西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其对黄土高原黄土物源的指示意义

图２ 西宁黄土锆石 Ｕ Ｐ ｂ年龄概率分布图
２ ５ ， ２ ６ ］ 黄土高原黄土基于洛川和环县剖面的冰期黄土 ［ ；箭头指示西宁黄土与黄土高原黄土的主要不同之处
概率分布计算采用移动高斯窗， 窗宽为 ２ ％ 年龄
Ｆ ｉ ｇ ２ Ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙｐ ｌ ｏ ｔ ｓｏ ｆ Ｕ Ｐ ｂａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｚ ｉ ｒ ｃ ｏ ｎｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍＸ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇｌ ｏ ｅ ｓ ｓ
［ ６ ， １ ２ ］
。物源识别有可能区分这两种机制。
［ ２ ］
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根据风 尘 粒 度 与 沉 积 厚 度 从 北 到 南 的 递 减 趋 势， 刘东生 推 测 黄 土 高 原 黄 土 来 自 于 其 西 部、 西 北部和北部广袤的干旱地区。这一观点得到了沙尘 爆发季节地表盛行风向与沙尘暴爆发中心地理位置
［ １ １ ］
干旱区是位于青藏高原北缘祁连山与中亚造山带戈 图１ ） 。它包括河 西走 壁阿尔泰山之间的一块区域（ 廊、 弱水河下游巨 大 冲 积 扇、 巴 丹 吉 林 沙 漠、 腾格里 沙漠、 乌兰布和沙漠与戈壁沙漠（ 图１ ） 。 最近， 一系列系 统 的 地 球 化 学 与 矿 物 学 示 踪 研 究发现阿拉善干旱区最有可能是黄土高原黄土主要
［ ２ ９ ］ ２
由于经过风力搬运 的 混 合， 西宁黄土可能更好的反 映了青藏高原北部风尘物质中锆石的平均成分。西 宁黄土与黄土高原黄土主要锆石年龄的相似性可能 反映青藏高原北部确实为黄土高原黄土的主要最终 物源。 西宁黄土与黄土高原黄土锆石年龄分布的主要 差异可能由其他物源造成。其中一个可能的物源为 中亚造山带。中亚造山带的碎屑锆石年龄主要以晚 古生代 ２ ０ ０～ ４ ０ ０ Ｍａ 为主， 存在少量的 中生代 １ ０ ０～
２ ５ ］ 木盆地物质 的 重 要 特 征， 并 可 能 继 承 自 祁 连 山［ 。
２ 样品采集与实验方法
研究者 于 西 宁 市 区 （ ３ ６ ６ ５ ° Ｎ ， １ ０ １ ７ ４ ° Ｅ ） 附近 选取两个 相 邻 剖 面 采 集 了 两 个 末 次 冰 盛 期 黄 土 样 品。本研究首先利 用 淘 洗、 重液分选与磁性分选等 过程提取样品中的 非 磁 性 重 矿 物， 然后在双目镜下 从非磁性重矿物中挑出锆石。挑出的锆石用环氧树 脂固定在载玻片上经过抛光处理以待分析。分析之 前通过阴 极 发 光 图 像 与 显 微 照 片 确 保 锆 石 上 用 作 Ｕ Ｐ ｂ定年 的 区 域 新 鲜、 均 质、 不 含 包 裹 体 与 裂 隙。 锆石的颜色从无 色 到 亮 黄， 长约 ４ ０～ ８ ０ ｍ ， 晶形从 μ 自形椭球状到柱状。阴极发光图像中的环带结构与 高 Ｔ ｈ ／ Ｕ 比表明所分析的锆石为岩浆成因。 锆石 Ｕ Ｐ ｂ年龄在南 京 大 学 内 生 金 属 矿 床 成 矿 机制研究国家重点实验室的激光剥蚀等离子质谱系 统上测定。该系统由 ２ １ ３ ｎ ｍＮ ｅ ｗＷａ ｖ ｅ 激光剥蚀系 ｇ ｉ ｌ ｅ ｎ ｔ ７ ５ ０ ０年四极 杆 电 感 耦 合 等 离 子 体 质 谱 统与 Ａ 仪组成。激光光 斑 直 径 为 ２ ５ ｍ ， 重复频率为 ５ Ｈ ｚ ， μ ５～ ３ ０ Ｊ ／ ｃ ｍ 。剥 蚀 前 背 景 测 量 持 续 时 间 为 能量为 ２ ４ ０秒， 激光 剥 蚀 阶 段 视 信 号 质 量 停 留 ６ ０～８ ０秒。 通过重复 测 量 外 部 锆 石 标 准 Ｇ Ｅ ＭＯ ＣＧ Ｊ １ （ ６ ０ ８ ５ ± １ ５ Ｍａ ）
２期
李高军等： 西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其对黄土高原黄土物源的指示意义
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原黄土直接来自于 青 藏 高 原 北 部， 那么西宁黄土与 黄土高原黄土应该 具 有 完 全 一 致 的 锆 石 年 龄 分 布。 否则， 黄土高原黄土 中 锆 石 还 应 包 含 阿 拉 善 干 旱 区 周边其他构造单元的锆石年龄信号。
＋ 中图分类号 Ｐ ９ ４ １ ７ ４ ， Ｐ ５ ８ １ ， Ｐ ５ ９ ７ ． ３ 文献标识码 Ａ
１ 引言
至少自晚渐新 世 以 来， 黄土高原便开始接受风 尘沉 积
［ １ ］
１ ３ ］ 。此 后， 不 同 学 者 分 别 将 黄 土 高 原 西 部、 的支持 ［
西北部和北部几乎所有的干旱地区都圈定为黄土高 原黄土的可能源区（ 图１ ） 。这些地区包括塔里 木盆
黄土高原临近上风向即为阿拉善干旱区。细粒石英 的电子自旋共振信号强度与结晶度指数也显示了阿
１ ９ ］ 拉善干旱区对黄土高原黄土的物源贡献 ［ 。
西风急流位置可能 南 移， 致使柴达木盆地成为重要
２ ５ ］ 的沙尘爆发中心的沙尘源地 ［ 。
基于激光 剥 蚀 等 离 子 质 谱 的 单 颗 粒 锆 石 Ｕ Ｐ ｂ
ｄ与 Ｓ ｒ 同位素的研究表明中国北方黄土主 硅酸盐 Ｎ
１ ７ ， ２ ０ ， ２ ２ ］ 要来自其上风 方 向 邻 近 干 旱 地 区 ［ ， 近地表盛
图１ ） 。黄土中大量存在 的粗 行风为主要搬运营力（
第一作者简介： 李高军 男 ２ ９岁 副教授 地球化学专业 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｇ ａ ｏ ｊ ｕ ｎ ＠ ｎ ｊ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 国家自然科学基金项目（ 批准号：４ １ １ ０ ２ １ ０ ３ ４ １ １ ７ ３ １ ０ ５和 ４ １ ０ ２ １ ０ ０ ２ ） 资助 ２ ０ １ ２ － １ ２ － ０ ７收稿， ２ ０ １ ２ － １ ２ － ３ ０收修改稿
１ ７～２ ２ ］ 风尘来源 ［ ， 只有塔克拉玛干沙漠和阿拉善干旱 １ ７ ， ２ １ ］ 。 区可提供黄土高原 黄 土 中 大 量 的 碎 屑 白 云 石 ［
。物源研究可以识
别干旱程 度 指 标 所 反 映 的 地 区。 再 如， 冰 期－ 间冰 期粒度变化可能反映了风力的强弱或者源区距离的 长短
第３ ３卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ３月
第 四 纪 研 究 Ｑ Ｕ Ａ Ｔ Ｅ Ｒ Ｎ Ａ Ｒ Ｙ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｓ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３ ， Ｎ ｏ ． ２ Ｍａ ｒ ｃ ｈ ，２ ０ １ ３
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ７ ４ １ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． １ ６
摘要 物源研究是理解黄土高原风成沉积物中古环境记录的关键一环。众多证 据 表 明， 黄土高原西北部的阿拉 善高原及其周边广袤干旱地区是黄土高原黄土的主 要 风 尘 源 区。 但 是， 基于锆石 Ｕ Ｐ ｂ同 位 素 地 质 年 代 学 的 证 据 对此提出了质疑。黄土高原黄土与青藏高原北部物质中的锆石具有相似的年龄分 布， 预示黄土高原风尘主要以西 风搬运的方式来自青藏高原北部， 特别是柴达木盆地。本研究通过分析西宁黄土 的 锆 石 年 龄 特 征 验 证 此 假 说。 西 宁处于在从青藏高原北部到黄土高原的假想搬运 路 线 上。 西 宁 黄 土 主 要 来 自 青 藏 高 原 北 部 的 干 旱 区。 西 宁 黄 土 中锆石的主要年龄分布与黄土高原黄土相似， 反映 青 藏 高 原 北 部 确 实 为 黄 土 高 原 黄 土 的 主 要 物 质 来 源。 但 是， 与 ６ ０ Ｍａ 左右和年龄小于 １ ０ ０ Ｍａ 的锆石。这两组年龄的锆石可能来自其他 黄 土高原黄土相比， 西宁黄土缺少年龄在 ３ Ｐ ｂ年 龄 证 地区， 例如处于中亚造山带。由于阿拉善干旱区也通过河流搬运接收来自青藏高原北部的物 质， 锆石 Ｕ 据并不能排除阿拉善干旱区作为主要风尘物源的可能。相反， 阿拉善干旱区还接受 来 自 其 北 部 中 亚 造 山 带 和 其 本 身华北克拉通的物质， 来自阿拉善干旱区的风尘可能更好地解释黄土高原黄土中的锆石年龄特征。 主题词 黄土高原黄土 锆石 Ｕ Ｐ ｂ年龄 物源示踪 阿拉善干旱区
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第 四 纪 研 究
２ ０ １ ３年
６ ］ 砂颗粒 ［ 也 支 持 黄 土 短 距 离 近 地 表 搬 运 的 特 点。
２ ７ ］ 。青藏高原 东 北 部 广 泛 分 布 的 黄 土 沉 积 也 支 制［ ２ ８ ］ 持青藏高原 北 部 存 在 普 遍 的 风 尘 过 程 ［ 。中国沙 ２ ７ ］ 尘爆发中心 与 西 风 急 流 的 位 置 密 切 相 关 ［ 。冰期
１ ４ ］ 地的塔 克 拉 玛 干 沙 漠 ［ ， 祁连山南麓的柴达木盆 １ ５ ］ １ ６ ］ 地［ 与 北 麓 的 河 西 走 廊［ ， 戈壁阿尔泰山南麓的 １ ３ ］ １ ２ ］ ， 黄 土 高 原 北 缘 的 鄂 尔 多 斯 沙 漠［ 和 戈壁 沙 漠 ［ １ ７ ， １ ８ ］ 西北缘 的 阿 拉 善 干 旱 区 ［ 。这里所说的阿拉善
６ ０ Ｍａ左 右 的 锆 石； 第 二， 西 黄土基 本 不 含 年 龄 为 ３ 宁黄 土 年 龄 为 ４ ４ ０ Ｍａ左 右 的 锆 石 比 例 更 高； 第 三，
２ ４ ］ 西宁黄土不含年龄 ＜ １ ０ ０ Ｍａ 的锆石。 Ｘ ｉ ａ ｏ 等［ 最近
也注意到西宁黄土中锆石的这几个特征。 ４ ０ Ｍａ左 右 的 锆 石 丰 度 是 柴 达 较高的年 龄 为 ４
。柴达木盆地存在大量松散的
雅丹沉积物， 并 已 遭 受 强 烈 风 蚀。 青 藏 高 原 北 部 在 晚冬初春为沙尘暴 多 发 期， 具有释放沙尘的动力机
图１ 采样地点与中国北方地理环境
箭头表示 Ｎ ｄ Ｓ ｒ 同位素揭示的风尘的传播路径
Ｆ ｉ ｇ １ Ｍａ ｐｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｓ ａ ｍ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇｓ ｉ ｔ ｅａ ｎ ｄｇ ｅ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ
２ ３～ ２ ６ ］ 定年 技 术 提 供 了 新 的 黄 土 物 源 示 踪 方 法 ［ 。
但是， 具有青藏 高 原 北 部 锆 石 年 龄 分 布 特 征 的 物质也可能来自于阿拉善干旱区。青藏高原北部的 锆石可以 通 过 河 流 系 统 从 青 藏 高 原 北 部 （ 祁连山） 搬运到阿拉善干旱区（ 图１ ） 。本工作通过西宁 黄土 中锆石的 Ｕ Ｐ ｂ年龄分 布 检 验 黄 土 高 原 黄 土 中 的 青 藏高原北部物质是来自阿拉善干旱区还是直接源自 青藏高原北部本身。西宁位于从青藏高原北部到黄 图１ ） 。如果黄 土高 土高原的假想风尘运输路线上（
， 其中最典型是第四纪以来数十套黄 土－
２ ］ ３ ］ 古土壤 旋 回 ［ ， 反 映 了 冰 期－ 间 冰 期 气 候 变 化［ 。
磁化率、 粒径、 元素比 率 等 古 环 境 指 标 是 研 究 黄 土 －
３～ １ ０ ］ 古土壤中古环境记 录 有 力 手 段 ［ 。 但 是， 许多指
标都是基于稳定风尘物源或者物源随气候变化而规 律变化的基本假设。物源研究可以协助解释基于黄 土高原黄土的古 环 境 记 录。 例 如， 通常认为风尘通 量反映了物 源 区 的 干 旱 程 度
文章编号 １ ０ ０ １ － ７ ４ １ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ３ ４ ５ － ０ ６
西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其 对黄土高原黄土物源的指示意义
李高军 车旭东 肖国桥 陈 忠
① ① ② ①③ （ 南京 ２ １ ０ ０ ９ ３ ；② 中国地质大学生物地质 ① 南京大学地球科学与工程学院表生地球化学教育部重点实验室， 与环境地质国家重点实验室， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ；③ 昆明理工大学国土资源工程学院， 昆明 ６ ５ ０ ０ ９ ３ ）
Ｐ ｕ ｌ ｌ ｅ ｎ等
［ ２ ５ ］
发现青藏高 原 北 部， 特别是柴达木盆地
的沉积物 具 有 与 黄 土 高 原 黄 土 相 似 的 锆 石 年 龄 分 布， 从而认定青藏高 原 北 部 是 冰 期 黄 土 高 原 的 主 要 风尘源区。关于柴达木盆地作为黄土高原黄土源区 的猜想由来 已 久
［ １ ５ ］