石松孢子(每片含石松孢子27 637粒)示踪。 ② 除钙,加入10%盐酸溶液,充分反应去除钙质。 ③ 洗酸,洗至中性。 ④ 除硅质,加入氢氟酸试剂,充分反应去除硅质。 ⑤ 洗酸,洗至中性。 ⑥ 去除有机质,加入10%氢氧化钾溶液,水浴加热充分反应。 ⑦ 过筛,超声波振荡过滤。 ⑧ 离心,样品移入离心机离心,倒出上层清液。⑨ 制片,样品干燥后加甘油,涂片鉴定。所有玻片置于Nikon Ni-E光学显微镜下进行鉴定统计。孢粉薄片鉴定在Nikon光学显微镜40倍物镜或100倍油镜下进行。孢粉数量统计时,依据示踪石松孢子数量≥400粒停止鉴定统计。

4 分析结果

4.1 OSL年代学

对所有细颗粒样品采用多再生法获得等效剂量,用饱和指数方法进行拟合,从生长曲线可以判断,简单多片法测的细颗粒样品再生剂量点不太分散,生长曲线没有明显饱和。可以认为两个样品测试数据可信(表1)。

表1 长沙沟断陷盆地中更新世洪积物光释光年龄测试数据

4.2 孢粉分析结果

图4为长沙沟断陷盆地中更新世洪积物14件孢粉样品的分析图谱。

图4 长沙沟断陷盆地中更新世洪积物孢粉分析图谱

PM27剖面15个孢粉样品测试结果表明,PM27-BF1样品孢粉含量较少,PM27-BF2～PM27-BF15样品孢粉含量较丰富,PM27-BF1样品采于上新统狮子沟组二段,与采于洪积物的PM27-BF2～PM27-BF15样品孢粉组合面貌明显不同。

PM27-BF2～PM27-BF15样品整体以木本植物花粉为主,针叶树花粉类含量为13.4%～52.6%,平均39.3%,以Pinus(松属)为主,含量11.9～48.5%,平均35.3%,Tsuga(铁杉属0～3.0%)、Abies(冷杉属0～5.1%)、Picea(云杉属0～2.4%)、Cupressaceae (柏科0～2.0%)及Taxodiaceae等少量或零星出现。阔叶树花粉类含量9.5%～29.2%,平均21.9%,以Quercus(栎属)、Castanea(栗属)、Betula(桦木属)、Juglans(胡桃属)等为主,Quercus(栎属)含量4.5%～15.5%,平均10.0%,Castanea(栗属)含量2.0%～8.4%,平均5.5%,Betula(桦木属)含量0～3.0%,平均1.7%,Juglans(胡桃属)含量0～4.9%,平均1.6%,另有Ulmus(榆属0.5%～2.6%)、Alnus(桤木属0～1.7%)、Carya(山核桃属0～1.8%)、Tilia(椴属0～1.0%)、Rhus(盐肤木属0～1.6%)、Pterocarya(枫杨属)、Zelkova(榉属)等少量或零星出现。

灌木与草本植物花粉含量28.1%～77.1%,平均38.9%,以Corylus(榛属)、Artemisia(蒿属)、Cyperaceae (莎草科)和Chenopodiaceae (藜科)为主,Corylus(榛属)含量2.9%～10.8%,平均5.6%,Artemisia(蒿属)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(麻黄属,个别样品含量达54.7%)、Ericaceae(杜鹃花属)、Nitraria(白刺属)、Compositae (菊科)、Labiatae唇形科)、Liliaceae (百合科)、Polygonaceae (蓼科)、Thalictrum(唐松草属)、Ranunculaceae (毛茛科)、Rosaceae (蔷薇科)、Myriophyllum(狐尾藻属)、Umbelliferae (伞形科)、Salix(柳属)等在部分样品中少量或零星出现。

蕨类孢子和藻类含量0.5%～6.6%,平均2.7%,Pediastrum(盘星藻)含量0～2.2%,Polypodiaceae (水龙骨科)含量0～3.0%,Concentricystes(环纹藻)含量0～1.2%等在样品中少量出现。

5 讨论

5.1 洪积物时代厘定

长沙沟一带洪积物OSL测年样品采集部位、介质准确,测试方法符合规范要求,测试结果可信度较高。测试结果为下部为(109.5±4.5) ka,上部为(87.3±3.5) ka,因此,该套洪积物形成年龄为(87.3±3.5) ka～(109.5±4.5) ka之间,据樊隽轩报道国际年代地层表[37-38]以及全国地层委员会[39],时代厘定为中更新世。

5.2 古气候环境分析

孢粉组合中的优势植物种是恢复古气候的主要标志和重要依据[40],不同的植物群落与不同的气候类型相适应。分析结果表明(图4),总体上该区中更新世洪积物中以木本植物花粉占优势,灌木与草本植物花粉居于次要地位,植被类型主要为针阔混交林,松属、栎属、栗属等为主要的组成部分,针叶树花粉类含量相对较高,榛属、蒿属、莎草科、藜科等可能生长于林下,或局部形成稀疏草地,显示出该时期气候温暖较湿多雨[41-42],该时期河流体系较为发育,沉积物中携带大量的砾石,反映当时降水量突然增多致使洪水泛滥,山洪夹杂着砂石不断向河流排泄,为中纬度地区高山地理环境,海拔较高地区植被以针叶树为主,海拔较低地区植被主要为针阔混交林及树下榛属、蒿属、莎草科、藜科等。该区中更新世海拔相对上新世可能较高,地形高差较大,以快速粗碎屑堆积为主相吻合,显示了沉积环境及其沉积物与气候条件存在密切相关性。

6 结论

(1) 长沙沟一带洪积物岩石组合多为复成分砂砾石层夹含砾粗砂透镜体,砂砾分选、磨圆中等,多为松散状,局部为半固结状。

(2) 在长沙沟一带洪积物中新获得2件光释光(OSL)年龄,年龄分布于87.3～109.5 ka,时代为中更新世。

(3) 该时期洪积物中以木本植物花粉占优势,灌木与草本植物花粉居于次要地位,植被类型主要为针阔混交林,松属、栎属、栗属等为主要的组成部分。表明该时期长沙沟一带气候温暖较湿多雨,为中纬度地区高山地理环境,海拔相对上新世可能较高,地形高差较大,与该期洪水泛滥,以快速粗碎屑堆积为主相吻合。

致谢：本文是以“新疆阿尔金地区1∶5万(J45E012015、J45E012016、J45E012017、J45E013015、J45E013016、J45E013017)六幅区域地质调查”项目为依托,文中所用的原始数据是项目组成员在极为恶劣的工作生活条件下取得的,在此对项目组人员表示感谢,并衷心的感谢审稿人对本文提出的宝贵意见和建议。