湖北宜昌第四纪沉积物中铁质重矿物特征对三峡贯通的指示*

长江三峡的演化问题一直是地学界争论的焦点和热点。近年来,不少学者通过锆石、石榴子石、角闪石等重矿物的同位素和微量元素组成来判断长江物源,取得了较好的成果,但将单颗粒铁质重矿物作为物源指示矿物并应用于三峡贯通方面研究较少。因此作者运用电子探针、扫描电镜和能谱仪对湖北宜昌地区第四纪沉积物中的铁质重矿物进行化学特征和形貌分析,并与可能的物源区样品进行对比,来分析物源演化过程及判定三峡贯通时间。研究结果显示,宜昌地区第四纪沉积铁质重矿物的主要源岩为位于三峡以西的攀枝花钒钛磁铁矿、峨眉山玄武岩和位于三峡以东的黄陵花岗岩,在善溪窑组沉积结束以后,宜昌地区第四纪沉积物的物源发生了明显改变,出现来自三峡以西的物质,表明长江三峡此时发生了贯通。结合ESR测年数据和前人研究结果可知,长江三峡的贯通发生在0.75—0.73Ma B.P.。     

江汉—洞庭地区与黄广—九江地区更新统划分与对比

为进一步厘清长江中游江汉—洞庭地区与黄广—九江地区更新统划分与对比,在区域地质调查基础上,识别出区内早更新世砾石层与上覆网纹红土之间的不整合关系,辅以年代学研究,开展了长江中游江汉—洞庭地区与黄广—九江地区第四系研究,建立了区域地层划分与对比格架。研究表明:白沙井砾石层、阳逻砾石层、宜昌砾石层、九江砾石层等是区内短程河流的冲洪积相沉积,时代为早更新世晚期(Qp_1),而上覆网纹红土则形成于中更新世(Qp_2),二者之间为不整合接触,并以此为基础构建了区内第四纪更新世地层格架;白沙井砾石层、阳逻砾石层、宜昌砾石层、九江砾石层与上覆网纹红土所代表的水动力条件和沉积环境的重大调整是长江三峡续接贯通的环境响应,暗示了长江上游"川峡二江"续接贯通的时限为早—中更新世之交。     

宜昌砾石层重矿物组合特征及物源示踪分析

广泛分布于宜昌至枝江—松滋一带的宜昌砾石层,对江汉平原乃至长江中游的地层划分、地貌演化、古环境变迁以及长江的形成与演化等研究具有重要意义。本研究在课题组前期研究的基础上,以本区内最具代表性的6个剖面为研究对象,对0.125~0.063mm粒级粉细砂质沉积物的重矿物特征进行了分析,结果显示宜昌代表性剖面砾石层细颗粒粉砂质沉积物的重矿物组合基本一致:锆石—绿帘石—白钛石—赤褐铁矿—钛铁矿—磁铁矿。源-汇分析表明,重矿物组成所指示的源区原岩类型除了三峡地区的还有长江三峡以西的金沙江、岷江、嘉陵江及乌江流域;经与长江及江汉平原西缘各河流的重矿物组合比较发现,宜昌砾石层的稳定重矿物组合特征与现代长江河漫滩和低矮阶地沉积物的重矿物组合一致。综合分析认为宜昌砾石层是于早更新世长江贯通三峡时形成的冲积扇,结合前人对宜昌砾石层形成时代的研究,推断三峡贯通的时间应该在1.0Ma BP左右。     

江汉—洞庭地区与黄广—九江地区更新统划分与对比

为进一步厘清长江中游江汉—洞庭地区与黄广—九江地区更新统划分与对比,在区域地质调查基础上,识别出区内早更新世砾石层与上覆网纹红土之间的不整合关系,辅以年代学研究,开展了长江中游江汉—洞庭地区与黄广—九江地区第四系研究,建立了区域地层划分与对比格架。研究表明: 白沙井砾石层、阳逻砾石层、宜昌砾石层、九江砾石层等是区内短程河流的冲洪积相沉积,时代为早更新世晚期(Qp₁),而上覆网纹红土则形成于中更新世(Qp₂),二者之间为不整合接触,并以此为基础构建了区内第四纪更新世地层格架; 白沙井砾石层、阳逻砾石层、宜昌砾石层、九江砾石层与上覆网纹红土所代表的水动力条件和沉积环境的重大调整是长江三峡续接贯通的环境响应,暗示了长江上游“川峡二江”续接贯通的时限为早—中更新世之交。     

江汉—洞庭地区与黄广—九江地区更新统划分与对比

为进一步厘清长江中游江汉—洞庭地区与黄广—九江地区更新统划分与对比,在区域地质调查基础上,识别出区内早更新世砾石层与上覆网纹红土之间的不整合关系,辅以年代学研究,开展了长江中游江汉—洞庭地区与黄广—九江地区第四系研究,建立了区域地层划分与对比格架。研究表明: 白沙井砾石层、阳逻砾石层、宜昌砾石层、九江砾石层等是区内短程河流的冲洪积相沉积,时代为早更新世晚期(Qp₁),而上覆网纹红土则形成于中更新世(Qp₂),二者之间为不整合接触,并以此为基础构建了区内第四纪更新世地层格架; 白沙井砾石层、阳逻砾石层、宜昌砾石层、九江砾石层与上覆网纹红土所代表的水动力条件和沉积环境的重大调整是长江三峡续接贯通的环境响应,暗示了长江上游“川峡二江”续接贯通的时限为早—中更新世之交。     

长江中游高位砾石层的磁性特征与物源分析

在长江中游分布着一些高位的砾石层,尤其是在宜昌与武汉的阳逻附近。为了探讨这些砾石层的磁性特征及物质来源,对它们进行了磁性特征研究,结果表明:1不同砾石层剖面磁性物质的含量明显不同,其中云池砾石层磁性物质的含量最高,善溪窑、红花套、白洋渡砾石层次之,阳逻砾石层含量最低。2SIRM/χ和F300值显示,长江中游砾石层磁性矿物类型主要是磁铁矿等亚铁磁性矿物,其中阳逻砾石层不完全反铁磁性矿物含量比例比其他砾石层高。3χARM/χ、χARM/SIRM、χfd值表明,白洋渡、红花套及善溪窑砾石层的磁性矿物中以较粗的磁性颗粒为主,而云池和李家院的磁性矿物颗粒都较细,武汉阳逻砾石层的磁性颗粒以单畴、超顺磁颗粒为主。4宜昌附近的善溪窑、云池、白洋渡、红花套砾石层的磁性特征与长江现代沉积物的特征接近,指示其物质主要来自于长江沉积物;而阳逻砾石层的磁性特征却与江汉平原周边河流的现代沉积物磁性特征有些类似,结合野外砾石层岩性特征,认为阳逻砾石层是长江、汉江与江汉平原周边河流共同作用的产物。     

中国北部陆架海碎屑锆石U- Pb年龄和钾长石主微量元素物源示踪研究

渤海湾盆地每年沉积大量的河流碎屑物质,但其中的砂级物质能否迁移扩散到胶东半岛海湾内一直不清楚。锆石和钾长石分别是河流沉积物中常见的副矿物和主要造岩矿物之一,由于各自的U- Pb年龄和地球化学元素组成在不同区域内存在显著差异,是进行物源示踪研究的理想矿物。基于此,本文利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪 (LA- ICP- MS) 对渤海湾盆地主要注入河流和胶东半岛的威海湾和银滩湾的海岸砂开展碎屑锆石 (n=438) 和钾长石 (n=160) 微区原位U- Pb年龄、Th/U比值和主微量元素分析,结果表明威海湾和银滩湾内的砂级沉积物的碎屑锆石以具有典型的新元古代峰值年龄 (697~735 Ma),缺乏古元古代和新太古代峰值年龄为特征,Th/U比值和胶东基岩接近,结合Kolmogorov- Smirnov 统计方法的多维判别图 (MDS),说明这些砂级碎屑物质的源区主要是以胶东半岛为源区的近源物质。而黄河口的碎屑钾长石原位(in situ) Na2O、K2O、Al2O3和Rb、Sr、Ba、Pb元素含量变化与刘公岛和银滩的海砂样品截然不同,进一步验证了上述碎屑锆石的研究结果。因而将碎屑锆石和钾长石原位地球化学分析相结合有助于精准判定物源关系,在今后中国北部陆架海物源示踪研究、渤海湾盆地盆山耦合研究中将具有良好的应用前景。     

长江上游表壳岩系Pb同位素组成特征及对三峡贯通的示踪意义

理论分析表明,碎屑钾长石Pb同位素在大河流域沉积物物源示踪及追索河流演化研究中具有独特意义。近年来,随着单颗粒碎屑矿物微区分析技术的快速发展,碎屑钾长石Pb同位素已成为一种有效的物源示踪方法,在判别沉积物物源、重建古水系等方面已得到了较好的应用,同时沉积物全岩的Pb同位素能对碎屑钾长石Pb同位素的示踪起到一定的补充作用。通过对长江流域不同河段和支流流域钾长石及全岩Pb同位素的空间分异特征的即可识别性分析、河流地貌和水文特性对源-汇之间物质的可通达性分析以及流域地质环境条件的分析,认为利用Pb同位素方法来示踪江汉盆地不同时期沉积物的源区,并重建长江水系的演化过程是可行的。最后对开展此项研究的思路进行了讨论。     

湖北宜昌地区第四纪沉积物中锆石的U-Pb年龄特征及其物源意义

对于长江三峡的贯通近年来基本认为是第四纪以来的事件,但在具体贯通时间的认识上仍存在差异。紧邻三峡出口、具有第四纪以来完整地层和较好出露层位的江汉盆地西缘宜昌地区的第四纪沉积物沉积特征及测年资料显示,该地区的云池组为冲积扇—扇三角洲相沉积,善溪窑组下部为扇三角洲沉积,上部为湖相沉积。对云池组、善溪窑组、长江5级和4级阶地的015,024,YC02,00B剖面等4个典型剖面砾石层中砂质填隙物的锆石进行矿物学研究和LA-ICP-MS U-Pb年龄测定,发现015,024剖面中锆石主要来源于三峡以东的黄陵穹窿、武当地块,少量来自鄂陕边境的庙川地区和湘鄂交接的华容地区,均为三峡以东的物质来源。而长江第5,4级阶地沉积物中的锆石不仅存在上述三峡以东物源区的物质,同时出现三峡以西米仓山—大巴山地区、龙门山—攀枝花地区,以及川西巴塘—德格地区岩浆岩物源的物质,也具有来自峨眉山玄武岩的特征岩浆锆石的存在,从而证实了以015,024剖面为代表的沉积并非前人认为的长江阶地产物,同时也表明三峡的贯通应在024剖面沉积结束以后,YC02剖面沉积以前,即长江三峡贯通的时间应该在0.75 Ma以后。     

江汉平原沉积物重矿物特征及其对三峡贯通的指示

江汉平原是长江穿过三峡区的第一个大型卸载盆地, 其沉积物必然反映长江流经的物源区的物源特征.通过对盆地中心周老孔第四纪岩心的重砂样品中0.125~0.063mm粒级的重矿物含量变化、ATi、GZi、ZTR指数和重矿物组合分析, 发现从钻孔岩心深度110m开始向上, 水动力条件加强, 沉积速率加快, 重矿物的数量特征发生明显突变, 特征矿物的组合与现代长江相同.表明在周老孔岩心深度110m (古地磁年龄1.1Ma左右) 位置处, 长江三峡开始贯通, 江汉平原开始接纳长江带来的三峡上游的物质.      

江汉盆地周缘主要河流沉积物碎屑磷灰石的微量元素特征及其物源判别指标分析

江汉盆地堆积的沉积物记录了长江演化的地质信息,一直是长江演化研究的热点,但目前的物源示踪方法存在诸多争议,因此寻找新的物源示踪指标是研究的重点.磷灰石是河流沉积物中常见的副矿物,其微量元素主要受原岩组成的影响而有良好的稳定性,在不同构造单元差异明显,是开展河流物源示踪研究的理想指示矿物.基于此,本文利用激光剥蚀电感耦合...     

Timing of the Yangtze initiation draining the Tibetan Plateau throughout to the East China Sea: a review

The question of the Yangtze’s origins has been extensively researched by geologists and geomorphologists for more than a century, and a widely-accepted answer is still pending. Evidence of river piracy, diversion and incision in the upper river segment from Shigu town in Yunnan Province to Yichang City has been used to reconstruct the history of the Yangtze drainage system, and constrain the timing of the upper Yangtze diversion from south flowing to east, debouching into the East China Sea. There is much diversity in fluvial deposits and landforms even over small spatio-temporal scales in tectonic highly active regions. They are also liable to latter reworking by external forces, making their paleo-geographical interpretation a more complex and controversial matter. Based on evidence from fluvial strata and landforms, various hypotheses have been proposed with considerable discrepancies for the timing of the Jinsha River diversion from the south flowing into the east, and the timing of the upper Yangtze channeling through the Three Gorges area. The Yangtze was controversially assumed to be: (1) a very old river in existence since the Cretaceous and earlier, (2) a very young river that came into being only during the past several hundred thousand years, or (3) any age in between these two extremes. Techniques in microprobe dating of single crystalline grains have greatly improved, and they have been widely and successfully used in provenance studies, drainage evolution reconstruction, and tectonic history restoration through dating detrital zircon/monazite grains from the onshore/offshore deposits. The timing of the Yangtze formation was estimated at ca. 2.58 Ma based on analyses of time-series variation of EMP (electron microprobe) monazite ages in the late Cenozoic strata of the Yangtze delta. By revisiting fluvial deposits and landforms in the upper Yangtze drainage basin, some references also state the initiation time of the Yangtze at between the late Pliocene and early Pleistocene. This indicates that microprobe dating of single detrital mineral grains is an effective tool to study sedimentary provenance and reconstruct the evolution history of large rivers, like the Yangtze. Laser ablation-ICPMS, a newly-developed microprobe dating technique characterized by minimal sample preparation, low cost and high throughput, and high precision, makes it possible to date large volumes of single detrital mineral grains for provenance studies. Its application is expected to increase the precision of the timing of the Yangtze formation. __________ Translated from Marine Geology and Quaternary Geology, 2007, 27(2): 121–131 [译自: 海洋地质与第四纪地质]     

长江上游水系变迁的河流阶地证据

以金沙江石鼓-巧家河段与川江宜宾-重庆丰都河段的阶地堆积物物质成分变化为着眼点研究了长江上游水系变迁。分河段对阶地堆积物重矿物成分进行时空对比后发现,金沙江下段沿岸各地的高位阶地重矿物成分差异较大,说明当时该地区尚未有贯通的金沙江,而可能是独立的小水系。白汉场、剑川、漾濞、元江等地古河谷堆积物样品重矿物成分的相似说明古金沙江可能是在石鼓、鸿文附近向南经过白汉场-剑川-漾濞盆地入红河的。川江各处高位阶地重矿物成分的差异说明当时该地区也存在分散的水系。金沙江下段以及川江贯通之后汇水东流,现代长江上游水系格局形成,并发育了重矿物成分相近的低阶地。     

黄河碎屑物质和中国西北沙漠/沙地存在物源联系吗？

在中国西北内陆分布着面积广大的沙漠/沙地,确定其物质来源对理解这些沙漠的形成和发育至关重要.尤其对腾格里沙漠、河东沙地、毛乌素沙漠、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠的碎屑物质是来自远源的黄河还是近源源区的争议较大.鉴于此,对沙漠中广泛存在的碎屑钾长石进行了554颗原位Pb同位素分析,结合黄河上游已经发表的钾长石Pb同位素数据,判定二者之间是否存在物源联系.综合区域内已发表的物源示踪结果,表明黄河上游的碎屑物质对腾格里沙漠的影响主要集中在有限的局部区域,未深入到沙漠腹地;黄河上游物质和河东沙地、毛乌素沙漠、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠不存在物源联系.中国西北内陆这些沙漠/沙地的物质主要以近源物质为主,是对早更新世以来青藏高原隆升和气候干旱的沉积响应.     

Provenance Study of Fe–Ti Oxide Minerals in the Quaternary Sediments in Yichang Area and Its Implication of Formation Time of the Yangtze Three Gorges, China

The Three Gorges are considered to be critical to understand the formation of Yangtze River. Recent research results suggest that the Yangtze Three Gorges was created during the Quaternary but the exact time is debatable. Fe–Ti oxide minerals are seldom used to study sediment provenance, expecially using scanning electron microscopy(SEM), and energy dispersive spectrometer(EDS). In this study, the provenance of Quaternary sediments in Yichang area, which is located to the east of the Yangtze Three Gorges, was investigated by using SEM and EDS to research Fe–Ti oxides. The Panzhihua vanadium titanomagnetite and Emeishan basalt outcrop are located to the west of the Three Gorges. Further, the materials from them are observed in the Quaternary sediments of Yichang area. Fe–Ti oxide minerals from the Huangling granite are observed in the Yunchi and Shanxiyao Formations, which were formed before 0.75 Ma B.P., whereas Fe–Ti oxide minerals from the Huangling granite, Panzhihua vanadium titanomagnetite, and Emeishan basalt are observed in the riverbed and fifth-terrace sediments of the Yangtze River, which were formed after 0.73 Ma B.P.. Thus, we can infer that the Three Gorges formed after the deposition of the Shanxi Formation and before the fifth-terrace; i.e., 0.75–0.73 Ma B.P..     

江汉盆地沉积物微量元素特征与长江上游水系拓展

江汉盆地是长江出三峡后第一个大型卸载区,近2.77 Ma以来堆积了近300 m的碎屑沉积物,主要由河流相和湖沼相组成,形成了多个沉积旋回。选择江汉盆地中心位置的ZL钻孔,利用ICP-MS方法,展开微量元素组成分析,研究了新近纪以来江汉盆地沉积物物源的变化。结果表明,上新世以来微量元素化学组成的离散程度逐渐减小,且趋近上部陆壳平均值,可能反映了物源供应区范围的扩展过程。1.25 Ma B.P.以来,多种微量元素含量及Th/Sc、Co/Th、La/Sc、Cr/Cu等比值变化很小,显示长江可能形成于1.25 Ma B.P.以后。     

峨眉山玄武岩作为长江上游特征源岩对三峡贯通的指示

峨眉山玄武岩作为长江上游攀西地区广泛分布的岩类,具有形成环境独特、出露面积大、岩石易鉴定的特点,可作为长江三峡贯通物源示踪研究的指示标志.通过对长江中上游阶地和江汉平原周老孔第四纪岩心沉积物中的玄武岩砾石和岩屑(1~2 mm)进行研究发现,峨眉山玄武岩砾石在长江上游很常见,在三峡以下很少;玄武岩岩屑在长江上游沉积物中非常普遍,而且在周老孔岩心沉积物中的很多层位都有出现.对玄武岩岩屑基质中的斜长石做了微量元素微区原位分析(LA-ICP-MS),分析表明,在周老孔中含峨眉山玄武岩岩屑的岩心层位最大深度为156 m,该层位古地磁年龄约为1.7 Ma,此时长江已经形成且三峡已经贯通.      

长江、汉江沉积物磁学特征比较研究

长江和汉江现代沉积物的磁学特征分析研究结果表明：  1）长江和汉江现代沉积物中铁磁性矿物均以亚铁磁性矿物为主,它们主导了样品的磁性特征。但长江沉积物比汉江沉积物亚铁磁性矿物含量要高;  2)长江和汉江沉积物的亚铁磁性矿物晶粒都以假单畴~多畴为主。相对汉江沉积物,长江沉积物磁性颗粒总体上要比汉江的粗;   3）长江沉积物中的不完全反铁磁性矿物含量比汉江高,但不完全反铁磁性矿物对沉积物磁性参数和SIRM的贡献却比汉江的小;   4）长江上游金沙江段比长江中游（宜昌-武汉）江段沉积物中亚铁磁性矿物含量要高,且长江中游沉积物样品磁性颗粒要比长江上游的偏细,这可能与搬运距离有关;   5）长江样品的磁性参数的变化区间比汉江大,数据间的相关性也比汉江差。这可能与长江较汉江流域范围广、支流多、物源复杂有密切的关系。