欧宝体育

Geophysical Research Letters: 青(qing)藏高原(yuan)東南緣安寧河流域多期(qi)次剝露歷史: 來自碎屑熱年代學和地貌分析的啟(qi)示

青藏高(gao)原(yuan)(yuan)是地(di)(di)球上最(zui)高(gao)的高(gao)原(yuan)(yuan),其平均海(hai)拔(ba)逾4000米(mi),面積超過(guo)250萬平方公(gong)里(li),素有“世(shi)界(jie)屋脊”之稱(cheng)。自新生代早期,印(yin)度-歐亞板塊(kuai)碰撞以(yi)(yi)來(lai),青藏地(di)(di)區(qu)經歷了強烈的隆升與(yu)構造變形,不(bu)僅主導了大型斷裂系統的活動,還控制了地(di)(di)形地(di)(di)貌和(he)水系格局(ju),對(dui)區(qu)域(yu)氣候乃(nai)至全球大氣環(huan)流形式也產(chan)生了重(zhong)大影響。因(yin)此,一直以(yi)(yi)來(lai),青藏高(gao)原(yuan)(yuan)都是了解陸陸碰撞造山過(guo)程(cheng)、地(di)(di)表景(jing)觀演化(hua)和(he)氣候變化(hua)的天然實驗室。高(gao)原(yuan)(yuan)東南緣(yuan),在水平~1500公(gong)里(li)的距離(li)上,海(hai)拔(ba)高(gao)度從(cong)高(gao)原(yuan)(yuan)腹地(di)(di)~5000米(mi)下(xia)降至約(yue)500米(mi)(圖1),這種典型的長波長地(di)(di)形使(shi)得高(gao)原(yuan)(yuan)東南緣(yuan)明顯區(qu)別于其他的陡峭邊緣(yuan)(如高(gao)原(yuan)(yuan)與(yu)四川盆(pen)地(di)(di)、塔里(li)木盆(pen)地(di)(di)的邊緣(yuan)地(di)(di)帶)。

高(gao)原東(dong)南緣的(de)(de)長(chang)波地形(xing)(xing)是如何(he)形(xing)(xing)成的(de)(de)?數十年來(lai),許多(duo)學者(zhe)提出不同的(de)(de)模型(xing)(xing)(xing)來(lai)解釋相(xiang)關地球(qiu)動(dong)力學機制。其中,大(da)量模型(xing)(xing)(xing)都關注(zhu)于上地殼(ke)(ke)縮短(duan)和/或地殼(ke)(ke)中下部軟弱物質流(liu)(liu)動(dong)對地形(xing)(xing)演(yan)化(hua)所起的(de)(de)作(zuo)用。前者(zhe)認(ren)為(wei),中新(xin)(xin)世(shi)早(zao)期(qi)-漸新(xin)(xin)世(shi),沿大(da)型(xing)(xing)(xing)斷層的(de)(de)側向滑移(yi)擠壓(ya)和上地殼(ke)(ke)縮短(duan),形(xing)(xing)成了高(gao)原東(dong)南緣的(de)(de)早(zao)期(qi)地形(xing)(xing);而后者(zhe)認(ren)為(wei)地殼(ke)(ke)增厚的(de)(de)驅動(dong)力來(lai)自低粘度(du)牛頓流(liu)(liu)體沿下地殼(ke)(ke)通道流(liu)(liu)動(dong),并預測地形(xing)(xing)快速增長(chang)和剝露(lu)(lu)發(fa)生在中-晚中新(xin)(xin)世(shi)以來(lai)。由(you)于這兩(liang)(liang)個(ge)模型(xing)(xing)(xing),一個(ge)關注(zhu)于地殼(ke)(ke)塊(kuai)體剛性運動(dong),另一個(ge)則主(zhu)張粘滯性流(liu)(liu)體的(de)(de)主(zhu)導作(zuo)用,所以這兩(liang)(liang)個(ge)模型(xing)(xing)(xing)一直也被(bei)稱(cheng)作(zuo)端(duan)元(yuan)模型(xing)(xing)(xing)。不同的(de)(de)模型(xing)(xing)(xing)預測了不同的(de)(de)地形(xing)(xing)生長(chang)時間,所以研(yan)究區域(yu)剝露(lu)(lu)歷史,對于解釋地形(xing)(xing)生長(chang)的(de)(de)動(dong)力學機制有(you)重要(yao)作(zuo)用。原位基巖年齡(ling)-高(gao)程剖(pou)面是傳統的(de)(de)研(yan)究手段,但(dan)是碎屑(xie)沉(chen)積的(de)(de)年齡(ling)分布可(ke)以提供具有(you)多(duo)個(ge)地質單元(yuan)的(de)(de)整個(ge)物源區的(de)(de)詳(xiang)細信息(xi),尤其適用于地勢陡(dou)峭、人力不可(ke)達的(de)(de)區域(yu)。

安(an)寧(ning)河地處青藏(zang)高原(yuan)東南(nan)緣,由(you)北向南(nan)匯入雅礱江(jiang),其流域主(zhu)干道(dao)與安(an)寧(ning)河斷(duan)裂在(zai)空間分(fen)布上(shang)大(da)致吻合(圖1和2)。安(an)寧(ning)河斷(duan)裂是鮮水河斷(duan)裂向南(nan)轉向的一條分(fen)支(zhi),以左旋走滑為主(zhu)兼具逆沖分(fen)量。前人低溫熱(re)年(nian)代(dai)學(xue)研究(jiu)(jiu)表明(ming),安(an)寧(ning)河斷(duan)裂在(zai)漸新世和晚中新世發生兩期活(huo)動,而且該流域在(zai)早更新世被大(da)渡河襲奪(duo),所以是研究(jiu)(jiu)構造活(huo)動與地表演化的良好(hao)區域。

在(zai)中(zhong)國(guo)科學院廣州地球化學研(yan)究所鄭(zheng)德文研(yan)究員(yuan)的(de)指導下,我所新構造與年(nian)代(dai)學實(shi)驗室王一(yi)舟副研(yan)究員(yuan)、劉春茹研(yan)究員(yuan)等(deng),以安(an)寧(ning)(ning)河(he)流域為(wei)研(yan)究區(qu),開展沉積(ji)碎屑低溫熱年(nian)代(dai)學研(yan)究。我們(men)試圖通過分析安(an)寧(ning)(ning)河(he)現代(dai)河(he)床沉積(ji)物(wu)的(de)年(nian)齡分布與流域地形(xing)特(te)征,探討區(qu)域剝露(lu)模式(shi)和(he)新生代(dai)侵(qin)蝕歷(li)史。我們(men)在(zai)安(an)寧(ning)(ning)河(he)干(gan)流東西兩側支流的(de)現代(dai)河(he)床上(shang)采集(ji)了共12個沉積(ji)碎屑樣品,挑選磷灰石進(jin)行裂變徑跡測年(nian)(AFT)。

圖1 青藏高原東南緣地貌圖。彩(cai)色圓點表示(shi)前人(ren)在該(gai)區域的低(di)溫熱年代(dai)研究。

圖(tu)2 安寧河地貌、巖性特征與干(gan)流河道高程剖(pou)面分析結果。

 

碎屑AFT年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)結果如(ru)表(biao)1,單(dan)顆(ke)粒年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)從~0.1至(zhi)(zhi)>160 Ma,表(biao)現(xian)出較(jiao)大的(de)分(fen)(fen)(fen)散性。大多數樣(yang)本(ben)(ANH-3、-7和-11除外)未通(tong)過(guo)χ2檢驗,表(biao)明這些顆(ke)粒代(dai)表(biao)不同年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)組分(fen)(fen)(fen)的(de)混(hun)合物(wu)。中心年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)范圍為(wei)4.3±0.8至(zhi)(zhi)20.1±1.7 Ma,可能表(biao)明該時(shi)期內發生(sheng)過(guo)快速剝露。我(wo)們利(li)用DensityPlotter.jar分(fen)(fen)(fen)解年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling),識(shi)別(bie)(bie)了4個組分(fen)(fen)(fen),組分(fen)(fen)(fen)峰(feng)(feng)值P1至(zhi)(zhi)P4(表(biao)1)。十個樣(yang)本(ben)都(dou)解析出晚(wan)中新(xin)世年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)峰(feng)(feng)(P3),從6.57±0.51到13±2 Ma。特(te)別(bie)(bie)是在(zai)西側(ce),所有年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)數據都(dou)包含這一時(shi)期的(de)峰(feng)(feng)值,西側(ce)支(zhi)流的(de)樣(yang)本(ben)ANH-6甚至(zhi)(zhi)呈單(dan)峰(feng)(feng)(~9.0±0.6 Ma)分(fen)(fen)(fen)布。7個樣(yang)本(ben)存(cun)在(zai)上新(xin)世的(de)年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)峰(feng)(feng)(P2),峰(feng)(feng)值介于(yu)3.27±0.64和5.7±1.1 Ma之(zhi)間。其余還(huan)有更新(xin)世年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)峰(feng)(feng)(P1,0.92±0.19至(zhi)(zhi)2.03±0.51 Ma)和早中新(xin)世-漸(jian)新(xin)世年(nian)(nian)(nian)齡(ling)(ling)(ling)峰(feng)(feng)(P4,18.6±3.5至(zhi)(zhi)34.3±5.5 Ma)。

 

 

我們(men)假設研究區AFT封閉深度基(ji)本(ben)保(bao)持水平,巖體剝(bo)(bo)露以垂向運(yun)動為主,不存在(zai)顯著的(de)(de)(de)水平方向的(de)(de)(de)對流運(yun)動。同時,還假設支流流域內剝(bo)(bo)露速率(lv)空間(jian)差異很小(xiao)。這樣,AFT顆粒(li)年齡就只是(shi)高程的(de)(de)(de)函數(shu)。我們(men)基(ji)于馬(ma)爾(er)科夫鏈-蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,MCMC)方法和(he)Kuiper統計檢驗,編寫了碎屑顆粒(li)年齡的(de)(de)(de)反演程序,模(mo)擬(ni)得到(dao)了流域剝(bo)(bo)露歷史(shi)。模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)(圖(tu)3)表明,安寧河流域經歷了四個階段(duan)的(de)(de)(de)剝(bo)(bo)露過程,即早中(zhong)新(xin)世(shi)(shi)-漸新(xin)世(shi)(shi),中(zhong)-晚中(zhong)新(xin)世(shi)(shi),上(shang)新(xin)世(shi)(shi)以及第四紀早期。雖然我們(men)的(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)基(ji)于一系列假設,但與實際年齡峰值分布基(ji)本(ben)一致,因此是(shi)可信的(de)(de)(de)。


圖3 通過碎屑顆(ke)粒年齡分布反演源區剝露歷史。

 

此(ci)外(wai),碎屑年(nian)齡分(fen)(fen)布(bu)與區域地形(xing)特(te)(te)征(zheng)也(ye)存(cun)在一(yi)致性。由表(biao)1可見,每(mei)一(yi)個年(nian)齡組分(fen)(fen),東(dong)(dong)(dong)側(ce)支流(liu)的峰值總是較西側(ce)年(nian)輕,而(er)干流(liu)同一(yi)側(ce)南北差異(yi)卻(que)不(bu)顯著,這可能反應(ying)東(dong)(dong)(dong)西兩側(ce)支流(liu)剝(bo)(bo)露速(su)率的差異(yi)。地形(xing)分(fen)(fen)析結果顯示(shi),流(liu)域整體和局部(bu)地形(xing)起伏、坡度以及河道平(ping)均陡(dou)峭指數,都呈東(dong)(dong)(dong)高西低的特(te)(te)征(zheng)。因此(ci),峰值年(nian)齡空(kong)間特(te)(te)征(zheng)與地形(xing)陡(dou)峭程度的一(yi)致性表(biao)明(ming),自漸新世以來,安寧河干流(liu)東(dong)(dong)(dong)西兩側(ce)存(cun)在剝(bo)(bo)露速(su)率的空(kong)間差異(yi)。

結合本文與前人研究結果(guo),我們認(ren)為,青藏(zang)高原東南緣的地(di)(di)形演化(hua)不僅有(you)來自中(zhong)下地(di)(di)殼(ke)(ke)軟弱物(wu)質(zhi)流動、上地(di)(di)殼(ke)(ke)塊(kuai)體滑(hua)移和縮(suo)短的構造(zao)驅(qu)動,局(ju)部地(di)(di)形還會受到第(di)四紀河(he)流襲奪(duo)的影響,而上新世剝露(lu)可能(neng)是安寧河(he)流域吸收了鮮水河(he)斷裂走滑(hua)分(fen)量的結果(guo)。

 

以(yi)上(shang)研究成果發(fa)表于國際(ji)地學頂刊GRL: Wang, Y., Liu, C., Zheng, D., Zhang, H., Yu, J., Pang, J., et al. (2021). Multistage exhumation in the catchment of the Anninghe River in the SE Tibetan Plateau: Insights from both detrital thermochronology and topographic analysis. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092587. http://doi.org/10.1029/2021GL092587。

原文(wen)鏈(lian)接: http://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL092587

 

欧宝体育-欧宝体育官网-欧宝体育app下载有限公司