楊濟遠, 郭金城, 于 龍, 趙靜儀, 齊慧云, 常雅輝, 齊 琳, 高 幸

(河北省區(qū)域地質調查院(河北省地學旅游研究中心),河北 廊坊 065000)

0 引言

近年來,眾多學者對新疆阿爾金山長沙溝斷陷盆地巖漿巖巖石學[1-9]、年代學[10-19]、地球化學[20-22]、大地構造[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)域地質調查項目時發(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,可見近水平層狀構造。筆者通過對該套洪積物進行野外路線地質調查及剖面測量等工作,對該套洪積物分布范圍及其發(fā)育特征進行了系統(tǒng)總結;同時本文首次對該套洪積物開展光釋光(OSL)年代學及孢粉分析研究工作,進一步探討了長沙溝南側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木盆地交接處,區(qū)內第四紀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。第四紀地層覆蓋在青白口系小泉達坂組、上新統(tǒng)獅子溝組二段及青白口紀構造混雜巖之上(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,可見近水平層狀構造;其遙感解譯特征為灰白色調,樹枝狀、羽狀水系,條帶狀影紋均勻,總體與第四紀其他松散堆積物易于區(qū)分(圖1c)。

2 洪積物地質特征及樣品描述

研究區(qū)內中更新世洪積物主要巖性為復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,局部為半固結狀。筆者于新疆若羌縣阿爾金地區(qū)長沙溝南側對該套洪積物進行剖面測量工作。剖面位于若羌縣長沙溝南側,起點坐標N37°51′38″、E87°40′21″,終點坐標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,最后將樣品帶回實驗室避光保存,盡快送至實驗室進行后續(xù)檢驗。根據(jù)剖面的巖性和結構特征,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,采集前均對外表風化層進行了清理工作,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)測中心實驗室完成。樣品在實驗室紅光(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%的鹽酸去除有機質和碳酸鹽類,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。將分離好的細顆粒組分充分搖勻后,注入事先準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顆側片,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行測定工作。通過預熱、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研究所地震動力學國家重點實驗室完成。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,充分反應去除鈣質。 ③ 洗酸,洗至中性。 ④ 除硅質,加入氫氟酸試劑,充分反應去除硅質。 ⑤ 洗酸,洗至中性。 ⑥ 去除有機質,加入10%氫氧化鉀溶液,水浴加熱充分反應。 ⑦ 過篩,超聲波振蕩過濾。 ⑧ 離心,樣品移入離心機離心,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光學顯微鏡下進行鑒定統(tǒng)計。孢粉薄片鑒定在Nikon光學顯微鏡40倍物鏡或100倍油鏡下進行。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 分析結果

4.1 OSL年代學

對所有細顆粒樣品采用多再生法獲得等效劑量,用飽和指數(shù)方法進行擬合,從生長曲線可以判斷,簡單多片法測的細顆粒樣品再生劑量點不太分散,生長曲線沒有明顯飽和?？梢哉J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、介質準確,測試方法符合規(guī)范要求,測試結果可信度較高。測試結果為下部為(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)勢植物種是恢復古氣候的主要標志和重要依據(jù)[40],不同的植物群落與不同的氣候類型相適應。分析結果表明(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性。

6 結論

(1) 長沙溝一帶洪積物巖石組合多為復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)域地質調查”項目為依托,文中所用的原始數(shù)據(jù)是項目組成員在極為惡劣的工作生活條件下取得的,在此對項目組人員表示感謝,并衷心的感謝審稿人對本文提出的寶貴意見和建議。