哈尔滨荒山岩芯重矿物特征对松花江第四纪水系演化的指示

松花江水系演化研究对于理解该区域的构造-气候-地貌演化具有重要意义,但其研究相对较为薄弱,特别是对于第四纪松花江中上游流向是否存在反转,一直存在争论,也没有确切的证据。河流沉积物是河流地质过程的产物,是研究水系演化的重要地质档案。对哈尔滨荒山岩芯(深度101.11 m,底界年龄1.68~1.70 Ma)沉积物进行了古地磁、磁化率和重矿物分析,结果表明:岩芯62.3 m(0.94 Ma)深度的上、下地层的磁化率和重矿物特征存在明显不同。62.3 m以下地层的磁化率极低(甚至为0),且重矿物特征和依兰方向的河流相近;而62.3 m以上地层的磁化率突然增大,并呈现出周期性的高低变化,重矿物特征与松原方向的现代河流相似。磁化率和重矿物组合特征反映的沉积物物源变化指示了松花江中上游水系的反转。早更新世早期,松花江肇源-依兰段的水流从依兰方向向西注入松嫩湖盆;早更新世中晚期,佳依分水岭不断抬升,三江平原和松嫩平原不断下降,导致分水岭两侧河流溯源侵蚀加剧;在0.94 Ma B.P.,佳依分水岭被切穿,松花江水流发生反转,自西向东流经佳依峡谷进入三江平原。     

早更新世晚期松花江水系袭夺：地球化学和沉积学记录

水系演化重建是恢复区域构造历史及古环境变化的重要方法。松花江作为中国七大水系之一,其水系演化的相关研究目前还比较薄弱,尤其是第四纪松花江中- 上游是否存在流向反转尚无准确结论。沉积物是河流地质过程的直接产物,是水系演化研究的关键。为此,本研究对哈尔滨荒山钻孔岩芯(HS)进行了磁化率、古地磁和元素地球化学组成分析。结果表明,岩芯62. 3 m(0. 94 Ma B. P. )处,沉积物的岩性、磁化率及元素地球化学组成均发生显著变化。岩芯沉积物岩性在62. 3 m上下发生明显变化,是河流沉积两个沉积旋回的转折点。62. 3 m以下地层的磁化率极低,基本为0,且变化幅度极低,元素地球化学组成则急剧波动,并表现出与现在松花江哈尔滨段下游水系(岔林河、蚂蜒河和牡丹江)相近的地球化学组成;然而,62. 3 m以上地层的磁化率突然升高(99. 673×10-8 m3 kg-1),并具有周期性的高低变化。元素组成呈现稳定的小幅变化,并表现出与拉林河、嫩江和松花江吉林段相近的地球化学组成。0. 94 Ma B. P. 沉积物物源的变化表明河流流向发生了显著变化,松花江中上游河段流向曾在此时发生反转。地球化学记录的水系反转也得到了河流阶地地貌和沉积学证据(砾石的粒径和排列方向)的支持。早更新世早- 中期,以佳- 依分水岭为界,松花江中上游(肇源- 依兰河段)河流自东向西流入松嫩湖盆,松花江下游向东流经三江平原;早更新世晚期,受构造- 地貌- 气候耦合作用的影响,佳- 依分水岭持续抬升,而三江平原一侧不断下沉,佳- 依分水岭两侧河流发生溯源侵蚀,最终导致佳- 依分水岭在0. 94 Ma B. P. 被切穿,松花江中上游水系被下游水系所袭夺,河流流向发生反向,自西向东流经依佳峡谷进入三江平原,现代松花江水系逐渐建立。本研究有助于我们加深对松嫩平原水系演化的理解,为探索东亚水系演化的一致性和区域差异性提供研究证实,同时对松花江流域自然资源禀赋的调查乃至国土空间开发利用具有重要实践意义。     

松花江早更新世水系演化:来自TIMA矿物和地球化学的证据

水系演化研究是揭示流域地貌—构造—气候演化之间相互作用的重要途径。松花江水系演化研究目前还相对薄弱,尤其是第四纪松花江中上游是否发生流向反转存在争议。自动定量矿物分析系统TIMA(TESCAN Integrated Mineral Analyzer)在源区识别和古地理重建方面有极大的应用潜力。为此,本文利用TIMA技术对位于松花江T2阶地的哈尔滨荒山岩心沉积物进行重矿物及全岩矿物地球化学组成分析。结果表明,以深度62.3 m为界,岩心上、下地层沉积物的重矿物(例如,锆石、磷灰石、金红石、榍石、石榴石、钛铁矿、铁磁矿物和硅铁矿)及全岩矿物地球化学组成均存在明显差异。62.3 m以上地层沉积物的重矿物组合是闪石类+帘石类+榍石+铁磁矿物,硅铁锂钠石在上段地层中出现,全岩矿物地球化学元素较为稳定,波动幅度较小;62.3 m以下地层沉积物的重矿物组合是闪石类+帘石类+钛铁矿+榍石,方解石、铬铁矿、蛇纹石、黄铁矿和磁黄铁矿仅在下段地层中出现,全岩矿物地球化学元素波动幅度较大。TIMA重矿物和全岩矿物地球化学组成反映了岩心沉积物的物源发生明显变化,进而指示了松花江的水系演化。结合在依兰发现的河湖相地层,我们提出了松花江水系演化的新模式。早更新世时期,佳依(佳木斯—依兰)分水岭将松嫩水系和三江平原水系分隔开,作为松花江上游的牡丹江向东流经依兰—通河—哈尔滨,最终注入松嫩古湖。在0.94 Ma B. P.之后,松辽分水岭局部隆升,古松花江发生反转,从西向东流至通河—依兰地区形成古大湖。湖泊水位不断升高致使湖水溢流切穿佳依分水岭,形成现代松花江水系的基本格局。这挑战了以前的向源侵蚀导致佳依分水岭被切穿的水系演化模式。     

松嫩沙地Sr?Nd同位素组成特征

作为亚洲风尘源区的中国北方干旱—半干旱地区的Sr?Nd同位素组成已得到很好的研究,但位于欧亚黄土带最东端的松嫩沙地尚是空白,这影响了对该地区风尘系统的深入理解。为此,系统采集了松嫩沙地19个区域90个河流沙和风成沙样品,并对这些样品进行了分粒级处理（<63 μm、63~30 μm、30~10 μm、<10 μm和<30 μm）。对116个分粒级子样的酸不溶物（硅酸盐组分）进行了Sr?Nd同位素组成的测定。研究结果表明,松嫩沙地可划分出两个大区（嫩江水系和松花江水系）和七个小区,嫩江水系沉积物的Nd同位素组成显著高于松花江水系,而Sr同位素组成明显偏低。松嫩沙地8个剖面纵向上的同位素特征显示,Sr?Nd同位素组成存在“时间效应”,即随时间发生了明显变化,表明了源区地球化学组成的不稳定性。分粒级组成表明,粒度对87Sr/86Sr比值的影响很小,但对Nd同位素组成有明显影响,且存在Nd同位素比值富集在粗颗粒组分中的趋势,这与以往的研究结果不同。无论是地质历史时期还是现在,嫩江水系沉积物（大庆、杜蒙、齐齐哈尔、泰来、白城）对哈尔滨粉尘的贡献都很小。哈尔滨黄土与现代尘暴粉尘有不同的物源,哈尔滨黄土是春季尘暴天气作用的产物,有一个混合源,松花江水系沉积物（扶余、德惠、榆树等地）是哈尔滨黄土的主要粉尘源区,内蒙古中东部的沙地也为哈尔滨黄土贡献了部分的细颗粒粉尘。     

福建龙海明溪两区玄武质火山岩钾-氩年龄和Nd、Sr、Pb同位素

本文给出了福建龙海明溪两区玄武质岩石的K-Ar年龄测定结果,其中龙海为16.57～19.20Ma,属第三纪中新世的产物;明溪则均小于5Ma,为上新世至更新世所喷发。通过Sr、Nd、Pb同位素组成分析,讨论了两区玄武岩的源区特征及其成因。     

三江地区花岗岩类Rb-Sr同位素研究

Rb-Sr同位素研究结果表明,哀牢山—金沙江带闪长岩、正长岩,分别为海西期(337Ma)和燕山晚期(83Ma);临沧—左贡带花岗闪长岩、黑云母花岗岩,为海西-印支期(263—193Ma);潞西—腾冲带斑状黑云母花岗岩、黑云母花岗岩,为燕山晚期(86—71Ma)。通过Sr、Nd同位素组成研究,对花岗岩成因进行探讨。     

嘉陵江曲流型叠置河谷成因对区域地质环境的响应

为了明确嘉陵江曲流型叠置河谷形成原因及其对区域地质环境演化的响应, 在综合分析区域地质地貌背景、水系演化模式等基础上, 认为嘉陵江曲流型叠置河谷的成因可能是三峡贯通这一重大地质事件作用的结果.三峡贯通前, 古分水岭两侧的四川盆地和江汉盆地水系相互独立发育; 由于江汉盆地水系溯源侵蚀速率快, 切穿其与四川盆地的古分水岭, 分水岭西侧水系被袭夺后东流, 两大水系完成统一; 在三峡贯通事件作用下, 嘉陵江古自由河曲快速下切嵌入基岩, 形成了曲流型叠置河谷的壮观地貌景观.基于砾石层中冲积物的电子自旋共振(electron spin resonance dating, ESR)测年结果, 表明三峡贯通的时间大致在早-中更新世之交.第四纪地壳活跃, 三峡的贯通可能与该时期内的"昆仑-黄河运动"密切相关.      

内蒙古白云鄂博上石炭—下二叠统阿木山组碎屑锆石年代学特征及其地质意义

内蒙古白云鄂博地区阿木山组砂岩的碎屑锆石LA—ICP—MS U—Pb同位素年代学分析结果显示,早二叠世阿木山组的碎屑锆石主要由古生代(354~479 Ma)和元古宙(934~1 941 Ma)及少量的古元古—新太古代(2 330~2 688 Ma)碎屑锆石组成。结合该组模式剖面的实测和?蜓化石再研究,笔者认为,阿木山组含934~1 941 Ma碎屑锆石的砂岩物源来自于佳蒙地块,而非华北板块;含有Sphaeroschwagerina化石带的阿木山组应当属于佳蒙地块的大陆边缘沉积。这一认识对于研究西拉木伦河缝合带和古亚洲洋的构造演化、以及将内蒙古草原—松花江地层区划归佳蒙地层大区等具有重要意义。     

8Ma以来黄土高原风尘堆积的物源变化与上地壳演化的关系

第三纪的红粘土和第四纪黄土同为风成沉积,二者是否有相同的物质来源?长尺度风尘的加积与上地壳演化之间有怎样的联系?二者均是非常重要的科学问题.由于Sr, Nd同位素可以有效示踪沉积岩的物质来源,我们近年研究了8Ma以来黄土高原泾川剖面红粘土-黄土序列《20靘的细粒硅酸盐组分的Sr, Nd同位素变化.结果表明:1)黄土高原的黄土与北太平洋中部的硅酸盐组分的Nd同位素组成非常接近,二者应在一定程度上具有相似的物质来源,即来自蒙古国南部及中国境内的戈壁、沙漠地区,所不同的是前者由近地面风搬运,而后者为远距离输送的风尘;2)Sr同位素在8.00～2.58Ma期间呈现略为增加的趋势,应当与红粘土的来源物质经受了较长时间的化学风化有关,而Sr同位素自2.58Ma以来的显著降低趋势与第四纪时期黄土-古土壤的物质来源和第三纪红粘土不同有关,新构造运动使更多相对年轻的造山带褶皱成山,第四纪冰期来临使更多高海拔的年轻造山带遭受剥蚀而成为黄土的来源物质,这是导致黄土、红粘土物源不同的重要原因.     

柴达木盆地大浪滩梁 ZK02孔的磁性地层及其古环境研究

对柴达木盆地西部大浪滩盐湖梁-ZK02孔岩芯进行详细的磁性地层研究,确定钻孔岩芯的B—M界线位于315m,Jaramillo位于405～430m,Olduvai位于772～816m。在磁性年代学框架基础上,以蒸发岩沉积序列作为主要依据,结合碎屑岩变化以及孢粉分析,认为该地区在第四纪发生过三次较大的沉积环境变化,分别发生在2.5～2.2Ma,1.2～0.7Ma与0.4Ma。青藏高原第四纪的隆升是造成上述三次变化的主要原因,其中早更新世末—中更新世早期的隆升对柴达木盆地的气候影响较大,导致柴达木盆地的气候由温凉湿润转换为寒冷干旱。高原隆升引起的气候干旱并非简单的逐渐加剧,而是早更新世末期以来,气候湿润期表现得更为湿润,这种现象可能由高原隆升增加了夏季风的强度导致,冰川和积雪面积的增大也起到了叠加效应。     

哀牢山-金沙江岩带透辉石花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄及地质意义--以玉召块、马头湾和十里村岩体为例

位于哀牢山—金沙江新生代钾质碱性岩浆岩带南段的玉召块、马头湾和十里村透辉石花岗岩锆石SHRIMP定年结果为 38Ma、34Ma和 37Ma,相当于渐新世,属于喜马拉雅期,结合岩石化学、微量元素、稀土元素和Sr、Nd、Pb同位素组成等,对控岩机制、岩石的属性和成因以及锆石的成因进行探讨。     

塔里木盆地腹地玛扎塔格山隆升时限探讨及其环境意义

位于塔里木盆地腹地(N38°40.911', E80°18.484') 的玛扎塔格褶断带东西向延伸约300km,南缘发育出露连续、完全的早更新世地层,岩性主要以灰黄色泥岩、粉砂质泥岩为主。本文以其中出露完全的一段河湖相泥岩、粉砂岩为研究对象,共采集古地磁样品130块16个采点。通过岩石磁学研究,说明主要载磁矿物是磁铁矿,107块样品的磁化率各向异性结果显示地层校正后其最小轴近直立,并且磁面理较磁线理发育,具有沉积组构特征。地层校正后磁化率各向异性最大轴的方向指示了早更新世时研究区域NWW-SEE的古流向。系统热退磁结果揭示出了正反极性,高分辨率的磁性地层学研究限定研究剖面时代约为1.3~0.9Ma。从而推测玛扎塔格剖面中第四纪地层记录的最近一次构造活动时间约为0.8Ma,即早更新世末中更新世初。河湖相泥岩、粉砂质泥岩的岩性特征代表了当时温湿的气候。研究区近东西向的古流向与玛扎塔格山脊近于平行,附合快速隆升构造地貌特征,暗示该套地层沉积时代(1.3~0.9Ma)对应了玛扎塔格山的快速隆升过程。     

松辽盆地断陷期白垩纪营城组的时代归属

本文结合生物地层,同位素年代学,古地磁及地层序列的最新研究成果,探讨了松辽盆地断陷期营城组的时代归属。营城组孢粉组合多繁盛于白垩纪早—中期的Hauterivian期—Albian期;营城组同位素年龄分布表现出两个峰值135 ~ 120Ma和115 ~ 110Ma,结合采样层位及地层序列特征认为135~130Ma代表营城组下段中基性火山岩的年龄,130 ~ 120Ma代表营城组一段酸性火山岩的年龄,115~110Ma代表营城组三段基性火山岩及顶部酸性火山岩的年龄;古地磁研究表明在Hauterivian期底界偏上的135Ma发生过磁性的倒转以及松辽盆地的快速北移。这些特征表明营城组的时代为Hauterivian期—Albian早期,同位素年龄为135 ~ 110Ma。     

北祁连黑石山花岗岩LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄及其地质意义

北祁连黑石山地区的基性—酸性火山岩中,从南向北依次产出郝泉沟、白马洼、黑石山沟、放符崖等花岗岩体,其中在郝泉沟斜长花岗岩体中发现了郝泉沟金矿床。采用LA-ICP-MS同位素测定技术,获得白马洼英云闪长岩和郝泉沟斜长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为（440.2±2.4）Ma和（431.8±2.4）Ma,表明岩体形成时代为晚奥陶世末—早志留世;同时测定白马洼花岗岩体的全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成,计算的(87Sr/86Sr)i值为0.70535,εNd(t)值为1.11,推断其源于增厚的下地壳。本次研究表明,在早古生代晚期,随着祁连洋盆闭合,中祁连地块与北祁连奥陶纪岛弧发生碰撞,导致地壳加厚,引起下地壳玄武质岩石部分重熔,黑石山地区的花岗岩体形成于这一背景下。     

苏北盆地XH-1钻孔晚新生代沉积记录特征及其与长江贯通时间的关联

对XH-1钻孔沉积物、长江和淮河下游现代沉积物的磁化率与粒度组分相关性进行了对比研究,结果表明,整个XH-1钻孔沉积物磁化率与粒度组分的相关性出现了4次显著变化,其中的第Ⅰ深度段(350—247m)和第Ⅲ深度段(234—57m)的相关性变化分别与淮河下游和长江下游现代沉积物的记录相一致;第Ⅱ深度段(247—234m)的相关性变化处于上下相邻两段的过渡变化之中;而第Ⅳ深度段(57—0m)的相关性变化处于一种不定式的波动之中。从影响磁化率变化的主要因素和苏北盆地自身的地质背景来看,XH-1钻孔沉积物磁化率与粒度组分相关性的变化情况在很大程度上反映了沉积物物质来源的不同,而造成物源差异的主要原因为长江三峡的贯通,及其贯通后对钻孔所在区域水系调整、变迁的影响。古地磁测试结果表明,XH-1钻孔沉积物磁化率与粒度组分相关性变化特征所揭示出的长江三峡贯通时间约在2.32MaBP。     

长江河口区晚新生代以来沉积化学元素分布及物源指示意义

通过对长江三角洲平原上海浦东机场孔(PD钻孔)沉积物的化学元素分析,结合判别函数和因子分析等手段,探讨了元素富集规律随时间的演变特征,揭示了该区物源的演化过程。研究结果显示,PD钻孔沉积物可以划分为Ⅰ~Ⅴ带:Ⅰ带(上新世—早更新世早期)主要富集Pb,Th,U,Ba,La和Ce等元素,此时长江三角洲逐渐由区域性台地向沉降盆地转变,较封闭的局地物源控制了该区沉积特征;Ⅱ带(早更新世早期—早更新世中期)中Fe,K,As和Rb含量增高,表明此时长江中游物质加入进来,镇江峡口被切穿;Ⅲ带(早更新世末期—中更新世)由Ti,Ⅴ和Cr等主导,这些元素代表了上游峨眉山玄武岩,也表征该区物源进一步扩展至长江上游;Ⅳ~Ⅴ带(中新世末—更新世—全新世)元素特征与Ⅲ带类似,但以Br高含量为特征,表明此时该区地势进一步降低,并遭受多次海侵。PD钻孔的地球化学资料很好地揭示了在我国东西地势倒转的大背景下古长江溯源侵蚀,逐级切穿峡口的演化历程。结合测年资料,推断长江贯通东流至现今河口地区的时间不晚于1.0~1.2 Ma(Ⅲ带底部)。     

松嫩平原中更新世以来气候干旱化

哈尔滨黄土位于欧亚黄土带最东端,是研究气候干旱化的理想载体,对于重建松嫩平原气候干旱化历史及完善亚洲内陆干旱化东进进程具有重要意义。然而,松嫩平原干旱化的相关研究相当薄弱,黄土与区域构造—气候—水系演化之间的耦合关系尚未明确。对哈尔滨黄土—古土壤序列进行了沉积学特征分析以及粒度、磁化率、总有机碳和Sr-Nd同位素组成测试,结合粒度端元和小波分析,对松嫩平原气候干旱化历史及驱动机制进行研究。结果表明:受高纬度寒冷气候影响,哈尔滨黄土—古土壤序列的沉积特征与其他地区存在显著差异,潜育化的沉积环境是古土壤层磁化率呈现低值的主控因素;哈尔滨黄土堆积的出现指示了松嫩平原干旱化和松嫩沙地的发育始于~460 ka;黄土大于63 μm以及EM3端元组分共同指示了380 ka和300 ka两次明显的干旱化加剧和沙地扩张事件;TOC和Sr同位素指标揭示了这种干旱化加剧的现象一直持续到180 ka。此后,松嫩平原的气候逐渐趋于暖湿。研究显示,全球气候变冷（冰量的扩增）—区域构造（松辽分水岭隆起）—水系演化（松辽水系的变迁）共同驱动了松嫩平原气候干旱化。上述认识对松嫩平原的生态与社会经济的可持续发展具有重要意义。     

内蒙古白银都西群变质火山岩的钕、锶同位素研究

白银都西群主要由斜长角闪岩、变粒岩、长英片岩和条带状混合岩组成,是白银都西-白乃庙地体的重要组成部分,主要分布在内蒙古白乃庙铜(金)矿床东北白银都西一带。长期以来,由于缺乏可信的同位素年龄数据,该套岩层的归属,构造性质和形成机理尚不清楚。笔者首次对白银都西群斜长角闪岩的Nd和Sr同位素组成进行了测定,所获Sm-Nd同位素等时年龄为1394±46Ma(23),Nd初始比值为0.511 243±8(23)和εNd(T)=+7.9±2.1(23)。~(87)Sr/~(86)Sr和~(87)Rb/~(86)Sr比值分别为0.705 79—0.709 12和0.17—0.34,两者之间不存在任何相关关系。结合野外地质证据和岩相学特征,我们认为:白银都西群基性火山活动发生在中元古代,成岩物质来自亏损地幔源,成岩以后构造变动和变质热液活动致使Rb-Sr同位素体系受到严重干扰破坏。     

福建明溪石榴石二辉橄榄岩包体的REE 及Pb Sr Nd同位素研究

本文研究了明溪地区尖晶石二辉橄榄岩、尖晶石-石榴石二辉橄榄岩和金云母-石榴石二辉橄榄岩包体的REE及Pb,Sr,Nd同位素。它们的Pb,Nd同位素成分表明该区上地幔在67—82km深度上是,MORB型亏损地幔。标本中放射性Sr同位素成分高于“地幔系列”可能解释为岛弧区俯冲大洋板块物质的加入。包体的sm-Nd、Rb-Sr年龄可能与十亿年前地幔亏损事件、早古生代H_2O,K_2O等地幔交代作用以及新生代的火山作用过程有关。     

早更新世以来青藏高原隆升作用在塔里木盆地腹地的响应

自约55Ma印度-欧亚板块碰撞,青藏高原经历持续挤压,发生多次阶段性隆升作用.晚新生代以来强烈隆升作用不仅造就了青藏高原北部强烈的构造变形效应,还引起了大规模的干旱化.位于塔里木盆地腹地(N38° 40.911′,E80°18.484′)的玛扎塔格褶断带东西向延伸约300km,南缘发育出露连续、完全的早更新世地层,岩性主要以灰黄色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩为主,含有薄层粗砂岩及砾岩.本文延展了原来研究剖面,共采集古地磁样品90块共9个采点.系统热退磁结果揭示出了正反极性,高分辨率的磁性地层学及野外磁化率研究确定研究剖面时代约为2.2～0.1Ma,对玛扎塔格整个剖面地层的年龄控制提供了限定.利用MS2磁化率仪对野外剖面现场测量,采集209米695点数据.通过与深海氧同位素比对分析,说明磁化率结果不仅较好揭示了全球气候变化,还精确记录了约1.8Ma、1.2Ma、0.9Ma、0.65Ma等多期构造活动,并且直接证明年龄约0.05Ma的地层发生了较强构造变形.青藏高原早更新世以来隆升过程具有脉冲特征,约0.9Ma的强烈隆升使主体达到冰冻圈,起到的屏障效应使塔里木盆地开始较快速干旱化,同时为黄土高原提供了更多风尘物质和增强了对粉尘的搬运能力,导致巨厚的粗粒上砂岩层L9形成.