關(guān)鍵詞若爾蓋盆地;瑪曲段;黃河;末次冰期;地表過程;環(huán)境變化
第一作者簡(jiǎn)介,女,1990年出生,博士研究生,資源開發(fā)與環(huán)境演變,E-mail:baixinzh@126.com
通信作者,男,教授,E-mail:zhaxch@snnu.edu.cn
中圖分類號(hào) P532文獻(xiàn)標(biāo)志碼A
DOI:10.14027/j.issn.1000-0550.2023.110
CSTR: 32268.14/j.cjxb.62-1038.2023.110
0 引言
沉積地層作為地球表層系統(tǒng)與氣候系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物,是揭示區(qū)域地表過程、環(huán)境演化的重要信息載體。位于中緯度地區(qū)的青藏高原,因其特殊的地理位置和下墊面性質(zhì)形成了獨(dú)特的環(huán)流系統(tǒng),對(duì)北半球的氣候產(chǎn)生了極大的影響。地處青藏高原東緣的若爾蓋盆地,是季風(fēng)環(huán)流(東亞季風(fēng)、西風(fēng)帶)的交互地帶,對(duì)氣候變化的響應(yīng)極為敏感34]。第四紀(jì)初期,若爾蓋盆地曾發(fā)育了面積達(dá) 10000km2 的古湖,但在更新世晚期,古湖泊的消亡以及黃河水系的貫通,成為青藏高原東部黃河水系格局形成與發(fā)展演變過程當(dāng)中具有標(biāo)志性的地貌與水文事件,改變了整個(gè)黃河流域水文地貌格局和環(huán)境變化過程。一些學(xué)者通過鉆孔巖心、泥炭沼澤、動(dòng)物化石、植物孢粉、河流階地沉積序列等材料研究了若爾蓋古湖消亡以來的環(huán)境變化[71]。綜合來看,圍繞若爾蓋古湖消亡及黃河貫穿古湖時(shí)間、機(jī)制的研究較多,而通過地層序列來揭示古湖消亡以來的地表過程對(duì)第四紀(jì)氣候演化的響應(yīng)關(guān)系研究相對(duì)缺乏。為此,通過對(duì)若爾蓋盆地實(shí)地考察,在黃河流出若爾蓋盆地瓶頸河段的瑪曲老橋北向東 350m 處的高臺(tái)地陡坎上,發(fā)現(xiàn)一處沉積序列完整、層位清晰的剖面。通過對(duì)地層沉積物粒度特征分析和光釋光測(cè)年,研究了若爾蓋盆地末次冰期以來的沉積環(huán)境和地表過程演化。該研究成果對(duì)于揭示若爾蓋盆地末次冰期以來地表過程對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律,以及青藏高原環(huán)境變化與地表過程對(duì)全球變化的響應(yīng)具有重要意義。
1 研究區(qū)概況
地處青藏高原東緣的若爾蓋盆地,是一個(gè)四面環(huán)山的斷陷盆地,西起阿尼瑪卿山、北臨西傾山、東達(dá)岷山、南抵邛崍山[。主體海拔高程介于3400\~3 450m[6] (圖1)。盆地內(nèi)地貌以寬谷、緩丘為基本特征,發(fā)育低山、丘陵、河湖階地、月牙形臺(tái)地、河漫灘、冰川寬谷、湖群洼地、古風(fēng)成沙丘等地貌類型。盆地整體地勢(shì)相對(duì)舒緩開闊,河谷切割深,地形高差懸殊,地勢(shì)險(xiǎn)峻。黃河自采日瑪鄉(xiāng)流入盆地,在盆地中心的唐克鎮(zhèn)自東南向西形成\"U\"型彎道,再由瑪曲縣流出若爾蓋盆地[]
若爾蓋盆地屬高原寒溫帶濕潤季風(fēng)氣候,年平均氣溫為 ,多年平均年降水量介于600\~650mm ,主要集中在5—7月12]。由于全年氣溫較低,使得該區(qū)域內(nèi)發(fā)育了大面積的沼澤濕地與冰川凍土。區(qū)域內(nèi)全年平均起風(fēng)日時(shí)數(shù) 200d[13] ,多風(fēng)沙活動(dòng),風(fēng)向多變,其中以西、西北、東北方向?yàn)槠痫L(fēng)沙的主導(dǎo)風(fēng)向[4。由于近年來氣候變暖,在東亞季風(fēng)、西風(fēng)帶的交互影響下,使得若爾蓋盆地的沙漠化面積不斷擴(kuò)大;沙丘在盆地內(nèi)呈破碎斑塊狀分布,主要分布在河道、退縮沼澤等區(qū)域[15]。河流階地、河漫灘、干涸的沼澤區(qū),以及出露的古風(fēng)沙沉積區(qū)成為風(fēng)沙活動(dòng)的主要源區(qū)[1]
黃河右岸的瑪曲縣城,處于若爾蓋盆地與歐拉秀瑪—瑪曲的斷陷寬谷草原接壤位置(圖1a)。末次冰期,出自西傾山東端哇日河的冰水一山洪過程非?;钴S,在山麓地帶快速堆積,于瑪曲縣城所在位置形成了一處東西長 10km 、南北寬 5km 的巨大古冰水一洪積扇。深厚的古冰水一洪積扇砂礫石層,迫使黃河河槽向南側(cè)移到阿米歐拉巖丘山麓,然后向西流出盆地。通過實(shí)地調(diào)查,發(fā)現(xiàn)若爾蓋古湖消亡后,黃河在該河段切割古湖底,分別形成了 T1,T2 兩級(jí)階地和高低河漫灘。 T1 階地即瑪曲水文站所在的臺(tái)地,高出黃河平水位 8~10m ,形成于全新世中期[10,12,17], T2 階地高出黃河平水位 15~16m ,形成于末次冰期18];而形成的高低河漫灘,分別高出黃河平水位 3~5m 和 1~3m 。
2 剖面選擇
位于古冰水一洪積扇前沿的瑪曲縣黃河老橋北端水文站北側(cè)的高臺(tái)地(圖1b,c),因道路擴(kuò)展施工,而開挖暴露出一組沉積序列完整的地層剖面(即LQB剖面,圖2)。將LQB剖面表層風(fēng)化的沉積物進(jìn)行清理后,野外詳細(xì)觀察其質(zhì)地、顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征,將LQB剖面從上向下劃分出4個(gè)不同的地層單元,并在關(guān)鍵層位采集了5個(gè)釋光樣品。由于每一地層的質(zhì)地和構(gòu)造特征比較均一,因此分別在每一層的上、中、下典型部位各采集1個(gè)沉積樣品,充分混合后,采用四分法獲得了代表性沉積樣品,最后共采集4個(gè)沉積樣品。LQB剖面各層位的地層特征和釋光測(cè)年樣品采集描述如下。
(1)現(xiàn)代草甸黑土層MS(LQB-1): 0~50cm ,灰棕色(7.5YR5/2),濕潤時(shí)為黑棕色(7.5YR2/1),細(xì)砂質(zhì)粉砂質(zhì)地,團(tuán)粒構(gòu)造,疏松多孔,含有密集的植物根系。
(2)全新世古土壤層 S?0(LQB-2):50-100cm ,棕灰色(7.5YR6/1),細(xì)砂質(zhì)粉砂質(zhì)地,團(tuán)粒一團(tuán)塊構(gòu)造,富含有機(jī)質(zhì),成熟度極高。下部含有銹黃色斑。在90\~95cm采集光釋光測(cè)年樣品0SL-1。
(3)風(fēng)沙與泥沼土互層(LQB-3): 100~230cm ,淡黃橙色(10YR8/2)細(xì)砂質(zhì)風(fēng)成沙,與濁黃橙色(10YR7/3)粉砂質(zhì)泥沼土互層,疏松易坍塌,有銹黃色斑。其中,泥沼土含有蘿卜螺殼,反映出冰水洪積扇前沿的洼地上,曾經(jīng)有淤泥質(zhì)沼澤存在。風(fēng)沙層與泥沼土層的厚度不均,風(fēng)沙層厚度在 2~5mm 之間,而泥沼土層厚度 3~8cm 之間。在該層位頂部110~115cm 采集光釋光測(cè)年樣品OSL-2;在底部225~230cm 采集光釋光測(cè)年樣品OSL-3。
(4)淺洼地灰綠色泥沼土層(LQB-4):230\~400cm ,橄欖灰色(10Y6/2),粉砂與細(xì)砂質(zhì)粉砂,水平層理,為古冰水一洪積扇前沿淺洼地淤泥質(zhì)沼澤沉積物,其頂部有凍融褶皺現(xiàn)象。在該層位頂部230~235cm 采集光釋光測(cè)年樣品OSL-4;在底部390~395cm 采集光釋光測(cè)年樣品OSL-5。
(5)古冰水—洪積扇砂礫石層: 400cm 以下未見底,松散,大小混雜,分選較差,磨圓度為1級(jí),碎屑顆粒呈次棱角狀。
3 研究方法
3.1釋光測(cè)年方法
野外垂直剖面切除 30cm 厚的風(fēng)化沉積物后,用長 25cm 直徑 6cm 不銹鋼鋼管打入剖面層位,取出OSL樣品后,馬上用錫箔紙、黑色塑料袋等避光材料密封鋼管兩端,避免曝光和水分散失。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)取鋼管兩端 3cm 的樣品,用于U、Th、K和含水量測(cè)試。剩余中間未曝光樣品,放置于 1000mL 的燒杯中,分別加入 10% 的鹽酸和 30% 的過氧化氫,去除碳酸鹽和有機(jī)質(zhì),然后篩選出 90~125μm 粒徑組的樣品,用 40% 的氫氟酸(HF)刻蝕去除長石礦物和石英顆粒表面受 ∝ 輻射影響的部分,并用 10% 的鹽酸去除樣品中的氟化物,最后用紅外釋光(IRSL)檢測(cè)石英的提純度[19]
樣品的等效劑量De值采用單片再生劑量法(single aliquot regenerative dose protocol,SAR)[2o],在陜西師范大學(xué)TL/OSL釋光斷代實(shí)驗(yàn)室利用Riso-TL/OSLDA-20型全自動(dòng)釋光儀測(cè)定??紤]到風(fēng)成沉積及水成沉積的石英礦物在最后一次被埋藏前曬退情況存在差異,為確保得到的年齡真實(shí)可靠,對(duì)測(cè)得的等效劑量De值做了曬退檢驗(yàn),分離出樣品中的快速、中速、慢速組分分別進(jìn)行分析,并利用Galbraith等2提出年齡模型計(jì)算最終De值。
樣品中的U、Th、K含量在西安地質(zhì)調(diào)查中心測(cè)試,所用儀器為美國熱電公司生產(chǎn)的iCAP7400型全譜直讀等離子體光譜儀(ICP-OES)和iCAPRQ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。對(duì)樣品環(huán)境劑量率產(chǎn)生影響的宇宙射線,是基于樣品經(jīng)緯度、海拔、埋藏深度和樣品密度計(jì)算獲得。含水量則是在實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)土壤水分研究結(jié)果進(jìn)行校正獲得。樣品的環(huán)境劑量率由相關(guān)公式和轉(zhuǎn)換系數(shù)得出,最后基于得出的環(huán)境參數(shù)和樣品的等效劑量De值,計(jì)算得出樣品的埋藏年齡[22]。
3.2 粒度測(cè)試方法
沉積樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自然風(fēng)干后,稱取適量風(fēng)干沉積樣品,用 10% 的過氧化氫和 10% 的鹽酸去除有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽后,將樣品溶液用蒸餾水洗至中性。然后加入六偏磷酸鈉 (NaPO3)6 溶液,在超聲波振蕩儀內(nèi)充分震蕩分散,采用美國Beckman公司生產(chǎn)的LS13320激光粒度儀測(cè)試,粒度范圍介于 0.02~ 2000μm ,遮光度介于 8%~12% ,相對(duì)誤差小于 4% 每個(gè)樣品需要連續(xù)測(cè)試3次,取其平均測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。
4結(jié)果與分析
4.1 測(cè)年結(jié)果
根據(jù)剖面地層深度與OSL測(cè)年結(jié)果可知(表1、圖3),LQB剖面的年齡值從底部到頂部呈現(xiàn)逐層遞減的特征,與地層序列對(duì)應(yīng)良好,符合沉積學(xué)規(guī)律,說明樣品的OSL測(cè)年結(jié)果合理可靠。
LQB剖面底部古冰水一洪積扇砂礫石層之上的灰綠色泥沼土層LQB-4底界 390~395cm 年的OSL齡為 14.50±0.62ka ,瑪曲縣城西側(cè)黃河右岸的ZHK剖面23風(fēng)成黃土底部的 14C 測(cè)年結(jié)果為 14.11±0.10 cal. (圖3),說明LQB剖面底部的古冰水一洪積扇沉積物形成于 14.5ka 之前。
灰綠色泥沼土層LQB-4頂界 230~235cm 的OSL測(cè)年結(jié)果為 13.08±0.88ka ,風(fēng)成沙與泥沼土互層LQB-3底部 225~230cm 的OSL年齡為 11.81±0.63ka 說明LQB-4形成于 14.5~11.7ka 之間。其中在該層頂部發(fā)現(xiàn)凍融褶皺變形,這一現(xiàn)象在若爾蓋盆地西部的WQD剖面[4和DEQ-E剖面22均存在,其凍融褶皺發(fā)育年代在 12.7~11.7ka 之間。結(jié)合LQB剖面地層深度與OSL釋光年代結(jié)果,推測(cè)泥沼土層頂部的凍融褶皺變形發(fā)生在 12.7~11.7ka 期間。
風(fēng)成沙與泥沼土互層LQB-3底部 225~230cm 的OSL年齡為 11.81±0.63ka ,這與潘保田等在黃河大橋附近盆地面砂礫石層上沼澤相沉積的 14C 測(cè)年12.10±0.15ka 結(jié)果基本一致。LQB-3頂部110\~115cm 的OSL年齡為 9.23±0.73ka ,LQB-2底部 90~ 95cm 的OSL年齡為 8.11±0.60ka ,表明該層形成于11.7~8.5ka 期間。
全新世古土壤層LQB-2底部 90~95cm 的OSL年齡為 8.11±0.60ka ,這與DEQ-E剖面中古土壤底部OSL釋光測(cè)年結(jié)果 8.77±0.33ka 結(jié)果一致[22]。潘保田等[17的黃河瑪曲 T1"階地古土壤中部"14C 測(cè)年結(jié)果為6.50±0.10 cal.ka。通過與ZHK剖面的地層年代框架對(duì)比,認(rèn)為古土壤發(fā)育形成于 8.5~3.1ka 期間。3.1ka 之后,亞高山草甸黑土形成。
4.2 粒度特征分析
沉積物的粒度組成特征是判斷沉積環(huán)境、揭示沉積動(dòng)力的重要指標(biāo)。根據(jù)LQB剖面粒度分布頻率曲線(圖4)和粒度組成特征(表2)可知,LQB-1與LQB-2的粒度分布頻率曲線具有相似的特征,峰態(tài)偏正,呈雙峰分布,峰度分別為0.90、0.88,為中等尖銳,其主峰的眾數(shù)粒徑落在粗粉砂區(qū)間的 38~45μm ;二者的主要粒徑組分落在粗粉砂( 16~63μm, 和細(xì)粉砂0 2~16μm) 范圍內(nèi),其中粗粉砂組分占比均大于38% ,細(xì)粉砂組分占比均大于 30% ,且相差較小,說明二者可能受到相同的沉積動(dòng)力環(huán)境影響。同時(shí),LQB-1和LQB-2的粒度分布頻率曲線均在細(xì)粒端的5~12μm 存在次峰,二者黏土含量較高,說明二者均受到一定程度的成壤改造作用。其中LQB-1的粒度組分中粗粉砂含量為 42.70% 明顯高于LQB-20 38.07% ),且LQB-2的中值粒徑 (14.49μm) 和平均粒徑 (21.53μm) )均低于LQB-1,表明LQB-2的成壤強(qiáng)度高于LQB-1。表明LQB-2的成壤強(qiáng)度高于LQB-1。結(jié)合野外觀察發(fā)現(xiàn),LQB-1具有團(tuán)粒構(gòu)造,疏松多孔,含有密集植物根系,而LQB-2具有團(tuán)粒一團(tuán)塊構(gòu)造,富含有機(jī)質(zhì),成熟度極高,下部含有繡黃色斑,說明LQB-2為古土壤,其成壤強(qiáng)度高于LQB-1的現(xiàn)代草甸黑土。
LQB-3的粒度分布頻率曲線呈現(xiàn)明顯的單峰型(圖4),偏度為0.29,呈正偏態(tài)。主峰眾數(shù)粒徑落在粗粉砂 (45~49μm) 范圍內(nèi),同時(shí),其粗粉砂含量為35.48% ,黏土含量為 14.36% ,表明沉積物以粗粉砂為主。結(jié)合野外觀察發(fā)現(xiàn),該層沉積物呈現(xiàn)淡黃橙色(10YR8/2)風(fēng)成沙與濁黃橙色(10YR/3)粉砂質(zhì)沼澤土互層,風(fēng)沙層與泥沼土層的厚度不均,風(fēng)沙層厚度介于 2~5mm ,而泥沼土層介于 3~8cm 。其中在泥沼土層發(fā)現(xiàn)有蘿卜螺殼存在,說明古冰水一洪積扇前沿淺洼地上,有淤泥質(zhì)沼澤存在,但是沼澤的潛育化過程極弱。
LQB-4的粒度分布頻率曲線特征與其他地層的粒度分布頻率曲線區(qū)別較大(圖4、表2),呈雙峰馬鞍狀,主峰眾數(shù)粒徑處于 9~16μm ,次峰的眾數(shù)粒徑范圍落在細(xì)粉砂 26~38μm 內(nèi),黏土( lt;2μm) 和細(xì)粉砂 (2~16μm 0組分含量為整個(gè)剖面中最高,分別為17.56% 和 47.18% ,表明該層沉積物的整體粒徑偏細(xì),屬于細(xì)粉砂范疇。另外LQB-4的粒度分布頻率曲線呈現(xiàn)近正態(tài)分布,峰型較為平坦,標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.05,指示LQB-4分選情況較差(圖4),該層沉積物與靜水環(huán)境有關(guān)。根據(jù)野外觀察,該層沉積物具有水平層理,其下層為大小混雜、磨圓度較差的古冰水一洪積扇層;結(jié)合粒度特及其剖面所在的位置,推測(cè)LQB-4為古冰水一洪積扇前沿淺洼地較深水位、水動(dòng)力較弱的沼澤環(huán)境下形成的沉積物。
5討論
沉積地層作為地球表層系統(tǒng)與氣候系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物,是區(qū)域環(huán)境演化的重要信息載體,被廣泛應(yīng)用于地一氣互饋耦合機(jī)制的研究中。若爾蓋盆地受多種季風(fēng)系統(tǒng)的交互影響,自然環(huán)境復(fù)雜脆弱,對(duì)氣候變化響應(yīng)極為敏感。多變的環(huán)境作用下形成了多樣的地貌類型和沉積地層,成為研究區(qū)域環(huán)境變化與地表過程對(duì)氣候變化響應(yīng)的理想?yún)^(qū)域22?;诒疚难芯拷Y(jié)果,結(jié)合野外宏觀特征、測(cè)年結(jié)果和粒度特征分析,LQB剖面沉積物記錄了若爾蓋盆地14.5ka 以來地表過程的變化。
14.5ka 之前的末次冰期,全球氣候整體寒冷,格陵蘭冰芯及深海氧同位素對(duì)這一階段的寒冷氣候都有記錄[2425;青藏高原地區(qū)在末次冰期覆蓋大面積冰川,盛冰期階段位于若爾蓋盆地周邊的阿尼瑪卿山,冰川面積為現(xiàn)代冰川面積的7.5倍,溫度較現(xiàn)代低約99C[26] 。但是,根據(jù)Grootesetal.[25的研究結(jié)果,末次冰期特別是晚冰期,氣候也存在頻繁的冷暖突變,其中格陵蘭冰芯揭示的7次劇烈變暖事件與青藏高原的古里雅冰芯記錄一一對(duì)應(yīng)2。與此同時(shí),若爾蓋盆地RM鉆孔的孢粉及RH鉆孔的泥炭均捕捉到多次極強(qiáng)變暖事件,其頻率和幅度明顯大于北大西洋地區(qū)[7-8.28]。在此氣候背景下,若爾蓋盆地高山冰川融化,山區(qū)冰融水引發(fā)山洪過程活躍,洪水?dāng)y帶的冰水一洪水沉積物在山麓快速堆積。發(fā)生于西傾山東端的哇日河的冰水一山洪過程,使黃河北側(cè)瑪曲縣城所在地形成了面積約 50km2 巨大的古冰水一洪積扇,沉積了厚層砂礫石層,迫使黃河向南側(cè)移到阿米歐拉巖丘山麓,然后向西流出盆地。根據(jù)野外考察,我們發(fā)現(xiàn)這一地表過程不僅在黃河瑪曲段LQB剖面中有記錄,同時(shí)瑪曲縣城西側(cè)黃河北岸的ZHK剖面底部也記錄有同時(shí)期形成的古冰水一洪積扇地層[23],表明這一時(shí)期冰水一山洪過程規(guī)模較大。同時(shí),我們?cè)谝巴饪疾熘羞€發(fā)現(xiàn)在歐拉鄉(xiāng)一柯生鄉(xiāng)之間的黃河兩岸,分布著高出河水位 60~70m 冰水一洪積扇直立陡崖,這說明此時(shí)期來自西傾山與阿尼瑪卿山的河流不僅來水量大,而且河流侵蝕動(dòng)能也巨大。
14.5\~11.7ka為末次冰期的晚期,全球氣溫回暖,冰川融化、海平面回升,太陽輻射增強(qiáng)。Skinneretal.通過對(duì)浮游有孔蟲和底棲有孔蟲的 14C 測(cè)年發(fā)現(xiàn),南極深層水對(duì)流活動(dòng)在Bolling\~Allergd暖期時(shí)有所加強(qiáng);Blanchonetal.[3研究也記錄了太平洋14.2cal.ka、11.5cal.ka(Bglling\~Allergd暖期)冰融水脈沖事件;而長江入海口也在這一時(shí)期先后發(fā)育了河口灣和三角洲沉積體系3。與此同時(shí),Blling\~Allergd暖期青藏高原在多地區(qū)的湖泊(色林錯(cuò)、茍弄錯(cuò)、青海湖、扎倉茶卡等)出現(xiàn)低于MIS3階段而高于全新世大暖期的次高湖面[32-33]。古里雅冰芯 δ180 序列記錄了青藏高原從Bolling期到Allerpd期約 2°C 的溫度上升[34]。該時(shí)期若爾蓋盆地對(duì)南亞季風(fēng)的響應(yīng)加強(qiáng),冰川融水和降雨量的增加,導(dǎo)致若爾蓋盆地發(fā)生多期古洪水事件[22.35],也使得湖水位上升,并在古冰水一洪積扇前沿的湖畔草地、洼地形成較深的積水環(huán)境,發(fā)育了灰綠色淤泥質(zhì)沼澤沉積物。LQB剖面灰綠色細(xì)粉含量高達(dá) 47.18% ,粒度分布頻率曲線呈雙峰正態(tài)分布的特征,表明其為其形成于長期穩(wěn)定的靜水動(dòng)力環(huán)境。
但由于末次冰期晚期YoungerDryas(YD)事件導(dǎo)致氣候惡化、溫度急劇降低,此時(shí)期各地山岳冰川再次擴(kuò)展,雪線下降[36-37]。格陵蘭GRIP、GISP2冰芯 δ180 值較其他層位出現(xiàn)明顯的低值[25.34],大西洋冷期(Heinrich7\~Heinrich1與YD期)時(shí)印度季風(fēng)強(qiáng)度減弱[38]。此時(shí)的青藏高原西北地區(qū)班公錯(cuò)介形類種類在 11.5~10.0ka 期間急劇減少,甚至消失滅絕,有機(jī)碳、氫指數(shù)也處于低值??煽晌骼锏貐^(qū)茍弄措湖泊沉積識(shí)別出“仙女木期”( 13.0~9.8ka 的3次氣候顫動(dòng)事件,這3次氣候顫動(dòng)事件均以干冷氣候開始,濕冷氣候結(jié)束[40]。受YD事件的影響,青藏高原南亞季風(fēng)減弱,冬季風(fēng)盛行,處于冰緣環(huán)境的若爾蓋盆地凍融作用增強(qiáng),使灰綠色泥沼土層發(fā)生褶皺變形。野外觀察發(fā)現(xiàn),除LQB剖面以外,凍融褶皺事件在盆地西部的WQD剖面4和DEQ-E剖面[22中均有所記錄。
11.7ka 之后進(jìn)入全新世早期,北半球溫度有所回升,氣候呈現(xiàn)回暖趨勢(shì)。阿曼南部Qunf洞的石筍δ180 同位素研究表明,全新世早期印度季風(fēng)在中亞地區(qū)加強(qiáng)41;Leroyetal.[42對(duì)里海GS18鉆孔研究表明,全新世早期氣候變化呈現(xiàn)溫暖但干旱的趨勢(shì)。與此同時(shí),青藏高原地區(qū)在 11.0~9.0ka 期間印度季風(fēng)和西風(fēng)帶交互作用明顯,雖然西風(fēng)帶逐漸減弱后退,印度夏季風(fēng)向北推進(jìn),但在全新世初期仍然呈現(xiàn)西風(fēng)帶主導(dǎo)模式[42-43]。而青藏高原西北部的新疆地區(qū)溫度和降水變化也表明,新疆地區(qū)全新世初期仍然受西風(fēng)帶的控制,并于 8.0ka 以前長期處于干旱狀態(tài)[43]。因此,在西風(fēng)帶主導(dǎo)的氣候模式下,若爾蓋盆地高原面風(fēng)力強(qiáng)勁,地表風(fēng)沙活動(dòng)盛行,黃河兩岸的河漫灘沙為地表風(fēng)沙活動(dòng)提供了豐富的物源。位于古冰水一洪積扇前緣的淺洼地,進(jìn)入全新世早期溫度回升,氣候有所改善,在古冰水一洪積扇前沿洼地上形成了沼澤環(huán)境,但積水深度較淺。由于此時(shí)氣候總體干旱,若爾蓋盆地高原面風(fēng)力強(qiáng)勁,地表風(fēng)沙活動(dòng)盛行,大量的風(fēng)沙沉積物被帶到沼澤中,呈水平層理沉積,并與泥沼土形成互層。粒度分析結(jié)果也表明這一時(shí)期的沉積物為粒徑較粗的粗粉砂。盆地西部的ZHK[23]、DEQ-E[22剖面在此時(shí)期沉積了約 2m 厚的過渡性黃土地層,盆地東部唐克附近的 JYM[9] 、WQD[4剖面在這一階段發(fā)育了 3~5m 厚的河漫灘與風(fēng)沙互層沉積。
8.5~3.1ka 對(duì)應(yīng)于全新世中期,諸多研究表明,全新世中期氣候開始由干冷向溫暖濕潤轉(zhuǎn)變,如處于中緯度阿拉伯地區(qū)的石筍研究表明印度夏季風(fēng)降水在全新世中期明顯加強(qiáng)4;南極冰蓋西部Divide冰芯的研究結(jié)果也顯示南極洲夏季溫度從全新世早期開始上升并于 4.1ka 達(dá)到峰值[44]。青藏高原和黃土高原的炭屑、有機(jī)質(zhì)、孢粉等環(huán)境指標(biāo)均記錄了全新世中期 (9.0~3.8ka) 冬季風(fēng)減弱,東亞夏季風(fēng)明顯增強(qiáng)的過程[45-46]。在此時(shí)期,地處青藏高原北緣的豬野澤地區(qū)泥炭結(jié)果表明,在 7.5~5.0ka 白堿湖出現(xiàn)了3次高湖面4。若爾蓋盆地RM、RH鉆孔巖心中的孢粉記錄揭示了全新世中期( 溫暖濕潤的特征[7,45]。通過野外考察也發(fā)現(xiàn)若爾蓋盆地不同地區(qū)1 JYM[9] 、WQD[4、LQB、DEQ ?E[22] 、ZHK[23])多個(gè)剖面同時(shí)均發(fā)育約 50~100cm 的古土壤沉積地層。因此,在溫暖濕潤的氣候驅(qū)使下,古冰水一洪積扇前緣的LQB剖面風(fēng)化成壤作用強(qiáng)烈,古土壤發(fā)育。
3.1ka 之后進(jìn)人全新世晚期,全球氣候變得較冷。敦德冰芯、董哥洞石筍、太陽輻射、孢粉等環(huán)境指標(biāo)均反映全新世晚期氣候相對(duì)較冷[48-52]。青藏高原西北部多個(gè)湖泊介形類化石研究表明該時(shí)期氣候向干旱化方向發(fā)展[34]。若爾蓋盆地的紅原泥炭孢粉研究結(jié)果顯示 3.3ka 之后,喬木孢粉百分比含量明顯下降45]。RM鉆孔巖心的孢粉也記錄了亞高山常綠針葉林的退縮,植被類型向冷干氣候生態(tài)適應(yīng)趨勢(shì)演替[52]。此時(shí)期青藏高原冬季風(fēng)逐漸加強(qiáng),夏季風(fēng)減弱,降水減少,氣候相對(duì)干旱,風(fēng)沙活動(dòng)盛行,搬運(yùn)近源沙地的粗粉砂,在古冰水一洪積扇前緣堆積;但在全新世晚期的后期因溫度和濕度回升[6.12.18],生物風(fēng)化成壤作用增強(qiáng)而被改造成為亞高山草甸黑土。
6結(jié)論
(1)LQB剖面底部的古冰水—洪積扇沉積物形成于 14.5ka 之前,其上的灰綠色泥沼土層在 14.5~ 11.7ka 之間現(xiàn)狀,其頂部的凍融褶皺變形發(fā)生在12.7~11.7ka ;在 11.7~8.5ka 期間,風(fēng)成沙與泥沼王互層形成; 8.5~3.1ka 期間古土壤發(fā)育, 3.1ka 之后,亞高山草甸黑土發(fā)育形成。
(2)LQB剖面底部的泥沼土層沉積屬于細(xì)粉砂質(zhì)砂,具水平層理,為古冰水一洪積扇前沿淺洼地靜水狀態(tài)下的沼澤沉積;而覆蓋其上的風(fēng)沙與泥沼土互層,分選一般,以細(xì)粉砂為主,并受到單一的沉積動(dòng)力環(huán)境影響,是強(qiáng)勁風(fēng)力搬運(yùn)作用形成的風(fēng)成沙,在淺洼地堆積形成了風(fēng)沙與泥沼土互層;剖面上部的古土壤與現(xiàn)代草甸土均為細(xì)砂質(zhì)粉砂,但古土壤的中值粒徑和平均粒徑均低于現(xiàn)代草甸土,說明古土壤的成壤強(qiáng)度高于現(xiàn)代草甸土,指示了古土壤形成時(shí)的氣候環(huán)境比現(xiàn)代溫暖濕潤。
(3) 14.5ka 之前的末次冰期,出自西傾山東端的哇日河的冰水一山洪過程活躍,在山麓快速堆積,形成了厚層的古冰水一洪積扇砂礫石層;14.5\~11.7ka 的Blling\~Allergd暖期,冰川融化,古冰水—洪積扇前沿洼地形成了淤泥質(zhì)沼澤環(huán)境,堆積發(fā)育了灰綠色砂質(zhì)粉砂沉積物;其頂部的凍融褶皺發(fā)育于 12.7~11.7ka ,對(duì)應(yīng)于末次冰期YD寒冷事件,地表凍融作用使得地表灰綠色泥沼土層上部發(fā)生了褶皺變形; 11.7~8.5ka 的全新世早期,地表風(fēng)沙活動(dòng)盛行,在強(qiáng)勁高原面風(fēng)動(dòng)力作用下,大量的風(fēng)沙沉積物被帶到沼澤中,形成了風(fēng)沙與泥沼土互層; 8.5~3.1ka 氣候溫暖濕潤期,溫度升高,降雨增加,地表沉積物風(fēng)化成壤作用強(qiáng)烈,開始發(fā)育古土壤; 3.1ka 以來,氣候相對(duì)干旱溫涼,風(fēng)沙活動(dòng)再次盛行,但在全新世晚期的后期因溫度和濕度回升,粗粉砂因生物風(fēng)化成壤作用增強(qiáng)而被改造成為亞高山草甸黑土。
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Abstract:[Objective] The surface environmentof the Zoige Basin is verycomplex,which is located in a climatesensitivearea.It is of great significance to reveal the responseof thesurface proceses to environmental changes in the Zoige Basin since the last glaciation,as well as the response of environmental changes and surface processes on the Tibetan Plateau to global changes.[Methods]Through extensive investigation,acomplete stratigraphic profileof sedimentary sequence was foundand systematicalysampledon the high platform in the front of the glacial- alluvial fan in Maqu reach of the Zoige Basin,and the sedimentary environment and surface process changes since the last glaciation in the Zoige Basin were studiedby particle size analysisandoptically stimulated luminescence(OSL)dating.[Results] During the last glacial period before ,the ice meltwater and flash flood process in the Warihe Riverattheeast endof Xiqing Mountain was veryactiveandaccumulatedrapidly inthe foothils,forming athick glacial-alluvial fan sandand gravel layer.During the Bpling-Allerod warm periodof 14.5\~11.7ka,theclimate was warmand humid,andthe siltyswampenvironmentformed inthedepressions at the frontof theglacial-alluvial fans and developed gray-green sandy sediments.However,duringthe Younger Dryas period,the climate suddenly worsened,and theupperpartofthe gray-green bog soillayerintheshallow depression was foldedand deformed due to surfacefreeze-thawaction.IntheearlyHolocene period from11.7kato8.5ka,theclimate was relativelydryand the aeoliansand was prevalent,thecoarse silt accumulated in the shalow depresionandthe interbedded sedimentary facies of aeolian sandand bog soil developed under the strong wind power of the plateau surface.During the warm and humid period of 8.5 ka to 3.1ka ,the pedogenesis was strong,and the clay content in sediments increased significantly and developed into the paleosol.Inthelate Holocene from 3.1ka,theclimate was relativelydryand aeolian sand activities were prevalent.The coarse silt accumulated in the late Holocene was transformed into subalpine meadow black soil due to the rising temperature and humidity.[Conclusions]It indicated thatthe sedimentary environment and surfaceprocesses of the Zoige Basin since thelastdeglaciation are important information cariers torevealegional environmental evolution,and responded to the evolution law of global environmental change.
Key words: Zoige Basin; Maqu reach; Yellow River; last Glacial; surface process; environment change