柴达木盆地一里坪石膏230Th定年及成盐期与第四纪冰期和构造运动的关系
【类型】期刊
【作者】陈安东，郑绵平，施林峰，王海雷，徐建明，袁文虎（中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部盐湖资源与环境重点实验室；青海省柴达木综合地质矿产勘查院）
【作者单位】中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部盐湖资源与环境重点实验室；青海省柴达木综合地质矿产勘查院
【刊名】地球学报
【关键词】 柴达木盆地；230Th定年；成盐期；构造运动；第四纪冰期
【资助项】中国地质调查局地质调查项目；国家自然科学基金联合项目(编号: U1407207)联合资助
【ISSN号】1006-3021
【页码】P494-504
【年份】2019
【期号】第4期
【期刊卷】1;|6;|7;|8;|4;|5;|2
【摘要】本文采用多接收电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS),对柴达木盆地一里坪15YZK01钻孔中前336.2 m含石盐地层中的7个石膏样品进行230Th定年。依据年代-深度公式,获得S1-S4盐层的成盐年代分别为733.8~716.0 ka、581.9~573.8 ka、181.6~179.3 ka和158.0~154.2 ka;含芒硝粉砂地层的年代为171.6 ka。结合前人对一里坪表面盐壳的14C测年数据,证实一里坪表面盐层S5开始形成于末次冰期。15YZK01钻孔记录的成盐期与青藏高原第四纪冰期及构造运动存在一定的对应关系:石盐层S1对应于“昆黄运动”之后的望昆冰期,以及深海氧同位素第18阶段(MIS18);S2对应于大间冰期,但是该年代比较接近望昆冰期;S3和S4石盐层及含芒硝粉砂层对应于共和运动和倒数第二次冰期MIS6;S5石盐层开始形成的时代对应于末次冰期MIS2。同时,通过对柴达木盆地多个钻孔含盐地层的测年数据进行总结,证实中更新世以来青藏高原冰川活动与柴达木盆地盐类沉积存在着一定的对应关系。柴达木盆地西北部的成盐盆地中通常发于有倒数第二次冰期和末次冰期的石盐层;而盆地东南部的察尔汗盐湖区仅发现有末次冰期以来的石盐层。柴达木盆地成盐期受到青藏高原第四纪冰期和构造运动的影响,第四纪冰期中盐湖水源补给量的减少,是导致柴达木盆地成盐的重要驱动因素。
【全文】 文献传递
柴达木盆地一里坪石膏230Th定年及成盐期与第四纪冰期和构造运动的关系
摘 要：本文采用多接收电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS), 对柴达木盆地一里坪15YZK01钻孔中前336.2 m含石盐地层中的7个石膏样品进行230Th定年。依据年代-深度公式, 获得S1-S4盐层的成盐年代分别为 733.8～716.0 ka、581.9～573.8 ka、181.6～179.3 ka 和 158.0～154.2 ka; 含芒硝粉砂地层的年代为 171.6 ka。结合前人对一里坪表面盐壳的14C测年数据, 证实一里坪表面盐层S5开始形成于末次冰期。15YZK01钻孔记录的成盐期与青藏高原第四纪冰期及构造运动存在一定的对应关系: 石盐层S1对应于“昆黄运动”之后的望昆冰期, 以及深海氧同位素第18阶段(MIS18); S2对应于大间冰期, 但是该年代比较接近望昆冰期; S3和S4石盐层及含芒硝粉砂层对应于共和运动和倒数第二次冰期MIS6; S5石盐层开始形成的时代对应于末次冰期MIS2。同时, 通过对柴达木盆地多个钻孔含盐地层的测年数据进行总结, 证实中更新世以来青藏高原冰川活动与柴达木盆地盐类沉积存在着一定的对应关系。柴达木盆地西北部的成盐盆地中通常发于有倒数第二次冰期和末次冰期的石盐层; 而盆地东南部的察尔汗盐湖区仅发现有末次冰期以来的石盐层。柴达木盆地成盐期受到青藏高原第四纪冰期和构造运动的影响, 第四纪冰期中盐湖水源补给量的减少, 是导致柴达木盆地成盐的重要驱动因素。
关键词：柴达木盆地;230Th定年; 成盐期; 构造运动; 第四纪冰期
盐湖沉积物是古环境变化研究的重要对象, 不仅记录了丰富的环境演化信息, 而且保存有普通湖相沉积物所缺乏的湖水咸化的宝贵资料(郑绵平等,1998)。青藏高原北部的柴达木盆地中发育有一些封闭的内陆盐湖, 其中沉积了巨厚的晚新生代沉积物。在某些沉积中心, 如察尔汗盐湖区, 晚新生代沉积物厚度可达4 300～5 300 m(郑绵平等, 2013)。柴达木盆地内的晚新生代沉积物记录了丰富的环境演化信息, 是研究古气候与环境演化的理想场所(郑绵平, 2001)。同时, 新生代以来, 在柴达木盆地中油气资源和钾、硼、锂等矿产资源也发生大规模聚集。盆地中盐类物质的沉积受到青藏高原气候和环境变化的影响, 而青藏高原气候和环境变化又与构造运动密切相关。近年来, 青藏高原的阶段性隆升及其与晚新生代环境演化的耦合关系的研究在不断完善(李吉均和方小敏, 1998; 李吉均等, 2001,2015; Li et al., 2014)。第四纪冰期年代学数据的积累, 也促使中国第四纪冰川演化序列的建立与改进,并与深海氧同位素阶段(Marine Oxygen Isotope Stage, MIS)进行对比(施雅风, 2002; 赵井东等,2011)。同时, 关于柴达木盆地一系列钻孔的年代学数据也在不断积累(沈振枢等, 1993; 黄麒和韩凤清,2007; 施林峰等, 2010), 使我们有条件将柴达木盆地成盐规律与青藏高原构造运动和第四纪冰川活动进行对比研究。郑绵平等(1989)曾提出盐层/泥质层相对高值与我国第四纪冰期一致, 以及 6次(干旱)成盐期理论, 但是关于成盐期与青藏高原第四纪冰期及构造运动的关系仍需要进一步探索和完善。
对于柴达木盆地巨厚的晚新生代沉积物和丰富的矿产资源, 在气候与环境变化、构造运动与盆地演化、成盐成矿规律研究中, 建立其精确的时代框架是不可缺少的。因此, 本文采用多接收电感耦合等离子体质谱法(multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry, MC-ICP-MS), 对一里坪15YZK01钻孔中前336.2 m含石盐地层中的7个石膏样品进行230Th定年。230Th/238U定年是基于放射性核素238U与其衰变系列中234U、230Th之间的不平衡关系测定地质年龄的定年方法, 常用于测定中更新世以来的沉积物年代(Edwards et al., 1986)。前人采用碳酸盐 U-Th测年, 多应用于 350 ka BP以来的沉积物测年中(Gallup et al., 1994; Kaufman et al., 1998; Ma et al., 2004; Zheng et al., 2007; Ma et al., 2012)。近年来, 采用MC-ICP-MS, 测年上限达到500 ka甚至600 ka, 同时误差降低到12 ka, 也取得了一系列研究成果(Cheng et al., 2013;Roy-Barman and Pons-Branchu, 2016)。由于MC-ICP-MS消耗样品量少, 样品溶解和分离纯化方便, 近年来采用相对难溶的石膏样品进行 U系测年也取得了一系列进展(彭子成等, 2001; 马妮娜等,2011)。沈振枢等(1993)曾经在一里坪 ZK701钻孔采用碳酸盐进行U系测年, 但是所取得的U系年龄存在偏新或者偏老的情况, 未能与磁性地层数据取得一致性(沈振枢等, 1993)。因此, 作者采用一里坪15YZK01钻孔中的石膏晶体进行 U系法定年, 测定了钻孔中含盐地层出现以来的7个样品的230Th年龄。
1 区域概况及岩芯概况
柴达木盆地位于青藏高原北部 90°00′—98°20′E, 35°55′—39°10′N 之间, 面积约 120 000 km2(图1)。盆地周边被祁连山、阿尔金山和东昆仑山等高山环绕。盆地内部海拔一般在2 600～3 000 m, 盆地边缘山地海拔一般在3 500～5 500 m。柴达木盆地雨量少而蒸发强烈, 年降水量低于50 mm而蒸发量为2 000～3 000 mm, 是我国主要荒漠区之一。盆地内部共计有湖泊33个, 其中盐湖25个, 半咸水-咸水湖泊7个, 淡水湖1个(张彭熹, 1987)。此外还分布有一些干盐湖, 干盐湖和卤水湖的面积约为10 950 km2, 盐层累计厚度达到1 000 m以上(黄麒和韩凤清, 2007)。
一里坪靠近柴达木盆地西北—东南分界线, 成盐盆地划归柴达木盆地西北部。一里坪干盐湖呈NWW向展布, 总面积约1 500 km2(沈振枢等, 1993)。该干盐湖是一个富锂盐湖, 并伴生有硼、钾、镁等资源(黄麒和韩凤清, 2007)。一里坪地区是柴达木盆地在上新世的沉积中心, 该区在成盐时代上晚于盆地西部的大浪滩地区, 而早于东南部的察尔汗盐湖区(张彭熹, 1987)。一里坪地区在早更新世至晚更新世晚期处于滨浅湖环境中, 晚更新世晚期逐步消亡,至全新世最终演变成干盐湖(张彭熹, 1987; 沈振枢等, 1993)。15YZK01钻孔位于一里坪干盐湖中部,孔 位 坐 标 37°58′3.27″N, 93°11′57.05″E, 海 拔2 688 m(图1)。该钻孔位于昆仑山垭口NNW方向距离266 km, 共和盆地NWW方向距离600 km, 以上两个地区分别是“昆黄运动”和“共和运动”的重要研究区, 同时昆仑山垭口还是“望昆冰期”的命名地。15YZK01钻孔进尺1 400.5 m, 取芯率为88.21%, 该钻孔是目前一里坪地区进尺最深的钻孔。岩芯中自336.2 m以上含有5段白色石盐或者含石盐地层, 336.2 m之下没有石盐沉积; 第72.0 m夹有一层灰黑色含芒硝粉砂; 自含盐地层出现以来共计有11个含石膏地层(图2)。该钻孔含盐地层之上以粉砂和含黏土粉砂为主, 含少量厚度不大的细砂层。含盐地层出现之后, 钻孔中浅棕红色碎屑岩不再出现, 而代之以灰绿色碎屑岩交替出现(图2)。
图1 研究区位置图
Fig. 1 Location of the study area
A-柴达木盆地; B-15YZK01钻井平台; 15YZK01钻孔位于一里坪干盐湖中部; ZK701和ZK801的位置据沈振枢等, 1993
A-Qaidam Basin; B-a photo of the 15YZK01 drilling core, which is located at the center of Yiliping playa;the locations of ZK701 and ZK801 drilling core are based on SHEN et al., 1993
图2 15YZK01钻孔含盐地层出现以来的岩性以及
230Th定年样品采集位置
Fig. 2 Lithology and sampling depth of230Th dating samples
A-含芒硝粉砂; B-石膏(YZK-U3样品); C-灰绿色黏土, 夹有红褐色氧化铁层; D-含石盐粉砂中的石盐晶体; E-白色石盐
A-mirabilte-bearing silt; B-gypsum sample of YZK-U3;C-grayish-green silt; D-salt-bearing silt; E-white salt
2 实验方法
考虑到230Th定年的测试范围, 作者选择了前336.2 m岩芯中7个样品中的透镜状石膏晶体进行U系测年, 该石膏晶体集中出现在相应的地层中, 各样品深度及沉积物特征如表 1。使用美国Thermo-Fisher公司的Neptune Plus型多接收电感耦合等离子体质谱仪测定样品中U和Th的同位素比值, 并计算出230Th年龄。使用国际STD76001洞穴碳酸盐标样和国内 GBW04412石笋标样控制测试误差, 两个标样是在内插于石膏样品中同步分析测量的。样品的溶解、分离纯化、质谱测量流程参照王立胜等(2016)的实验方法。230Th定年在中国科学院地质与地球物理研究所铀系年代学实验室完成。
3 测试结果与分析
3.1 一里坪成盐期与青藏高原第四纪冰期和构造运动的关系
该7个样品的230Th年代见表2。其中YZK-U1样品年龄为(125.76±72.65) ka, 误差较大, 导致该年代结果失去意义。误差较大的原因是因为样品中混入了过高的232Th, 而测试前提假设样品中232Th和230Th的初始值为0(Ma et al., 2012), 样品中初始的230Th通常来源于 232Th(Roy-Barman and Pons-Branchu, 2016), 因此该样品不能满足测试前提条件。另外样品YZK-U4也存在232Th含量过高而导致误差较大的情况。样品YZK-U8中U含量小于 50×10-6, 含量过低, 不能计算出合理的年龄结果。磁性地层数据表明15YZK01钻孔的布容/松山界限(B/M界限, 781 ka)位于358 m(另文发表), 据此判断样品YZK-U9已经接近或者超出U系法测试范围, 而230Th所测年代仅仅为(342.30±11.96) ka, 明显过于年轻, 本文不予采用。
一里坪干盐滩表面为未遭受剥蚀的盐壳, 前人对一里坪中部82CK1孔前18.5 m的盐壳进行的14C测年, 表明该盐壳形成于 32.5～2 ka(黄麒和韩凤清,2007)(表3), 可以与15YZK01钻孔的前13.5 m含盐地层对比。ZK701也有U系测年数据, 但是 ZK701与15YZK01钻孔相距约35 km, 而且ZK701位于一里坪西北边缘, 二者沉积物特征具有一定差异。而15YZK01钻孔与82CK1钻孔的顶部沉积物特征可以对比, 因此本文采用82CK1钻孔的14C测年数据, 推测顶部盐壳形成于 32.5～2 ka。而顶部盐壳开始形成的年代为32.5 ka, 对应于末次冰期晚冰阶。表面盐壳开始形成的时代接近于末次冰期冰盛期(Last Glacial Maximum, LGM, 24–18 ka), 对应于MIS2。在 LGM期间, 青藏高原平均降温 7°C, 降水量只有现代的30%～70%(施雅风等, 1999)。在LGM干冷的环境下,柴达木盆地中几乎所有的成盐盆地均有石盐析出,甚至包括成盐较晚的察尔汗盐湖区(沈振枢等, 1993;黄麒和韩凤清, 2007; 魏海成等, 2016)。同时, 一里坪S5盐壳析出的时代对应于Zheng等(2016)提出的第 5 成盐期(21～5 ka)。
本文所得到的YZK-U2至YZK-U5得到的年龄介于(295.34±7.00) ka至(152.30±2.27) ka, 取得了相对较好的年龄序列, 为了分析方便, 将其年龄结果投在图3上。依据本文取得的YZK-U2至YZK-U5的230Th年代数据, 结合黄麒和韩凤清(2007)取得的14C年代数据, 做出15YZK01钻孔的年代-深度趋势线, 获得如下公式:
y=2.128x+18.41 (R2=0.959)
其中y为年代(ka), x为深度(m), R2为相关系数的平方值。
表1 石膏230Th定年样品(7个)
Table 1 Information of gypsum230Th dating samples (seven)
编号 样品深度/m 沉积物特征YZK-U1 22.3 采样位置含有石膏、含黏土粉砂YZK-U2 63.0 位于石盐层顶部, 采样位置含有石膏、粉砂, 采样点下部为白色石盐层YZK-U3 75.0 夹在两层石盐中间, 采样位置含有石膏、芒硝、粉砂YZK-U4 90.0 采样位置含有石膏、黏土夹粉砂YZK-U5 142.0 采样位置含有石膏、粉砂YZK-U8 263.0 采样位置含有石膏、石盐、粉砂YZK-U9 332.0 采样位置含有石膏、石盐、粉砂, 采样点下部为白色石盐层
表2 15YZK01钻孔石膏230Th定年结果
Table 2230Th dating results of gypsum samples of 15YZK01 drilling core
注: 其中标准样品STD76001年代为(48.10±3.30) ka, 样品GBW04412U年代为(85.00±4.00) ka(王立胜等, 2016)。
编号238U(×10-9)232Th(×10-12)230Th/232Th(AT×10-6)234U(测量值)230Th/238U(放射性比值)230Th年代(a)未校正234U Ini.校正230Th年代(ka BP.)校正YZK-U1 237.9±0.6 351 138±7 067 11.7±0.2 163.3±2.6 1.051 424 3±0.00 664 224 420±471 2 232.9±143.0 125.76±72.65 YZK-U2 103.9±0.2 77 042±1 548 19.9±0.4 148.8±2.4 0.892 5985±0.003 47 154 779±150 0 228.7±4.0 152.30±2.27 YZK-U3 290.4±1.0 60 580±1 223 70.2±1.4 62.3±2.8 0.887 738 1±0.004 06 189 894±277 4 106.2±4.8 189.11±2.80 YZK-U4 149.0±0.3 216 361±4 345 12.3±0.3 135.1±2.6 1.085 526 8±0.005 69 280 106±710 3 266.5±23.3 240.82±30.28 YZK-U5 126.1±0.2 148 342±2 974 15.2±0.3 122.1±1.9 1.085 604 5±0.004 49 299 120±669 2 281.0±7.1 295.34±7.00 YZK-U8 35.2±0.1 34 083±683 17.4±0.4 97.7±2.3 1.019 778 1±0.005 22 257 914±567 3 200.5±5.8 254.60±5.98 YZK-U9 292.2±0.9 137 951±2 782 36.5±0.7 68.5±2.5 1.045 117±0.004 52 343 943±120 86 180.0±9.1 342.30±11.96 STD76001 734.5±1.2 5 899±118 1 434.9±28.9 919.1±2.5 0.699 011 8±0.001 69 47 520±158 1 050.7±2.9 47.39±0.18 GBW04412 1 007.6±1.9 578±12 30 781.9±627.5 855.5±2.8 1.071 104 8±0.003 12 86 649±412 1 092.4±3.9 86.63±0.41
表3 钻孔82CK1的14C年代以及ZK701的230Th年代(黄麒和韩凤清, 2007)
Table 314C ages of 82CK1 drilling core and230Th age of ZK701 drilling core (after HUANG and HAN, 2007)
钻孔 样品名称 深度/m 年龄/ka 方法82CK1 淤泥 1.27 2.10±0.25 14C 82CK1 含石盐淤泥 6.72 2.10±0.30 14C 82CK1 含石盐淤泥 7.74 12.1±0.55 14C 82CK1 含石盐淤泥 15.20 25.8±0.54 14C 82CK1 含石盐淤泥 18.19 32.5±0.65 14C 82CK1 含石盐淤泥 18.19 26.1±0.78 14C ZK701 黏土质粉砂 1.25 39.8±10.5 230Th
图3 15YZK01钻孔年代-深度关系图
Fig. 3 Depth-age plot of 15YZK01 drilling core
黑色圆点所示为230Th测年数据, 圆点上下的虚线示测年误差;灰色圆点所示的14C年代依据黄麒和韩凤清, 2007
Black dot indicates the230Th dating result, dotted line indicates the dating error; gray dot indicates the14C dating age by HUANG and HAN, 2007
依据该趋势公式, 计算得到S1–S4盐层的年代分别为 733.8～716.0 ka、581.9～573.8 ka、181.6～179.3 ka和 158.0～154.2 ka(表 4)。S1 和 S2 盐层沉积均发生于昆黄运动(1.1～0.7 Ma)之后。其中S1盐层沉积的时代与望昆冰期(780—620 ka)相吻合, 对应于MIS18, 此时正值中更新世气候转型。S2盐层出现的时代对应于大间冰期(480—620 ka), 对应于MIS15。石盐层S3和S4分别形成于181.62～179.3 ka和158.0～154.2 ka, 此时发育了以MIS6为代表的倒数第二次冰期(300—130 ka)。在该两个石盐层之间还有一层含芒硝粉砂, 所处的年代为 171.6 ka, 属于倒数第二次冰期。芒硝是典型的冷相矿物, 进一步证明该段时间为冰期冷环境(郑绵平等, 2013)。
昆黄运动导致昆仑山垭口地区由早更新世1.1 Ma之前的海拔1 500 m上升到中更新世0.7 Ma之后的海拔 3 000 m以上, 青藏高原面隆升至3 500 m左右并进入冰冻圈, 青藏高原上冰川规模最大的冰期—望昆冰期出现(崔之久等, 1998; 施雅风, 1998)。柴达木盆地中对于昆黄运动也有相应的记录, 磁性地层年代为 0.71～0.5 Ma(朱筱敏等,2003)。在昆黄运动及望昆冰期出现的背景下, 一里坪地区进入石盐自析阶段, 并在中更新世初出现石盐沉积。共和运动发生在150 ka以来, 黄河溯源侵蚀进入共和盆地, 青藏高原隆升至接近现在的高度,并促进了末次冰期出现(Li et al., 1996; 崔之久等,2011)。该次构造运动在柴达木盆地中也有相应的记录, 磁性地层数据显示为 240～90 ka(朱筱敏等,2003)。在柴达木盆地东南缘的布尔汗布达山有倒数第二次冰期冰川发育, 宇宙成因核素(CRN)测年为232～124 ka(Owen et al., 2006)。在倒数第二次冰期MIS6阶段, 青藏高原东部气温相对现在低8～12°C,降水减少, 冰川规模更大(李吉均等, 1991)。因此一里坪地区有石盐层S3和S4析出, 并有冷相矿物含芒硝粉砂层M1析出。
表4 15YZK01钻孔含盐地层时代
Table 4 The formation age of salt-bearing deposits recorded in the 15YZK01 drilling core
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由此可见, 一里坪成盐期与中更新世以来冰川活动和青藏高原构造运动具有一定的对应关系(图4)。冰川活动与构造运动关系密切, 因为在构造运动活跃阶段, 化学风化作用加剧, 大气中作为温室气体的 CO2浓度下降, 导致冰川扩张(Raymo and Ruddiman, 1992)。石盐沉积通常需要相对干旱的环境, 但是降水量在冰期并不一定减少。有证据表明青藏高原在MIS16阶段降水量高于现代, 在西昆仑地区降水量甚至较现代多30%, 冰川面积增加90%左右, 形成冷湿气候(施雅风, 1998)。但是在冰期降温背景下, 柴达木盆地边缘山地冰川规模扩大, 可以抵消部分增加的降水量, 导致盆地中盐湖补给水源减少, 造成了最早的石盐层S1析出。第二个盐层S2出现的时代对应于MIS15, 处于间冰期, 但是此时昆仑山垭口地区有冰川作用发展, 横断山脉的稻城冰帽也有该段时间冰川发展的证据(崔之久等,1999; Zhou et al., 2006)。此外, S1和S2石盐层的形成时代是依据平均沉积速率计算获得, 而中更新世以来柴达木盆地沉积速率在冰期和间冰期可能存在一定差异, 因此 S2盐层的形成时代仍然需要慎重考虑。S1-S2成盐的时期在柴达木盆地均有干旱成盐的记录, Zheng等(2016)将该次成盐期划分为第三成盐期(0.95—0.55 Ma)。
3.2 柴达木盆地成盐期与青藏高原第四纪冰期的对比
沈振枢等(1993)、黄麒和韩凤清(2007)对柴达木盆地中一些钻孔进行了大量的年代学测试, 测试手段包括230Th、14C和36Cl等, 取得了一系列的年代学数据。同时, 这些钻孔的同位素年代学数据与磁性地层数据可以相互验证。但是, 关于这些钻孔记录的成盐期与第四纪冰期的关系却没有系统的对比。作者经过对柴达木盆地一系列钻孔和剖面进行统计, 认为柴达木盆地成盐期与青藏高原第四纪冰期可以相互对比, 各成盐盆地的成盐时代与冰期/间冰期归属见表5。年代学数据显示: 包括昆特依、察汗斯拉图、大浪滩、尕斯库勒湖和一里坪在内的柴达木西部成盐盆地, 均发育有倒数第二次冰期和末次冰期的盐层, 尕斯库勒湖还发育有中梁赣冰期(约480—420 ka)的石盐层; 而察尔汗盐湖区则仅有末次冰期以来的石盐层, 该地区石盐层大多出现于50 ka之后, 尤其以LGM时期的石盐层出现较为频繁, 在察尔汗盐湖区广泛发育(表5)。同时, LGM时期也被认为是柴达木盆地最为干冷的时期, 黄麒(2007)认为柴达木盆地几乎所有的湖盆均在 25—15 ka之间成为干盐滩, 与LGM的时间段(24—18 ka)不谋而合。LGM时期的干冷气候并不局限于柴达木盆地, 在新疆罗布泊也有该时段的芒硝层,14C年代为 16.92～13.72 ka, 光释光测年为 19.34～19.83 ka(刘成林等, 2008)。
图4 15YZK01钻孔记录的盐层与第四纪冰期、MIS和青藏高原构造运动对比图(底图据Zhou et al., 2006)
Fig. 4 Salt deposits in the 15YZK01 drilling core, and their correlations with Quaternary glaciation and tectonic activity on the Tibetan Plateau (base map modified after Zhou et al., 2006)
在表 5中, 倒数第二次冰期简称倒二冰期。*1该样品年代为(79.5±9.1) ka, 考虑到测试误差, 如果年代小于75 ka, 则可以归属到末次冰期中, 如果大于75 ka, 则属于末次间冰期。*2和*3样品年代分别为(358±110) ka和(368.0±85.6) ka, 如果实际年代大于 420 ka, 可归属到中梁赣冰期中, 如果年代小于420 ka, 则属于间冰期。
当然, 柴达木盆地西北部成盐盆地开始成盐的时代均较早, 如大浪滩地区ZK402记录在4.00 Ma之前就已经开始成盐; 察汗斯拉图 ZK4613记录的石盐沉积开始于3.625 Ma; 一里坪西北部ZK801记录在2.856 Ma开始有石盐沉积; 昆特依ZK3208记录的石盐沉积开始于0.831 Ma; 马海ZK4012记录的石盐沉积开始于0.530 Ma(沈振枢等, 1993)。柴达木盆地成盐期也受到沉积中心迁移的影响, 而盆地演化和沉积中心的迁移又与青藏高原构造运动密切相关。柴达木盆地演化早期盆地北降南升并在西部形成沉积中心, 上新世初期盆地的沉积中心由柴达木盆地西部的大浪滩一带迁移至一里坪地区; 上新世晚期一里坪地区构造隆升, 沉积中心继续向东南迁移至察尔汗地区(张彭熹, 1987)。上新世至中更新世柴达木古湖由东南向西北补给, 补给途中湖水逐渐浓缩, 远离补给水源方向的盆地西部地区最早浓缩成盐, 而越接近补给水源的地区, 成盐时代越新(沈振枢等, 1993)。因此在柴达木盆地由西北到东南,各成盐盆地开始成盐的时代逐渐变晚(沈振枢等,1993)。
由此可见, 柴达木盆地成盐期与青藏高原第四纪冰川活动和构造运动具有一定的对应关系。但是在第四纪冰期与成盐期对比中需要谨慎对待, 不能将第四纪冰期与成盐期划等号。比如在MIS3阶段青藏高原及其周边一些山地冰川规模甚至大于MIS2阶段, 柴达木盆地东南部布尔汗布达山也有MIS3冰进的证据(Owen et al., 2006)。但是, 柴达木盆地中的盐湖在 MIS3阶段处于泛湖期(43—35 ka或者31 ka), 降水量是现在的2～5倍, 温度高2～4°C,盐湖淡化, 没有石盐析出(郑绵平等, 2006; Zheng et al., 2016)。所以, 成盐期与冰期之间存在联系, 干冷的冰期环境(如 MIS6和 MIS2)可以促进石盐沉积;
然而在冰川发育不能抵消增多的降水量的情况下(如 MIS3), 没有石盐沉积。在气候因素方面, 控制石盐层形成的最终影响因素仍然是盐湖水源补给的减少。
表5 柴达木盆地部分钻孔和剖面记录的盐类物质沉积与第四纪冰期对比
Table 5 Dating results of salt deposits in the Qaidam Basin in comparison with Quaternary glaciation on the Tibetan Plateau
盐湖钻孔或剖面钻孔位置(E/N) 测年材料 测年方法 深度/m 年代/ka 冰期/间冰期归属 来源石膏 230Th 63.00 152.3±2.3 倒二冰期石膏 230Th 75.00 189.1±2.8 倒二冰期石膏 230Th 90.00 240.8±30.3 倒二冰期15YZK01 93°11′57″/37°58′03″石膏 230Th 142.00 295.3±7.0 倒二冰期本文含石盐淤泥 14C 6.72 2.10±0.30含石盐淤泥 14C 7.74 12.1±0.55 末次冰期含石盐淤泥 14C 15.20 25.8±0.54 末次冰期含石盐淤泥 14C 18.19 32.5±0.65 末次冰期一里坪82CK1 一里坪中部含石盐淤泥 14C 18.19 26.1±0.78 末次冰期黄麒和韩凤清, 2007表层盐壳 14C 0.10 24.4±4.3 末次冰期LGM表层盐壳 14C 0.10 15.7±4.2 末次冰期表层盐壳 14C 0.10 14.1±0.2 末次冰期含盐粉砂 230Th 3.82 30.6±3.3 末次冰期含石膏淤泥 230Th 14.46 65.1±8.5 末次冰期含石膏黏土 230Th 23.70 125.6±24.5 倒二冰期含石膏淤泥 230Th 98.36 247±28 倒二冰期含石盐黏土 230Th 114.95 292±32 倒二冰期昆特依ZK3208 93°02′03″/38°34′46″含淤泥石盐 230Th 121.95 329±42 倒二冰期黄麒和韩凤清, 2007 ZK4613 92°39′05″/38°26′13″含石盐粉砂黏土230Th 4.36 105.9±7.1 倒二冰期 沈振枢等,1993含石盐细粉砂 230Th 1.70 29.8±2.4 末次冰期含粉砂石盐 230Th 5.00 79.5±9.1 *1察汗斯拉图ZK5025 92°36′35″/38°19′14″含石盐芒硝 230Th 83.00 256.0±27.1 倒二冰期沈振枢等,1993; 黄麒和韩凤清,2007芒硝 U系 1.47 169.9±5.6 倒二冰期D26剖面 91°21′15″/38°31′01″ 芒硝 U系 2.75 195.1±10.0 倒二冰期马妮娜等,2011含石盐黏土 14C 3.35 25.61±0.48 末次冰期 沈振枢等,1993石盐 230Th 1.35 27.9±9.1 末次冰期石盐 36Cl 1.35 11.0±12.5 末次冰期石盐 14C 8.84 31.3±3.1 末次冰期石盐 230Th 19.50 89.5±8.3 末次间冰期石盐 230Th 32.00 83.0±8.4 末次间冰期石盐 230Th 38.10 92.4±12.6 末次间冰期含石盐黏土 36Cl 38.10 136±49 倒二冰期芒硝 230Th 44.00 109.6±15.4 倒二冰期石盐 230Th 50.30 200.0±76.0 倒二冰期石盐 230Th 58.70 229.0±29.0 倒二冰期石盐 230Th 71.00 247.0±34.9 倒二冰期石盐 230Th 88.35 ＞300石盐 36Cl 103.30 358±110 *2 ZK402 91°21′25″/38°27′56″石盐 230Th 121.60 368.0±85.6 *3沈振枢等,1993; 黄麒和韩凤清,2007石盐芒硝 230Th 12.00 18.7±2.1 末次冰期LGM石盐 230Th 32.60 83.0±5.6 末次间冰期ZK336 91°33′20″/38°26′08″石盐 230Th 44.33 109.6±8.1 倒二冰期沈振枢等,1993; 黄麒和韩凤清,2007石盐 230Th 38.39 22.9±1.3 末次冰期LGM含石盐、石膏淤泥230Th 40.20 26.3±3.3 末次冰期大浪滩ZK312 91°25′15″/38°32′06″石盐 230Th 125.90 230.3±32.5 倒二冰期沈振枢等,1993; 黄麒和韩凤清,2007
续表5
盐湖钻孔或剖面钻孔位置(E/N) 测年材料 测年方法 深度/m 年代/ka 冰期/间冰期归属 来源含石盐黏土 14C 2.14 5.5±0.3石盐 36Cl 33.46 206.4±34.2 倒二冰期石盐 36Cl 45.02 190.0±38.0 倒二冰期石盐 36Cl 60.06 241.9±55.7 倒二冰期石盐 36Cl 67.27 271.0±57.0 倒二冰期石盐 36Cl 111.65 452.0±81.0 中梁赣冰期石盐 36Cl 113.65 467.0±133 中梁赣冰期沈振枢等,1993; 黄麒和韩凤清,2007含石盐的粉砂淤泥 U系 22.10 118.6±12.9 倒二冰期含石盐的中细砂 U系 27.35 172.0±13.0 倒二冰期含石膏的粉砂淤泥 U系 43.74 236.3±23.9 倒二冰期含石膏粉砂 U系 71.18 250.0±31.0 倒二冰期含石膏的黏土粉砂 U系 88.00 273.2±36.0 倒二冰期尕斯库勒湖ZK2605 90°56′33″/38°05′04″含石膏淤泥 U系 95.66 339.7±45.0 倒二冰期沈振枢等,1993石盐 14C 1.80 6.5±2.2石盐 230Th 9.10 11.9±1.4 末次冰期石盐 230Th 17.00 16.7±0.18 末次冰期石盐 230Th 21.90 24.2±0.77 末次冰期LGM石盐 230Th 28.20 32.3±3.10 末次冰期石盐 230Th 31.40 40.4±1.36 末次冰期石盐 230Th 43.70 45.4±2.86 末次冰期石盐 230Th 43.80 51.4±1.42 末次冰期石盐 230Th 44.40 50.9±12.60 末次冰期石盐 230Th 44.60 50.1±4.50 末次冰期81CK1 达布逊东北湾石盐 230Th 44.95 53.0±5.10 末次冰期黄麒和韩凤清, 2007石盐 230Th 14.21 16.0±0.80 末次冰期石盐 230Th 24.33 32.5±1.40 末次冰期88CK1 别勒滩石盐 230Th 43.01 50.1±4.00 末次冰期黄麒和韩凤清, 2007石盐 230Th 8.80 10.4±2.0 末次冰期石盐 230Th 17.20 22.4±1.7 末次冰期LGM石盐 230Th 22.80 25.0±1.8 末次冰期石盐 230Th 26.40 27.6±4.5 末次冰期石盐 230Th 32.60 37.6±2.5 末次冰期石盐 230Th 37.20 48.1±6.5 末次冰期89CK4 别勒滩石盐 230Th 42.80 54.5±4.5 末次冰期黄麒和韩凤清, 2007石盐粉砂 14C 13.90 5.25±0.18石盐粉砂 14C 40.60 24.8±0.95 末次冰期LGM察尔汗盐湖区水6 94°47′25″/37°06′31″含石盐粉砂 14C 52.22 31.4±1.78 末次冰期沈振枢等,1993
4 结论
一里坪 15YZK01钻孔记录的石盐层 S1–S5的形成时代分别为 733.8～716.0 ka、581.9～573.8 ka、181.6～179.3 ka、158.0～154.2 ka和 32.5～2 ka, 含芒硝粉砂地层的年代为171.6 ka。15YZK01钻孔记录的成盐期与青藏高原构造运动的时代及第四纪冰期存在一定的对应关系: 石盐层 S1对应于“昆黄运动”之后的望昆冰期, 对应于MIS18; S2对应于大间冰期，但是该年代比较接近望昆冰期; S3和 S4石盐层以及该两层石盐中间的含芒硝层对应于共和运动和倒数第二次冰期 MIS6; S5石盐层开始形成的时代对应于末次冰期MIS2。
中更新世以来青藏高原冰川活动与柴达木盆地成盐期具有一定的对应关系, 干冷的冰期环境有利于石盐沉积。包括一里坪地区在内的柴达木西部成盐盆地中均发育有倒数第二次冰期和末次冰期的盐层, 尕斯库勒湖还发育有中梁赣冰期的石盐层,一里坪地区发育有望昆冰期的石盐层; 而察尔汗盐湖区目前仅发现有末次冰期以来的石盐层, 该地区石盐层大多出现于 50 ka之后, 尤其以末次冰期MIS2阶段的石盐层发育较为普遍, 在察尔汗盐湖区多个钻孔均有记录。成盐期与冰期存在一定相关性, 柴达木盆地成盐期的划分应该考虑到青藏高原第四纪冰川活动的因素。
Acknowledgements:
This study was supported by China Geological Survey (No. 1212331413023) and National Natural Science Foundation of China (No. U1407207).
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Gypsum230Th Dating of the 15YZK01 Drilling Core in the Qaidam Basin:Salt Deposits and Their Link to Quaternary Glaciation and Tectonic Movement
Abstract：The authors applied230Th dating to 7 samples of the salt-bearing strata from the 15YZK01 drilling core in the Yiliping playa, northwestern Qaidam Basin. The isotope ratios of U and Th contained in gypsum crystals were measured by Neptune Plus multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS).On the basis of the depth-age plot, calculations show that the 5 salt-bearing deposits should be formed at 733.8～716.0 ka, 581.9～573.8 ka, 181.6～179.3 ka, 158.0～154.2 ka and 32.5～2 ka. The salt deposits recorded in the Yiliping playa can be correlated with Quaternary glaciation and tectonic movement on the Tibetan Plateau: the S1 salt deposit was correlated with the marine isotope stage 18 (MIS18) during the Wangkun Glaciation after theKunlun-Huanghe Movement; the S2 salt deposit corresponded to MIS15 in the Great Interglaciation; the S3 and S4 salt deposits corresponded to the Gonghe Movement and MIS6 in the Penultimate Glaciation; and S5 began to form during MIS2 in the Last Glacial Maximum (LGM). Based on the summary of the dating ages of salt-forming strata in the Qaidam Basin, the authors confirmed that there existed a certain link between the salt-forming period in the Qaidam Basin and the Quaternary glaciation and tectonic movement on the Tibetan Plateau. In the salt lakes or playas of the western Qaidam Basin salt deposits formed in the Penultimate Glaciation and Last Glaciation have been usually preserved; in contrast, in the Qarhan Salt Lake in the southeast Qaidam Basin there are only salt deposits formed since the Last Glaciation. A reduction in the water supply of the salt lakes during the Quaternary glaciations was an important driving factor for the formation of salt deposits in the Qaidam Basin,whereas the Quaternary glaciations were closely related to the tectonic activities of the Tibetan Plateau.
Key words：Qaidam Basin;230Th dating; salt deposit; tectonic movement; Quaternary glaciation
中图分类号：P597.1; P512.4; P546
文献标志码：A
doi：10.3975/cagsb.2017.04.06
本文由中国地质调查局地质调查项目(编号: 1212331413023)和国家自然科学基金联合项目(编号: U1407207)联合资助。
收稿日期：2016-11-26; 改回日期: 2017-02-21。责任编辑: 闫立娟。