青藏高原东北缘晚新生代区域构造地貌和黄河水系演化研究

The relationship between the late Cenozoic geomorphic evolution，tectonic forcing and climate change over the Tibet Plateau is one of the hottest topics in earth sciences, inducing multiple viewpoints, models and heated debates. Because located in far-fielding zone of Indian-Asian continental collision，the geomorphological processes of northeastern Tibet is critical for understanding the plateau’s evolution mechanism; furthermore, the formation and development of the Yellow River is the most important event and most valuable record in the late Cenozoic processes of northeastern Tibet. We have studied the Wuquan conglomerate strata in Lanzhou Basin, and propose that the Yellow River was primevally established at the late Pliocene. To verify that, and to explore the fluvial route and drainage zone, we plan to research the Linxia Basin, Xunhua Basin, Guide Basin and Gonghe Basin based on comprehensive analysis of sedimentary facies and provenance, with the sustain of this fund. In addition, we also plan to rebuild longitudinal profile of the late Pliocene river, and rebuild regional paleoelevation using the carbonate coupled isotopes. Further, we will use these data to constrain the time, amount and rate of regional uplift and erosion, discuss the links between tectonics, climate and surface processes, reveal developing processes and mechanism of the Tibet Plateau.

青藏高原晚新生代地貌演化与构造活动和气候变化之间的关系是地球科学研究的热点问题，存在多种观点和理论模型，引发了激烈的争论。青藏高原东北缘处于印度-亚洲陆陆碰撞控制的远端部位，其地貌过程是研究和揭示高原演化机制的关键，而黄河的形成和发育又是高原东北缘晚新生代地貌过程最重要的事件和理想的记录。申请人根据以往对于兰州盆地五泉砾岩层的研究提出黄河的形成最早可能开始于晚上新世。为了验证这一观点，并查明这一时期河流路径和流域范围，本项目计划对临夏、循化、贵德和共和盆地晚上新世砾岩层进行综合的沉积相和物源研究。以此为基础，本课题还计划通过基岩河道水动力侵蚀模型重建晚上新世古河道纵剖面，并联合碳酸盐耦合同位素古温度-海拔高度模拟，定量研究本区域在晚新生代隆升的时间和高度，以及不同时段隆升和侵蚀速率的变化，进而分析地表过程与构造活动和气候变化的关系，揭示晚新生代青藏高原扩张的构造地貌演化过程和机制。

黄河的发育是青藏高原东北缘地貌演化最重要的事件之一，也是揭示高原演化和构造-气候-地表过程耦合机制的关键证据。针对晚新生代黄河上游水系的形成和贯通历史，本课题对区域内的同德、共和、贵德、循化、临夏和兰州盆地晚上新世砾岩层，以及第四纪河流阶地和冲洪积扇，进行了大量的沉积学和物源研究，累计调查野外剖面和露头点39个，获得砾石组构数据2万余条(76组)和碎屑锆石U-Pb年龄5540个(44个样品)。我们结合碎屑锆石年龄和颗粒表面形态对物源定量反演指纹法进行了技术性改进，为研究古水系侵蚀范围和发育历史提供了充实的证据。此外，本课题还对银川上游黄河干流以及90条主要支流进行了数字地貌分析和古河道剖面重建，定量恢复了上新世以来区域抬升幅度。.通过研究获得以下主要认识：(1)黄河上游水系的形成至少开始于晚上新世, 并且晚上新世古水系与现代黄河具有相似路径和流域范围；(2)黄河的发育经历了三个阶段— 晚上新世冲积型河流并河床底砾盆地填充，早更新世断流和湖泊发育，中-晚更新世重新贯通并阶地形成和溯源侵蚀；(3)河流的形成无疑是构造和气候共同作用的结果，在这两个外部因素下河流通过满足水力条件可以进行百万年时间尺度上的地貌调整，具体表现为侵蚀和沉积的平衡，而盆地范围的下切侵蚀和阶地发育并不是河流发育的唯一标准；(4)晚上新世砾岩层在各盆地同步出现，物源同步变化，说明该时期水系不具有溯源特征，青藏高原东北缘现今的造山格局在晚上新世时期并未形成河流发育的地貌障碍；(5)沉积学和物源证据说明青藏高原东北缘自晚上新世以来发生了大规模隆升，并且造山带的强烈隆升时间从南到北递减，符合高原扩张过程；（6）古河道剖面重建显示晚上新世以来阿尼玛卿山至西秦岭基岩抬升量可能超过1300m，显著超过以往地质时期。