新疆阿克陶縣布倫口一帶湖積層測年及地質(zhì)意義*

方懷賓 李開文 李彩霞

(1.河南省地質(zhì)調(diào)查院；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

青藏高原及其鄰區(qū)是研究新構(gòu)造運(yùn)動的天然實(shí)驗(yàn)室，其隆升影響著地貌環(huán)境與古地理變遷，是國際地學(xué)界關(guān)注的前緣性科學(xué)問題。前人研究認(rèn)為，昆侖山及青藏高原隆升時(shí)代不會早于第三紀(jì)，而且第四紀(jì)早期并無大陸冰蓋存在[1]，隆升具有時(shí)間上的多期性與空間上的不均勻性[2]，同時(shí)存在自西向東遷移的規(guī)律[3]，第四紀(jì)中晚期以來青藏高原西北緣構(gòu)造抬升頻率加快[4-6]。區(qū)域上新構(gòu)造運(yùn)動的主要動力來源于印度板塊對歐亞板塊的俯沖，在帕米爾東北側(cè)鄰區(qū)現(xiàn)今主壓應(yīng)力方向?yàn)榻黃N向，應(yīng)力場的存在形式?jīng)Q定了新構(gòu)造活動的基本格局[7-9]。已有研究工作多位于青藏高原腹地及其東緣，受限于自然地理?xiàng)l件及研究程度等因素，西昆侖西段相對較少。布倫口一帶湖積層沿塔什庫爾干活動斷裂帶呈線狀展布，并受控于該活動構(gòu)造帶。前人多依據(jù)上下疊覆關(guān)系，將其時(shí)代劃分為早—中更新世或中更新世[10-12]。本研究通過在新疆阿克陶縣布倫口一帶開展1∶5萬區(qū)調(diào)工作，發(fā)現(xiàn)該套湖積層多角度不整合于前第四紀(jì)地體之上，其上又多為全新世冰川堆積物不整合覆蓋。通過路線調(diào)查、剖面測制及光釋光測年等工作，厘定了該套湖積層的時(shí)代歸屬，為該地區(qū)及其相鄰地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動研究提供了較為準(zhǔn)確的時(shí)代依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及湖積層特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于昆侖造山帶西段，區(qū)域上隸屬于羌塘地塊西北緣[13]，北東側(cè)為康西瓦結(jié)合帶向NW延伸的部分，在慕士塔格—布倫口—木吉一線與塔什庫爾干右行走滑斷裂帶復(fù)合，形成了第四紀(jì)以來本地區(qū)規(guī)模較大的一條SN—NWW向活動構(gòu)造帶。構(gòu)造帶南西側(cè)出露結(jié)晶基底古元古界布倫闊勒巖群，主體為一套區(qū)域中深變質(zhì)巖系，向南出露下志留統(tǒng)溫泉溝群接觸變質(zhì)巖系，兩者之間多為三疊紀(jì)構(gòu)造巖漿巖占位或吞噬。研究區(qū)北側(cè)為塔里木板塊南緣一套淺海相碎屑巖系，受新構(gòu)造運(yùn)動的影響強(qiáng)烈隆升，形成高大山系，海拔超過6 000 m的山峰鱗次櫛比，終年冰雪覆蓋。該活動構(gòu)造帶由線狀斷陷帶和單斜式隆起帶組成，在斷陷帶與隆起帶之間發(fā)育有正斷層性質(zhì)邊界斷裂(圖1)。活動構(gòu)造帶位于布倫口以南呈近SN向，布倫口以西則轉(zhuǎn)為NW—NWW向。該構(gòu)造帶在衛(wèi)星影像上特征較明顯，長度超過120 km，寬度為1～5 km。斷陷帶內(nèi)發(fā)育扇狀水系和向心水系，有大小不等的串珠狀湖泊和沼澤分布，該類湖泊常由一條主河道相連，主河道位于斷陷帶西側(cè)斷陷強(qiáng)烈部位。帶內(nèi)不對稱發(fā)育有上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)湖積、冰磧和洪沖積層，僅發(fā)育于邊界斷裂明顯的東側(cè)或北東側(cè)。斷陷帶東側(cè)、北東側(cè)為單斜式隆起帶，沿線分布有昆蓋山、公格爾、墓士塔格等現(xiàn)代高大山峰。山脈主脊線走向與構(gòu)造帶基本一致，但主脊線較彎曲，且偏居于斷陷帶一側(cè)。其上多為現(xiàn)代冰雪覆蓋，發(fā)育冰蝕地貌，具有冰谷、冰斗、角峰及鰭脊等冰川遺跡和現(xiàn)代冰川。隆起帶西側(cè)隆升強(qiáng)烈，最大隆升高度可達(dá)7 649 m。該活動構(gòu)造帶邊界斷裂發(fā)育明顯，以公格爾山和慕士塔格山西緣邊界斷裂最為清晰，由一條或多條大致平行的斷裂組成，斷裂大致平行于構(gòu)造帶走向，呈NW—NWW向，局部呈SN向，為向西或西南陡傾的正斷層。沿?cái)嗔逊植加袛鄬尤敲妗鄬友录耙幌灯叫兄本€狀深切谷地或冰谷、冰川相間分布，并在其前部形成帶狀展布的沖洪積、冰磧扇裙。根據(jù)斷陷帶內(nèi)最低海拔及鄰近東側(cè)隆起帶中最高夷平面位置，推測研究區(qū)活動邊界斷裂自形成至今，最大落差可達(dá)4 000 m以上。

沿研究區(qū)SN—NWW向活動構(gòu)造帶地震活動頻繁，在南部塔合曼發(fā)現(xiàn)了3期地震活動遺跡[14]，中源地震主要分布于布倫口地區(qū)活動帶兩側(cè)，1950—1953年，布倫口活動帶發(fā)生了5次4級以上中源地震，1966—1972年，發(fā)生了16次4.7級以上中源地震，1974年8月11日發(fā)生了阿克陶7級地震，1976—1980年發(fā)生了9次4.7級以上中源地震，1990—1995年發(fā)生了2次4.8級以上中源地震。1980—2000年5月發(fā)生了12次4.7級以上中源地震[15]。另據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，青藏高原是我國現(xiàn)代構(gòu)造活動和地震活動最強(qiáng)烈的地區(qū)，自有地震記錄以來，在高原內(nèi)記錄到多達(dá)18次8級以上巨大地震和100余次7～7.9級地震，它們均發(fā)生在喜馬拉雅板塊邊界構(gòu)造帶和板內(nèi)斷塊區(qū)及其次級斷塊的邊界活動構(gòu)造帶上[16-17]。

圖1 布倫口一帶活動構(gòu)造帶橫剖面示意

1.2 湖積層特征

研究區(qū)上更新統(tǒng)湖積層沿塔什庫爾干右行走滑斷裂帶形成的線狀斷陷盆地呈線狀或串珠狀分布，在木吉河沿岸形成高基座河流階地，最多見有湖積層構(gòu)成的Ⅴ級階地，與現(xiàn)代木吉河谷高差可達(dá)近300 m。湖積層多不整合于下伏古元古界布倫闊勒巖群或三疊紀(jì)花崗巖體之上(圖2)，部分地段為全新統(tǒng)冰磧物覆蓋。研究區(qū)地層劃分見表1。

圖2 阿克陶縣布倫口南中更新統(tǒng)湖積層剖面示意

布倫口—木吉河一帶可識別出5級階地，階高2～30 m不等，由高到低主要為礫石層—砂層—粉砂層和泥質(zhì)層，具有明顯的粒序特征，巖石固結(jié)程度較差，可視厚度為125～262 m。礫石多呈次棱—次圓狀，少量為扁平狀，粒徑小于10 cm，含量為70%～80%，成分均來自周邊基巖山地。每一階地沉積物均表現(xiàn)為礫石層—砂層—粉砂層—泥質(zhì)層的韻律性變化特征。但向上整體變細(xì)，礫石變少，至晚期階地則以粉砂層和泥質(zhì)層為主。階地相對高差也由早至晚逐漸加大，在木吉河沿岸累計(jì)最大高差達(dá)270 m。砂、泥質(zhì)層中普遍發(fā)育水平層理及紋層，稍高階地層理微向盆地中心傾斜5°～7°。

表1 研究區(qū)地層劃分

2 湖積層OSL測年

2.1 樣品采集

測年樣品采自布倫口南湖積層剖面，分別采自上下不同層位，采樣物質(zhì)為細(xì)砂。采樣器使用不銹鋼筒，器具潔凈無污染。采樣器規(guī)格為管徑100 mm、長度400 mm、管壁厚2 mm。采樣時(shí)首先采取避光措施，剝?nèi)ケ韺?0～70 cm厚的物質(zhì)，清理出完全新鮮的露頭；然后將采樣器徐徐打入，直至所采物質(zhì)從管中溢出，清理干凈并用深色物質(zhì)將地表端管口密封，除去采樣器周圍物質(zhì)，取出采樣器，同樣方法將另一管口密封；最后將整個(gè)采樣器用黑色紙張完全包裹，外層用黑色塑料膜密封。

2.2 測試流程

在實(shí)驗(yàn)室弱紅光下(中心波長661 nm的發(fā)光二極管陣光源[18-19])，去除采樣管兩端采樣過程中的曝光樣品后，從新鮮樣品中取出約10 g測定含水量和飽和含水量后，烘干充分研磨至全部通過0.063 mm分樣篩，供測定樣品中U、Th、K含量之用。樣品的新鮮部分按流程分別制成20個(gè)測片。各個(gè)測片的光釋光信號強(qiáng)度在Daybreak1100型自動測量系統(tǒng)中測定，樣品采用紅外—藍(lán)光聯(lián)合激發(fā)測量的簡單多片再生法[20]獲得等效劑量。用Daybreak582型厚源α計(jì)數(shù)儀[21]對樣品鈾、釷計(jì)數(shù)率進(jìn)行測定，α系數(shù)取0.04±0.02。

2.3 測年結(jié)果

樣品采用中科院地球環(huán)境研究所釋光實(shí)驗(yàn)室王旭龍博士提供的程序?qū)πＵ蟮脑偕鷦┝酷尮鈴?qiáng)度點(diǎn)進(jìn)行飽和指數(shù)線性擬合建立生長曲線(圖3、圖4)，并獲得樣品的等效劑量。釋光信號衰減曲線顯示樣品經(jīng)氟硅酸刻蝕后已基本為細(xì)顆粒石英。

圖3 OSL001/1樣品光釋光信號衰減曲線和等效劑量生長曲線

樣品從采樣到實(shí)驗(yàn)室測試均符合光釋光測年要求，測試年齡具有代表性，即湖積層下部層位年齡值為(94.8±9.7)ka，上部層位為(55.5±8.6)ka(表2)，時(shí)代為晚更新世早—中期。

3 結(jié) 論

(1)首次在該地區(qū)湖積層中獲得的光釋光(OSL)年齡值為(94.8±9.7)ka～(55.5±8.6)ka，表明該湖積層時(shí)代為晚更新世早—中期，其沉積形成時(shí)限跨度大約為50 ka。該測年數(shù)據(jù)的獲得，為研究該地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動提供了時(shí)代依據(jù)。

圖4 OSL101/1樣品光釋光信號衰減曲線和等效劑量生長曲線

送樣號試驗(yàn)號巖性埋深/cm測量方法α計(jì)數(shù)率/(cpks)環(huán)境劑量率/(Gy/ka)等效劑量/Gy年齡/kaOSL001/1LEDL06—892灰白色細(xì)砂—粉砂,分選性較好50細(xì)顆粒石英OSL(SMAR)10.7±0.33.7±0.4351.0±7.494.8±9.7OSL101/1LEDL06—893灰白色細(xì)砂—粉砂,分選性較好50細(xì)顆粒石英OSL(SMAR)10.9±0.34.3±0.5238.6±28.055.5±8.6

注：樣品由中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析測試。

(2)布倫口一帶湖積層年齡值以及區(qū)域資料綜合分析表明，塔什庫爾干活動斷裂帶在中更新世末期—晚更新世中期的表現(xiàn)形式為持續(xù)右行走滑性質(zhì)，兼具單邊快速隆升的特點(diǎn)。受其影響，自中更新世末期開始在布倫口—木吉一帶形成拉分盆地，并接受一套湖相沉積。晚更新世中期之后，湖盆逐步解體，填充物主要為冰川及冰水堆積物，同時(shí)表現(xiàn)為活動構(gòu)造帶東側(cè)及北東側(cè)急劇隆升，最終形成現(xiàn)今的地貌形態(tài)。

(3)湖積層沉積年代與中更新世末期—晚更新世中期規(guī)模最大的一次間冰期時(shí)間吻合，兩者可以相互印證。估算布倫口及其相鄰地區(qū)晚更新世早—中期平均隆升速率為5～6 mm/a。