甘肃天水尧店剖面古地磁测年及其古环境意义

甘肃天水尧店剖面古地磁测年及其古环境意义

卞河群于1959年正式命名为陕西省蓝田地区的下一个新世。李传奎等人认为，其动物群与欧洲valusin非常接近，并将包德期升级为最晚的中新世。不幸的是，该层在同一时期的科学书籍和科学文献中得到了大量引用，这是一个非常著名的。同时，从学术界的角度来看，这一层并没有进行详细的年表研究。它不仅影响了中国新世代的建立，而且给中国绿煤集团与世界其他地区的人口比较带来了困难。另一方面，张玉平和其他科学家认为，这些因素的形成必须是一个低能耗河流环境，而非上部和下部。绿煤集团是典型的河流和湖泊沉积物，上部和下部蓝田组主要由红粘土（有明显的底部）组成，反映了沉积环境的变化。近年来，瑞典学者卡加纳、陕西渭河等地的详细沉积物研究表明，这些因素的侵蚀区域主要是在地壳活动较弱、地表坡度较小的低能耗河流环境下沉积的。根据这种低能耗沉积环境，侵蚀区不可避免地是土地平坦和野蛮地区的发展阶段。此外，从印度共和国到中国北方，三尖马红粘土被认为是唐县时代的野蛮表面。在我国北方，三姓马的红土被覆盖在[1.4]层，这代表着入侵世界的结束。三姓马的红色土壤不仅覆盖了野蛮地区的野蛮表面，而且也覆盖了沉积区的河流和湖泊。入侵者和整合者之间的联系代表着入侵世界的结束，形成了一个统一的整体。以蓝田为代表的三间红土在中国北方和西北部（至少东部）分布广泛，包括中国北方唐县形成后、保德期以来、泥川期以来积累的丰富古代世界变化信息。近年来，这项工作取得了很大进展。基本上，三姓马红土是风成的，这提高了研究价值。作为唐县期夷平面相关沉积,灞河组代表与夷平面发育同时期的沉积记录,在蓝田地区结束于约7.3Ma前.上世纪九十年代在甘肃临夏一带也发现了与之相当的地层,即“斑马层”,是该地区新生代地层中重要的标志层,磁性年代跨时11.42~7.8Ma.临夏一带的“斑马层”与蓝田地区灞河组不同之处是由灰白-灰绿色泥灰岩与紫红色黏土相互交替的湖相层组成.作为唐县期夷平面发育同时期沉积记录的陕西蓝田灞河组与甘肃临夏“斑马层”均处于秦岭造山带北麓,但相隔遥远.前者处于新生代地堑(渭河地堑),后者位于前陆盆地凹陷带中.近年我们在陇中盆地东部的天水一带发现了相同时期完整的沉积地层,典型出露地点在天水北道区尧店村附近.天水一带灞河期沉积地层研究不仅对确定中国新近系灞河阶界线和灞河期动物群的年代,而且对全面、深入地认识和理解夷平面的形成以及古全球变化都具重要的科学意义.1基于岩石学特征的岩石学特征,古近纪之岩石学特征本.云天水一带地处陇中盆地东南缘,南依秦岭、北抵华家岭、东以六盘山为界,区内广泛分布晚新生代地层(图1).该区南部秦岭中新生代地层被赵亚曾和黄汲清1931年命名为“徽县系”,而该区新生代地层杨钟键和卡美年1937年命名为“甘肃建造”,1944年叶连俊和关士聪改称“甘肃系”,后来甘肃第二区调队(1971年)将新近系称“甘肃群”,并将古近系划归为“固原群”.尧店剖面位于天水市东北渭河北岸、牛头河西岸的尧店村边(105º55′E,34º38′N)(图1).其顶部被第四纪黄土披覆,底部新生代地层与基底泥盆系地层呈不整合接触(图2).剖面下部为一套厚约90m的巨厚浅砖红色砂质角砾岩,夹砂质条带.其砾石成分复杂以花岗片麻岩、花岗岩、石英岩和黑云母片岩为主砾石呈棱角-次棱角状、大小混杂(最大粒径30cm,一般0.5~6cm)、分选极差、砂泥质支撑,具粗糙粒序韵律.根据1:20万地质图该套地层为古近纪、我们在其顶部砾石层砂质透镜体(剖面深度238m(图2))中获得磷灰石裂变径迹最年轻组分年龄为(24.2±2.9)Ma以及喻学惠等在南部礼县(图1)覆于该套红色砂砾岩之上的火山岩中获得金云母40Ar/39Ar同位素年龄为22~23Ma,因此该套地层时代应为古近纪;剖面上部地层不整合超覆于古近纪地层之上(图2),厚度大于180m,据哺乳动物化石、地层接触关系和区域地层对比,其时代属新近纪.根据岩性特征,新近系沉积序列自下而上可划分为四段、32层(图2):2结语:短、短、短、短、单种类型5.2尧店剖面新近系第2段地层中含有许多哺乳动物化石及化石碎片(尤其是层序9,11和13层)(图2),其中在第13层发现多颗渭河三趾马(Hipparionweihoense)牙齿、新罗斯祖鹿(Cervavitusnovorossiae)(右下颌骨,带P3-M3齿)和鼬鬣狗(Ictitheriumsp.)(颌骨带齿)化石(图3-1).Hipparionweihoense是亚洲早期三趾马动物群中的代表类型,曾发现于陕西蓝田灞河组和甘肃临夏等地,邱占祥等认为H.weihoense的眶前窝距眼眶较远并相当深,原尖扁长,无疑是H.primigenium型,最接近从北美迁徙过来的祖先.在欧洲和非洲的H.primigenium型三趾马属Vallesian期或MN9-10.另外,在邻近秦安一带相同层位发现的化石除上述化石外,还有许多的斯氏弓颌猪(Chleustochoerusstehlini)、副鬣狗(Adcrocutasp.)、羚羊(Gazellasp.)、中国萨摩麟(SamotheriumSinense)、犀(Rhinocerotidaeindet.)、大唇犀(Chilotheriumsp.)、维氏大唇犀(Chilotheriumwimani)、三趾马(Hipparionsp.)、膜鼻三趾马(Hippariondermatorhinum)等(图3-2),而这些化石是灞河动物群的共有种.因此,新近系第2段动物群与灞河动物群面貌相近,具有鲜明的晚中新世早期特征.3基于古代地协商的地震解释及相关问题的解释尧店剖面发现了层位准确的哺乳动物化石为高分辨率古地磁年代测定奠定了基础.古地磁样品采样间隔为0.5m,部分层位加密,每个样点采集3套平行样.两套样品分别在比利时皇家气象研究所地球物理中心和中国科学院地质与地球物理研究所古地磁实验室测试,样品均在零磁场空间内间隔40~50℃逐步热退磁至680℃,剩磁在2G超导磁力仪上测定.在300~350℃以后获得稳定的指向原点的特征剩磁矢量.采用主向量分析法获得特征剩磁的方向.两套样品所得结果基本一致,将两套原生剩磁矢量平均后,计算了虚地磁极古纬度.在尧店剖面新近系地层中共检出15个正磁性(N1~N15)和14个反磁极(R1~R14)(图2).以第9~13层灞河期化石所指示的地层宏观年龄为晚中新世,实测极性柱与标准极性年表(GPTS)中极性事件C3An.2n-C5An.2n成较好的对比(图2),即剖面上部第4段三个正磁性N1~N3对应于GPTS的C3An.2n-C3Br.2n正磁性事件,第3段正磁性N4~N7与GPTS的C4n.1n-C4An正磁性事件对应,第2段正磁性N8~N13对应于GPTS的C4Ar.1n-C5r.2n正磁性事件,剖面下部第1段二个正磁性N14和N15分别对应于GPTS的C5An.1n和C5An.2n.根据标准极性年表(GPTS)极性事件的年代和沉积速率,确定尧店剖面新近系第1段至第4段地层年龄分别为12.4~11.67,11.67~9.23,9.23~7.43和<7.43Ma,产出渭河三趾马层位的古地磁年龄大致为10.3~10.54Ma.Wang等在内蒙古获得含通古尔期化石的通古尔组磁性年代时代为11.8~13Ma,所以尧店剖面新近系第1段(11.67~12.4Ma)对应于通古尔期,也相当于邻区蓝田地区的寇家村组.第2段和第3段(层序7~30,含灞河动物群化石)磁性地层年代为11.67~7.43Ma,相当于临夏一带“斑马层”和蓝田地区的灞河组,本文暂称尧店组.上部第4段红层(层序31~32)磁性地层年代为<7.43Ma,并且邻近一带相同层位发现大量三趾马和哈氏大唇犀化石(图3-8),相当于临夏一带柳树组和蓝田地区的蓝田组.4教师相层和沉积体系根据岩性、粒度、沉积结构和构造特点,结合Miall沉积相分析原理[26~28],尧店剖面新近系地层可划分出13个沉积岩相(表1),它们在剖面上的具体分布见图2.根据剖面沉积岩相组合以及地层几何形态特征,尧店剖面新近系地层可主要划分出浅湖、河道、洪泛平原三种主要沉积体系(表2).4.1碎屑泥灰岩岩相结构分布于尧店组上部(第3段,层序20~309.23~7.43Ma),厚72.5m,主要由灰绿-灰白色泥灰岩或砂质泥灰岩(Lm)、内碎屑泥灰岩(Lm+c)、与褐红色粉砂岩、泥岩(Fm,Fl,Ml和Mm)互层组成(图3-3)其中粉砂岩和泥岩发育水平层理、波状层理和沙纹交错层理(图3-4),而泥灰岩具块状构造或微水平层理含藻类、介形类化石和虫迹.内碎屑泥灰岩含10%~30%毫米至厘米级、圆至棱角状泥灰岩碎屑.该套岩相组合地层呈席状横向分布稳定、延伸几十公里在剖面露头中成为明显标志层(灰绿-灰白色与褐红色韵律互层-斑马层),属浅湖环境沉积产物.4.2层序层序分布于尧店组下部(第2段层序9,11和13层,11.53~10.4Ma),由土黄色厚层细砾质砂岩(GS,Sm)和砂岩(Sp,St,Sh)与浅褐红色粉砂岩、粉砂质泥岩(Fl,Fm)组成,偶夹深褐红色薄层泥岩(Mm)或古土壤层(P).剖面层序宏观上(层序9~19)由3个向上变细旋回构成(图2).每个旋回下部是细砾质砂岩和砂岩(层序9,11,13),厚度变化大呈透镜状,具正粒序性、粗糙平行层理、大型板状和槽状交错层理以及侧向加积层理,底部含下伏泥岩团块、底面具冲刷构造(图3-6),表明它们属河道推移载荷沉积产物,而向上变细层序、厚层砂岩和砾质砂岩以及底部冲刷和大规模的侧向加积是深水河流沉积产物.根据砂砾透镜状展布方向、侧向加积层理和板状前积层的统计,层序9,11和13层的古流向分别为330°~350°,300°~320°和300°~340°,表明古水系源于秦岭.4.3泥岩mm矿分布广泛,集中出现于剖面第1段(层序1~6,>11.67Ma)、第4段(层序31~32,<7.43Ma)以及尧店组中部(层序10,12和14~19,10.4~9.23Ma)(图2).后者为粉砂岩(Fl)或细砂岩(Sm,Sr)与泥岩(Mm)韵律互层夹古土壤层(P),横向延伸较稳定,与下部透镜状河道细砾质砂岩和砂岩构成向上变细的半韵律旋回,属河漫滩洪泛平原沉积产物[26~28].其中细砂岩和粉砂岩厚5~20cm、具块状(Sm)或沙纹层理、水平层理(Sr,Fl),泥岩(Mm)含钙质结核、主要呈块状构造,属河漫滩决口扇或洪泛片流(overbanksheetflow)沉积,每一个从细砂岩(Sm,Sr)或粉砂岩(Fl)到泥岩(Mm)向上变细旋回代表一次无河道洪水流速减小的沉积过程.在河漫滩沉积最发育的尧店组中部(层序14~19,厚27.5m)夹多层古土壤(P)(图3-5),特别是第17层为全层序最低沉积速率(1.071cm/ka),由顶部发育铁锰质胶膜和具团粒结构的黏土向下过渡为含钙结核和具团粒结构的粉砂质黏土,底部含根迹和大量钙质结核或网脉的粉砂质黏土,显示河漫滩沉积物在气下环境经历的成土作用改造.剖面第1段(层序1~6)、第4段(层序31~32)主要由棕红色泥岩或粉砂质泥岩与浅褐黄色钙质泥岩或钙结岩(calcrete)韵律旋回构成,偶夹砂砾或薄层灰绿色钙质泥岩、泥灰岩条带.该序列横向延伸几-几十公里,呈席状,主要呈块状构造(Mm),偶见水平层理(Fl).泥岩或粉砂质泥岩颜色主要在棕红色与褐黄色之间呈韵律变化(类似于第四纪黄土-古土壤序列),其中部分棕红色泥岩具灰绿色斑点或网脉、含呈水平层状分布的钙质结核以及根迹、铁锰胶膜和团粒结构的土壤特征.泥岩中偶夹的砂砾条带或薄透镜体属片流(sheetflow)沉积产物.在泥岩中夹的钙结岩(calcrete)一般厚度10~50cm,为浅褐黄、浅青灰、灰白色,常与上覆泥岩界线清楚,而与下伏泥岩呈渐变关系.钙结岩层从下向上钙含量增加,具根迹、块状和疙瘩构造,应形成于冲积扇平原远端与湖沼沉积之间,在这些区域由于陆源碎屑沉积速率低、地下水位接近地表,蒸发作用强盛,有利于CaCO3聚集和块状钙结岩形成.上述沉积组合表明它们是在地形平坦、距主河道较远或冲积扇远端低能的洪泛平原沉积产物.5环境变化事件陕西蓝田灞河组古地磁年代目前未见报道,根据哺乳动物化石和沉积特征推论为11~7.3Ma.Kaakinena等的研究表明,陕西蓝田灞河组由块状或粗糙层理砾岩、交错层理砾岩和砂岩、砂岩、细粒沉积、含砂砾泥岩和砂岩、泥灰岩6个沉积岩相组合构成,分别代表河道、决口扇、片状洪水、含古土壤的洪泛平原和湖相沉积,并根据向上变细和沉积序列上部主要为远离河道的巨厚洪泛平原细粒沉积,认为此时南部秦岭山未发生隆升,灞河组沉积是在地形平坦、相对稳定的低能河流环境下沉积.蓝田灞河组之上为蓝田组,二者之间为一明显的不整合.蓝田组底部为砾石层,上部为深红色黏土(相当三趾马红土),比灞河组分布更广泛,可直接覆盖在古近系各组之上.陕西蓝田灞河组、甘肃临夏“斑马层”和天水尧店组均处秦岭造山带北麓,分析对比三处地层沉积演化,尧店组(11.67~7.43Ma)是上述3个灞河期沉积地层中最具典型意义的沉积序列,并且该组与上覆含古土壤的洪泛平原沉积地层(第4段,相当三趾马红土)呈整合接触.尧店组向上变细,沉积演化由下部源于秦岭的河床砂砾沉积(11.67~10.4Ma)(图2层序7~13)到中部含古土壤的洪泛平原细粒沉积(10.4~9.23Ma)(图2层序14~19),最后转变为稳定的浅湖相泥灰岩与细粒碎屑岩韵律沉积(9.23~7.43Ma)(图2层序20~30),显示河流作用趋于衰弱的过程最后形成的稳定韵律式细粒湖相沉积指示地壳稳定、剥蚀区十分低缓,河流无力搬运粗碎屑到达盆地中心,湖泊宽浅而延伸很广.随着剥蚀区供给碎屑沉积物通量和沉积物粒度的变小(主要为泥岩和粉砂岩,其中粉砂岩平均粒径为10~20µm,并且粘粒含量高),形成多层泥灰岩,与临夏地区“斑马层”沉积特征相同,这种沉积演化序列表明剥蚀面与盆地堆积面渐趋接近,代表一个侵蚀循环接近完成,形成统一的多成因夷平面或准平原(peneplain)阶段.可见当时盆地南部为低矮的秦岭,北方为接近准平原的华家岭,陇中盆地为无垠之平原.随着唐县期夷平面的发育,源于秦岭的水系愈来愈衰老并最终解体,宽浅湖泊散布.之后的三趾马红土(第4段)既覆盖在天水一带灞河期尧店组河湖相堆积面之上,也覆盖在侵蚀区的剥蚀面上(图3-7).另外,在约7.43~7.75Ma,天水尧店剖面沉积物岩性和沉积环境发生明显变化,即从含灞河期动物群尧店组顶部的浅湖相灰绿色泥灰岩与褐红色细粒碎屑岩韵律沉积转变为洪泛平原红色细粒碎屑沉积(第4段).初步孢粉分析也显示孢粉组合在此时发生变化,7.7~11.7Ma期间以针阔混交林植被为主,木本植物花粉占67.0%~94.1%,以双束松粉属(5.0%~57.4%)、无口器粉属(主要为柏科花粉0.87%~33.8%)和榆粉属(4.3%~40.0%)为主,另有少量的胡桃粉属、拟桦粉属、拟榛粉属、栎粉属、柳粉属等,草本植物花粉占4.0%~33.8%,以蒿粉属或藜粉属为主,反映气候温暖偏湿.仅9.3~9.7Ma(131.5~143m段)草本植物花粉含量有所上升(25.5%~68.9%),可能为森林草原植被.而7.1~7.7Ma(54~76m段)期间,木本植物花粉含量显著降低(9.8%~20.8%),以蒿粉属、藜粉属和禾本粉属为主