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根据野外调查,许多研究者认为黄陵背斜以西的古长江曾经向西经红河流入北部湾,但并没有利用其它的诸如现代地球化学手段进一步证明这一结论,同时作为现代长江支流的嘉陵江自中新世以来的古流向究竟是如何流动的,也没有研究者进行论证。从“源”到“汇”的研究思路现在被广泛的运用于大河物源示踪,认为河流下游适当的沉积“汇”区能保存记录上游“源”区的地质信息,通过对这些信息的合理提取,进而达到对大河流域演化历史的良好认识的目的。
在众多的大河物源示踪研究手段中,河流碎屑钾长石普通Pb同位素被认为是卓有成效的工具之一。利用碎屑钾长石普通Pb同位素对古嘉陵江中新世以来的古流向进行重建尚属首次。本文选取前人对南秦岭(古嘉陵江流经)、黄陵背斜(古长江流经)、红河下游的河内盆地钻孔中的钾长石普通Pb同位素比值,同时结合钻孔中不同层位的地质年代,来讨论古嘉陵江和黄陵背斜以西的古长江是否发生过倒流及倒流的具体的时间。
钾长石由于风化作用而被搬运到河流中时,随着时间推移被搬运的距离越来越远的时候,它的铅同位素特征依然能很好的保持上游母体的铅同位素特征。因此,通过对河流下游的碎屑钾长石普通铅同位素进行测定,观察投点能否落在上游的可能源区的长石铅同位素背景区,从而确定是否具有“源”与“汇”的关系,进而重建古河流的流向。
通过对前人在南秦岭、黄陵背斜、红河下游河内盆地钻孔所取得的钾长石普通Pb同位素数据分析后,得到如下结果:
(1)河内盆地钻孔的LK200层位中碎屑钾长石206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:18.461-19.328、15.525-15.657、38.542-39.879。LK81层位中的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:16.683-19.438,14.825-15.762,36.473-40.265。LK41层位中的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:16.762-19.559、14.877-15.736、36.073-40.36。LK203层位的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:18.252-21.154、15.588-15.732、38.276-45.342。金沙江石鼓地区河流沉积物碎屑钾长石普通Pb同位素、南秦岭钾长石普通Pb同位素、黄陵背斜钾长石普通Pb同位素、鲜水河断裂的折多山钾长石普通Pb同位素比值分布范围均不相同。这为红河下游河内盆地钻孔中的钾长石普通Pb同位素的投点奠定了很好的基础。
(2)南秦岭造山带钾长石普通Pb同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:17.275-18.019、15.528-15.601、37.3-38.33。未出现高放射性成因普通Pb同位素颗粒。经过投点观察发现有来自钻孔LK41层位的钾长石落到背景值中。结合LK41层位的地质年代(12Ma),则说明南秦岭的碎屑物质至少在12Ma的时候通过嘉陵江的搬运到达了红河下游的河内盆地或者更远的北部湾。
(3)碧口岩体全岩普通Pb同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:16.571-18.622,15.328-15.57,35.326-37.292。经过投点后发现,并未有钻孔中的物质落到碧口岩体的区域内,但这并不能排除碧口岩体的碎屑物质被搬运至红河下游发生沉积的可能性,因为碧口岩体处于嘉陵江南流的下游地区。这说明,全岩的普通Pb同位素在大河物源示踪方面,较之单颗粒的碎屑钾长石普通Pb同位素的可靠性还需要进一步验证。
(4)黄陵背斜钾长石普通Pb同位素20Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值范围分别为:16.063-17.062,15.26-15.44,37.069-37.833。黄陵背斜的钾长石普通Pb同位素分布相对集中,没有放射性Pb同位素比值特别高的颗粒的出现。河内盆地钻孔的碎屑钾长石对黄陵背斜背景值进行投点后,发现层位LK41的颗粒出现在黄陵背斜背景值范围内,这说明黄陵背斜以西的古长江在12Ma以前曾向西流动,进入红河后把碎屑沉积物搬运至红河下游的河内盆地沉积。
同时利用辅助手段,河流沉积物的主量元素和Nd同位素的分析结果与碎屑钾长石普通Pb同位素的分析结果相吻合。这进一步说明碎屑钾长石普通Pb同位素在进行大河物源示踪方面是可靠的。而多种物源示踪方法结合使用应成为大河物源示踪研究的主流趋势。