青藏高原东南部他念他翁山全新世早中期冰进事件研究

柴 乐， 张 威， 刘 亮， 马瑞丰， 唐倩玉， 李亚鹏， 乔静茹

（1.江西省地质调查研究院，江西南昌 330013； 2.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013；3.辽宁师范大学地理科学学院，辽宁大连 116029）

0 引言

全新世是第四纪最后一次冰期结束至今的这一段时间，也是人类文明迅速发展的时期，该时期气候并不稳定，存在一系列千年/百年尺度快速的冷暖波动，其变化具有显著的周期性[1］。在全球变化背景下，全新世冷暖波动周期、暖期的温暖程度、冷暖气候事件等，均是全面理解目前日益突出的全球变暖，评估未来全球变化所必需的古气候背景[2］。由气候变化引起的冰川进退过程是全新世气候演化特征的重要体现，冰川地貌遗迹所含古气候信息在重建特定时段古气候环境过程中具有其独特优势，如古冰川的规模、发生时限及多种冰川地貌类型等。

根据冰期年代资料、冰芯气候记录，中国全新世冰川活动主要有4个阶段，分别为早期（8.5~8.0 ka）、中期（7.3~5.7 ka）、新冰期（3.0~1.5 ka）和小冰期（0.6~0.1 ka）[3］。青藏高原及其周边山地大部分现代冰川末端附近几千米范围内发育有被认为是形成于全新世时期的冰碛垄，具有形态清晰、保存较为完整的特点，是探索全新世气候演化规律的关键材料。近年来，不同测年技术获得的年代结果显示，青藏高原多个冰川作用区获得了对应于全新世早期的年代学数据[4-5］，表明在该时期可能发生一次冰进事件。基于石笋[6］、植物孢粉[7-8］、深海沉积[9］等多种高分辨率环境指标的研究显示，全新世早中期冰进事件具有持续时间短、影响范围广和气候波动强等显著特征，得到国际地学界的广泛关注。

他念他翁山位于横断山脉西部，是青藏高原东南部和云贵高原的过渡地带，第四纪以来依托区内大面积夷平面发育了多次冰川作用，冰川侵蚀和堆积地貌可以相互匹配，特别是冰川沉积地貌保存尤为清晰，现代冰川末端几千米范围内保存着多次冰川波动的痕迹，是讨论青藏高原东南部全新世冰川演化规律的理想载体。本区维持冰川发育的降水补给主要由西南季风带来，因而本区第四纪冰川进退对西南季风波动有较为直接的反映，正是这一地理位置的特殊性，使得他念他翁山第四纪冰川研究具有重要意义。基于上述背景，本文采用宇宙成因核素测年技术，确定该区青古隆冰川槽谷全新世期间的冰川波动事件，并探讨其响应机制。

1 研究区与样品

1.1 研究区概况

他念他翁山（30°40′~30°11′N，96°39′~97°16′E）位于横断山脉西部的怒江与澜沧江之间（图1），地势总体特点是北高南低，西高东低[10］。气候上属于大陆性高寒气候区，降水主要来自印度洋的西南季风，同时也受地势、地貌条件的影响，故降水量南部多于北部、西部多于东部，年均降水量474.2 mm，年平均气温7.6 ℃·（10a）-1[11］。研究区现代冰川物理性质属于海洋性向亚大陆性冰川过渡区，冰川形态类型以冰斗冰川和悬冰川为主，根据2017年发布的Randolph Glacier Inventory 6.0 数据记录，研究区共有现代冰川88 条，总面积12.955 km2，冰川规模普遍较小，冰川总储量约为1.350 km3，主要分布在玉曲西岸，冰川末端下伸到5 100~5 200 m[11］。

图1 他念他翁山中段位置及青藏高原东部获得全新世早中期年代结果的其他山地Fig. 1 Map showing location of the Taniantaweng Mountains and other mountains in the eastern Qinghai-Tibet Plateau which have yielded the early-mid Holocene ages

1.2 样品采集

基于对他念他翁山中段第四纪冰川地貌野外调查，应用光释光（optically stimulated lumines⁃cence，OSL）和电子自旋共振（electron spin reso⁃nance，ESR）测年技术，前人对该区域的第四纪冰川地貌分布、发育历史、规模进行了研究[12-13］。结果显示，该区域海拔4 200 m 以上保存着确切的第四纪冰川遗迹，第四纪以来共发生4次冰川作用，发生时限分别对应于深海氧同位素（marine isotope stage，简称MIS）MIS 6、MIS 3、MIS 2 和MIS 1。最大冰期之后，冰川规模逐渐缩小，冰川厚度逐渐减薄，多期冰川堆积地貌组合以内叠形式向槽谷源头收缩。其中，MIS 6 阶段的冰川规模最大，冰川厚度为40~235 m，长度介于25~35 km，普遍到达冰川谷谷口，觉曲、曲扎等冰川谷在该时期的冰川规模延伸至玉曲河谷，冰川末端海拔介于4 300~4 760 m 之间。MIS 3 阶段冰川长度介于12~15 km，厚度为25~150 m。MIS 2 时期冰川长度整体介于7~8 km 之间，以形态完整的高大冰碛垄为典型地貌。

上述研究结果其目标旨在与青藏高原及邻近山地进行对比研究，来揭示高原地区冰川发育的气候与构造耦合模式，因而年代学结果主要集中在末次冰期及更老冰川作用的发生时限，而对于本区全新世冰川发生时限，则根据地貌地层法进行了笼统划分，而缺乏详细的地貌学和年代学证据。本区主山脊两侧自现代冰川末端向下游几公里范围内保存着多次冰川波动的地貌证据，冰碛垄形态清晰，保存完整，确定其发生时限，与青藏高原东部已有的年代学数据进一步对比分析全新世冰期旋回规律，进而检测其中可能存在的对特定时段气候变化的响应模式，将丰富和完善青藏高原东南部全新世冰川演化序列，为进一步探索青藏高原全新世期间冰川演化的时空分布规律研究提供可靠的数据支持。

基于上述背景，本研究重点考察了青古隆冰川槽谷古冰川作用遗迹（图2），该冰川谷发育小规模悬冰川，保留三组冰碛物。与青古隆槽谷相邻的冰川槽谷保留了相似的冰川地貌。其中，QM3冰碛物分布在海拔5 250~4 600 m 之间，自上游向下延伸约7 km，最明显的为两条平行对称分布的侧碛堤及下游的终碛垄[图3（a）］。侧碛堤呈垄岗状，顶部坡度和缓，相对高度约20 m，表面散落大量花岗岩漂砾，OSL 和ESR 年代学结果显示该套冰碛垄形成于LGM（Last Glacial Maximum）时期[13］。

图2 青古隆槽谷冰川地貌分布Fig. 2 Glacier landforms of the Qinggulong Valley

冰斗内部海拔5 290~5 175 m 之间保存的终碛垄QM2[图3（b）］，高出青古隆冰川槽谷谷底60~70 m，颜色为灰黄色，呈弧形分布[图3（c）］，内缓外陡，向下延伸0.75~1.5 km 至冰斗口岩坎上部，冰碛垄顶部常分布体积较大、棱角明显的二长花岗岩漂砾，漂砾表面新鲜，风化程度低，发育少量草本植被。在冰碛垄西侧发育相对高度约2 m 的羊背石，岩性为花岗岩，顶部平缓，未见明显擦痕，背冰面受冰川拔蚀作用的影响，呈现锯齿状断口，坡度为29°~35°，迎冰坡平缓，坡度介于11°~15°，羊背石表面生长少量地衣。根据相对地貌判断，该套冰碛物可能形成于全新世早期。本研究在此采集3个冰川漂砾样品[图3（d，e），QGLB-02~04］，样品参数见表1。

表1 青古隆槽谷采样点位置、宇宙核素10Be浓度及测年结果Table 1 Coordinates，10Be concentrations，and dating results for samples from Qinggulong Valley

冰斗源头现代冰川末端5 360 m 向下延伸至5 270 m 左右发育一套终碛垄QM1（图2）冰斗底部80 m 左右[图3（b）］，终碛垄顶部保存大量碎石和粒径较小的花岗岩漂砾，冰碛物风化程度极低，无植被发育。根据相对地貌判断，该套冰碛垄可能形成于全新世晚期。

图3 研究区野外地貌及采样照片Fig. 3 Field topography and sampling photos in the study area：geomorphology of the Qinggulong Valley，and the blue line represents the moraine of the QM3 moraine（a）；cirque in the Qinggulong Valley，and the red line represents the QM2 moraine，while the black line represents the QM1 moraine（b）；the red line represents the QM2 moraine（c）；the sampling photos（d，e）

2 10Be表面暴露年代测定

样品前处理制靶是在中国科学院青藏高原研究所环境变化与地表过程重点实验室（拉萨部）进行，处理流程参照Nishiizumi 等[14］提出的方法。经过人工挑选与化学分离、纯化，挑选出20~60 g 纯净石英，纯石英加入约0.3 g 的9Be 载体，然后将石英用HF 和HNO3溶液溶解，经过去氟和阴阳树酯交换分离、提纯Be，然后在Be 溶液中加入氢氧化铵制备氢氧化物，之后，脱水提取BeO，将BeO 与Nb 粉混合得到AMS测量的制备靶样，靶样在中国科学院西安加速器质谱中心测试完成。

所有样品的10Be 暴露年代计算均采用Heyman等[15］改进的CRONUS网络计算器[16］。假设样品在出露前未经过宇宙射线的照射且后期表面侵蚀率为0，石英密度为2.65 g·cm-3，10Be半衰期取1.387 Ma[17］，实验中心采用ICN10Be 质谱加速器标准[18］，对应于CRONUS Calculator 网络计算程序中的07KNSTD标准[16］，依据Li[19］提出的方法计算采样处遮蔽角。由于采样区气候条件干燥，且植被稀疏，故而未对采样点积雪/植被覆盖进行修正。如前文所述，本文采用侵蚀速率为0 m·（Ma）-1来计算暴露年代，研究显示，由表面侵蚀引起的暴露年代，其不确定性在不同年代范围内具有明显的差异性，假设表面平均侵蚀速率为2.5 m·（Ma）-1，对于小于1 ka 的暴露年代，其不确定性可能＜0.5%，而对于晚冰期和全球LGM 时期的年代，不确定性在2%~5%[20］。样品参数和测试结果如表1所示。

暴露年代测年结果可能受测量误差或地貌体后期扰动的影响[21］。对冰碛垄所有10Be年代绘制概率密度函数，以辨别样品年代的集中与分散程度，进而移除极值。冰碛垄QM2 顶部3 个暴露年代的概率密度曲线见图4。

图4 青古隆槽谷QM2冰碛垄10Be暴露年代概率曲线Fig. 4 Probability density function（PDF）plots of10Be exposure ages for moraine QM2 of the Qinggulong Valley

一般而言，冰碛垄顶部漂砾的暴露年代应代表冰碛形成的最小时间年龄，但由于冰川地貌过程的复杂性，可能导致冰碛垄上漂砾的暴露年代远大于或小于实际年龄。因此，研究者根据冰碛垄是否经历了影响测年结果的地貌过程，而采用不同策略来解释年代学数据。通常采用以下步骤来考虑地貌过程的影响，并将分散的年代学数据集聚到更集中的年代范围内[22］。首先，野外根据地貌地层法建立冰碛物的相对年代，并将该相对年代与青藏高原东南部其他具有绝对年代学数据的冰碛物序列进行对比验证，基于相对年代为绝对年代的确定初步划定框架；第二，去除可能由地貌过程导致10Be暴露年代中的异常值，采用相对年代与累积概率密度函数（PDF）共同识别异常值。最后，采用卡方分析（χ2R）检验排除异常值后剩余年代间的离散度，以确定年代学样品的离散度是否由测量误差所产生。如果χR2接近于1或＜1则可能是测量误差导致，反之χR2＞1，则很可能是由地貌过程引起。因此，逐步去除异常值，使某组暴露年代的χR2值更接近于1，进而获得更准确的地貌年代[23］。

青古隆槽谷QM2 冰碛垄3 个暴露年代的χ2R值为12.58，表明该组样品年代学分散可能由地貌过程所导致。结合相对地貌和测年结果，用年代学范围（6.13±0.37）~（8.83±0.50）ka 作为该套冰碛垄形成的年代。基于国际年代地层学年表（2020 版），早全新世年代范围为11.7~8.2 ka，中全新世为8.2~4.2 ka，4.2 ka 至今为晚全新世[24］，表明青古隆槽谷QM2冰碛垄在全新世早中期发生波动。

3 结果与分析

3.1 冰川波动的空间框架

关于青藏高原全新世早中期冰进事件，已有多位学者基于冰川本身进行了总结与讨论。如研究者根据青藏高原南部68 个放射性14C 年代，判断喜马拉雅山和喀喇昆仑山等地区在8.3 ka（7 40014C BP）左右发生过冰进[25］；青藏高原东北部在全新世早中期发生冰川波动[26］，且青藏高原此次冰进具有局部性[27］和同时性[5］，而对青藏高原全新世早中期冰进10Be 年代结果的分析也表明，冰川对气候波动表现敏感[28］，能够反映出全新世快速波动的气候特征[29］。

近年来，研究者基于TCN10Be测年技术，在青藏高原东部、东南部多个典型冰川作用区获得了全新世早中期冰川波动的年代学证据。为了与研究区周边山地全新世早中期冰川波动事件进行对比研究，本文采用CRONUS 网络计算器，对所有用于对比的10Be 暴露年代数据进行重新计算，计算所采用的10Be 半衰期为1.387 Ma，岩石密度为2.65 g·cm-1，假设侵蚀速率为0。

重新计算的10Be 暴露年代学结果显示，全新世早中期冰川波动事件在祁连山冷龙岭的10Be暴露年代介于（6.45±0.57）~（8.90±0.66）ka[30］，阿尼玛卿山最年轻的哈龙冰期冰碛垄波动时限为（6.48±0.19）~（9.00±0.53）ka[31］，雪宝顶盐津沟M2冰碛垄的波动时限为（6.83±0.56）~（9.79±0.63）ka[32］，贡嘎山海螺沟冰水阶地的发生时限为（7.86±0.78）~（8.97±0.84）ka[33］，玉龙雪山冰碛阶地顶部漂砾的10Be年代结果为（9.20±0.56）~（10.68±0.69）ka[34］，青藏高原东南部Karola 山口附近冰川槽谷M3 冰碛垄波动时间介于（7.03±0.76）~（10.07±0.60）ka[35］。

此外，Hu 等[36］基于OSL 测年技术在青藏高原东南部Bsongcuo 流域测得该地区全新世早中期冰进时间为（7.4±0.7）~（8.2±1.6）ka。与他念他翁山中段纬度相同的稻城海子山，央英错沟最内侧冰碛垄前缘的河湖相沉积，14C测年结果为（8 010±150）a，研究者认为该套冰碛物为全新世早期时，冰川退缩中的第一次停顿期所形成，同时认为此次冰川波动可能受8 000年前全新世冷事件的影响[37］。

上述典型冰川作用区的年代学结果表明，他念他翁山中段全新世早中期冰川波动与青藏高原东南部、东部地区典型冰川作用区较为一致，同时也说明全新世早中期冰川波动在上述地区具有一定的普遍性。本文虽然列举了青藏高原东南部及东部地区若干全新世早中期冰进事件的典型区域，但由于这些冰川作用区域全新世早中期冰川波动事件的年代学证据主要是基于TCN、OSL和放射性14C所获得，不同测年技术结果指示的事件不完全相同，且不同测年手段各有其优点和不足。同时测年技术也受山地冰川作用区复杂的地质地貌过程和冰川沉积的特殊性的限制，且对于全新世以来的冰川地貌年代的分辨率还不够高，年代数据的不确定性比较大，支撑该时期冰进的年代学数量仍较少。因此，在本文讨论中只希望给出一个初步的年代学框架及其在全新世早中期冰进的初步结果，更多、更准确的冰川地貌年代学是进一步了解青藏高原全新世早期冰进的关键。

3.2 冰川波动的响应机制

冰川发育受地形、气温和降水等因素的共同影响，其中温度和降水对冰川变化起决定性作用。研究显示，青藏高原东南部及东部地区全新世早中期冰川波动的规模大部分分布在距离现代冰川末端几公里范围内，规模普遍较小，一定程度上可以说明，此次冰进事件持续时间较短，气温和降水组合并不利于大规模冰川的发育。

研究者基于10Be年代结果和高分辨率环境替代指标的分析认为，青藏高原全新世早中期冰川发育可能受热带辐合带北移，及夏季风增强的控制[38］。青藏高原达索普冰芯、普若冈日冰芯及古里雅冰芯δ18O 的对比研究表明，全新世早中期高原南部和中部的冰川扩张主要由季风降水变化驱动，而季风降水变化则受岁差驱动的太阳辐射量变化的调节[39］。青藏高原东南部及东部冰川作用区，全新世早中期冰川发育受太阳辐射值增大导致西南季风增强的影响，即太阳辐射通过控制季风的地理分布范围，进而影响其降水分布。西南季风降水增加则有利于冰川积累，进而使得高海拔冰川作用区降水增加的同时发生冰进，如青藏高原东部阿尼玛卿山哈龙冰期[31］、雪宝顶[32］及贡嘎山[33］等区域全新世早中期的冰川波动与同时期太阳辐射最大值相一致，季风降水增强对驱动该时期青藏高原东部冰川波动具有重要作用。

他念他翁山中段位置处在西南季风通道上，该区域冰川发育主要受西南季风的控制。研究区附近仁错湖和海登湖高分辨率的植物孢粉记录反映[40］，青藏高原东南部在末次冰盛期期间，气候寒冷干燥，降水量仅250 mm 左右，是现今当地的40%，1月、7月和年平均气温分别低于当地7~10 ℃、0.5~1.5 ℃和4~6 ℃，低温是研究区末次冰盛期冰川发育的主导因素，而该地区全新世早中期年均气温介于0~1 ℃之间，降水量较现代有所增加，8~6 ka BP 更是研究区气候最适宜期，1 月、7 月均高于现在2~3 ℃，年降水量比现在当地高100 mm 左右，说明本阶段这一地区西南季风强盛。因此，降水增加可能是本区全新世早中期冰川发育小规模冰川的主要因素。

然而，关于青藏高原全新世早中期冰川变化模式及驱动机制尚存在其他观点。一种观点认为，在青藏高原季风控制区，全新世早中期冰川的长期波动一般不遵循轨道变化趋势，可能以显著的遥相关模式触发，其波动频率更高[41］；还有学者的研究显示，青藏高原-喜马拉雅山季风控制区全新世11 次区域性冰川发育事件中，8 次冰进与中纬度西风带的变化相关（主要为全新世早期和晚期），3 次与季风增强有关[42］，青藏高原-喜马拉雅山西部半干旱区在21 ka 以后的冰川发育主要与全球冰量和北半球气候事件相关[43］，而欧先交等[44］的分析结果则认为，青藏高原及其周边山地早全新世冰川发育可能是印度季风水汽和北半球降温事件的共同影响。可见，青藏高原全新世冰川变化模式及驱动机制仍存在较大争议，而冰川波动过程整合了气温和降水信号，全新世期间青藏高原不同冰川作用区气候因子的组合特征及其与全球气候变化的动力学联系具有显著差异性。因此，对于该时期冰川演化机制的探索，除了需要获得详实而准确的年代学，还要结合冰川地貌定量研究进行探究。

4 结论

本研究基于他念他翁山中段青古隆冰川槽谷QM2 冰碛垄的10Be 暴露年代学数据，并结合前人关于青藏高原东南部、东部典型冰川作用区全新世早中期冰川波动的研究结果，得出以下结论：

他念他翁山中段青古隆槽谷全新世早中期发育一次小规模冰川波动事件，时间为（6.13±0.37）~（8.83±0.50）ka。究其原因，青藏高原东南部全新世早中期西南季风强盛，导致降水增加，可能是影响此次冰川作用的主要机制。在将来的研究工作中，有待从更多、更准确的年代学证据及冰川地貌定量研究等方面给出更充分的证据。