祁連山新生代古海拔變化的碳氧同位素記錄

戚幫申, 胡道功*, 楊肖肖, 張緒教, 趙希濤

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;　2)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京 100029; 3)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083

祁連山新生代古海拔變化的碳氧同位素記錄

戚幫申1), 胡道功1)*, 楊肖肖2), 張緒教3), 趙希濤2)

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;2)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京 100029; 3)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083

祁連山構(gòu)成青藏高原的北東邊界, 是研究青藏高原的隆升與向內(nèi)陸擴(kuò)展的關(guān)鍵區(qū)域, 利用新生代湖相沉積的碳氧同位素組成估算祁連山古海拔對(duì)認(rèn)識(shí)青藏高原的隆升有重要意義。在中祁連陸塊不同地點(diǎn)出露的始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)和中晚更新統(tǒng)分別取樣并進(jìn)行碳氧同位素分析, 估算相應(yīng)地質(zhì)時(shí)期的古年均溫和古海拔高度。結(jié)果表明, 祁連山地區(qū)古近紀(jì)的海拔約為2711 m, 中新世早期的海拔為2848 m左右,中新世中晚期祁連山海拔達(dá)到約3586 m, 中晚更新世祁連山的古海拔約為3790～3890 m。古近紀(jì)祁連山的海拔較低, 但已經(jīng)構(gòu)成了青藏高原的東北邊界; 中新世中晚期祁連山強(qiáng)烈隆升, 形成了盆-山構(gòu)造地貌格局;第四紀(jì)祁連山地殼重新活躍并呈階段性快速隆升, 河流堆積和侵蝕交替進(jìn)行。根據(jù)碳氧同位素估算的祁連山古海拔高度變化為認(rèn)識(shí)青藏高原隆升的過(guò)程提供參考。

碳氧同位素; 古海拔; 新生代; 祁連山

青藏高原隆升與擴(kuò)展過(guò)程一直是研究的熱點(diǎn)與爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一(Tapponnier et al., 2001; Meyer et al., 1998; Yin et al., 2000), 祁連山構(gòu)成青藏高原的北東邊界, 其新生代構(gòu)造地貌演化特征對(duì)認(rèn)識(shí)高原隆升過(guò)程有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。祁連山處于青海省和甘肅省之間, 北接河西走廊, 南臨柴達(dá)木盆地, 西至阿爾金山, 東到六盤(pán)山, 海拔4000～6000 m, 很多山峰海拔超過(guò)5000 m, 最高峰為團(tuán)結(jié)峰, 海拔5826.8 m。祁連山地區(qū)構(gòu)造帶由白堊紀(jì)以來(lái)的再生造山帶及相伴生的壓陷性盆地組成(孫紅波等, 2009), 大地構(gòu)造單元包括北祁連新元古代—早古生代縫合帶、中祁連陸塊、疏勒南山—拉脊山早古生代縫合帶和南祁連陸塊。新生代以來(lái)伴隨著祁連山西緣阿爾金斷裂的活動(dòng)及青藏高原東北緣的地殼縮短變形, 祁連山地區(qū)受一系列NNW和NWW向的逆沖斷裂影響隆起, 形成盆山相間的擠壓盆嶺構(gòu)造地貌格局(圖1A)。祁連山新生代地層包括火燒溝組(E2-3h)、白楊河組(E3b)、疏勒河組(N1s)及第四系?；馃郎辖M由湖相沉積組成的, ESR年齡為40.2～35.3 Ma, 與上覆沉積時(shí)代為32.6—24.3 Ma的漸新世河湖相沉積組成的白楊河組呈角度不整合接觸(戚幫申等, 2013), 表明祁連山地區(qū)在晚始新世—早漸新世存在一次地殼縮短增厚與隆升過(guò)程。疏勒河組以黃色調(diào)的砂巖和泥巖為主, 底部多為灰白色礫質(zhì)砂巖, 上部為灰黃色礫巖、砂巖夾棕紅色砂巖和黃色砂質(zhì)泥巖, 以辮狀河與半深湖相沉積, 沉積時(shí)代為23—4.9 Ma(宋春暉, 2006)。地層沉積特征和磷灰石裂變徑跡研究表明中新世(8 Ma左右)是青藏高原北部新生代重要的隆升階段(Zheng et al., 2006; An et al., 1999; 陳正樂(lè)等, 2002; 宋友桂等, 2001;萬(wàn)景林等, 2001, 2010; 王瑜等, 2002; 張培震等, 2006)。上新世以來(lái), 祁連山地區(qū)再次隆升, 河流繼續(xù)下切到接近現(xiàn)代谷底位置, 地貌和現(xiàn)代水系格局基本定型, 早更新世晚期—中更新世早期, 祁連山地區(qū)的構(gòu)造隆升和全球性降溫耦合進(jìn)入“冰凍圈”,冰川廣泛發(fā)育, 盆地堆積一定厚度的冰磧或冰水堆積物(蘇建平等, 2005)。

碳氧同位素是研究古氣候的重要指標(biāo), 可以高精度地反映氣候變化過(guò)程(Palik et al., 2006; Zachos et al., 2001; 陳詩(shī)越等, 2004; 吳珍漢等, 2009; Xue et al., 1998), 同時(shí)碳氧同位素也是研究古海拔的有效指標(biāo)(Blisnuik et al., 2005; Chamberlain et al., 2000; Garzione et al., 2000; Horton et al., 2004; Hough et al., 2011; Quade et al., 2007; Rowley et al., 2001; 吳珍漢等, 2007; 丁林等, 2009), 主要是由于降水中的穩(wěn)定同位素隨高程產(chǎn)生的分餾作用, 使得水汽沿山坡上升時(shí), 重同位素優(yōu)先進(jìn)入液相, 輕同位素留在水汽中, 從而形成穩(wěn)定同位素和海拔之間的特定關(guān)系(王成善等, 2009; 丁林等, 2009)。由于沉積碳酸鹽能很好地保持古地表水的成分(王成善等, 2009), 因此富含碳酸鹽湖相沉積的碳氧同位素成為青藏高原隆升的重要地質(zhì)記錄(Xue et al., 1998; 吳珍漢等, 2007)。

前人通過(guò)古土壤和湖相沉積物的碳氧同位素組成估算出西藏中部地區(qū)在漸新世晚期隆升至海拔4000 m以上(DeCells et al., 2007), 與區(qū)域地質(zhì)研究有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(王成善等, 2009; Liu et al., 2001;劉志飛等, 2001)。丁林等(2009)根據(jù)現(xiàn)代河水氧同位素組成特征, 建立了分別應(yīng)用于藏北和藏南地區(qū)的氧同位素古海拔預(yù)測(cè)模型, 并認(rèn)為在古近紀(jì)可可西里地區(qū)已經(jīng)達(dá)到現(xiàn)在的高度。吳珍漢等(2007)利用青藏高原不同地區(qū)第四紀(jì)湖相沉積碳氧同位素組成, 結(jié)合海拔高度和年均溫資料, 通過(guò)大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持, 建立青藏高原北部和南部不同的碳氧同位素海拔高度計(jì), 為恢復(fù)高原不同地區(qū)的古海拔高度的研究提供了很好的思路。

目前, 碳氧同位素估算古海拔的研究還主要集中于青藏高原的北部、東北邊緣、中部和南部(DeCells et al., 2007; Garzione et al., 2000; Hough et al., 2011; 丁林等, 2009; 吳珍漢等, 2007), 而對(duì)于處于高原東北部的祁連山地區(qū)研究程度不高。本文通過(guò)對(duì)中祁連陸塊新生代地層進(jìn)行碳氧同位素組成測(cè)試, 結(jié)合前人根據(jù)碳氧同位素恢復(fù)古海拔的模型,估算祁連山地區(qū)新生代不同階段的古海拔, 進(jìn)而探討祁連山地區(qū)隆升的過(guò)程。

1　樣品采集和測(cè)試分析

碳氧同位素樣品主要集中于中祁連陸塊(圖1B),共采集40個(gè)樣品, 分別采自始新統(tǒng)(火燒溝組)、漸新統(tǒng)(白楊河組)、中新統(tǒng)(疏勒河組)和中晚更新統(tǒng)(Qp2-3), 采樣剖面圖及層位見(jiàn)圖2、圖3和圖4。

隴莫日古近系剖面位于木里鎮(zhèn)北側(cè), 剖面起點(diǎn)位置為38°11′56″N, 99°07′09″E, 剖面中火燒溝組(E2-3h)是紫紅色、橙紅色、灰綠色和灰白色等雜色的粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和細(xì)砂巖互層, 局部夾薄層礫巖, 沉積特征是細(xì)碎屑砂泥質(zhì)巖, 為陸相湖盆和山間凹地型沉積, 沉積時(shí)代為40.2—35.3 Ma(戚幫申等, 2013); 白楊河組(E3b)以棕紅、紫紅、棕褐色礫巖、含礫砂巖和中細(xì)粒砂巖為主, 一般為碎屑支撐結(jié)構(gòu), 局部夾有細(xì)砂巖和泥巖, 為典型的河湖相沉積, 沉積時(shí)代為32.6～24.3 Ma(戚幫申等, 2013),火燒溝組和白楊河組之間為角度不整合接觸。分別在隴莫日剖面火燒溝組的層2、4、6、7、8、9和白楊河組的層16、19、25、26、29、30、31、32、34、42采集樣品16個(gè)(圖2)。

圖1　研究區(qū)位置及地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig. 1　Location and simplified geological map of the study areaA-研究區(qū)地形地貌特征; B-研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖及剖面位置;A-Landform characteristics of the study area; B-Simplified geological map of the study area and location of geological section

疏勒河組(N1s)下部為灰白色厚層砂巖、泥巖夾泥灰?guī)r, 底部為灰白色礫質(zhì)砂巖, 中部為棕紅色砂質(zhì)泥巖、砂巖和黃色、灰色礫巖互層, 上部為灰黃色礫巖、砂巖夾棕紅色砂巖和黃色砂質(zhì)泥巖(Zhang et al., 2010; 宋春暉, 2006)。中新統(tǒng)剖面位于蘇里鄉(xiāng)東, 剖面起點(diǎn)位置為38°38′07″N, 98°06′15″E, ESR測(cè)年結(jié)果表明其沉積時(shí)代為(22.7±2.0)～(13.2±1.0) Ma, 對(duì)應(yīng)疏勒河組的中下部地層, 巖性以灰黃色細(xì)砂巖和泥巖為主, 局部夾黑色煤線(xiàn), 在剖面層1、2、3、5、6、7、9、10、11、13中共采集13個(gè)樣品(圖3)。

柯柯里鄉(xiāng)西中晚更新統(tǒng)剖面位于柯柯里鄉(xiāng)西側(cè)T1河流階地, 剖面起點(diǎn)位置為38°23′19″N, 99°15′05″E, 巖性以灰色中細(xì)粒砂礫石夾薄層黏土和細(xì)砂層為主, 沉積時(shí)代為(157±15)—(73±5) Ka(戚幫申, 2014), 在剖面的層1、3、5、6中共采集樣品11個(gè)(圖4)。

碳氧同位素樣品測(cè)試由中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室完成, 實(shí)驗(yàn)過(guò)程: 樣品在恒溫密閉的容器中加入弱酸生成二氧化碳, 采用DELTA V ADVANTAGE同位素比率質(zhì)譜儀分別檢測(cè)二氧化碳的13C和12C比率及18O與16O比率, 并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物(Pee Dee Belnite或PDB)對(duì)比后計(jì)算出樣品的δ13C及δ18O值, 測(cè)試精度δ13C: ±＜0.2‰; δ18O: ±＜0.2‰, 測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

2　根據(jù)碳氧同位素估算古海拔高度

碳氧同位素是研究青藏高原隆升的有效指標(biāo)之一, 對(duì)古海拔有重要的指示意義(Xue et al., 1998;吳珍漢等, 2007)。吳珍漢等(2007)基于大量不同的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得出的碳氧同位素古海拔高度計(jì), 具體的公式如下:

根據(jù)不同沉積時(shí)代的湖相沉積碳同位素測(cè)試結(jié)果(表1), 利用公式(1)和(2)分別計(jì)算各時(shí)期的古年均溫(T或t); 根據(jù)氧同位素測(cè)試結(jié)果(表1), 利用公式(3)和(4)計(jì)算古年均溫(T或t)。把古年均溫(T或t)帶入公式(5), 估算祁連山不同時(shí)期的古海拔高度(H或E), 結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

圖2　木里鎮(zhèn)北隴莫日古近系剖面及采樣位置Fig. 2　Geological section of Paleogene strata in the north of Muli Town, showing sampling locations

圖3　蘇里鄉(xiāng)東中新統(tǒng)剖面及采樣位置Fig. 3　Geological section of Miocene strata in the east of Suli Township, showing sampling locations

圖4　柯柯里鄉(xiāng)西中晚更新統(tǒng)剖面及采樣位置Fig. 4　Geological section of middle-late Pleistocene strata in the west of Kekeli Township, showing sampling locations

依據(jù)不同的經(jīng)驗(yàn)公式, 大多數(shù)樣品碳氧同位素估算出的T與t基本相同, 因此采用古年均溫t統(tǒng)一計(jì)算祁連山不同地質(zhì)時(shí)期的古海拔E。前人研究發(fā)現(xiàn)碳同位素與海拔相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9067, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氧同位素與海拔的相關(guān)系數(shù)(吳珍漢等, 2007), 本文均采用碳同位素估算古年均溫與古海拔比較合理,根據(jù)氧同位素估算的古年溫與古海拔高度(表2)僅供對(duì)比參考使用。

3　討論

根據(jù)祁連山地區(qū)新生代地層碳氧同位素組成估算的古海拔高度, 良好地揭示祁連山隆升過(guò)程,為分析青藏高原東北緣的隆升過(guò)程提供參考依據(jù)。結(jié)果表明, 祁連山地區(qū)中新世中期以前海拔較低,中新世中期以來(lái)海拔較高(圖5)。綜合前人的研究成果, 祁連山構(gòu)造地貌演化過(guò)程可分為3個(gè)主要階段:①古近紀(jì)低海拔階段; ②中新世中晚期強(qiáng)烈隆升階段; ③上新世以來(lái)階段性快速隆升階段。

3.1祁連山古近紀(jì)低海拔階段

根據(jù)火燒溝組(E2-3h)與白楊河組(E3b)的湖相沉積的碳同位素組成估算的祁連山古近紀(jì)海拔為2180～3502 m, 平均海拔約為2711 m(圖5), 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)今采樣位置海拔4183 m。由于始新世樣品數(shù)量較少, 估算的古海拔波動(dòng)較大, 并且樣品B1065-16和B1065-14估算的海拔出現(xiàn)異常高度, 從而導(dǎo)致估算的高度存在很大的誤差, 但仍能反映出祁連山地區(qū)古近紀(jì)整體處于低海拔狀態(tài), 并已經(jīng)具有一定的高度, 構(gòu)成青藏高原的東北邊界。

表1　根據(jù)碳同位素估算祁連山古海拔高度Table 1　Paleoelevation of the Qilian Mountain inferred from carbon isotope

王成善等(2004)系統(tǒng)地對(duì)可可西里盆地、柴達(dá)木盆地和酒泉盆地進(jìn)行研究, 發(fā)現(xiàn)高原北部前陸盆地的發(fā)育時(shí)序?yàn)? 可可西里前陸盆地(53—23 Ma)、柴達(dá)木前陸盆地(46—2.45 Ma)和酒泉前陸盆地(29.5—0.13 Ma), 青藏高原新生代具有向北階段性生長(zhǎng)的特點(diǎn)(王成善等, 2009)。受印度板塊與歐亞板塊于65～60 Ma初始碰撞以來(lái)(Beck et al., 1995; Lee et al., 1995; Patzelt et al., 1996), 印度板塊向北俯沖和擠壓作用影響, 可可西里地區(qū)在35—30 Ma期間發(fā)生了快速隆升作用(Liu et al., 2001; 劉志飛等, 2001), 河西走廊盆地和中祁連木里盆地晚始新世—早漸新世(距今約35.3～32.6 Ma)出現(xiàn)沉積間斷,盆地內(nèi)白楊河組和火燒溝組均呈角度不整合接觸(戴霜等, 2005; 戚幫申等, 2013), 阿爾金北緣山脈磷灰石裂變徑跡研究同樣發(fā)現(xiàn)在48—28 Ma山體快速隆升(孫岳等, 2014), 顯然青藏高原北部在始新世晚期—漸新世早期存在普遍的構(gòu)造變形與隆升(戴霜等, 2005)。結(jié)合碳氧同位素估算的古海拔, 以及火燒溝組和白楊河組均為河湖相的沉積特征, 表明本次隆升的幅度不大。

表2　根據(jù)氧同位素估算祁連山古海拔高度Table 2　Paleoelevation of the Qilian Mountain inferred from oxygen isotope

3.2祁連山中新世中晚期強(qiáng)烈隆升階段

根據(jù)中新世湖相沉積碳氧同位素估算中新世早期(22.7—18.2 Ma)的平均海拔為約2848 m, 僅高于古近紀(jì)約137 m, 中新世中期(18.2—13.2 Ma)平均海拔為約3586 m, 明顯高于古近紀(jì)和中新世早期估算的古海拔(圖5)。

青藏高原在漸新世晚期構(gòu)造穩(wěn)定, 長(zhǎng)期處于夷平剝蝕狀態(tài), 不同地區(qū)古海拔高度差別大幅縮小(吳珍漢等, 2006, 2007; Wang et al., 2002)。中新世早期(23—18 Ma)青藏高原北部發(fā)生構(gòu)造隆升與剝蝕(Jolivet et al., 2001), 并導(dǎo)致貴德盆地貴德門(mén)組與下伏的西寧群之間的角度不整合接觸(方小敏等, 2007), 但是整體海拔不高(Wang et al., 2011)。中祁連陸塊蘇里鄉(xiāng)東疏勒河組剖面碳同位素估算中新世早期的古海拔高于古近紀(jì)海拔高度約137 m, 反映中新世早期祁連山存在一次構(gòu)造變形與隆升, 并且本次構(gòu)造變形與隆升幅度不大, 山間盆地周緣的山地地勢(shì)低, 盆山高差較小, 盆地沉積以辮狀河與半深湖相沉積為主的疏勒河組, 特別是疏勒河組下部弓形山段是巖性以灰白色厚層砂巖、泥巖和泥灰?guī)r為主的湖相沉積為主(宋春暉, 2006)。

圖5　祁連山新生代古海拔變化過(guò)程Fig. 5　Variation of paleoelevation of the Qilian Mountain in Cenozoic

由于野外未發(fā)現(xiàn)沉積于中新世晚期的地層, 無(wú)法估算此階段祁連山的古海拔, 前人的研究發(fā)現(xiàn)祁連山及鄰區(qū)于中新世中晚期存在“準(zhǔn)同期”(～8 Ma)的構(gòu)造變形與隆升, 通過(guò)逆沖斷裂和褶皺變形等方式, 使山脈隆升與沉積盆地消亡(張培震等, 2006),疏勒河組上部牛胳套段出現(xiàn)礫巖便是祁連山中新世中晚期強(qiáng)烈隆升的產(chǎn)物(宋春暉, 2006)。裂變徑跡研究表明在9～7 Ma青藏高原北部發(fā)生快速蝕頂過(guò)程(Zheng et al., 2006; 王瑜等, 2002; 萬(wàn)景林等, 2001;陳正樂(lè)等, 2002), 同時(shí)期紅黏土在六盤(pán)山地區(qū)沉積,這主要受高原腹地達(dá)到一定臨界值的影響, 引起高原東北部的氣候和環(huán)境方面的變化(An et al., 1999;宋友桂等, 2001)。中祁連北緣斷裂在木里盆地東庫(kù)煤礦附近, 侏羅紀(jì)煤系地層逆沖于白楊河組(E3b)之上, 斷層帶內(nèi)發(fā)育石英脈, ESR測(cè)年結(jié)果顯示中祁連北緣斷裂主要活動(dòng)于11.0～5.4 Ma(戚幫申, 2014)。

因此, 中新世早期祁連山的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度不高,古海拔高度較低, 而中新世中晚期, 祁連山地區(qū)中新統(tǒng)普遍發(fā)生褶皺變形, 主要的邊界斷裂強(qiáng)烈活動(dòng),導(dǎo)致祁連山在中新世強(qiáng)烈隆起, 盆山高差增大, 形成和現(xiàn)代地貌相近的盆-山相間的構(gòu)造地貌格局(王國(guó)燦等, 2010), 和根據(jù)碳氧同位素估算的海拔高度變化有著很好對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3祁連山上新世以來(lái)階段性快速隆升階段

中晚更新世湖相沉積碳氧同位素估算的平均古海拔約為3490 m, 比現(xiàn)今采樣位置海拔3617 m低約120 m, 表明晚更新世以來(lái)祁連山的隆升幅度較小?？驴吕锲拭嫖挥谥衅钸B陸塊的山間盆地中,盆山高差較大, 不同于青藏高原南部第四紀(jì)古海拔高度變化不大(吳珍漢等, 2007), 上新世以來(lái)祁連山地區(qū)具有一定的隆升幅度, 因此中晚更新世的古海拔高度的估算必須考慮采樣位置因素。

中祁連陸塊木里盆地大通河上游的河流階地研究發(fā)現(xiàn)大通河上游可見(jiàn)兩級(jí)河流階地, T1與T2臺(tái)地上部沉積物ESR測(cè)年結(jié)果表明, 其沉積時(shí)代分別是中晚更新世(210—42 ka)和上新世晚期(3.4—3.0 Ma)(戚幫申, 2014), T1與T2階地海拔高差約為300 m, 表明上新世晚期到晚更新世祁連山的隆升幅度達(dá)約300 m。如果考慮到目前祁連山古剝蝕面海拔約4000 m(萬(wàn)景林等, 2010), 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柯柯里中晚更新統(tǒng)的海拔高度(3617 m), 二者相差約400 m。柯柯里中晚更新統(tǒng)的碳氧同位素采樣位置為中晚更新世T1階地上, 考慮到上新世—中晚更新世祁連山隆升300～400 m, 因此中晚更新世祁連山的平均古海拔高度應(yīng)達(dá)到3790～3890 m, 接近現(xiàn)代平均海拔高度。

祁連山地區(qū)上新世地層出露較少, 野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)上新統(tǒng)和早更新統(tǒng)巖性以厚層的礫巖為主, 由于未找到合適的碳氧同位素測(cè)試樣品, 因此無(wú)法估算上新世—早更新世祁連山的古海拔, 但是從沉積特征來(lái)看, 祁連山地區(qū)在上新世—早更新世存在構(gòu)造變形與隆升, 對(duì)應(yīng)青藏高原3.4 Ma強(qiáng)烈的隆升階段(Li et al., 1996)。其后, 祁連山地區(qū)在第四紀(jì)呈階段性快速隆升, 從而導(dǎo)致河流堆積與切割交替進(jìn)行并形成多級(jí)階地(Li et al., 1996)。本期構(gòu)造活動(dòng)使青藏高原東北部上新統(tǒng)與早更新統(tǒng), 早更新統(tǒng)與中晚更新統(tǒng)出現(xiàn)輕微的角度不整合, 斷陷盆地湖泊面積縮小(袁道陽(yáng), 2003), 青藏高原東北部的沉積盆地(共和盆地、貴德盆地、蘭州盆地和酒泉盆地)普遍發(fā)育山前磨拉石沉積(李吉均等, 1998; 宋春暉, 2006)。

4　結(jié)論

根據(jù)祁連山新生代湖相沉積的碳氧同位素組成估算的古海拔高度可以看出, 祁連山在古近紀(jì)時(shí)期海拔高度較低, 海拔約為2711 m, 始新世晚期—漸新世早期, 祁連山地區(qū)發(fā)生區(qū)域構(gòu)造變形與隆升,但隆升的幅度不大; 漸新世晚期, 祁連山構(gòu)造活動(dòng)趨于穩(wěn)定, 盆山地形高差不大, 地形起伏較小; 中新世早期祁連山存在構(gòu)造變形與隆升, 本次隆升的幅度較小, 整體還處在低海拔階段, 海拔約為2848 m; 中新世中晚期是祁連山地區(qū)重要的隆升階段, 逆沖斷裂活動(dòng)與褶皺變形強(qiáng)烈, 盆山高差較大,形成了和現(xiàn)今地貌相近的盆-山構(gòu)造地貌格局, 中新世中期的古海拔達(dá)到約3586 m; 上新世以來(lái), 祁連山地區(qū)地殼重新活躍, 階段性隆升導(dǎo)致河流堆積和侵蝕交替進(jìn)行, 中晚更新世的古海拔為3790～3890 m左右, 晚更新世以來(lái)祁連山隆升幅度較小。

根據(jù)碳同位素和氧同位素對(duì)同一樣品分別計(jì)算出的古海拔存在一定程度的差別, 這主要受古海拔高度計(jì)參數(shù)(海拔高度、年均溫和碳氧同位素)多次統(tǒng)計(jì)和反復(fù)換算的過(guò)程影響, 加上碳氧同位素與古海拔之間相關(guān)系數(shù)大小以及氣候變化的影響, 從而導(dǎo)致估算的古海拔不可避免地存在誤差。祁連山地區(qū)新生代湖相沉積中氧同位素組成比較不穩(wěn)定,具體原因還需要更多資料進(jìn)行驗(yàn)證。

致謝: 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所張耀玲博士和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院趙珍博士, 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京）李波碩士、趙釗碩士、高雪咪碩士、于航碩士、田珺碩士, 長(zhǎng)江大學(xué)徐久晟碩士、和李丹江碩士幫助完成野外調(diào)查與取樣, 謹(jǐn)表謝意。

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Paleoelevation of the Qilian Mountain Inferred from Carbon and Oxygen Isotopes of Cenozoic Strata

QI Bang-shen1), HU Dao-gong1)*, YANG Xiao-xiao2), ZHANG Xu-jiao3), ZHAO Xi-tao2)
1) Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081; 2) Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029; 3) School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083

Located at the northeast edge of the Tibetan Plateau, the Qilian Mountain is a key region where the whole Plateau expands to the interior of the continent, and hence the paleoelevation estimated by paleo-altimetry based on carbon and oxygen isotopes of Cenozoic strata is of great significance for understanding the uplift of the Tibetan Plateau. In this paper, such a paleo-altimetry was used to calculate the paleo-annual temperature and paleo-elevation of middle Qilian Mountain based on carbon and oxygen isotopes of Cenozoic sediments formed in the Eocene, Oligocene, Miocene and Mid-late Pleistocene. The results show that the Qilian Mountain was uplifted to 2711 m in Paleogene, to ～2848 m in the early Miocene, to ～3586 m in the mid-late Miocene, and to 3790～3890 m in the Middle-late Pleistocene. The paleo-elevation of the Qilian Mountain in Paleogene was not very high, but had already formed the northeastern margin of the Tibetan Plateau. The Qilian Mountain was uplifted considerably in Mid-late Miocene, forming basins-mountains tectonic landforms. In Quaternary the earth crust of the Qilian Mountain was activated again and uplifted intermittently. The paleoelevation of the Qilian Mountain inferred from carbon and oxygen isotopes of Cenozoic strata provides a reference for better understanding of the uplifting process of the Tibetan Plateau.

carbon and oxygen isotopes; paleoelevation; Cenozoic; Qilian Mountain

P597.2; P534.6

A

10.3975/cagsb.2015.03.07

本文由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天然氣水合物資源勘查與試采工程國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)“祁連山凍土區(qū)天然氣水合物資源勘查(力學(xué)所)”(編號(hào): GZHL20120301)資助。

2014-10-20; 改回日期: 2014-12-25。責(zé)任編輯: 魏樂(lè)軍。

戚幫申, 男, 1988年生。博士研究生。主要從事區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、工程地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害研究。通訊地址: 100081, 北京市海淀區(qū)民族大學(xué)南路11號(hào)。E-mail: qibangshen@126.com。

? 胡道功, 男, 1963年生。研究員。主要從事新構(gòu)造與活動(dòng)構(gòu)造研究。E-mail: hudg@263.net。