玉龙雪山冰川沉积序列OSL 定年

日期:2019.12.16 阅读数:36

【类型】期刊

【作者】何则,何元庆,张志刚,和丽华,齐翠姗,刘婧(中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院大学;南京师范大学地理科学学院;兰州大学资源环境学院;玉龙雪山省级旅游开发区管理委员会)

【作者单位】中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院大学;南京师范大学地理科学学院;兰州大学资源环境学院;玉龙雪山省级旅游开发区管理委员会

【刊名】冰川冻土

【关键词】 冰川地貌;OSL;末次冰盛期;倒数第二次冰期;玉龙雪山

【资助项】国家重大科学计划研究项目(2013cba01801);中科院重点部署项目(kjzd-ew-g03-04);国家自然科学基金项目(41503054,41273010);丽江玉龙雪山省...

【ISSN号】1000-0240

【页码】P1544-1552

【年份】2019

【期号】第6期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】位于青藏高原东南缘的玉龙雪山分布有欧亚大陆纬度最低的海洋型冰川,其主峰及周边地区保存了大量清晰完整的第四纪冰川遗迹.研究该区第四纪冰川作用遗迹及其冰川作用史,具有重要的理论与实际价值.应用光释光(OSL)测年技术对玉龙雪山冰川沉积物进行了定年,结合前人研究资料,重建玉龙雪山冰川作用史.研究结果表明:玉龙雪山东麓的末次冰期冰碛物主要形成于晚更新世末次冰期最盛时期,其平均年代约在25 ka,西麓末次冰期冰碛物形成年代约为50 ka,对应于深海氧同位素3阶段中期(MIS 3b).而倒数第二次冰期的年代在240 ka左右,处于中更新世晚期,对应于MIS 8阶段,当时玉龙雪山存在多条复式山谷冰川.该研究可为玉龙雪山第四纪冰川作用历史的重新认识以及光释光测年技术在该区的应用提供基础资料.

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玉龙雪山冰川沉积序列OSL定年

玉龙雪山冰川沉积序列OSL定年

何 则1,2, 何元庆1,3,5*, 张志刚3,1*, 和丽华4, 齐翠姗5,1, 刘 婧1,2

(1.中国科学院 西北生态环境资源研究院 冰冻圈科学国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000; 2.中国科学院大学, 北京 100049; 3.南京师范大学 地理科学学院, 江苏 南京 210023; 4.玉龙雪山省级旅游开发区管理委员会,云南 丽江 674100; 5.兰州大学 资源环境学院, 甘肃 兰州 730000)

摘 要:位于青藏高原东南缘的玉龙雪山分布有欧亚大陆纬度最低的海洋型冰川, 其主峰及周边地区保存了大量清晰完整的第四纪冰川遗迹. 研究该区第四纪冰川作用遗迹及其冰川作用史, 具有重要的理论与实际价值. 应用光释光(OSL)测年技术对玉龙雪山冰川沉积物进行了定年, 结合前人研究资料, 重建玉龙雪山冰川作用史. 研究结果表明: 玉龙雪山东麓的末次冰期冰碛物主要形成于晚更新世末次冰期最盛时期, 其平均年代约在25 ka, 西麓末次冰期冰碛物形成年代约为50 ka, 对应于深海氧同位素3阶段中期(MIS 3b). 而倒数第二次冰期的年代在240 ka左右, 处于中更新世晚期, 对应于MIS 8阶段, 当时玉龙雪山存在多条复式山谷冰川. 该研究可为玉龙雪山第四纪冰川作用历史的重新认识以及光释光测年技术在该区的应用提供基础资料.

关键词:冰川地貌; OSL; 末次冰盛期; 倒数第二次冰期; 玉龙雪山

0 引言

第四纪气候环境演变的主要特征是冰期与间冰期的多次旋回[1], 冰川遗迹为研究第四纪气候演化的多旋回特征提供了直接有利的证据[2]. 拥有世界“第三极”之称的青藏高原是中外学者冰川研究的热点区域, 对高原第四纪冰川重建有助于理解全球和区域的气候与环境变化[3-4]. 多数学者认为青藏高原在昆(仑)黄(河)运动(1.2~0.6 Ma)之后, 高原面整体抬升到3 500 m左右, 进入冰冻圈, 发育了青藏高原最大规模冰期[5-8]. 冰川在其形成、 演变过程中, 通过侵蚀、 搬运与沉积等作用形成了形态独特的冰川地貌, 这是冰冻圈变化最直接的证据, 记录了过去冰冻圈的演化情况, 对它们进行研究可重建第四纪冰川的作用历史[9]. 近年来, 测年技术的发展与应用使冰川地貌年代学研究取得了重大的进步[10-13].

青藏高原东南缘的玉龙雪山是欧亚大陆纬度最低的海洋型冰川分布区, 其主峰及周边地区保存有清晰完整的第四纪冰川遗迹. 玉龙雪山地区存在的第四纪期间的数次冰川作用遗迹, 包含有主要类型冰斗、 冰川擦痕、 冰川刻槽、 羊背石、 鼓丘、 侧碛垄、 终碛垄及后退式冰碛物、 分散的冰水沉积、 冰融沉积地形, 以及滞留冰碛物的谷坡及谷坡边界、 分散的巨大漂砾等. 研究这些古冰川作用遗迹及其演变史, 不仅有助于恢复本区第四纪冰川与季风和环境变化, 探讨横断山脉与青藏高原隆升、 金沙江河谷发育与亚洲季风的形成与发展等重大科学问题具有重要意义, 而且对于开发、 利用和保护玉龙雪山及其周边地区丰富的冰川与水、 气候和旅游等资源, 具有重大的实际价值[14]. 玉龙雪山的冰川地貌很早就受到了众多学者的关注, 然而该区域冰川沉积物多为灰岩, 冰碛物的定年又多以石英为载体, 因此定年工作基本处于探索阶段[15]. 精确定年是第四纪冰川研究的基本要求, 也是第四纪冰川演化与环境重建的关键[16]. 由于绝对测年资料相对较少, 致使玉龙雪山及周边地区的冰期划分、 对比以及时代仍存在较大的不确定性. 对于本区冰川作用期次、 遗迹新老关系和冰川作用规模等, 存在一定争议. 其中, 任美锷等[17]和Ives等[18]为持两次冰期论者, 云南第一区测队[19]、 明庆忠等[20]、 谢又予等[21]、 郑本兴[22]持三次冰期论观点, 而赵希涛等[14,23]则认为玉龙雪山地区曾有四次冰期发生. 根据古冰川遗迹的分布、 冰碛地层的接触关系、 冰碛的风化与胶结程度以及土壤厚度与发育状况等, 上述学者分别或合作研究划分和命名出了不同的地方性冰期名称(表1). 本文在多次对玉龙雪山冰川地貌进行了考察与采样的基础上, 运用光释光( Optically Stimulated Luminescence, OSL) 测年技术对冰川沉积物进行定年研究.

表1 玉龙雪山第四纪冰川活动分期总结
Table 1 Summary of the Quaternary glacial stages at Mt. Yulong

冰期名称年代冰川类型/沉积相海拔/m代表地点相关的命名任美锷等[17]云南第一区测队[19]明庆忠等[20]谢又予等[21]郑本兴[22]赵希涛等[23]本文全新世冰川活动现代冰川全新世19世纪以来冰斗山谷冰川、悬冰川、山谷冰川,进退频繁5000主峰扇子陡现代冰川现代冰川小冰期1600~1800aA.C.冰斗山谷冰川、山谷冰川38001号冰川全新统现代冰碛冰小冰期新冰期1000~3000aB.C山谷冰川3100~4300干河坝、白水河水堆积物新冰期间冰期(文笔组)0.01Ma湖相沉积3500~3800玉湖、干河坝、文笔湖、金沙江河谷低位阶地末次冰期大理冰期晚更新世0.02Ma复式山谷冰川4000~4200白水谷地、干河坝、扫坝、黑水、蚂蝗坝、林检站南边大理冰期干河坝冰期玉龙冰期大理冰期大理冰期末次冰期间冰期中更新世晚期,0.25~0.3Ma木坚组、河流、湖泊相2800~3000丽江盆地木坚村、东元桥、金沙江河谷阶地木坚桥间冰期黑白水冰期倒数第二次冰期丽江冰期晚期,0.3~0.4Ma复式山谷冰川2600~3600黑水谷地、白水谷地、干河坝、蚂蝗坝、扫坝、玉石坎丽江冰期丽江冰期丽江冰期丽江冰期丽江冰期大间冰期东元桥组中晚期古湖泊相古红壤、古铁锰置风化壳2300丽江盆地、石鼓宽谷、大具坝大具间冰期最大冰期干海子冰期,云杉坪冰期中期,0.5~0.55Ma中小型山麓冰川2600云杉坪、干海子、白水谷地(该期冰碛层与老冰碛层不整合接触)干海子冰期云杉坪冰期干海子冰期玉龙冰期早期,0.6~0.7Ma山麓冰川(大陆冰盖)1800~2000干河坝、扫坝、干海子北哑口、虫草坪、大具坝、林检站南边金江冰期老混杂堆积玉龙冰期冰前期蛇山组早更新世0.73~2Ma河流冲积相(金沙江砾石层)、河漫滩相1600~2000丽江盆地、大具盆地、石鼓宽谷蛇山组象山冰期蛇山组蛇山组

1 研究区概况与冰川地貌分布

1.1 研究区概况

玉龙雪山矗立于青藏高原东南缘(图1), 横断山系南端(27°00′~27°20′ N, 100°00′~100°20′ E), 距丽江市25 km, 山体走向大致为NNW-SSE, 南北蜿蜒约35 km, 东西纵横13 km左右, 它是我国最南的一座雪山, 也是欧亚大陆纬度最低的海洋型冰川区. 玉龙雪山地区在亚热带纬度、 高原与山地和季风综合作用下形成了复杂的气候环境, 具有亚热带、 雪山河谷和季风气候的综合特点. 玉龙雪山白水1号冰川是典型的季风海洋型冰川, 年平均气温-3.7 ℃左右, 冰川区年降水量约为2 000 mm, 夏季风期降水占全年降水总量的90%以上[24]. 该区冰川对气候变化响应非常敏感, 全球气候变暖已对它产生了显著的影响[25]. 相关资料显示: 1957—2009年, 玉龙雪山原19条冰川消失了6条, 现仅存13条, 面积为11.6 km2, 总面积减少了7.18 km2. 其中, 最大的白水1号冰川的末端海拔高度由1998年的4 205 m上升至2016年的4 430 m, 平均冰川末端海拔升高225 m, 年平均上升12.5 m; 冰川表面形态破碎严重, 冰面破碎化趋势已从消融区发展到积累区, 冰川积累区已形成冰面河和冰面湖等[26-29].

图1 研究区位置
Fig.1 Map showing the locality of the study area

1.2 研究区冰川地貌分布

玉龙雪山海拔4 350 m以上为现代冰川地貌区, 有我国典型的冰裂隙与冰塔林奇观. 海拔3 000~4 000 m 之间为末次冰期和倒数第二次冰期的地貌遗迹区域. 海拔2 000~3 000 m之间为冰水冲积地貌区. 典型的第四纪冰川遗迹主要分布在白水河、 干河坝、 大具沟和仁河文海周围4个小流域, 面积约为60 km2. 如前所述, 对于本区冰川作用期次、 遗迹新老关系和冰川作用规模等, 前人有不同的见解. 需要说明的是, 尽管前人关于玉龙雪山冰期次数与最老的玉龙冰期是否存在有不同见解, 但其关于玉龙雪山东麓的末次冰期与倒数第二次冰期冰碛物的分布及特征等观点基本一致. 故笔者根据郑本兴[22]对玉龙雪山东麓冰碛物的鉴别与冰期划分, 在其命名的倒数第一、 倒数第二次冰期冰碛物堆积垄上进行采样与定年实验. 在玉龙雪山西麓, 则根据赵希涛等[23]的研究, 在其确认的新尚村沟谷进行采样和年代研究.

玉龙雪山东麓的末次冰期(先前学者亦称大理冰期)期间的冰碛垄主要分布于白水河、 干河坝、 扫坝、 蚂蝗坝两侧. 终碛、 侧碛垄形态保存完好, 侧碛垄高100 m左右, 冰碛石大小混杂, 岩性以灰岩为主, 有的含少量玄武岩, 呈棱角状和次棱角状, 大者砾径达10 m 以上. 冰碛垄上长有乔、 灌木, 发育薄层褐色土壤层. 冰碛物的分选与磨圆很差, 有不少粒径大于5~10 m的巨型漂砾突出于冰碛垄之上. 在白水河谷地南侧, 可见到3~4道侧碛, 向东逐渐合并为一道终碛垄. 在干河坝与扫坝有高大的侧碛与终碛垄. 黑水河、 蚂蟥坝及玉石坎, 均有该冰期规模较小的侧碛与终碛垄保存. 在玉龙雪山西麓, 末次冰期冰碛物主要分布于新联、 中义和仁河等3条发源于玉龙山主体的金沙江支沟中且保存较好. 在新联沟与中义沟, 其侧碛为1~3道, 而在仁河沟其侧碛与终碛垄在下游可多达3~4道, 断续延伸至上游玉龙山西坡的南部3条现代冰川外围. 这些冰碛垄长可延伸数公里, 高为50~100 m, 宽100~500 m.

图2 研究区第四纪冰川沉积序列及采样点分布
Fig.2 Map showing the distribution of the quaternary glaciation moraines and sampling locations at the Mt. Yulong

玉龙雪山东麓倒数第二次冰期(亦称丽江冰期)期间的冰碛物主要分布于白水河、 干河坝、 黑水河、 蚂蟥坝及玉石坎等地. 侧碛与终碛垄形态保存较好, 冰碛物的分选、 磨圆及胶结均较差. 其中以白水河谷的冰川遗迹最典型, 两侧的高大侧债垄高出河床130~1 250 m, 可分出2~3道, 断续相连从西向东延伸到海拔2 860 m处. 在干河坝该期冰碛分布于末次冰期侧碛外围, 北侧有一列断续相连的低矮的冰碛垄, 南侧为起伏不平的冰碛坡, 冰碛上发育有古红壤. 在黑水海拔2 900 m左右的黑水桥以东100 m处的河南岸公路处. 在蚂蟥坝与干海子, 亦有该冰期的侧碛或终碛的冰碛物零星分布. 在玉龙山西麓该冰期冰碛物的分布和特征与丽江冰期基本相同, 亦分布于新联、 中义和仁河等3条支沟中, 保存于丽江冰期冰碛垄的内侧且状态完好. 在新联沟与中义沟, 其侧碛为1~3道, 在仁河沟其侧碛与终碛多达3~4道.

2 样品采集与测试

2.1 样品采集与沉积特征描述

本次测定的样品采自玉龙雪山东麓白水河谷、 干河坝、 文海以及西麓新尚村沟谷等高大侧碛垄中的冰水沙透镜体(图3, 表2). 样品WH-1-a取自文海水库周边200 m的冰水沉积物堆砌垄上(图3c和图3d), 主要是红色泥土的沉积, 成层好, 具有韵律纹理, 其中间含有较少砂砾成分, 且上下层是泥层与沙层交错排列. 样品XS-1-a(图3h)取自玉龙雪山西麓仁河流域新尚行政村沟谷, 向下1 m左右是长水自然村小路, 周边可见冰川作用的混杂堆积与巨大的漂砾(图3g), 层理现象极不明显, 且碎石中间夹杂着不规则的砾石(图3i), 接触关系不整合; 表面有地衣存在, 覆盖程度较高. 该混杂堆积无明显分选特征, 有不明显的层理, 所取样品以泥沙为主, 胶结较为严重. 样品BSH-2-a(图3a和3b)取自白水河中游蓝月谷约100 m处, 即白水1号冰川融水所形成的河流中段. 所取样品主要是砂岩, 最上层是冰水沉积物的大砾石、 卵石等, 上层纹泥主要是碳酸钙成分形成连续纹泥, 中间少砂砾成分, 下层是泥层与沙层交错排列. 样品BSH-6-a(图3c和图3d)取自白水河下游, 向下5 m左右是公路段, 此处有修筑公路时开挖的剖面, 易于分析研究. 从剖面看, 此地方应有明显冰川作用痕迹, 具有微弱的层理现象, 且间有碎石夹杂着大的漂砾. 冰碛垄下部, 具有较明显的分层特征, 大砾石/卵石/砂砾/卵石. 样品GH8-1-a(图3f)取自干河坝外围倒数第二次冰期冰碛垄, 垄上有草木覆盖. 从修路挖开的剖面看, 此地方应属于冰川作用的混杂堆积, 没有层理现象, 且碎石中间夹杂着大的漂砾. 冰碛垄上端剖面没有明显的成层关系, 且石灰岩淋融较为严重, 有古老的泥灰岩层, 取样部分有明显可见细沙.

图3 样品采集及周边环境照片
Fig.3 Photos showing the sampling sites and their environment
表2 样品采集点的位置参数及描述
Table 2 Information of the samples and sampling sites

样品编号经度/E纬度/N海波/m埋藏深度/m采集地点BSH-2-a100°14'53"27°07'44"2883.04.4白水河中游WH-1-a100°10'20"26°58'34"3103.51.8文海水库BSH-6-a100°15'17"27°07'19"3052.03白水河下游GH8-1-a100°15'36"27°04'57"3139.50.9干河坝外围XS-1-a100°06'12"27°02'17"2240.05新尚村沟谷

2.2 样品测试

样品预处理与测试在中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室的释光实验室中进行, 钢管两端约2~3 cm的样品用以测定样品的含水量与环境剂量. 用10%的稀盐酸和20%的双氧水分别除去样品中的碳酸盐和有机质. 然后用筛分法得到90~125 μm粒级的颗粒, 采用重液分离法、 HF溶蚀法最终得到纯净的石英颗粒. 最后纯净的石英颗粒用硅胶油粘在不锈钢片上, 在丹麦生产的 RisøTL/OSL-DA-20释光仪上进行测定. 样品所在环境U、 Th的浓度与K的百分含量采用了中子活化技术. 样品的年剂量通过测定的U、 Th的浓度、 K的百分含量、 含水量以及样品所接受的宇宙射线的贡献率等参数最终推算得出, 计算参数见表2.

3 结果与讨论

3.1 测年结果分析

释光年代学的基本假设是应用于均质的粒径<500 μm 的沉积物, 例如黄土、 沙丘、 湖相/湖滨沉积, 有时候砾石为主的湖岸堤或者冰碛物中, 我们尽量采集局部均质的沙质透镜体. 释光年代学测量中选取的石英或者钾长石矿物粒径一般在90~200 μm范围, 这一范围的矿物颗粒释光性质最为稳定, 而且样品粒径越单一, 年代测量中剂量率的计算就越精确. 由于玉龙雪山地区整体为石灰岩地貌区, 冰碛物中所含石英偏少, 提供的样品不充分满足上述条件, 所以在实验室制样中, 我们发现样品几乎都是粒径大于理论值的沙砾石, 因此选用沙砾石上附着的粒径在90~200 μm范围内细砂或者粗砂. 从采集的冰碛物中冲洗提取了90~125 μm中细砂, 分选了石英组份进行OSL测年. 采集细砂或者中粗砂制样, 发现样品释光信号强度较低, 所得等效剂量虽然可用, 但误差较大. 此外, 沙砾石以石英为主, 因此用中子活化法(NAA)测得的样品剂量率低于正常值, 所得测试年代就可能老于真实值. 以样品XS-1-a为例, 其典型增长曲线如图4.

图4 样品XS-1-a 信号生长曲线和相对误差估计
Fig.4 Growth curve and relative error estimation of Sample XS-1-a
表3 OSL年龄及相关参数
Table 3 OSL dating results and relevant parameters

样品编号测片数等效剂量/GyU/ppmTh/ppmK/%含水率/%宇宙射线剂量率/(Gy·ka-1)总剂量率/(Gy·ka-1)测试年代/kaBSH-2-a1094.02±11.410.98±0.020.58±0.020.08±0.011.60.050.36±0.02261.11±32.55WH-1-a935.52±7.201.61±0.076.26±0.220.77±0.0319.80.101.29±0.0427.53±4.68BSH-6-a8120.07±27.241.44±0.030.46±0.020.07±0.013.50.200.45±0.02266.67±60.54GH8-1-a864.41±32.510.94±0.030.34±0.020.05±0.016.90.200.29±0.02222.10±98.17XS-1-a860.09±8.300.65±0.052.79±0.090.86±0.043.70.031.20±0.0350.08±4.86

从图4中可以看出, 虽然增长曲线上每个再生剂量产生的点误差较大, 但是其回零性质良好, 等效剂量De值测量结果可信. 从样品测量得到的De值散点图可以看出, 虽然每一个De值存在测量误差, 但是它们几乎分布在同一区域, 这说明这些沉积物记录了同一个沉积事件, 并且晒退性质良好, 因此所得到的年龄精度有一定误差, 但是准确度可以接受.

3.2 末次冰期年代比对分析

关于末次冰期的年代, 赵希涛等[14]和郑本兴[22]曾报道该次冰期14C测年约为(24 018±1 335) a.BP. WH-1-a测年结果为(27.53±4.68) ka, 与郑本兴和赵希涛等所报道年龄相近. 本次在玉龙雪山西麓仁河流域新尚村所采的样品XS-1-a测年结果为(50.08±4.86) ka, 测年结果仍在末次冰期作用范围内. 孔屏等[30]也曾在西麓仁河流域运用宇生核素10Be暴露测年, 测年结果为(1.28±0.14) ka和(18.9±1.2) ka. 就此, 孔屏等曾指出, 其采用10Be测年结果可能偏轻, 所测年代应为冰碛经后期风化剥蚀的暴露年代而非沉积年代, 因此存在差异. 综合比对后认为, 玉龙雪山东麓的末次冰期冰碛物主要形成于晚更新世末次冰期最盛时期, 其平均年代约在25 ka, 西麓末次冰期冰碛物形成年代约为50 ka, 对应于深海氧同位素3阶段中期(MIS 3b).

值得注意的是, 玉龙雪山西麓的末次冰期冰碛物主要形成于MIS 3b, 而非末次冰盛期. 无独有偶, 自从Gillespie等[31]首先提出喜马拉雅山西段末次冰期冰川最大规模的时代对应于MIS 3阶段而不是传统意义上的末次盛冰期之后, Phillips等[32]和Owen等[33]在青藏高原南缘也发现类似的现象. 施雅风和姚檀栋[34]通过总结现有测年资料的末次冰期冰川前进文献, 发现亚洲、 欧洲、 北美洲、 南美洲、 大洋洲12个地区的23个地点均存在相当MIS 3b冷期的冰川前进事件, 并表明由于该阶段降温和降水较多相结合, 使冰川伸展范围都超过了气候严寒干燥的MIS 2期内通常所认为的15~25 ka B.P.的末次盛冰期(LGM)的规模. 赵井东等[35]总结了沙鲁里山、 祁连山、 天山等3个地区7个研究点的MIS 3中期冰进事件. 王杰等[36]对青藏高原及其周边已获得的测年资料进行总结; Xu等[37]在横断山脉北端雀儿山硬普沟河谷冰川地貌年代测定中表明M2冰期垄形成于45~55 ka左右, 对应于MIS 3阶段. 张威等[38-39]在横断山中段千湖山地区以及贺兰山地区第四纪冰川的研究表明贺兰山也曾在MIS 3中期(43.2 ka)发生大规模冰川前进事件. Chen等[40]在天山karlik Range晚第四纪冰川历史研究表明该区在MIS 3发生冰川作用. 上述研究皆可表明, 玉龙雪山西麓末次冰期的年代为MIS 3b 而非传统意义上的末次冰盛期, 并非不无可能. 关于引起MIS 3阶段发生大规模(超过LGM冰川规模)冰进事件的原因, 施雅风等[34]认为MIS 3中期冷期是由于岁差周期导致中低纬度夏季低日射形成的冷期再配合该阶段大量的降水造成MIS 3中期大规模冰进事件. Owen等[33]则认为, MIS 3时期太阳辐射较高从而使得南亚夏季风加强, 降水增多, 且降水的增加弥补因温度升高引起的消融, 从而导致冰川平衡线下降, 出现大规模冰进. 张威等[41]则提出, 滇西北地区多处山地MIS 3中期的冰川规模大于末次冰盛期, 可能与MIS 3中期较强南亚季风带来较丰富的降水有关.

3.3 倒数第二次冰期年代比对分析

根据赵希涛等[14,22]在白水南岸该冰期高侧碛钙质胶结物和侧缘沟槽冰湖相钙板所采样品的电子自旋共振法(ESR)测年, 倒数第二次冰期(丽江冰期)的年代结果分别为(316.3±63.2) ka和(257.2± 51.4) ka, 平均年代为286.75 ka. 此次应用OSL方法, BSH-2-a与BSH-6-a的测年结果分别为(261.11±32.55) ka和(266.67±60.54) ka, GH8-1-a测年结果为(222.10±98.17) ka, 平均年代为243 ka, 结果与前人报道的ESR测年数据基本一致. 玉龙雪山西麓丽江冰期冰水砾岩的6个ESR年龄数据[23]分别为(127.4±25.4) ka、 (187.5±37.5) ka、 (203±20) ka、 (201.2±40.2) ka、 (201.0±40.2) ka 和(236±24) ka, 平均年代为192.68 ka; 这与玉龙山东麓同一冰期高侧碛及其侧缘沟槽湖相钙板的ESR年龄大体相当, 与本次OSL测定年代也相近. 上述证据表明, 玉龙雪山地区倒数第二次冰期年代平均在240 ka左右, 处于中更新世晚期, 对应于深海氧同位素8阶段(MIS 8), 当时玉龙雪山存在多条复式山谷冰川. 从遗迹判别当时白水河分布的复式山谷冰川长约11 km, 是目前已知玉龙雪山东坡存在过的最长一条冰川.

可见在240 ka时期, 玉龙雪山冰川可能发生较大规模的前进, 这与普遍认可的倒数第二次冰期发生在MIS 6的结果略有差异. 目前, 有确切测年资料的倒数第二次冰川地形主要分布在东帕米尔公格尔山北麓、 西昆仑山玉龙喀什河上游、 念青唐古拉山西段东坡、 唐古拉山、 年保玉则山、 贡嘎山、 祁连山摆浪河上游和天山托木尔峰等研究区, 同时倒数第二次冰期的起始时间可能上溯到MIS 8以致更早[16]. 考虑到本次测定的年龄偏老, 其结果是可以接受的.

4 结论

本研究在多次对玉龙雪山冰川地貌进行了考察与采样的基础上, 运用光释光(OSL)测年技术对冰川沉积物进行了定年, 结合前人的研究资料来探讨了玉龙雪山地区第四纪冰川作用史. 研究确认了玉龙雪山东麓的末次冰期冰碛物主要形成于晚更新世末次冰期最盛时期, 其平均年代约在25 ka, 西麓末次冰期冰碛物形成年代约为50 ka, 对应于深海氧同位素3阶段中期(MIS 3b). 而倒数第二次冰期的年代在240 ka左右, 处于中更新世晚期, 对应于MIS 8阶段, 当时玉龙雪山存在多条复式山谷冰川.

至于前人研究中所指出的倒数第三次冰期(干海子冰期)以及玉龙冰期等冰期遗迹虽可从冰川沉积序列及地貌图上进行经验解译与识别, 但由于本区属于特殊的石灰岩地貌区, 石英分布较少, 不利于光释光测年, 因而无法提供更进一步的年代学证据, 只能将前人研究总结于表1. 待新的测年方法, 如原地宇生核素测年(TCN)应用于本区冰川沉积物测年的结果出来后, 再进行系统分析与新的探讨. 下一步的研究工作中, 使用更先进测年方法, 可望为继续完善本区冰川演化史、 气候与环境演化等研究, 提供更加有力证据.

致谢: 西北大学张国涛、 兰州大学史晓宜和武汉大学余威曾一起参与野外考察与采样; 中国科学院赵晖研究员在OSL测年过程中提供了帮助, 郑本兴研究员和崔之久教授曾提出修改建议, 审稿专家对文章修改提供了重要参考意见, 在此一并表示感谢.

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OSL dating of the Quaternary glacial sedimentary sequences at Mt. Yulong, China

HE Ze1,2, HE Yuanqing1,3,5, ZHANG Zhigang3,1, HE Lihua4, QI Cuishan1,5, LIU Jing1,2

(1.State Key Laboratory of Cryospheric Sciences, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000, China; 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3.School of GeographicalSciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China; 4.Committee of Provincial Tourism Development andManagement in Yulong Snow Mountain, Lijiang 674100, China; 5.College of EarthEnvironmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

Abstract:The Mt. Yulong is situated in the southeast of the Tibetan Plateau, where the well preserved glacial remnants (including the lowest latitude moraines in the northern hemisphere) provide a natural laboratory to study the Quaternary glacial and the past global climate evolution process. Getting more details about these glacial remnants is important for deeply understanding the regional change of paleo-climate and paleo-environment, as well as the development and utilization of the glacial tills. However, because of shortage of dating records and controversy of climate background, there are no consensus about how many times of glacier advance during the Quaternary. In this paper, OSL dating techniques was used on the glacial sediments at Mt. Yulong. OSL dating data and evidences from geomorphology and stratigraphy reveal that glaciers had advanced during local last glacial maximum (~25 ka) at east side and mid-MIS 3b (~50 ka) at west side of the Mt. Yulong. The Penultimate Glaciation had appeared at ~240 ka in late Middle Pleistocene, corresponding to MIS 8. At that time, there were multiple composite valley glaciers at Mt. Yulong.

Key words:glacial geomorphology; OSL; Last Glacial Maximum; Penultimate Glaciation; Mt. Yulong

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2016.0180

收稿日期:2016-07-16;

修订日期:2016-11-10

基金项目:国家重大科学计划研究项目(2013CBA01801); 中科院重点部署项目(KJZD-EW-G03-04); 国家自然科学基金项目(41503054; 41273010); 丽江玉龙雪山省级旅游开发区管理委员会委托项目; 冰冻圈科学国家重点实验室自主课题(SKLCS-ZZ-2016); 中国博士后科学基金面上项目(2015M582728)资助

作者简介:何则(1992-), 男, 陕西宝鸡人, 2014年在西北大学获学士学位, 现为中国科学院西北生态环境资源研究院在读硕士研究生, 主要从事冰川地貌与地质公园规划研究. E-mail: heze@lzb.ac.cn

*通讯作者: 何元庆, E-mail: yqhe@lzb.ac.cn; 张志刚, E-mail: zhangzhigang840620@126.com.

中图分类号:P343.6

文献标志码:A

文章编号:1000-0240(2016)06-1544-09

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