中國黃土高原地區(qū)黃土和古三門峽湖堆積物特征

黃洛杉磯廣泛分布于黃土和河流湖。在這項工作中，我們比較了磁層學(xué)、古生物學(xué)和沉積物學(xué)，探討了沉積區(qū)黃土、紅色粘土和河流湖泊沉積物之間的關(guān)系，以及氣候環(huán)境對它們的影響。1段家坡剖面與物種豐富的對比該區(qū)典型黃土剖面之一,籃田段家坡剖面為黃土——古土壤序列。底部黃土沉積年齡為2.50Ma.B.P。古地磁布容正極性帶與松山負(fù)極性帶(B/M)界限(0.73Ma)位于L8中部,哈拉米洛(J)亞帶(0.90—0.97Ma)位于S10—S12之間,奧爾都維(O)亞帶(1.67—1.87Ma)位于S28—S32之間,留尼昂(R)亞帶(2.01—2.04Ma,2.12—2.14Ma)分別位于L36與S38。段家坡剖面包括全新世黃土(0—8000a),晚更新世黃土(—0.13Ma),中更新世黃土(0.13—0.73Ma),早更新世晚期黃土(0.73—1.20Ma),早更新世早期黃土(1.20—2.50Ma。)臨近段家坡剖面的一些黃土剖面發(fā)現(xiàn)有豐富的古生物的化石。公王嶺剖面L15發(fā)現(xiàn)有公王嶺動物群(1.15Ma)。陽郭剖面L12—S13發(fā)現(xiàn)有陽郭動物群(0.90—1.00Ma)。陳家窩剖面S6發(fā)現(xiàn)有陳家窩動物群(0.65Ma)。2下更新統(tǒng)與保德期藍(lán)莓組的劃分黃土高原黃土層之下廣泛出露著一套紅色粘土沉積,由于在其中發(fā)現(xiàn)三趾馬動物群,故稱之為“三趾馬紅粘土”。過去藍(lán)田地區(qū)的紅色粘土被統(tǒng)稱為保德期籃田組,時代定為中新世,最近作者對這套紅色粘土進(jìn)行了古地磁研究,從磁性地層學(xué)角度對其時代劃分提出新的看法。藍(lán)田段家坡剖面黃土之下連續(xù)沉積為第三紀(jì)紅色粘土。上部黃土厚135m,下部紅色粘土厚約62m,作者與鄭洪波在其中采集了古地磁樣品。古地磁測量結(jié)果表明:上部135m厚的黃土相當(dāng)于布容正極性帶與松山負(fù)極性帶,黃土底界年齡為2.50Ma。紅色粘土的上部13m相當(dāng)于高斯(Gauss)正極性帶,年齡為2.50—3.40Ma,其中含凱納(Kaena)負(fù)極性亞帶(2.92—3.01Ma),與馬莫斯(Mammoth)負(fù)極性亞帶(3.05—3.15Ma)。中部37m厚紅色粘土相當(dāng)于吉爾伯特(Gilbert)負(fù)極性帶。年齡為3.40—5.00Ma。其中含科奇蒂(Cochiti)正極性亞帶(3.80—3.90Ma)、努尼瓦克(Nunivak)正極性亞帶(4.05—4.20Ma)、西杜夫加爾(Sidufjall)正極性亞帶(4.32—4.47Ma)與斯維拉(Thvera)正極性亞帶(4.60—4.81Ma)。下部12m厚紅色粘土相當(dāng)于磁性地層年表Epoch5的上部,年齡約5.00—5.30Ma(圖1)。作者以為:黃土與紅色粘土界限和松山負(fù)極性帶與高斯正極性帶(M/Ga)界限一致,此界限可作為下更新統(tǒng)與上新統(tǒng)界限。年齡約為2.50Ma。上部厚約13m的紅色粘土年齡約為2.50—3.40Ma。時代相當(dāng)于晚上新世靜樂期晚期或游河期,中部37m厚的紅色粘土層,年齡約3.40—5.00Ma,時代為早上新世靜樂期早期。底部厚12m的紅色粘土,年齡約5.00—5.30Ma,時代為晚中新世保德期的最末期。上述劃分方案將前人在藍(lán)田地區(qū)定名的保德期藍(lán)田組一分為三,即上部紅色粘土?xí)r代相當(dāng)于游河期或靜樂期晚期,中部紅色粘土?xí)r代相當(dāng)于靜樂期早期,僅下部紅色粘土?xí)r代相當(dāng)于保德期末期。據(jù)此,作者對中國北方紅色粘土有一些新的認(rèn)識:1)黃土與下覆紅色粘土的接觸關(guān)系在某些地區(qū)可為整合接觸關(guān)系,地層接觸界限與古地磁M/Ga界限一致,可視為更新統(tǒng)與上新統(tǒng)界限,年齡為2.50MaB.P.2)中國北方廣泛出露的紅色粘土?xí)r代跨越很長。陜西關(guān)中東部出露的紅色粘土包括全部上新統(tǒng)與上中新統(tǒng),年齡為2.50—5.30Ma。相當(dāng)于高斯正極性帶,吉爾伯特負(fù)極性帶及Epoch5上部。3)古地磁資料與古生物資料一致。藍(lán)田組的命名剖面,藍(lán)田水家嘴剖面(本次古地磁測量剖面,或稱段家坡剖面)的藍(lán)田組三趾馬動物群化石,特別是關(guān)鍵性化石,HipparionPlocodus僅發(fā)現(xiàn)在下部12m厚紅色粘土中。這與我們將下部12m厚紅色粘土劃為保德期藍(lán)田組一致。這樣保德期藍(lán)田組的年齡(5.00Ma前)與時代(晚中新世最晚期)可與歐洲土洛里期(Turolian)晚期對比。4)黃土之下廣泛出露的紅色粘土不宜統(tǒng)稱為保德期紅土,因為它包括上新世游河期、靜樂期堆積物。3游河宋家北溝含義古泥河口層三門峽地區(qū)黃土下部廣泛出露一套灰黃色、灰綠色、灰白色粘土,砂質(zhì)粘土及砂礫石河湖相沉積,為古三門湖堆積物。這套沉積物分布范圍較大,以陜西關(guān)中東部,河南西部為沉積中心,分布于秦、豫、晉三省。是黃土高原中最具代表性的古湖盆沉積。這套河湖相沉積過去稱為三門組(丁文江,1918年),亦有黃、綠三門組之分1,1981年薛祥煦在下部綠三門組中發(fā)現(xiàn)游河動物群,并將這套地層定名為游河組此后,不少學(xué)者在此做了大量工作。但是,這套河湖相地層與黃土,三趾馬紅色粘土的關(guān)系不十分清楚,為此,作者在陜西游河宋家北溝,新寺作了磁性地層研究。宋家北溝剖面厚135m,上部為黃土沉積,下部為古三門湖沉積,包括全新世、更新世、晚上新世地層。新寺剖面全部為古三門湖沉積,系早上新世地層。在三門組地層中發(fā)現(xiàn)具代表性的三門組動物群化石EquusSanmeniensis。古地磁結(jié)果表明:①宋家北溝剖面古地磁B/M界限位于第8層黃土(L8)之中,M/Ga界限與三門組/游河組界限基本一致。哈拉米洛(J)亞帶位于黃土層L11、S11、L12、S12位置。奧爾都維(O)亞帶位于三門組灰黃色粉砂層之中。凱納(K)亞帶位于游河組灰綠色砂質(zhì)粘土之中。②宋家北溝剖面黃土堆積始于1.20Ma前后。三門組沉積始于2.50Ma前,結(jié)束于1.20Ma。游河組沉積始于3.15Ma前,結(jié)束于2.50Ma前后。三門組時代為早更新世早期,相當(dāng)于松山負(fù)極性時早期,約1.20—2.50Ma,游河組時代為上新世晚期,相當(dāng)于高斯正極性時晚期,約2.50—3.15Ma。③新寺剖面全部為游河組地層,相當(dāng)于高斯正極性帶與吉爾伯特負(fù)極性帶,含凱納負(fù)極性亞帶與馬莫斯負(fù)極亞性帶。地層年齡為2.80—3.40Ma。華北平原上的古泥河灣湖消失較晚一些。作者最近的研究表明:小長梁剖面的河湖相沉積結(jié)束于0.13MaB.P,上面直接覆蓋黃土層中的第一層古土壤(S1)與馬蘭黃土(L1)(另文報道)。因此,古泥河灣湖大約中更新世末期消失,晚更新世初期黃土完全覆蓋泥河灣地區(qū)。陳茅南等的研究也取得類似的結(jié)果。因此,廣義的泥河灣層應(yīng)包括上新統(tǒng)、早更新統(tǒng)與中更新統(tǒng)。圖3中泥河灣動物群,指狹義的早更新世泥河灣層中的哺乳動物群。4期異相沉積物上新世時期,我國中西部地區(qū)氣候干熱。紅色粘土廣泛發(fā)育,干旱草原植被茂盛。同時在草原之上有大片內(nèi)陸湖泊,如古三門湖、古泥河灣湖等。此時,由于青藏地區(qū)抬升于海拔1000m左右,帕米爾高原形成?，F(xiàn)代東亞季風(fēng)雖未成型,但已在形成過程之中。北方氣候逐漸向干冷過渡,并已開始有粉塵物質(zhì)沉降,上部紅色粘土與古三門湖后期沉積物中加入風(fēng)攜粉塵成分,但沒有典型黃土沉積。此時,古三門湖盆內(nèi)沉積湖相物質(zhì),盆外堆積紅色粘土。游河期的古三門湖堆積可與紅色粘土同時沉積。形成同期異相沉積物,即游河組與紅色粘土上段為同期異相沉積物?；蛴魏咏M與靜樂組上段為同期異相沉積物(2.50—3.40MaB.P)。靜樂組的物源可能亦為風(fēng)攜粉塵物質(zhì)。由于上新世時期東亞季風(fēng)在形成過程之中,冬季風(fēng)不十分強(qiáng)勁,風(fēng)攜粉塵物質(zhì)沉積通量較小。加之此時氣候相對后期濕潤,雨量較多,粉塵堆積不在原地加積,而在雨水沖刷下作短程面流搬運,并經(jīng)過植被、生物的風(fēng)化作用,形成類似古土壤的紅色粘土。因此上新世靜樂期紅土與早更新世黃土有類似的物源搬運方式,均為風(fēng)攜粉塵搬運,兩者具有沉積的連貫性。只是由于自更新世開始?xì)夂蛲蝗幌蚋衫滢D(zhuǎn)換,冬季風(fēng)更加強(qiáng)勁。風(fēng)攜粉塵沉積量加大,并原地保存增厚,形成典型黃土。關(guān)于紅色粘土的成因,應(yīng)該從風(fēng)攜物質(zhì)的搬運、粉塵沉積、土壤化作用三個方面著手作進(jìn)一步研究。早更新世初期,全球氣候變冷,現(xiàn)代東亞季風(fēng)格局形成。長期,廣泛的紅色粘土形成條件已經(jīng)失去,由季風(fēng)攜來的粉塵物質(zhì)在北方廣泛沉積。湖盆進(jìn)一步退縮,黃土則沿湖盆邊緣呈追逐式向湖心堆積。早更新世中、晚期(1.20MaB.P.),古三門湖消失,黃土完全覆蓋黃土高原。因此,早更新世早期,紅色粘土沉積終止,而三門期的古