利用锆石U-Pb年代检验黄土高原红粘土序列物源是否存在时空差异

The loess and the underlying Red Clay sequences on the Chinese Loess Plateau contain important information about past atmospheric circulation and monsoon variation, Provenance analysis is an effective way to extract this sort of paleoclimatic information from aeolian sediments. Compared with the traditional source analysis method, the zircon U-Pb dating method can provide more abundant source information, so it has been widely used in the Quaternary loess sequence in the recent years. By contrast, application of the zircon U-Pb dating method in the Red Clay sequence is mainly concentrated in the central of the Chinese Loess Plateau and the number of zircon U-Pb age from the single sample is offen not up to the standard of reliable statistical significance, so it is impossible to determine whether there is variability in the temporal and spatial for Loess Plateau during the Red Clay deposited period. Here, we use the detrital zircon U-Pb ages to tracing the provenance of the Red Clay at Jiaxian section on the northeast of Chinese Loess Plateau and obtain statistically significant zircon U-Pb data. Through compared with the zircon U-Pb data with statistical significance from the Chaona section on the central of Loess Plateau, it is discussed whether there is variability in the temporal and spatial for Loess Plateau during the Red Clay deposited period. The data can also be used to test whether the heavy mineral data of Red Clay is the source information or weathering information.

黄土高原黄土-红粘土序列蕴含着过去大气循环和季风变化的重要信息，而物源分析则是提取这些信息的重要手段。与传统物源分析方法相比，锆石U-Pb年代方法能够提供更为丰富的物源信息，因此近年来在第四纪黄土序列中得到广泛的应用。然而与第四纪黄土序列相对比，该方法在红粘土序列中的应用主要集中在中部地区且单个样品获得的U-Pb年代个数往往没有达到具有可靠统计意义的标准，导致无法确定的判断红粘土沉积时期黄土高原物源在时间和空间上是否存在变化性。本项目提出对黄土高原东北部的佳县剖面进行锆石U-Pb年代分析，获得有统计意义的锆石U-Pb年代数据，并跟近期获得的黄土高原中部朝那剖面同样具有统计意义的锆石U-Pb年代数据进行对比，探讨红粘土沉积时期黄土高原物源在时空尺度上是否存在变化。所得数据还能检验黄土高原红粘土中的重矿物数据是指示物源信息还是后期改造信息这一争论。

黄土高原黄土-红粘土是最完整的新近纪-第四纪陆地沉积物档案之一，认识黄土高原物源的时空变化是理解亚洲季风变化、亚洲内陆干旱化以及与黄河演化关系的关键。我们利用large-n锆石U-Pb方法对黄土高原东北部黄土-红粘土进行物源研究，并与相似地层年龄的朝那剖面进行对比。黄土高原第四纪黄土锆石U-Pb数据显示黄土高原第四纪黄土物源存在空间变化，并且至少存在中西部黄土高原、中部黄土高原和东北部黄土高原三个物源区。这三个地区的沉积物分别来自于祁连山和发源于祁连山的湟水、发源于青藏高原的黄河上游地区、流经华北克拉通白垩纪砂岩地区的黄河中游及其支流。黄土高原红粘土数据也显示黄土高原物源在晚中新世-上新世期间存在空间变化，与第四纪黄土相似。中部黄土高原主要来自于祁连山地区（湟水和西宁地区沉积物）和邻近的六盘山地区，华北克拉通的白垩纪砂岩几乎没有贡献。然而，与中部黄土高原不同的是，东北部黄土高原主要来自于湟水、西宁沉积物和华北克拉通的白垩纪砂岩。黄土高原东北部红粘土数据显示黄土高原物源晚中新世-上新世边界发生了显著变化，这个变化可能与兰州地区的抬升和黄河演化有关。此外，黄土高原物源在2.96Ma和2.4Ma也发生了显著变化。这些新的研究结果可能为黄河大弯道在上新世形成的假设提供了新的证据，提高了我们对黄土高原物源时空变化和晚中新世-上新世黄河演化的理解。