贵州高原新生代地质年代学及方法研究

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贵州高原地处青藏高原东南缘,是中国地理格局中关键的过渡区段,对其新生代地质、地貌演化研究具有重要的意义。但是,贵州自晚三叠纪抬升成陆后,新生代地层的发育和分布十分零星、不连续,难以从整体上进行对比,因此对贵州新生代地质演化历史的恢复一直是地学界的难点。此外,贵州喀斯特地区面临严重的石漠化和生态问题。目前,许多工作对岩溶地质-环境开展现代短时间尺度的监测和观察,这些研究急切需要与长时间尺度地质历史时期的变化规律相结合,弥补现代监测记录的不足,为喀斯特石漠化的治理和恢复提供长时间尺度的地质演化背景。所以,需要在现有的客观地质体中寻求合适有利的研究替代对象。  贵州地貌发育的特点是层状地貌面(夷平面、河流阶地和层状洞穴)发育,其年代、高度和性质是国内外研究区域构造活动和气候演变的重要替代对象。本文首先对贵州高原的乌江流域以及黔东南荔波境内的层状洞穴,含石英的碎屑沉积物,进行了宇宙成因核素年代学研究,是国内首个用宇宙成因核素26Al-10Be做洞穴沉积物埋藏年龄,来反映区域地质地貌演化历史的研究。在新测年法的应用过程中,不仅为今后相关工作的开展积累了宝贵经验,同时对贵州的洞穴以及河流发育历史有了一些新的认识:  1、经野外踏勘发现,黔西北毕节地区的六冲河河谷附近发育有6层溶洞,在高程上可与4级阶地对应。最高层溶洞(大石洞)内碎屑沉积物26Al/10Be埋藏年龄为0.75±0.10 Ma,而较低层位的大岩洞26Al/10Be年龄为2.85±0.21 Ma,推测可能是较老物质被带入新形成的洞穴,不能反映真实的洞穴形成年龄。  2、根据洞穴年龄和拔河高度计算得到0.75 Ma以来六冲河的下切速率达到0.48 cm/ka,高于青藏高原东缘以及西北缘多条河流同期的下切速率。除了青藏高原第四纪以来的强烈隆升外,长江三峡0.75 Ma左右贯通造成侵蚀基准的强烈下切,以及可溶的碳酸盐岩基岩可能是造成河流较大下切速率的主要原因。  3、结合前人研究资料,初步构建了六冲河0.75 Ma以来的下切历史。六冲河流域分别在0.49-0.75 Ma、>0.35 Ma、0.16-0.18 Ma和48 ka左右为相对构造稳定期,流水以水平循环为主塑造溶洞。另外,六冲河层状洞穴的发育历史,与四川盆地、三峡地区以及江汉盆地的长江5级阶地有良好的对应关系,这表明0.75Ma以后六冲河的河流发育序列基本与长江一致。鉴于六冲河又是乌江的北源,综合其他地质资料,推断0.75 Ma以前现代乌江的雏形可能已经形成。  4、黔中高原绥阳地区的洛安江发育有3层溶洞,高程可基本与3期夷平面对应。最高层麻湾洞26Al/10Be年龄为0.35±0.09 Ma,第二层马达洞26Al/10Be年龄为0.23±0.09 Ma。根据野外踏勘结合其他地质资料,这两层洞穴的形成时间可能更接近其对应的夷平面的形成时间,远远大于26Al/10Be测年结果,而这两个年龄可能代表了洞穴形成后由于区域水系调整,后期水流将年轻的样品带入洞中埋藏的时间。  5、黔东南荔波地区发育有4层溶洞,洞塘附近的黑洞(第2层)26Al/10Be年龄为1.06±0.23 Ma。该年龄远大于与之相对应的独山神仙洞的铀系年龄0.11~0.26 Ma,表明用铀系测年法会极大地低估洞穴年龄,相较而言26Al/10Be埋藏测年则可更加真实的反映洞穴形成年代。  另外,在贵州北部和中部的各级夷平面上广泛发育碳酸盐岩风化壳,但其形成时代的确定存在很大的争论。王世杰等(2005)和刘春茹(2007)用风化壳中次生石英进行裂变径迹测年尝试,年龄值1-25 Ma可与新生代的青藏高原夷平期、华南红土期、贵州构造稳定期乃至世界范围内的风化气候期有良好的对应关系,说明风化壳次生石英裂变径迹测年具有很好的可行性,但是其可靠性仍需得到验证。  本文对西藏拉萨附近甲玛、驱龙和冲江矿区已知年龄(锆石SHRIMP U-Pb年龄)的花岗岩中挑选磷灰石、锆石和石英,分别进行裂变径迹年龄测定。由于锆石U-Pb体系封闭温度与石英的退火温度相近,所以尝试运用锆石U-Pb年龄来验证石英裂变径迹年龄的可靠性。但是镜下观察到石英裂变径迹数目很少,只统计到几个颗粒的数据。因此,建议今后工作寻找其他测年方法来验证石英裂变径迹年龄的可靠性,如:可利用风化壳中含铁氧化物的U-Th/He测年法来研究风化壳年龄。
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