黄土高原新近纪红粘土碎屑锆石的时空分布特征及物源区指示意义

Abstract: The Loess Plateau developed huge、almost continuous integrity Neogene Red Clay in China, the information contained in the sediments associated with the major tectonic of the global environment evolution and climate events. The Red Clay provenance tracer is the most basic content of studying the paleoclimate and paleoenvironment significance of the Red Clay. Using scanning electron microscopy, CL analysis, excimer laser ablation LA-MC-ICP-MS, the femtosecond laser ablation system UP femto and high-resolution ion mass spectrometer Nu AttoM ICP-MS analysis test morphology, cathodoluminescence, U-Pb age, Hf isotopes and trace elements of 4 deposition Red Clay typical sections since the late Miocene in Lantian、Lingtai、Qin'an(QA-Ⅰ)、Fugu, Northwest Gobi in Loess Plateau, Desert sediments detrital zircons.Comparing and analsis the spatial and temporal distribution and variation Characteristics of the Northwest Gobi desert sediment detrital zircon U-Pb zircon age and Hf isotope composition, in the different layers of the same section and different sections of the same deposition period，discussing the nature of the source region and the temporal and spatial variation in the process of Red Clay deposits.These will provide basis to reveal the source area and the temporal and spatial variation of the transporting path in the Neogene Red Clay deposition process.

中国黄土高原地区发育规模巨大、几乎连续完整的新近纪红粘土堆积，其沉积物中包含的信息与青藏高原隆升、全球环境演变的重大构造、气候事件相联系。开展红粘土物源示踪是研究红粘土沉积过程、古气候与古环境意义的基础内容之一。本项目利准分子激光剥蚀LA-MC-ICP-MS、飞秒激光剥蚀系统UP Femto及高分辨等离子质谱仪Nu AttoM ICP-MS，对黄土高原蓝田、灵台、秦安（QA-Ⅰ）、府谷4条晚中新世以来沉积的红粘土典型剖面、黄土高原西北部戈壁、沙漠沉积物碎屑锆石开展系统的形态学、阴极发光、U-Pb年龄、Hf同位素分析测试，分析、对比新近纪红粘土同一剖面不同层段、不同剖面同一沉积时段，西北部戈壁、沙漠沉积物碎屑锆石U-Pb年龄及Hf同位素组成信息，对比研究红粘土碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成的时空分布、变化特征，探讨红粘土沉积过程中的源区性质及变化，为揭示黄土高原新近纪红粘土沉积过程提供依据。

风成沉积一直被认为是古气候演变记录的重要档案，风成沉积的形成机制和时空变化研究是认识古气候演变的有效途径，中新世以来显著的风积活动在黄土高原形成了深厚的红粘土沉积和黄土沉积，针对红粘土和黄土的物源研究可以揭示粉尘来源和搬运途径以及其时空变化，对古气候演变研究具有指示意义。单颗粒锆石U-Pb年代学被广泛运用于沉积物物源示踪研究中，本课题采集了一系列红粘土-黄土和潜在物源区碎屑锆石样品，具体为：灵台红粘土样品、朝那红粘土样品、秦安红粘土样品、蓝田红粘土样品、洛川黄土样品、柴达木盆地样品、塔里木盆地样品、准噶尔盆地样品、祁连山黑河样品。本课题通过黄土高原红粘土和黄土碎屑锆石U-Pb年龄对比分析得出：中新世以来黄土高原不同空间红粘土-黄土沉积具有物源一致性，而不同时间红粘土-黄土沉积物物源存在差异性。通过与潜在物源区锆石U-Pb年龄进行对比，红粘土-黄土物源演化呈现为以下过程：8.5Ma以前，黄土高原风成沉积主要物源为中国北部沙漠，8Ma左右，青藏高原的隆升使得粉尘物源发生转移；8-5.5Ma黄土高原红粘土物源主要为柴达木盆地，5.5Ma左右由于墨西拿盐度危机导致粉尘物源发生再次转移；5.5-3.6Ma，黄土高原红粘土物源主要为塔里木盆地，3.6Ma左右，北半球冰期事件导致粉尘物源的再度变化；归因于中国北方干冷的气候环境，3.6-1.6Ma黄土高原风成沉积主要物源为就近的北部和西北部沙漠；1.6Ma至后，由于青藏高原的隆升，黄土沉积主要来自青藏高原东北部山体。自8Ma以来物源的演变表明西风的逐渐减弱东亚季风不断增强，并且自3.6Ma以后，东亚冬季风取代西风成为黄土高原粉尘沉积的主要动力。另外，通过以上物源示踪的研究工作，我们认识到：基于单颗粒锆石U-Pb定年的物源示踪研究必须要保证每个样品锆石颗粒数量在100-150颗以上，物源的演变要考虑相关的区域地质演变状况，同时还要配合不同的研究手段来保证结论的科学性，为此，本课题利用磁化率各向异性手段（AMS），对黄土高原11-2.6Ma红粘土沉积进行物质来源研究，说明新近纪红粘土沉积与第四纪黄土沉积物质来源不一致，这与基于单颗粒锆石U-Pb定年的物源示踪研究所得出结论存在相似性。