长江三角洲晚新生代沉积物碎屑锆石U_Pb年龄及其对长江贯通的指示

2010年第55卷第4-5期：350~358

英文版见: Jia J T, Zheng H B, Huang X T, et al. Detrital zircon U-Pb ages of late Cenozoic sediments from the Yangtze delta: Implication for the evolution of the Yangtze River. Chinese Sci Bull, 2010, 55, doi: 10.1007/s11434-010-0091-9

论文

《中国科学》杂志社

SCIENCE CHINA PRESS 长江三角洲晚新生代沉积物碎屑锆石U-Pb年龄及其对长江贯通的指示

贾军涛①, 郑洪波②*, 黄湘通①, 吴福元③, 杨守业①, 王可②, 何梦颖①

①同济大学海洋地质国家重点实验室, 上海 200092;

②南京大学地球科学与工程学院, 南京 210093;

③中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029

*联系人, E-mail: zhenghb@

2009-05-19收稿, 2009-09-07接受

国家自然科学基金重点项目(批准号: 40830107)和联合国教育科学文化组织地球科学项目(编号: IGCP-581)资助

摘要对长江三角洲DY03孔3.6 Ma以来的沉积物碎屑锆石样品利用LA-ICP-MS进行了U-Pb

年龄测定. 结果表明, DY03孔189.8～215.8 m 之间(磁性地层年龄3.2～3.5 Ma)沉积物碎屑锆

石年龄以100～150 Ma占优势, 沉积物主要来自长江下游地区的白垩纪岩体, 物源区比较局

限; 189.8 m(~3.2 Ma)以上沉积物碎屑锆石年龄呈现多峰态分布的特征, 主要分布于100～300,

350～550, 600～1000, 1400～2000和2200～2800 Ma, 表明沉积物源区显著扩大. 从DY03孔

3.2 Ma以来沉积物碎屑锆石中识别出大量来自长江上游的年龄信息, 表明当时长江沉积物已

开始影响到三角洲地区. 考虑到古长江在上新世以前有可能没有流经现在的长江三角洲，而是

流向苏北盆地, 长江贯通的时限应不晚于3.2 Ma.

关键词

晚新生代

碎屑锆石

U-Pb定年

物源示踪

长江

大河是构造与气候共同作用的产物, 是地球动

力系统中重要的组成部分, 在地球表层系统中扮演

着非常重要的角色[1]. 作为亚洲最长的河流, 长江贯

穿了多个构造体系, 其演化历史与青藏高原隆升和

亚洲地形格局的演化密切相关, 同时长江流域的大

部分地区处于东亚季风和南亚季风的影响之下, 研

究长江的演化对于理解青藏高原隆升、亚洲地形演化

和季风演化具有重要意义, 因而长江的演化历史一

直是百余年来地学界关注的一个热点问题[2~19].

近代从地质学的角度研究长江的演化始于Willis

等人[2]对长江三峡成因的探讨. 经过百余年的研究,

当前普遍认为云南石鼓第一弯的形成[3~5]和三峡的贯

通[6,7]是长江演化过程中的关键环节. 然而对第一弯

形成和三峡贯通的时限还存在较大争议. 对第一弯

形成的时限存在始新世[8]、中新世[5,9]和更新世[6,10,11]

的争论. 对长江三峡贯通的时限也有中新世[5], 早更

新世[7,11~14], 中更新世[6,15]和晚更新世[16]等不同的认

识. 长江演化的核心问题在于长江上游物质到达下

游地区时限的确定, 在长江中下游地区准确示踪长

江上游的物质并标定其沉积时代是研究长江演化的

关键.

在长江三角洲地区, 近年来利用钻孔沉积物重

矿物组合[16]、元素地球化学[17,18]、同位素地球化学[18]

和单颗粒碎屑独居石年代学[12,19]等研究, 结合磁性

地层定年, 为研究长江演化提供了新的研究思路. 然

而, 前已提及, 利用这些不同指标获得的对于长江贯

通时限的认识差别很大, 原因在于长江流域面积广,

源岩岩石类型和矿物组成复杂, 在岩体风化、剥蚀、

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论 文

搬运和沉积过程中经过了复杂的变化, 只有对整个流域内源岩及其矿物组成有充分的把握, 对沉积物受沉积分选作用的影响有了充分的了解的情况下才能准确地进行物源示踪.

锆石是最为稳定的矿物之一, 抗风化能力强, 受沉积分选过程影响小, 其U-Th-Pb 同位素体系封闭温度高, 受后期构造热事件影响较小,

碎屑锆石年龄谱系特征可直接反映沉积物源区岩石的年龄组成[20,21], 碎屑锆石U-Pb 定年是当前沉积物物源示踪最为成熟的方法. 本文旨在通过对长江三角洲晚新生代沉积物碎屑锆石U-Pb 年代学的研究, 结合磁性地层定年的结果, 追踪长江上游物质到达长江三角洲地区的时限, 探讨长江的演化历史.

1 钻孔地层序列与年代框架

长江三角洲是长江中下游地区几个主要沉积盆地之一, 在构造区划上处于扬子地块东南缘, 北与苏北盆地相邻, 东南以江-绍深断裂和浙闽隆起带与东海陆架盆地分隔[22](图1). 过去几十年, 在长江三角洲地区钻至基岩的钻孔已达数百个, 研究程度比较高的钻孔有上海浦东机场PD 孔[16], 上海浦东PD-99孔[12]和上海南汇SK7孔[23](图1). 本次新获得DY03孔位于上海市奉贤区 (30°58.2′N, 121°25.8′E)(图1), 孔深249.2 m, 晚新生代沉积层厚222.2 m.

对DY03孔按照10～20 cm 的取样间距进行了古地磁样品采集, 共采集样品280个, 在荷兰Utrecht 大学古地磁实验室进行了古地磁测试[24]. 根据古地

磁测试结果与标准磁性地层对比, 建立了长江三角洲DY03孔年代框架(图2). 上新世和更新世界线在孔深157.3 m 处, 与古地磁M/G 界线相对应; 早更新世和中更新世界线在孔深103.7 m 处, 与古地磁B/M 界线吻合; 中更新世与晚更新世界线在61.8 m 处; 更新世与全新世界线在24.8 m 处.

DY03孔全新统(0~24.8 m)主要是粉细砂和黏土, 见贝壳, 为河口滨海沉积环境. 上更新统(24.8~61.8 m)以中细砂和粉砂互层为主夹黏土层, 为滨海-河湖相沉积; 中更新统(61.8~103.7 m)底部见薄层砾石层, 往上由中细砂逐渐过渡为细粉砂, 为曲流河沉积; 下更新统上部(103.7~140.2 m)以细砂、粉砂为主, 往上黏土逐渐增多, 属河流相沉积; 下更新统下部(140.2~157.3 m)以含砾中细砂为主, 顶部有薄层黏土层, 为河流相. 上新统上部(157.3~166 m)为硬质黏土层, 属湖相沉积; 中部(166~206.4 m)以泥质粉砂和细砂互层为主, 属河流相沉积; 下部(206.4~222.2 m)沉积物粒度较粗, 以杂色砾石与泥质混杂而成, 具有冲积扇沉积特征.

2 材料和方法

对DY03孔共选取了9个碎屑锆石样品用于锆石U-Pb 年龄测定, 样品编号为Zr1~9, 取样位置按照地层单元划分并结合元素比值发生变化处(图2), 对应深度为22 m(~9 ka), 61.6 m(~125 ka), 102 m (~750 ka), 137 m(~1.6 Ma), 153 m(~2.3 Ma), 182.2 m (~3.1 Ma), 189.8 m(~3.2 Ma), 200.6 m(~3.3 Ma)和215.8 m (~3.5 Ma).

图1 长江流域水系、新生代沉积盆地(a )及钻孔分布(b )简图