用OSL方法确定雅鲁藏布江大拐弯第四纪晚期冰川堰塞湖年龄

祝 嵩, 吴珍汉, 赵希涛, 王成敏, 肖克炎

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;

2)中国地质科学院, 北京 100037;

3)中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;

4)中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北石家庄 050061

用OSL方法确定雅鲁藏布江大拐弯第四纪晚期冰川堰塞湖年龄

祝 嵩1), 吴珍汉2), 赵希涛3), 王成敏4), 肖克炎1)

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;

2)中国地质科学院, 北京 100037;

3)中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;

4)中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北石家庄 050061

雅鲁藏布江是青藏高原上的一条大河, 其河谷地貌和地质环境演化的发育历史对于青藏高原地质研究有重要意义。前人用ESR和14C测年方法对雅鲁藏布江河谷两岸广泛分布河湖相沉积物、冰碛物测年确定了有四期堰塞湖。作者用光释光(OSL, Opically Stimulated Luminesecence)测年方法分析采集到的湖相样品年龄为(50.9±2.1) ka BP和(1.8±0.1) ka BP, 证明雅鲁藏布江大拐弯处末次冰期早冰阶和新冰期存在古堰塞湖。

雅鲁藏布江; 堰塞湖; 冰川; 第四纪; OSL

雅鲁藏布江发源于西藏日喀则地区仲巴县杰马央宗冰川, 大致由西向东流过日喀则、拉萨、山南、林芝地区, 在墨脱县巴昔卡出境流入印度, 改称布拉马普特拉河。河流纵剖面表现为西高东低。从源头到仲巴县里孜长295 km为上游; 里孜到米林县派镇大渡卡长 1361 km为中游; 大渡卡至巴昔卡长504.6 km为下游。在派镇雅鲁藏布江开始围绕南迦巴瓦峰形成最深处达6009 m的雅鲁藏布大峡谷。近东西向的雅鲁藏布江深大断裂带被与它相交的近南北向横断裂分割成若干断块(武长得等, 1990), 各断块在新构造运动期间作大幅度差异性升降运动, 河流在上升断块处形成峡谷, 在下降断块处形成宽谷,出现宽窄相间的串珠状河谷。夏季从孟加拉湾吹来暖湿偏南季风气流冲入雅鲁藏布大峡谷迫使气流转变成气旋性弯曲, 由此降水丰沛, 降雨量和降雨强度之大是全球少有地区之一。溯雅鲁藏布江而上年降水量锐减, 加拉至派镇低海拔河谷是研究区降水量最少地区, 此处独特的地质和气候条件使得第四纪期间南迦巴瓦峰西坡则隆弄冰川(图 1)多次发生堵塞雅鲁藏布江形成堰塞湖(郑绵平等, 2008; 祝嵩等, 2011)。前人(Montgomery et al., 2004; Zhu et al.,2012)用ESR和14C测年方法对雅鲁藏布江河谷两岸广泛分布河湖相沉积物、冰碛物测年确定了有四期堰塞湖。本文用OSL测年方法分析采集到的湖相样品年龄, 再次证实了雅鲁藏布江大拐弯处末次冰期早冰阶和新冰期存在古堰塞湖。

1 样品采集与分析

1.1 OSL样品采集要求

野外采集的OSL样品严格按如下要求进行, 保证了样品数据分析来源的可靠性。(1)样品采集时尽可能避光, 用黑布或伞遮挡阳光。在剖面上取样时去除30～50 cm的表样, 取新鲜样品; (2)沉积物样品采集后应维持原状, 并立即放入不透明容器密封,防止漏光和水分的丢失; (3)沉积物样品尽量在岩性均一的细粉砂、亚砂土(适合释光测年的粒径范围为4～11 μm或90～250 μm)中采集, 避免在地层界面上采样。若岩性不均匀或沉积层太薄, 应在地层界面上下各取一个样品; (4)对于沉积物, 每个样品需要500 g左右的样品。样品尽可能取块状, 体积以10 cm×10 cm×10 cm为宜; (5)样品的采样和存放地点应远离高温环境和放射性污染源等; (6)提供样品估计年龄。

1.2 分析样品的制备、测量仪器和测试条件

在实验室红光(波长 640±10 nm)条件下打开样品, 先取20 g左右用于测定含水量及作U、Th、K含量分析。再取中心样品过180目筛。将筛下部分

图1 雅鲁藏布江派镇地貌图(据Zhu et al., 2012)Fig. 1 Map of geomorphology of the Yarlung Zangbo River in Pai town(after Zhu et al., 2012)

放入烧杯中, 用浓度为40%的H2O2和30%的盐酸去除有机质和碳酸盐类, 然后加 30%的氟硅酸腐蚀 5天。用蒸馏水清洗至中性。将中性悬浊液倒入烧杯,根据静水沉降原理分离出4～11 μm的颗粒。将分离好的细颗粒组分充分摇匀后, 注入事先准备好的放了不锈钢片的漏斗中, 等颗粒完全沉淀在不锈钢片上后, 再将水慢慢滴尽, 放入烘箱中低温(40)℃烘干, 取出不锈钢片即是细颗测片, 每个不锈钢片上的样品重约1 mg。

样品在Daybreak 2200(美国)光释光仪上测定。该系统兰光光源波长为470 nm, 半宽5 nm, 最大功率为 60 mW/cm2; 红外光源波长为 880 nm, 半宽10 nm, 最大功率为80 mW/cm2, 我们选择最大功率进行测量。预热温度为260℃ 10秒, 试验剂量预热温度220℃ 10秒。需要辐照的测片都是在801E辐照仪中进行的, 其90Sr－Y β放射源的照射剂量率约为0.103871 Gy/Sec。

1.3 样品等效剂量和环境剂量率的测定

细颗粒样品采用简单多片再生法测量样品的等效剂量, 该方法只用4～8个测片就能获得样品的等效剂量值。其核心内容是应用试验剂量OSL信号来校正多测片之间的感量, 并能克服多片数据的分散性。

样品埋藏层的含水量对样品所接收的剂量率有不可忽视的影响。水对α、β和γ辐射具有一定的吸收作用。因此含水量在埋藏期间的变化状况对样品年龄测定有直接影响。本批样品送来已经基本干燥,只测得编号为0602-1的样品含水量即设定为它们沉积时的原始含水量, 其余 4个样品的含水量采用经验值(7±2)%进行估算, 并用 Fleming提出的校正方法, 对环境剂量率进行了修正。

1.4 测年结果与讨论

对于所有细颗粒样品采用简单多片再生法获得等效剂量值, 用饱和指数方法进行拟合, 从生长曲线图可以看出, 简单多片法测的细颗粒样品再生剂量点不太分散, 生长曲线没有明显饱和, 但编号为0603-1-1的样品释光计数较少, 年龄数据仅供参考。可以认为本批OSL样品测试数据基本可信, 其值见表 1。

2 研究区湖相沉积物和冰碛物特征

米林县羌纳乡有一套湖相沉积物(GPS位置为29°25′15″N, 94°29′05″E), 具有典型的灰白相间的湖相沉积纹层(图 2a), 有的地方有明显冻胀挠曲(图2b), 显示出极其低温环境下湖相沉积物发生变形,暗示当时湖泊处于低温环境下, 可能与冰川堰塞湖有关, 顶部海拔2964 m, 拔河高度33 m, 上面厚约8 m的河流相粗砂小砾, 下部是5 m厚纹层状粘土,含灰白色粉砂, 夹锈黄色细砂, 夹小断层, 断角为220∠°28°, 断距为1.2 m。

米林县派镇麦朗湖相沉积剖面顶部是厚约 3 m的灰白色砂砾层, 下面是厚约23 m的粘土、粉砂与细砂互层, 纹层状, 以灰黄为主, 杂有明显的锈黄、青灰色条带。灰白相间的季节性韵律水平细层理(图3b), 成块性比较好, 整合接触。沉积层有湖泊深水相的众多水平层理显示了相对稳定的沉积环境。我们实测了麦朗村南雅鲁藏布江左岸湖相阶地(GPS位置为 29°28′58″N, 94°49′08″E, 剖面见图 3a), 此处是拔河约1～2 m的河漫滩、6～7 m的T1阶地, T1阶地是以湖相沉积为基座的堆积阶地, T1阶地之上的湖相沉积剖面从上到下可分为四层, 沉积层皆为整合接触。

南迦巴瓦峰山体第四纪发育多次冰川作用遗留下冰碛物, 已经初步确认的冰碛物时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个冰阶期, 中间隔一个40—30 kaBP间冰阶)、全新世的新冰期和小冰期(张振拴, 1984, 1988)。我们观察到则隆弄沟口的新冰期(I)、末次冰盛期(II)、末次冰期早冰阶(III)和中更新世冰期(IV)的侧碛, 其时代大致推断是根据张振拴(1988)的海拔, 见图4b。格嘎许多冰碛丘陵长轴与则隆弄冰川冰流方向一致,打林冰碛为东西走向, 直白和咔喳冰水扇地貌(图 1,4a)的扇轴也呈东西向, 这些都与右岸则隆弄冰川运动方向一致, 表明冰碛物来自则隆弄冰川, 充分显示冰川堵江证据。Zhu等(2012)根据雅鲁藏布江大拐弯地区多个冰期时期的冰碛残留平台确定格嘎为堵江古堰塞坝, 认为格嘎是堰塞坝迎水面, 赤白是堰塞坝尾部, 古堰塞坝约 12 km长, 雅鲁藏布江格嘎海拔2850 m是湖底海拔, 新冰期、末次冰期早冰阶最高湖相沉积分别为麦朗海拔 2940 m、羌纳海拔2960 m, 对应着湖面最高海拔, 因此新冰期湖最深90 m; 末次冰期早冰阶湖最深110 m, 即2次堰塞坝高分别是110 m和90 m。

3 古堰塞湖存在时间和原因

Montgomery等(2004)测得林芝、八一附近的海拔2930～2950 m湖相沉积物14C年龄(1220±40) a BP和(1660±40) a BP, 认为新冰期形成雅鲁藏布江格嘎上游堰塞湖。本文测得米林县派镇麦朗最高海拔2940 m湖相沉积物OSL年龄(1.8±0.1) ka BP(表1),尽管测试时候计数太少, 年龄仅供参考, 但是其值与Montgomery等(2004)测得该海拔的年龄接近, 因此本文该数据应该可信。Zhu等(2012)已经确认75—40 ka BP末次冰期早冰阶雅鲁藏布江大拐弯处存在格嘎堰塞湖; 本文测得米林县羌纳乡样品编号为 0528-3粘土质粉砂湖相沉积物 OSL年龄为(50.9±2.1) ka BP(表1), 其海拔2951 m。因此该湖泊2次存在时间分别是75—40 ka BP末次冰期早冰阶;1.8—1.2 ka BP新冰期。

表1 雅鲁藏布江河谷沉积物样品年龄Table 1 Ages of deposit samples of the Yarlung Zangbo River valley

图2 羌纳湖相沉积(镜头向南)Fig. 2 Lacustrine sediments at Qiangna (view south)

图3 米林县派镇麦朗雅鲁藏布江左岸河谷横剖面Fig. 3 The left valley profile of the Yarlung Zangbo River at Mailang in Milin County

图4 咔喳冰水扇(a, 镜头向东)和则隆弄沟口多次冰期冰碛物(b, 镜头向东)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)认为雅鲁藏布江大拐弯第四纪冰期形成的冰川堰塞湖原因是构造运动和气候, 气候原因有两个, 一是研究区冰川发育, 二是研究区低温干燥。但是Montgomery认为还应该做更多的野外工作提供更多的构造运动证据才能对构造运动是格嘎古堰塞湖形成原因之一的说法具有说服力。

4 结论

由于南迦巴瓦峰地区独特地形和气候, 堰塞坝以上海拔湿润气候有利于冰川发育, 其下海拔干燥气候不容易被流水侵蚀, 所以形成堰塞湖。这与藏北地区发现较多同时期的湖泊(赵希涛等, 2005,2011)有很大不同。本文通过用OSL方法对雅鲁藏布江大拐弯处河段湖相沉积物测年, 可以认为雅鲁藏布江大拐弯则隆弄冰川堵江, 格嘎上游河谷发育 2期堰塞湖, 时间是75—40 ka BP末次冰期早冰阶和1.8—1.2 ka BP新冰期, 最高湖面为 2960 m 和2940 m, 湖泊最深分别110 m和90 m。

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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

本文由中国地质调查局地质矿产调查评价专项(编号: 1212011120185)资助。

2012-11-20; 改回日期: 2013-01-25。责任编辑: 魏乐军。

祝嵩, 男, 1973年生。博士后。主要从事矿田构造及第四纪地质研究。E-mail: zhuson@gmail.com。