2015-青藏高原及其邻区晚更新世高湖面事件的年代学问题-以柴达木盆地和腾格里沙漠为例

然而 , 随着新测年手段 , 如光释光 (Optically Stimulated Luminescence, OSL)测年技术等, 在湖相沉积 物测年中的广泛应用 , 许多新的测年结果与已有的 青藏高原及周边地区古湖泊演化的年代框架 (尤其是 晚更新世高湖面事件发生的年代范围 )存在着很大差 异(Madsen 等, 2008, 2014; Liu 等, 2010; Rhode 等, 2010; Long 等, 2012). 例如, 青海湖周围高出现代湖 面 20~60 m 的湖相地层的 OSL 测年结果表明该湖高 水位出现于约 100~90 ka(Madsen 等, 2008), 与相邻的 柴达木盆地早期报道的 MIS 3a 出现高湖面(Chen 和 Bowler, 1986; Zhang 等, 2004)的结果相悖; 青藏高原 北缘的罗布泊古湖的释光测年结果也指示高湖面形 成于约 130~85 ka, 甚至更老(王富葆等, 2008); 在腾 格里沙漠潴野泽古湖, 湖相地层或湖岸堤的石英 OSL 测年结果指示高湖面形成于约 100~70 ka(Long 等, 2012), 而不是以往普遍认为的 MIS 3a 时期; 此外, U/Th 测 年 结 果 也 表 明 青 藏 高 原 的 纳 木 错 古 湖 在 130~75 ka 形成了高湖面(朱大岗等, 2004). 综合比较如上所述的各个湖泊高湖面的测年数 据(包括 14C, OSL 以及 U/Th 年代, 如图 2 所示), 可以 看出, 测年范围相对较小的 14C 技术和测年范围较大 的测年技术(如 OSL, U/Th 测年等)所获的年龄结果存 在明显的差异, 基于 14C 技术建立的高湖面年代明显 要晚于 OSL 等技术测定的年代. 查明青藏高原及周 边地区大范围的高湖面形成时代是利用古湖泊记录 重建过去特征时期气候环境变化以及亚洲季风和西 风环流系统演化的关键议题之一(Shi 等, 2001). 如前 所述 , 晚更新世高湖面的形成时间的争议可能是不 同测年手段的局限性所导致. 因此, 对相同的湖相沉 积序列, 采用不同的测年技术进行年代交叉检验, 有 助于深入理解这一科学问题 . 本研究选取了来自柴 达木盆地和腾格里沙漠的两套湖相沉积样品进行了 14 C 和 OSL 测年比较研究.
自 20 世纪 80 年代以来, 在青藏高原及其周边地 区 , 国内外学者开展了大量的基于湖泊沉积和古湖 泊演化记录的晚第四纪古气候环境变化研究 (An 等 , 2000; Lehmkuhl 和 Haselein, 2000; Shi 等, 2001; Yang 等, 2004; Herzschuh, 2006; 陈发虎等, 2008; Mischke
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C 年代数
C 年代可能存在低估; (2) 腾格里沙漠地区的全新世湖相沉积物样品的
关键词 青藏高原 高湖面 湖相沉积 14 C 测年 OSL 测年
C 测年结果在误差范围内一致, 但对于较老(>30 ka)的地层, 两种测年技术产生了较大
偏差, 即 OSL 年龄远老于 14C 年龄; (3) 两个地区的测年结果揭示了同一个现象: 对于老于 30 ka 的湖相沉积物(尤其是来自干旱-半干旱区), 14C 测年技术很可能会低估其沉积年龄; (4) 以往基于
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隆浩等: 青藏高原及其邻区晚更新世高湖面事件的年代学问题
图 1 青藏高原及周边地区晚更新世高湖面事件研究点位(a)以及柴达木盆地(b)和腾格里沙漠(c)区域图
(a) 圆圈指示 MIS 3a 高湖面事件的点位, 主要依据 14C 年代数据(图 2); 实心方块指示>70 ka 高湖面事件的点位, 主要依据 OSL 或 U/Th 测年 数据; 大小虚线方框分别示意柴达木盆地和腾格里沙漠的位置. (b) 虚线示意察尔汗盐湖的范围; 红色三角形示意 ISL1A 钻孔的位置; 黑色 实心圆示意贝壳堤的位置. (c) 方框示意古潴野泽范围; 实心圆点分别示意三个湖相沉积地层 BJ-S1, BJ-S2 和 QTL 2015 年
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议. 常规或加速器质谱(Accelerator Mass Spectrometry, AMS)14C 定年技术是以往研究中主要的测年手段 . 青藏高原及其邻区多个湖泊的 ( 指示 ) 高水位古湖岸 堤或湖相地层遗存 14C 年代结果显示, 在约 40~25 ka 期间该地区存在高湖面事件 , 对应于深海氧同位素 三 阶 段 晚 期 , 即 Marine Isotope Stage 3a(MIS 3a; Martinson 等, 1987). MIS 3a 高湖面证据(其研究点如 图 1(a)所示 )不仅在整个青藏高原存在 , 而且在高原 周边的广大沙漠地区 (腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠和 塔卡拉玛干沙漠)也有大量的报道(Lehnkuhl 和 Haselein, 2000; Shi 等, 2001; Yang 等, 2004; Yang 等, 2011). 例如, 在青藏高原东北部的柴达木盆地, Chen 等 (1986)早期发现了高出现在察尔汗盐湖中心约 30 m 的贝壳堤 ( 包含大量淡水或微咸水环境下形成的贝 壳), 并利用常规 14C 技术测定了贝壳堤剖面上部、 中 部和下部 3 个贝壳样品的年代, 分别是(28650±670), (35100±900)和 (38600±680) a BP1), 指示了柴达木盆 地的高湖面形成于约 39~28 ka BP(贝壳堤的位置如 图 1(b)所示). Zhang 等(2008)采用 AMS 技术对贝壳堤 进行了更为详细的 14C 测年工作, 获得了与早期研究 相似的年代范围, 同样指示了柴达木盆地在 MIS 3a 时期存在高湖面. 此外, 该时期的高湖面事件也在青 藏高原中部和西部很多湖泊(图 1(a))均有发现, 如甜 水海(李炳元等, 1991)、龙木错(李炳元, 2000)、班公错 (郑绵平等, 1989; 李炳元等, 1991)、扎布耶湖(郑绵平 等 , 1996)和色林错 (李炳元 , 2000)等 . 来自周边沙漠 地区的许多湖泊地貌年代学研究也指出了 MIS 3a 的 高湖面事件 . 以腾格里沙漠 (图 1(c))为例 , 尽管该地 区现在仅存在一些低洼地丘间湖泊 , 但高出现在湖 盆中心的湖相地层或湖岸线遗迹指示了在地质历史 时期该地区曾出现过大范围的水体 . 通过对取自高 水位湖相沉积或湖岸堤的全样有机质或壳体样品的 14 C 测年, Pachur 等(1995)和 Zhang 等(2004)认为腾格 里沙漠在 35~30 ka BP 存在古大湖. 来自巴丹吉林沙 漠北部的居延海古湖(Wünnemann 等, 1998)以及新疆 地区的玛纳斯湖(Rhodes 等, 1996)、 巴里坤湖(于革等, 2001)和艾丁湖(李秉孝等, 1989)的 14C 测年工作也都 支持 MIS 3a 时期出现高湖面的观点(这些湖泊位置如 图 1(a)所示).
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隆浩, 沈吉. 2015. 青藏高原及其邻区晚更新世高湖面事件的年代学问题— —以柴达木盆地和腾格里沙漠为例. 中国科学: 地球科学, 45: 52–65 Long H, Shen J. 2015. Underestimated 14C-based chronology of late Pleistocene high lake-level events over the Tibetan Plateau and adjacent areas: Evidence from the Qaidam Basin and Tengger Desert. Science China: Earth Sciences, 58: 183–194, doi: 10.1007/s11430-014-4993-2
等, 2008; Daut 等, 2010; Long 等, 2010, 2012; Mügler 等, 2010; Yang 和 Scuderi, 2010; Wischnewski 等, 2011; Yang 等, 2011; 沈吉, 2012). 晚更新世高湖面事件发 生的时间及其古气候意义研究是其中较为突出的热 点问题 , 取得了丰硕的研究成果 , 然而也存在诸多争
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图2
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青藏高原及周边地区不同湖泊高湖面湖相地层的测年数据
实心圆指示 C 测年数据(左边阴影区域指示 40~25 ka BP 的年代范围); 实心方块指示 OSL 或 U/Th 测年数据(右边阴影区域指示老于 70 ka 的年代范围)
山(图 1(b)). 盆地略呈三角形, 北西西-南东东方向延 伸, 东西长约 800 km, 南北宽约 300 km, 面积约 2.6× 105 km2, 盆地内的平均海拔为 2700 m. 察尔汗盐湖 位于柴达木盆地中东部 , 处于盆地第四纪沉积中心 , 海拔约 2766 m, 为东西向延伸的干盐湖 , 东西长约 168 km, 南北宽 20~40 km, 面积约 5860 km2. 年降水 量 24~40 mm, 年蒸发量 3250 mm, 是世界上罕见的 干旱地区之一. 取自察尔汗盐湖西北部的 ISL1A 孔 岩芯(37°3′50″N, 94°43′41″E; 图 1(b)), 钻孔深约 105 m, 岩芯长度约为 100 m, 岩芯直径为 0.1 m. ISL1A 岩芯的岩性大致上分为两部分(图 3): 0~52 m 主要蒸 发岩盐沉积 , 其间夹杂着厚度不等多层湖相粉砂质 粘土或粘土质粉砂碎屑沉积层; 52 m 以下不含蒸发 岩盐沉积 , 主要是粘土或粉砂组成的湖相碎屑沉积 . 由于 ISL1A 岩芯沉积物中不含植物残体或壳体, 因 而选取了 11 个全样有机质样品用于 AMS 14C 测年.
摘要
青藏高原及周边地区第四纪古湖泊演化时空序列已有诸多研究, 然而对于晚更新世高
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湖面出现的时间框架还存在争议. 可靠的测年技术是厘清这一科学问题的关键所在. 基于 C 和 光释光(OSL)两种测年手段, 以取自柴达木盆地和腾格里沙漠的两套湖相沉积序列为研究对象, 开展了系统的沉积物定年工作. 其研究结果如下: (1) 柴达木盆地的湖相沉积岩芯的 据显示, 老于 30 ka 的 OSL 和