【类型】期刊

【作者】张威，柴乐（辽宁师范大学城市与环境学院）

【作者单位】辽宁师范大学城市与环境学院

【刊名】冰川冻土

【关键词】 他念他翁山；ESR测年；冰期系列；冰川地貌

【资助项】国家自然科学基金项目(41270743,41271093,41671005,40971010)资助

【ISSN号】1000-0240

【页码】P1281-1291

【年份】2019

【期号】第5期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】他念他翁山中段地处青藏高原东南部和云贵高原过渡地带,海拔4 200 m以上保存着确切的第四纪冰川遗迹.对其进行深入研究,不仅可以重建横断山脉冰川作用的演化历史,还能够为青藏高原的隆升机制提供重要依据.采用野外地貌调查与电子自旋共振测年（ESR）相结合的方法,查明他念他翁山第四纪冰川发育的地貌特点,并初步对研究区的冰期系列进行划分.结果显示,他念他翁山中段古冰川类型主要为山麓冰川、山谷冰川和冰斗冰川.晚第四纪以来至少经历了4次冰川作用,分别为倒数第二次冰期（MIS 6）,年代为（192±51）207±45ka;末次冰期中期（MIS 3）,年代为（55±8）54±9ka;末次冰盛期（M IS 2）,年代为（25±1）38±6ka,以及全新世新冰期/小冰期（MIS 1）.

【全文】 文献传递



他念他翁山中段第四纪冰川作用ESR定年初步研究

张 威， 柴 乐

(辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029)

摘 要：他念他翁山中段地处青藏高原东南部和云贵高原过渡地带，海拔4 200 m以上保存着确切的第四纪冰川遗迹. 对其进行深入研究，不仅可以重建横断山脉冰川作用的演化历史，还能够为青藏高原的隆升机制提供重要依据. 采用野外地貌调查与电子自旋共振测年(ESR)相结合的方法，查明他念他翁山第四纪冰川发育的地貌特点，并初步对研究区的冰期系列进行划分. 结果显示，他念他翁山中段古冰川类型主要为山麓冰川、山谷冰川和冰斗冰川. 晚第四纪以来至少经历了4次冰川作用，分别为倒数第二次冰期(MIS 6)，年代为(192±51)～(207±45) ka；末次冰期中期(MIS 3)，年代为(55±8)～(54±9) ka；末次冰盛期(MIS 2)，年代为(25±1)～(38±6) ka，以及全新世新冰期/小冰期(MIS 1).

关键词：他念他翁山；ESR测年；冰期系列；冰川地貌

0 引言

山地冰川进退不仅对恢复特定时段的气候环境具有重要的指示作用，而且对于预测未来的气候变化也具有重要的科学意义[1-8]. 横断山脉位于青藏高原东部，季风影响强烈，是季风海洋性冰川发育的重要区域，第四纪冰川遗迹广布，研究历史较早. 国内外学者对这里冰川地貌的分布、冰川性质、类型和时限进行了比较系统的研究[9-33]. 目前已经建立的横断山脉第四纪冰川年代学框架显示，冰川作用的发生强烈依赖山体的高度条件，即绝大多数山体中(一般超过4 500 m)，冰川作用次数多，冰期历史相对长，甚至保存着中梁赣冰期/昆仑冰期冰川作用的遗迹，如自横断山北段的雀儿山[11]，沙鲁里山[12-17]、向东南至贡嘎山[18-19]、螺髻山[20]，至南段白马雪山[21]、玉龙雪山[22-23]等；而在海拔小于4 500 m的山地中，只保存末次冰期的冰川作用遗迹，如千湖山[24-25]、点苍山[26]、折多山[27]、玛雅雪山[28]等地. 上述山地主要受西南季风影响，但冰期系列却存在明显的区域分异，研究者推断可能与各山体的隆升幅度、速率、时间和气候条件的差异有关，即中低纬度的冰川发育应该是气候与构造相耦合的结果. 然而，这种假设的核心是对不同区域山体第四纪冰期系列的确定，尤其是将范围扩大到青藏高原东南缘的时候，这种假设是否仍然成立，值得进一步深入探讨. 此外，自横断山脉东、南侧向青藏高原东南缘过渡到波密一带，冰期系列由中梁赣冰期/昆仑冰期逐渐转变为倒数第二次冰期[34]，而两大区域倒数第二次冰期和倒数第三次冰期的转换点位于何处也是值得研究的内容.

他念他翁山位于横断山西部，是西藏东南部和云贵高原的过渡带，是夹持于上述区域有第四纪冰川发育的关键点，虽然在《横断山冰川》一书中对该区的现代冰川地貌进行过简单的描述[35]，而对该区古冰川规模、时限乃至类型等方面的研究均很薄弱. 因此，本文根据他念他翁山中段西藏昌都地区第四纪冰川地貌的实地考察结果，运用电子自旋共振(Electron Spin Resonance，简称ESR)方法对该地区的冰川地貌与沉积物进行测年，初步建立研究区的冰期系列，为进一步验证第四纪冰川发育的构造与气候耦合模式提供支撑.

1 区域地质地理背景

他念他翁山中段位于横断山西部，山体作NW-SE走向分布，海拔在4 000～5 500 m左右(图1). 地势总体特点是北高南低，西高东低. 在北部，地面起伏趋向平坦，其间多为宽谷，高差在1 000 m以下，南部由于河流下切作用大于侧蚀作用，地面起伏很大，形成深切峡谷，地势陡峻，高差可达2 000 m左右[36]. 研究区位于横断山脉的中、北部，西侧为怒江流域，东侧为澜沧江流域，考察区内主要水系为玉曲[36]. 在地质构造上，本区位于昌都准地台，西侧为怒江断裂带，东侧为瓦合-邦达-察瓦龙断裂带，西北段大体沿瓦合-牙热寺-邦达一线通过，玉曲沿断裂带呈NW-SE向[37]，几条断裂之间的地块，为第四纪冰川的发生提供了良好的地形地势条件. 区内出露地层以三叠系、泥盆系、侏罗系的花岗岩、灰岩、千枚岩、砂岩、板岩以及超基性岩为主[37].

考察点地处大陆性气候的高寒气候区，主要受西南季风影响，年降水量在474.2 mm，东坡低于西坡(迎风坡)，6-9月份降水量多. 年平均气温7.6 ℃，7月平均气温很少超过20 ℃，翌年1月最低温在0 ℃以下，东西坡气温存在一定差异，相同海拔上东坡高于西坡，大约在2 ℃左右[36]. 区内现代冰川发育，现代雪线在5 400 m左右，是青藏高原东南部唯一的雪线高值中心. 他念他翁山有现代冰川346条，面积332.07 km2，分别占横断山总数的17.9%和17.4%，冰川形态类型主要以冰斗冰川、悬冰川为主[35].

2 他念他翁山中段地区的冰川地貌

根据研究区第四纪冰川发育的地貌组合特征、沉积物的组成与结构特点判断，这里曾经发育规模较大的流入玉曲谷地的山麓冰川，以及限制在山谷内部及源头的山谷冰川和冰斗冰川.

2.1 冰川侵蚀地貌

研究区第四纪冰川侵蚀地貌主要发育在海拔4 800 m以上，主要发育刃脊、角峰、冰斗、冰坎、槽谷等(图2，图3). 冰斗主要分布在海拔5 200～5 300 m之间. 在海拔4 800～5 200 m 之间，保存数十条规模较大冰川槽谷，槽谷横剖面呈U型，呈网状发育，谷壁两侧常发育悬谷. 自北部邦达镇向南至邦达机场附近，笔者对冰川谷地进行编号. 其中，位于青古隆村附近的槽谷为4号槽谷，与其相邻的是5号槽谷，位于巴姑村附近的是6号槽谷. 在所有槽谷之中，6号槽谷规模最大，延伸最远，形态也最典型.

2.2 冰川沉积地貌

冰川堆积物主要保存在槽谷底部、槽谷出口处以及山麓地带，形态较为清晰的冰碛物有4套. 其中发育在青古隆村附近的4号槽谷和巴姑村所在6号槽谷的冰川堆积地貌保存较好.

在青古隆村附近，4号槽谷内分布着3套形态清晰的冰碛垄.

第一套冰碛垄分布在海拔5 400～5 320 m之间，从现代冰川末端向下延伸约0.7～1 km. 该套冰碛垄高出谷底约75 m，横亘在槽谷源头，外陡内缓，为典型的终碛垄，从冰碛垄的暴露剖面来看，冰碛物岩性比较单一，全部由花岗岩组成，砾石表面新鲜，颗粒粗大，多为块状，棱角分明，风化程度极低(图4).

第二套冰碛物分布在海拔5 250～4 600 m之间，自上游向下游延伸约4.5 km，最明显的为两条平行对称分布的侧碛以及下游的终碛垄，形态保存完好(图5a1). 侧碛堤呈垄岗状，相对高度约 20 m，顶部脊状特征明显，表面散落分布着直径为30～150 cm的花岗岩漂砾，暴露剖面显示： 岩性成分以花岗岩、千枚岩为主，堆积物大小混杂，无层理，无分选现象，冰碛物细颗粒以砂为主，风化程度较低. 与该套侧碛垄下缘相接的为起伏较大的弧形终碛垄，海拔高度在4 860～4 600 m之间. 终碛垄范围较宽，达250～300 m，显示本次冰川作用在此处退缩缓慢，同样，终碛垄表面被大量花岗岩漂砾所覆盖. 至末端附近，相对高度明显降低，高出现代河床15 m左右，其上的花岗岩漂砾数量明显减少，且在表面已生长低矮灌木.

第三套冰碛物保存在青古隆村口北侧海拔4 300 m左右(图5b1)，长约50 m，高出谷底20～25 m. 覆有花岗岩漂砾，直径20～50 cm，出露剖面大小混杂，有一定胶结，岩性以花岗岩为主，并含有少量千枚岩和板岩，砾石有一定磨圆，可能后期经历了流水改造的作用. 在青古隆村口南侧也残留小部分同样的冰碛物. 表明当时冰川从4号和5号槽谷向下游延伸到玉曲沿岸，并在谷口堆积. 从该套冰碛物的地貌部位，岩性组成和风化程度上看，应该经历了较长时间的沉积，为另外一次冰川作用的产物.

6号槽谷主要保存4套冰川沉积物，其中，分布在源头冰斗内的冰川沉积物，及谷地中上部的冰川沉积物(海拔高度4 620 m)，物质组成，风化特点，分布的地貌部位，相当于4号槽谷的第一、第二、第三套(图3). 而第四套冰川沉积物，与前三套明显不同.

第四套冰碛物保存在海拔4 500～4 400 m堰塞湖至曲扎村之间. 在堰塞湖附近，有一套紧贴槽谷谷壁的侧碛，高出现代河床约20 m，该套侧碛沿谷地向下游延伸，高度逐渐降低5～10 m. 路边暴露剖面显示(图5c1)，侧碛垄冰碛物由大小混杂、有一定磨圆的砾石和砂性土组成，岩性主要为灰岩、花岗岩，发育冰水夹层，砂层厚度超过30 cm，在侧碛垄顶部的花岗岩漂砾风化较重，并已生长1 m左右的灌木. 此外，6号槽谷谷口北侧保留同一套冰碛物，覆盖在谷口岩性为板岩的基岩上，倾向玉曲，末端已到达玉曲主谷. 沉积物有一定分层，表层发育土壤，中间为细砂层，上部、下部发育粒径较大且磨圆度较好的砾石. 该套沉积物岩性与堰塞湖下游的冰碛物相同，粒径一般数十厘米至1 m左右，砾石受较强烈的风化作用，部分砾石手抓即碎. 从6号槽谷堰塞湖下游侧碛垄和谷口的堆积物位置判断，应该是间冰期的冰川融水对堆积在谷口的终碛垄进行了较长时间的改造.

2.3 相对年代的确定

研究区可以初步划分为四次冰川作用. 其中，时代上相对年轻的三次冰川作用以4号槽谷内的冰碛物为代表，即海拔5 400～5 320 m终碛垄最年轻；保存在谷地内的侧碛及对应的终碛垄时代上比较年轻，青古隆村口的冰川沉积物时代上较老. 时代上最老的冰川作用保存在6号槽谷内，即堰塞湖下游至曲扎村附近的侧碛.

3 野外采样与绝对年代的测定

3.1 野外调查与采样

野外调查采用地貌与沉积物分析相结合的方法. 利用1∶100 000和1∶50 000地形图、Google Earth以及分辨率为30 m的数字地图(GDEM)等，对邦达镇附近玉曲河两侧的冰川地貌进行判别，对重点地貌部位进行实地测量.

野外地貌判读主要根据地貌与地层特征，如侵蚀与堆积地貌的几何形态、分布的地貌部位、沉积物的岩性组成以及风化程度等. 依据地貌特征确定冰川作用的相对年代[38-44]. 选取4号、6号槽谷内地貌关系清楚，沉积特点明显的冰碛垄采集年代学样品，位置见图3. 经纬度和海拔高度由手持全球定位系统(GPS)确定. 采样过程中重点关注冰碛物的风化程度、土壤发育状况、终碛垄和侧碛垄的保存位置及特点，除去冰碛物(冰水夹层)表层物质，避开粗大砾石，采样深度均在50 cm以上，多选取冰碛中沙质透镜体或冰水夹层，避免阳光的直射，装入黑色塑料袋中，并标记野外编号，避光运到实验室. 运输过程中避免剧烈碰撞、摩擦或受热.

3.2 室内年代测定

样品的预处理在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成. 具体方法与步骤见文献[45-46]. 处理好的样品在北京大学用60Co进行人工辐照，辐照剂量率28.51 Gy·min-1，辐照后的样品由中国地震局地质所地震动力学国家重点实验室进行测定，测量仪器为德国Bruker公司生产的EMXI/6 ESR谱仪，选用石英颗粒中的Ge芯、Ti芯作为测年信号，测试条件及参数： 室温、X波段、微波功率为2.021 mW、中心磁场=3 525 G、扫描宽度50 G、仪器频率=9.852 GHz、调制频率=100 kHz、调制振幅=1 G、时间常数=40.96 ms、扫描时间=10.486 s. 根据人工辐照剂量与其对应的ESR信号强度，用最小二乘法对所测得的数据进行曲线拟合，并用外推法将拟合的曲线外推到信号强度为零的横坐标得出古剂量(图6). 样品所在环境中U和Th元素的浓度与K2O的百分比，委托中国科学院地质研究所进行测定. 年剂量率由测定样品的U、Th浓度、K2O的含量、样品的含量以及宇宙射线的贡献率[47]来换算. 研究表明石英颗粒中的Ge和Ti对光照与研磨比较敏感，这两种机制都可以使它们的信号归零，所不同的是Ge芯对光照最敏感，经阳光照射数小时后，其信号可完全消失，是光晒退“回零”最好的信号芯，并可在常温下观测. Ti芯在阳光下经几至几十小时晒退后，信号可完全晒退“回零”，需要在低温(液氮，-196 ℃)条件下观测[48-51]. 研究表明，在光谱各个波段中，紫外波段的光晒退效率明显高于其他可见光波段，因此，ESR信号强度回零所用晒退时间减小的现象应与紫外线强度有关，即随着海拔的增高，紫外线强度增大，石英Ti芯和Ge芯ESR信号光晒退所需要的时间缩短[52]. 本次测试的样品均采自海拔较高的地区(最低海拔4 325 m)，太阳光中紫外线的强度远比低海拔的地方大. 因此，冰川沉积中石英颗粒的Ge芯和Ti芯理论上满足ESR测年中信号归零的条件，以往的研究也表明ESR技术对冰川沉积直接定年可行[53-58]. 在实验过程中发现所采部分样品石英中Ge芯信号较弱，因此采用Ti芯信号进行测试. 其中，样品BD-3、BD-6、BD-10和BD-11 使用Ti芯测试，BD-4、BD-5、BD-13、BD-14、BD-15和BD-16用Ge芯测试. 测年结果见表1.

4 研究区的冰进时序

他念他翁山地理位置的过渡性赋予其冰期系列特殊的意义，该区第四纪冰川年代学的建立，弥补了区域空白. 野外地貌考察和ESR绝对测年结果表明，研究区至少发育了4次冰川作用. 第一套冰川沉积物未进行采样测年，采用相对地貌地层法，初步判断为新冰期/小冰期的产物，对应深海氧同位素1阶段(Marine Isotope Stage，简称MIS). 第二套冰碛物的测年结果(25±1)～(38±6) ka，考虑到ESR测年精度和误差及地貌特点，综合周边山地已有的测年资料和冰川遗迹特点(图7)，认为该套冰碛物应形成于末次冰盛期(LGM)，对应MIS 2. 青古隆村口冰碛物的年代为(55±8) ka和(54±9) ka，应属于末次冰期中冰阶冰川作用的产物，与MIS 3中期相对应. 第四套冰川沉积物的测年结果为(207±45) ka、(207±29) ka和(192±51) ka，指示本次冰川作用的时间为倒数第二次冰期，对应MIS 6，此时冰川作用规模已到达谷口.

5 讨论

冰川发育的基本条件中，气候和地形是最基本的控制因素. 不同的气候与地形地势条件，决定了某一地区冰川作用的类型、规模乃至时限. 在所讨论的横断山脉和藏东南的主要山地中，虽然均受西南季风的影响，但是，受地形地势的控制，不同地点的气温和降水却有一定的差别，如念青唐古拉山西段和唐古拉山西段降水量较少，年均降水量不足500 mm，最低的唐古拉山西段，年均降水量仅360 mm. 而横断山脉南端的玉龙雪山、白马雪山、中段的沙鲁里山等降水量丰富，年均降水量都大于600 mm(表2). 同样，影响冰川发育的气温条件在不同的地点也有所差异. 可以说，正是不同的水热和地形条件，造成了不同地点冰期系列的区域分异. 在具有绝对年代数据的几处邻近山地中，位于研究区东侧的稻城[13-17]、白马雪山[21]、玉龙雪山[22-23]，ESR测年结果显示山地冰进年代较早，保留中梁赣冰期/昆仑冰期时的冰川遗迹(图7). 而位于西侧的念青唐古拉山[59-60]，ESR数据也显示，冰川作用可能始自昆仑冰期(图7). 与上述地区相比，研究区的降水条件、气温条件和海拔高度组合，对冰川的发育处于劣势，因此，冰川作用的启动时间相对也较晚(倒二冰期).

应该说，研究区第四纪冰川作用的年代学框架是基于ESR测年方法，与邻近山地冰期系列的对比也有赖于此. 由于目前常用的OSL和宇宙暴露核素年代学方法难于在确定老冰期系列上发挥作用，因此，以往的老冰期遗迹主要是用相对地貌法和ESR测年结果得出. 在本文所研究的区域中，关注的一个侧重点是冰川作用的启动时间，在对比前人研究工作的基础上，笔者预期此处最早冰川作用时间应为倒数第三或者倒数第二次冰期. 因此，采用了ESR测年方法. 但是也注意到，在目前的研究中，确实存在着不同测年方法在确定同一地点冰期系列时的差异. 如以往运用地貌地层法和ESR年代学方法确定的较老的冰期系列，如雀儿山[11-12]、稻城库照日[13-18]、贡嘎山[19]、唐古拉山[61-65]等地，前期判断发育倒数第三次冰期(中梁赣冰期/昆仑冰期)的冰川作用，但采用光释光(OSL)或者宇宙暴露核素测年法(CRN)并未取得该时期的数据，测年结果明显偏年轻. 这也意味着，本文的冰期系列如果采用OSL或者CRN方法，也可能相对年轻. 因此，本文所确定的冰期系列是初步的，还需要进一步辅以不同测年方法的交叉定年，从而得出更实际的年代学框架.

6 结论

(1) 研究区海拔4 200 m以上保存着良好的第四纪冰川作用侵蚀与堆积地貌，冰川类型为山麓冰川、山谷冰川和冰斗冰川.

(2) 他念他翁山中段晚第四纪以来至少经历了4次冰川作用，分别为倒数第二次冰期(MIS 6)，末次冰期中期(MIS 3)，末次冰盛期(MIS 2)，以及全新世新冰期/小冰期(MIS 1).

(3) 不同测年技术在青藏高原及其边缘山地第四纪冰川研究中仍有其局限性，不确定性还很大. 更深入的冰川地貌年代是进一步检验青藏高原第四纪冰川发育气候与构造耦合模式的关键，而不同年代学方法对同一套冰碛物的测年研究还未全面展开. 因此，关于研究区的第四纪冰川年代学框架，还需要用其它如10Be、OSL等测年方法进行佐证.

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The preliminary study of the Quaternary glacier in middle part of the Tenasserim Chain with ESR dating method

ZHANG Wei, CHAI Le

(College of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China)

Abstract：The Tenasserim Chain is the transitional zone between the southeast of Tibetan Plateau and Yunnan-Guizhou Plateau. Typical glacial erosion and sedimentary landforms of the late Quaternary can be identified in the study area higher than 4 200 m a.s.l. The glacial sequence with absolute ages not only can reconstruct evolutionary history of the Hengduan Mountain range but also provide critical basis for studying the effect of the uplifting mechanism of the Tibetan Plateau. According to the field investigation and ESR dating results, it is ascertained that the basic geomorphology features of the Quaternary glaciers and the glacial sequences in the study area. The results show that the glacial types were cirque glacier, valley glacier and piedmont glacier. There were four glacial advances in the middle Tenasserim Chain at least during the Late Quaternary. These glacial advances can be assigned to the Penultimate glaciation (MIS 6, MIS= Marine Oxygen Isotope Stage) during the Middle Pleistocene [(192±51)-(207±45) ka], the middle stage of the last glacial cycle [MIS 3, (55±8)-(54±9) ka], the last glacial maximum [MIS 2, (25±1)-(38±6) ka] during the Last Pleistocene and the neo-glaciation/Little Ice Age during the Holocene (MIS 1).

Key words：Tenasserim Chain; ESR dating; glacial sequence; glacial landform

doi：10.7522/j.issn.1000-0240.2016.0150

收稿日期：2016-04-06;

修订日期：2016-08-11

基金项目：国家自然科学基金项目(41270743; 41271093; 41671005; 40971010)资助

作者简介：张威(1969-)，男，吉林松原人，教授，2003年在北京大学获博士学位，从事环境与灾害地貌研究.

E-mail: zhangweilnu@163.com.

中图分类号：P931.4

文献标志码：A

文章编号：1000-0240(2016)05-1281-11

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