青藏高原、特别是其东北缘的生长历史为学术界所关注。西秦岭常被看作青藏高原东北缘的一部分,其构造变形和隆升时代对青藏高原的形成演化历史有较直接的指示意义。
地质地球所新生代地质与环境研究室博士后葛俊逸与其合作导师郭正堂研究员等在位于长江流域的西秦岭南坡发现了一套中新世-上新世的黄土-古土壤序列(图1)。该序列广泛分布于西秦岭山间的西和盆地边缘的古洪积台地上。课题组对150m厚的典型剖面(NL-VI)进行了成因、磁性地层和生物地层学研究,揭示出其年代为4.2-10.5 Ma,包含188个黄土-古土壤旋回。剖面的上部、下部均为典型的黄土-古土壤序列;中部8.3-6.9 Ma的序列受到坡地流水的改造,包含30余层细砾,但仍可识别出清晰的古土壤旋回,完整的地磁极性柱表明其没有明显缺失。
图1 西秦岭南坡西和盆地NL-VI黄土-古土壤序列剖面
西秦岭南坡这套保存相对完好的黄土-古土壤序列有三个方面的气候和构造指示意义:
(1)这是迄今在长江流域发现的保存最完整的新近纪风尘堆积序列,它与课题组过去研究的其它序列一起,进一步证实了中新世风尘堆积广泛分布的特征,表明我国风尘堆积南界至少在10.5 Ma前后已到达长江流域。这些序列分布于秦岭南坡的长江流域(NL-VI)、秦岭山顶上长江-黄河流域分水岭附近(ML-V)、秦安到华家岭之间广大地区的基岩高地(QA-I、QA-II、QA-III和QA-VI)、华家岭山顶(NL-VII)等不同海拔、不同类型的地貌单元上,不仅是风成成因的强有力证据,而且表明我国西部地区的地貌分异在中新世期间即已大致奠定。
(2)由于黄土是极易被侵蚀的沉积物,其堆积和保存需要平坦而相对稳定的基底地形,任何显著的基底变形、基底抬升(侵蚀基准面下降)等均会导致大规模黄土侵蚀。这套保存在秦岭山间盆地边缘洪积台地上的风尘堆积表明西秦岭的山-盆格局在10.5Ma以前就以形成,而且此后未发生过显著的大范围构造变形和隆升,否则这套黄土堆积就会遭到强烈剥蚀、乃至剥蚀殆尽。NL-VI剖面中部8.3-6.9 Ma的含细砾层坡面流水扰动层虽然可能指示了期间构造环境的不稳定,但构造活动强度显然相当微弱,以至未能引起显著的黄土侵蚀。
(3)因为西秦岭位于青藏高原东北缘,保存完整的NL-VI黄土-古土壤序列不支持青藏高原东北缘晚中新世10.5 Ma以后发生大规模垂直或水平生长的观点。此后研究区的构造运动可能主要表现为走滑或局部隆升。郭正堂研究员课题组对西宁地区沉积序列的研究(Xiao et al., EPSL, 2012)表明青藏高原东北缘在20-25 Ma期间发生过显著隆升。
上述研究结果近期分别发表在Geophysical Journal International(Ge et al. Magnetostratigraphy of the Xihe loess-soil sequence and implication for late Neogene deformation of the West Qinling Mountains. Geophysical Journal International, 2012, 189: 1399–1408)和Earth and Planetary Science Letters(Xiao et al. Evidence for northeastern Tibetan Plateau uplift between 25 and 20 Ma in the sedimentary archive of the Xining Basin, Northwestern China. Earth and Planetary Science Letters, 2012, 317/318: 185–195)。
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