用OSL方法確定雅魯藏布江大拐彎第四紀(jì)晚期冰川堰塞湖年齡

祝 嵩, 吳珍漢, 趙希濤, 王成敏, 肖克炎

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037;

3)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京 100029;

4)中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北石家莊 050061

用OSL方法確定雅魯藏布江大拐彎第四紀(jì)晚期冰川堰塞湖年齡

祝 嵩1), 吳珍漢2), 趙希濤3), 王成敏4), 肖克炎1)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037;

3)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京 100029;

4)中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所, 河北石家莊 050061

雅魯藏布江是青藏高原上的一條大河, 其河谷地貌和地質(zhì)環(huán)境演化的發(fā)育歷史對于青藏高原地質(zhì)研究有重要意義。前人用ESR和14C測年方法對雅魯藏布江河谷兩岸廣泛分布河湖相沉積物、冰磧物測年確定了有四期堰塞湖。作者用光釋光(OSL, Opically Stimulated Luminesecence)測年方法分析采集到的湖相樣品年齡為(50.9±2.1) ka BP和(1.8±0.1) ka BP, 證明雅魯藏布江大拐彎處末次冰期早冰階和新冰期存在古堰塞湖。

雅魯藏布江; 堰塞湖; 冰川; 第四紀(jì); OSL

雅魯藏布江發(fā)源于西藏日喀則地區(qū)仲巴縣杰馬央宗冰川, 大致由西向東流過日喀則、拉薩、山南、林芝地區(qū), 在墨脫縣巴昔卡出境流入印度, 改稱布拉馬普特拉河。河流縱剖面表現(xiàn)為西高東低。從源頭到仲巴縣里孜長295 km為上游; 里孜到米林縣派鎮(zhèn)大渡卡長 1361 km為中游; 大渡卡至巴昔卡長504.6 km為下游。在派鎮(zhèn)雅魯藏布江開始圍繞南迦巴瓦峰形成最深處達(dá)6009 m的雅魯藏布大峽谷。近東西向的雅魯藏布江深大斷裂帶被與它相交的近南北向橫斷裂分割成若干斷塊(武長得等, 1990), 各斷塊在新構(gòu)造運(yùn)動期間作大幅度差異性升降運(yùn)動, 河流在上升斷塊處形成峽谷, 在下降斷塊處形成寬谷,出現(xiàn)寬窄相間的串珠狀河谷。夏季從孟加拉灣吹來暖濕偏南季風(fēng)氣流沖入雅魯藏布大峽谷迫使氣流轉(zhuǎn)變成氣旋性彎曲, 由此降水豐沛, 降雨量和降雨強(qiáng)度之大是全球少有地區(qū)之一。溯雅魯藏布江而上年降水量銳減, 加拉至派鎮(zhèn)低海拔河谷是研究區(qū)降水量最少地區(qū), 此處獨(dú)特的地質(zhì)和氣候條件使得第四紀(jì)期間南迦巴瓦峰西坡則隆弄冰川(圖 1)多次發(fā)生堵塞雅魯藏布江形成堰塞湖(鄭綿平等, 2008; 祝嵩等, 2011)。前人(Montgomery et al., 2004; Zhu et al.,2012)用ESR和14C測年方法對雅魯藏布江河谷兩岸廣泛分布河湖相沉積物、冰磧物測年確定了有四期堰塞湖。本文用OSL測年方法分析采集到的湖相樣品年齡, 再次證實(shí)了雅魯藏布江大拐彎處末次冰期早冰階和新冰期存在古堰塞湖。

1 樣品采集與分析

1.1 OSL樣品采集要求

野外采集的OSL樣品嚴(yán)格按如下要求進(jìn)行, 保證了樣品數(shù)據(jù)分析來源的可靠性。(1)樣品采集時盡可能避光, 用黑布或傘遮擋陽光。在剖面上取樣時去除30～50 cm的表樣, 取新鮮樣品; (2)沉積物樣品采集后應(yīng)維持原狀, 并立即放入不透明容器密封,防止漏光和水分的丟失; (3)沉積物樣品盡量在巖性均一的細(xì)粉砂、亞砂土(適合釋光測年的粒徑范圍為4～11 μm或90～250 μm)中采集, 避免在地層界面上采樣。若巖性不均勻或沉積層太薄, 應(yīng)在地層界面上下各取一個樣品; (4)對于沉積物, 每個樣品需要500 g左右的樣品。樣品盡可能取塊狀, 體積以10 cm×10 cm×10 cm為宜; (5)樣品的采樣和存放地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離高溫環(huán)境和放射性污染源等; (6)提供樣品估計年齡。

1.2 分析樣品的制備、測量儀器和測試條件

在實(shí)驗室紅光(波長 640±10 nm)條件下打開樣品, 先取20 g左右用于測定含水量及作U、Th、K含量分析。再取中心樣品過180目篩。將篩下部分

圖1 雅魯藏布江派鎮(zhèn)地貌圖(據(jù)Zhu et al., 2012)Fig. 1 Map of geomorphology of the Yarlung Zangbo River in Pai town(after Zhu et al., 2012)

放入燒杯中, 用濃度為40%的H2O2和30%的鹽酸去除有機(jī)質(zhì)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(xì)顆粒組分充分搖勻后, 注入事先準(zhǔn)備好的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(40)℃烘干, 取出不銹鋼片即是細(xì)顆測片, 每個不銹鋼片上的樣品重約1 mg。

樣品在Daybreak 2200(美國)光釋光儀上測定。該系統(tǒng)蘭光光源波長為470 nm, 半寬5 nm, 最大功率為 60 mW/cm2; 紅外光源波長為 880 nm, 半寬10 nm, 最大功率為80 mW/cm2, 我們選擇最大功率進(jìn)行測量。預(yù)熱溫度為260℃ 10秒, 試驗劑量預(yù)熱溫度220℃ 10秒。需要輻照的測片都是在801E輻照儀中進(jìn)行的, 其90Sr－Y β放射源的照射劑量率約為0.103871 Gy/Sec。

1.3 樣品等效劑量和環(huán)境劑量率的測定

細(xì)顆粒樣品采用簡單多片再生法測量樣品的等效劑量, 該方法只用4～8個測片就能獲得樣品的等效劑量值。其核心內(nèi)容是應(yīng)用試驗劑量OSL信號來校正多測片之間的感量, 并能克服多片數(shù)據(jù)的分散性。

樣品埋藏層的含水量對樣品所接收的劑量率有不可忽視的影響。水對α、β和γ輻射具有一定的吸收作用。因此含水量在埋藏期間的變化狀況對樣品年齡測定有直接影響。本批樣品送來已經(jīng)基本干燥,只測得編號為0602-1的樣品含水量即設(shè)定為它們沉積時的原始含水量, 其余 4個樣品的含水量采用經(jīng)驗值(7±2)%進(jìn)行估算, 并用 Fleming提出的校正方法, 對環(huán)境劑量率進(jìn)行了修正。

1.4 測年結(jié)果與討論

對于所有細(xì)顆粒樣品采用簡單多片再生法獲得等效劑量值, 用飽和指數(shù)方法進(jìn)行擬合, 從生長曲線圖可以看出, 簡單多片法測的細(xì)顆粒樣品再生劑量點(diǎn)不太分散, 生長曲線沒有明顯飽和, 但編號為0603-1-1的樣品釋光計數(shù)較少, 年齡數(shù)據(jù)僅供參考。可以認(rèn)為本批OSL樣品測試數(shù)據(jù)基本可信, 其值見表 1。

2 研究區(qū)湖相沉積物和冰磧物特征

米林縣羌納鄉(xiāng)有一套湖相沉積物(GPS位置為29°25′15″N, 94°29′05″E), 具有典型的灰白相間的湖相沉積紋層(圖 2a), 有的地方有明顯凍脹撓曲(圖2b), 顯示出極其低溫環(huán)境下湖相沉積物發(fā)生變形,暗示當(dāng)時湖泊處于低溫環(huán)境下, 可能與冰川堰塞湖有關(guān), 頂部海拔2964 m, 拔河高度33 m, 上面厚約8 m的河流相粗砂小礫, 下部是5 m厚紋層狀粘土,含灰白色粉砂, 夾銹黃色細(xì)砂, 夾小斷層, 斷角為220∠°28°, 斷距為1.2 m。

米林縣派鎮(zhèn)麥朗湖相沉積剖面頂部是厚約 3 m的灰白色砂礫層, 下面是厚約23 m的粘土、粉砂與細(xì)砂互層, 紋層狀, 以灰黃為主, 雜有明顯的銹黃、青灰色條帶。灰白相間的季節(jié)性韻律水平細(xì)層理(圖3b), 成塊性比較好, 整合接觸。沉積層有湖泊深水相的眾多水平層理顯示了相對穩(wěn)定的沉積環(huán)境。我們實(shí)測了麥朗村南雅魯藏布江左岸湖相階地(GPS位置為 29°28′58″N, 94°49′08″E, 剖面見圖 3a), 此處是拔河約1～2 m的河漫灘、6～7 m的T1階地, T1階地是以湖相沉積為基座的堆積階地, T1階地之上的湖相沉積剖面從上到下可分為四層, 沉積層皆為整合接觸。

南迦巴瓦峰山體第四紀(jì)發(fā)育多次冰川作用遺留下冰磧物, 已經(jīng)初步確認(rèn)的冰磧物時代有中更新世早期冰期、晚更新世早期冰期、晚更新世晚期冰期(分2個冰階期, 中間隔一個40—30 kaBP間冰階)、全新世的新冰期和小冰期(張振拴, 1984, 1988)。我們觀察到則隆弄溝口的新冰期(I)、末次冰盛期(II)、末次冰期早冰階(III)和中更新世冰期(IV)的側(cè)磧, 其時代大致推斷是根據(jù)張振拴(1988)的海拔, 見圖4b。格嘎許多冰磧丘陵長軸與則隆弄冰川冰流方向一致,打林冰磧?yōu)闁|西走向, 直白和咔喳冰水扇地貌(圖 1,4a)的扇軸也呈東西向, 這些都與右岸則隆弄冰川運(yùn)動方向一致, 表明冰磧物來自則隆弄冰川, 充分顯示冰川堵江證據(jù)。Zhu等(2012)根據(jù)雅魯藏布江大拐彎地區(qū)多個冰期時期的冰磧殘留平臺確定格嘎為堵江古堰塞壩, 認(rèn)為格嘎是堰塞壩迎水面, 赤白是堰塞壩尾部, 古堰塞壩約 12 km長, 雅魯藏布江格嘎海拔2850 m是湖底海拔, 新冰期、末次冰期早冰階最高湖相沉積分別為麥朗海拔 2940 m、羌納海拔2960 m, 對應(yīng)著湖面最高海拔, 因此新冰期湖最深90 m; 末次冰期早冰階湖最深110 m, 即2次堰塞壩高分別是110 m和90 m。

3 古堰塞湖存在時間和原因

Montgomery等(2004)測得林芝、八一附近的海拔2930～2950 m湖相沉積物14C年齡(1220±40) a BP和(1660±40) a BP, 認(rèn)為新冰期形成雅魯藏布江格嘎上游堰塞湖。本文測得米林縣派鎮(zhèn)麥朗最高海拔2940 m湖相沉積物OSL年齡(1.8±0.1) ka BP(表1),盡管測試時候計數(shù)太少, 年齡僅供參考, 但是其值與Montgomery等(2004)測得該海拔的年齡接近, 因此本文該數(shù)據(jù)應(yīng)該可信。Zhu等(2012)已經(jīng)確認(rèn)75—40 ka BP末次冰期早冰階雅魯藏布江大拐彎處存在格嘎堰塞湖; 本文測得米林縣羌納鄉(xiāng)樣品編號為 0528-3粘土質(zhì)粉砂湖相沉積物 OSL年齡為(50.9±2.1) ka BP(表1), 其海拔2951 m。因此該湖泊2次存在時間分別是75—40 ka BP末次冰期早冰階;1.8—1.2 ka BP新冰期。

表1 雅魯藏布江河谷沉積物樣品年齡Table 1 Ages of deposit samples of the Yarlung Zangbo River valley

圖2 羌納湖相沉積(鏡頭向南)Fig. 2 Lacustrine sediments at Qiangna (view south)

圖3 米林縣派鎮(zhèn)麥朗雅魯藏布江左岸河谷橫剖面Fig. 3 The left valley profile of the Yarlung Zangbo River at Mailang in Milin County

圖4 咔喳冰水扇(a, 鏡頭向東)和則隆弄溝口多次冰期冰磧物(b, 鏡頭向東)Fig. 4 Outwash fan at Kaca(a, photograph taken looking east) and till at Zelonglong ditch for many glacial periods(b, view east)

Zhu等(2012)認(rèn)為雅魯藏布江大拐彎第四紀(jì)冰期形成的冰川堰塞湖原因是構(gòu)造運(yùn)動和氣候, 氣候原因有兩個, 一是研究區(qū)冰川發(fā)育, 二是研究區(qū)低溫干燥。但是Montgomery認(rèn)為還應(yīng)該做更多的野外工作提供更多的構(gòu)造運(yùn)動證據(jù)才能對構(gòu)造運(yùn)動是格嘎古堰塞湖形成原因之一的說法具有說服力。

4 結(jié)論

由于南迦巴瓦峰地區(qū)獨(dú)特地形和氣候, 堰塞壩以上海拔濕潤氣候有利于冰川發(fā)育, 其下海拔干燥氣候不容易被流水侵蝕, 所以形成堰塞湖。這與藏北地區(qū)發(fā)現(xiàn)較多同時期的湖泊(趙希濤等, 2005,2011)有很大不同。本文通過用OSL方法對雅魯藏布江大拐彎處河段湖相沉積物測年, 可以認(rèn)為雅魯藏布江大拐彎則隆弄冰川堵江, 格嘎上游河谷發(fā)育 2期堰塞湖, 時間是75—40 ka BP末次冰期早冰階和1.8—1.2 ka BP新冰期, 最高湖面為 2960 m 和2940 m, 湖泊最深分別110 m和90 m。

武長得, 朱紅, 鄧宗策, 崔軍文. 1990. 雅魯藏布江斷裂帶的構(gòu)造特征[J]. 地球?qū)W報, 11(2): 87-94.

張振拴. 1984. 南迦巴瓦峰地區(qū)冰川沉積的初步研究[J]. 河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報, 27(3): 37-45.

張振拴. 1988. 南迦巴瓦峰西坡末次冰期以來的冰川變化[J]. 冰川凍土研究, 10(2): 181-188.

趙希濤, 吳中海, 胡道功, 嚴(yán)富華, 馬志邦, 麥學(xué)舜, 鄢犀利.2005. 西藏錯鄂及鄰區(qū)晚更新世高位湖相沉積的發(fā)現(xiàn)及其意義[J]. 地球?qū)W報, 26(4): 291-298.

趙希濤, 趙元藝, 鄭綿平, 馬志邦, 曹建科, 李明慧. 2011. 班戈錯晚第四紀(jì)湖泊發(fā)育、湖面變化與藏北高原東南部末次大湖期湖泊演化[J]. 地球?qū)W報, 32(1): 13-26.

鄭綿平, 劉喜方, 袁鶴然, 張成君, 王海雷. 2008. 青藏高原第四紀(jì)重點(diǎn)湖泊地層序列和湖相沉積若干特點(diǎn)[J]. 地球?qū)W報,29(3): 293-305.

祝嵩, 趙希濤, 吳珍漢. 2011. 雅魯藏布江加查段河流地貌對構(gòu)造運(yùn)動和氣候的響應(yīng)[J]. 地球?qū)W報, 32(3): 349-356.

MONTGOMERY D R, HALLET B, LIU Yu-ping, FINNEGAN N,ANDERS A, GILLESPIE A, GREENBERG H M. 2004. Evidence for Holocene megafloods down the Tsangpo River gorge,Southeastern Tibet[J]. Quaternary Research, 62(2): 201-207.

WU Chang-de, ZHU Hong, DENG Zong-ce, CUI Jun-wen. 1990.The structural characteristics of Yarlung Zangbo Fracture Zone[J]. Acta Geoscientica Sinica, 11(2):87-94(in Chinese with English abstract).

ZHANG Zhen-shuan. 1984. A preliminary research on the glacial deposit in the Mt. Namjagbarwa region[J]. Acta Hebei Geology College, 27(3): 37-45(in Chinese with English abstract).

ZHANG Zhen-shuan. 1988. Fluctuations of glaciers on the northwest slope of Mt. Namjagbarwa since the Last Glaciation[J].Journal of Glaciology and Geocryology, 10(2): 181-188(in Chinese with English abstract).

ZHAO Xi-tao, WU Zhong-hai, HU Dao-gong, YAN Fu-hua,MA Zhi-bang, MAI Xue-shun, YAN Xi-li. 2005. The Discovery of Late Pleistocene Highstand Lacustrine Sediments of the Co Ngoin Lake and Adjacent Areas, Tibet[J]. Acta Geoscientica Sinica, 26(4): 291-298(in Chinese with English abstract).

ZHAO Xi-tao, ZHAO Yuan-yi, ZHENG Mian-ping, MA Zhi-bang,CAO Jian-ke, LI Min-hui. 2011. Late Quaternary Lake Development and Denivellation of Bankog Co as well as Lake Evolution of Southeastern North Tibetan Plateau during the Last Great Lake Period[J]. Acta Geoscientica Sinica, 32(1):13-26(in Chinese with English abstract).

ZHENG Mian-ping, LIU Xi-fang, YUAN He-ran, ZHANG Cheng-jun, WANG Hai-lei. 2008. Some Characteristics of Stratigraphic Sequences and Lacustrine Sediments of Main Quaternary Lakes on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Acta Geoscientica Sinica, 29(3): 293-305(in Chinese with English abstract).

ZHU Song, WU Zhen-han, ZHAO Xi-tao, LI Jian-ping, WANG Hua. 2012. Middle-Late Pleistocene Glacial Lakes in the Grand Canyon of the Tsangpo River, Tibet[J]. Acta Geologica Sinica, 86(1): 266-283.

ZHU Song, ZHAO Xi-tao, WU Zhen-han. 2011. Response of fluvial landform of the Gyaca sector of the Yarlung Zangbo River to tectonic movement and climate[J]. Acta Geoscientica Sinica,32(3): 349-356(in Chinese with English abstract).

The Age of Glacial Dammed Lakes in the Yarlung Zangbo River Grand Bend during Late Quaternary by OSL

ZHU Song1), WU Zhen-han2), ZHAO Xi-tao3), WANG Cheng-min4), XIAO Ke-yan1)
1)Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;
2)Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;
3)Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing100029;
4)Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang,Hebei050061

The Yarlung Zangbo River is a great river in the Tibetan Plateau, and the landform of river valley and geological evolution history of its development has an important significance for the study of the Tibetan Plateau geology. Previous researchers tested lacustrine sediments by ESR and14C methods in the Yarlung Zangbo River valley and recognized four periods of dammed lakes. The authors analyzed lacustrine samples with OSL (Opically Stimulated Luminescence) and got the ages of (50.9± 2.1) ka BP and (1.8 ±0.1) ka BP. These data suggest that the Yarlung Zangbo Great Bend had two ancient dammed lakes existent respectively during the early stage of the last glacial period and the new glacial period.

Yarlung Zangbo River; dammed lake; glacier; Quaternary; OSL

P343.6; P343.3

A

10.3975/cagsb.2013.02.13

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項(編號: 1212011120185)資助。

2012-11-20; 改回日期: 2013-01-25。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

祝嵩, 男, 1973年生。博士后。主要從事礦田構(gòu)造及第四紀(jì)地質(zhì)研究。E-mail: zhuson@gmail.com。