重庆油溪剖面东江砾岩胶结年代及填隙物磁化率变化特征

重庆油溪剖面东江砾岩胶结年代及填隙物磁化率变化特征

世界变化已成为人类关心的焦点。三峡地区受东南季风和西南季风的共同影响,有其独特的环境演变规律,其环境演变研究对研究古季风的发展变化具有非常重要的意义。但由于缺乏理想的研究载体,该地区环境演变研究与其它地区相比还很薄弱。广泛分布在四川盆地河流一级阶地基座上的江北砾岩能反映其堆积成岩时的古气候、古植被等古环境信息。因此,研究江北砾岩成岩环境对三峡及其邻近地区的古环境重建具有非常重要的意义。江北砾岩又称之为江北期砂、砾岩,它是指广泛分布于四川盆地及其邻近地区河流沿岸一级阶地第四纪晚近阶段的一种次生表生胶结岩类,包括砾岩、砂岩。江北砾岩胶结非常坚硬,前辈学者对其成因的研究产生了极大的兴趣,他们认为在第四纪浅层堆积物形成如此坚硬的岩石可能是特殊气候的产物,但分歧很大,杨达源等认为胶结期气候为晚更新世晚期干冷气候,刘兴诗则认为是全新世气候干热气候的产物。由于江北砾岩填隙物成分复杂并不断受到后期影响,其成因存在争议。本文以江津油溪剖面为例,通过江北砾岩填隙物的磁化率变化特征的分析对其成因进行探讨。1本文件的简要介绍1.1胶结硬质砂岩结构本剖面位于重庆市江津县油溪镇铁路大桥附近的长江一级阶地上,系为第四系河流沉积,厚约12m,中下部为厚层松散砾石层,中部为胶结坚硬的砾岩,上部为胶结砂岩和砾质砂岩。出露基岩为中生代侏罗系上沙溪庙组(J2-3S)紫红色、暗紫色夹灰紫色、黄绿色的泥岩和砂岩互层,剖面出露位置与地质概况见图1。1.2沉积相yx整个岩性柱状图见图2,沉积特征描述如下:第8层(YX8):钙质粉砂岩,厚25cm,受上层土壤影响成黄土色。第7层(YX7):泥质粉砂岩—细砂岩,厚40cm。第6层(YX6):砾质砂岩,厚30cm,,砾岩大小为0.5～5cm,分选差,磨圆差,富含大量方解石胶结物,另也可见方解石溶蚀孔洞。第5层(YX5):含砾粉砂岩—细砂岩,厚40cm,其间有侵蚀凹槽,表层有后期淋滤而成的钙华层。第4层(YX4):砾质砂岩,厚40cm,砾石含量约为30%～40%,其间有侵蚀凹槽,内有个别砾石分布。第3层(YX3):松散砾石层,厚30cm,该层在地貌上表现为一凹槽,砾石胶结相对较松散,砾石大小相差悬殊,最大可达30cm,一般为5～10cm。分选差,但磨圆度好。第2层(YX2):砾岩层,厚230cm其中砾石含量约占70%,砾石大小相差悬殊,分选差,砾径最大可达30cm,最小为0.5cm,通常为5～10cm;砾石成分复杂:主要有硅质岩、花岗岩、火山角砾岩、硅质砂岩。填隙物占30%,主要是小颗粒的杂基。杂基—颗粒支撑孔隙,胶结类型主要为钙质胶结。第1层(YX1):松散砾石层,厚740cm,砾石大小差异大,大的达20～25cm,小的仅几厘米。剖面整体呈浅黄色,但从下到上有细微分层,剖面颜色也存在差异。第1～7亚层510～740cm,本亚层半固结散松砾岩堆积,砾石大小10cm左右,占70%,小的约0.5cm,最大可见25cm,杂基为砂、粉砂,约占30%。第1～6亚层:400～440cm,本亚层内由底至顶具逆粒序,由细至粗变化,颜色总体上为灰黄色,局部黄色,半固结松散砾石堆积物。砾石占70%左右,大小在0.5～30cm之间,分选差,磨圆度好,杂基主要为砂粉砂,占30%。第1～5亚层:380～400cm,本亚层为半固结散松砂砾堆积物,浅褐黄色,砾含量70%～80%,大小不等约2～30cm;可见较多的泥、砂、粉砂20%～30%;与上层间有1厚约1cm左右的褐色泥。第1～4亚层:340～380cm,本亚层为半固结散松砾岩,但有明显胶结痕迹,浅灰黄色,砾含量80%左右,大小不等分选差,磨圆度好,约0.5～40cm;杂基含量约20%左右,主要为粉砂—泥。该层底部夹有1层约1cm厚的褐黑色粉砂—砂硬壳。第1～3亚层:280～340cm,本亚层为半固结散松砾岩,浅灰黄色,砾含量80%～90%,大小不等分选中等,磨圆度好,约0.5～10cm;杂基含量约10%～20%,主要为砂、粉砂、泥。第1～2亚层:260～280cm,本亚层距为棕黄色半固结砾岩,砾石大小不一,粒径约0.5～20cm,占80%左右,杂基含量约为20%,主要为砂粉砂,具有明显的胶结现象。第1～1亚层:0～260cm,本亚层为棕黑色—黄褐色松散砾砂堆积物,直至基岩,砾石大小不一,大小范围在0.5～30cm之间,占70%左右;杂基为砂粉砂,含量约30%。基岩:为紫红色钙质泥质粉砂—砂岩,产状235°。2磁化率分析结果磁化率的变化在一定程度上反映了气温、降水等古气候的变化,磁化率与样品中的铁磁性矿物含量有关,铁磁性矿物含量愈高,磁化率愈高,而铁磁性矿物又与当时的沉积环境有关。当湿热显著的环境沉积物受氧化作用明显,铁磁性矿物富集,易导致磁化率升高。虽然现在机理尚未清楚,但前人在黄土地区、湖泊沉积物所做的工作表明,磁化率作为环境代用指标还是可行的。本研究借用此方法研究江北砾岩胶结期的环境变化特征。局部胶结砾石层取胶结填隙物、砂岩取新鲜岩石、砾岩取填隙物为分析δ13C样,样品用玛瑙研磨磨至过100目筛后在兰州大学资源环境学院用英国BARTINGTON产磁化率分析仪MS2测定,磁化率的单位为10-8m3/kg。本研究在该剖面取磁化率分析样26个,其中第1层松散砾石层15个,第2层砾岩层3个,第4层为砂岩层2个,第5层砾质砂岩层2个,第6层砂岩层1个,第7层1个,第8层1个。分析结果见表1、图3。从表1、图3可看出本剖面磁化率变化非常显著,各层呈现不同特征:底部松散砾石层磁化率总体较高,但亚层间变化很大。1-1～1-4磁化率由低升高,并出现剖面磁化率最高值260.8。1-4～1-5呈现降低趋势,1-5为139.6。1-5～1-6-2又开始升高,1-6-2接近剖面最高值,达253.6。1-6-2～1-14总体呈现降低趋势,其间存在变化波动,1-6-2～1-9磁化率降低很快,1-9为48.9,1-9～1-10升高,1-10～1-12降低,1-12～1-14又呈升高趋势;第2层厚层砾岩层磁化率为剖面最低,3个样平均磁化率为10,并出现剖面磁化率最低值7.2;第4层磁化率变化总体呈升高趋势,4-2为128.8;第5层至第8层总体是降低,但层间有微小波动。第5层降低,第6层有小的升高,第7、8层又降低,第8层的上部较本层下部有所升高。我们还在江津油溪剖面第2、4、5层取14C年龄样YX2-1、YX2-2、YX4-1、YX4-2、YX5。砾岩层取填穴物、砾石层取局部胶结填穴物、砂岩层取新鲜岩石作为分析样。样品在国土资源部岩溶动力开放实验室同位素测定室(广西桂林)进行了14C年龄测定,测定结果见表2。3冰阶到干冷35次表1、图3可看出本剖面磁化率变化非常显著,可以很好地反映江北砾岩的堆积、胶结环境,底部松散砾石层磁化率总体较高,显示底部松散砾石层因易受后期亚热带暖湿气候的影响,发生氧化还原反应,产生较多的高价铁磁性矿物,出现较高的磁化率。显示堆积气候在末次冰期间冰阶相对暖湿的特点,这可以与深海洋同位素MIS3后期相对应。第1、2层交界处,(24360±900aB.P.)磁化率从69.3突降到14.6,显示一次从暖湿到干冷的气候突变,其沉积环境发生了改变,显示三峡地区末次冰期间冰阶到冰盛期气候是突变的,从时间上看,这纪录了Heinrich2冷事件。第2层到第8层(24360±900～13439±170aB.P.)剖面磁化率较低,显示剖面总体干冷的气候特点,堆积物氧化作用减弱,因而磁化率降低。同时剖面磁化率有3次高低变化,呈三峰三谷的特点,显示冰盛期气候变化很大。底层磁化率也显示3次高低的变化,这是因为底部各亚层因堆积物成分和堆积环境的差异,其磁化率也存在明显不同。本层底部为棕黑色-黄褐色松散砂砾堆积物,含有机质相对较多,表明其为一稳定的湖相或泻湖相沉积,其紧靠基岩显示当时为河流低水位期,气候不利于堆积物发生氧化作用,因而其磁化率低。本层中部为浅灰黄色、灰黄色厚层堆积物,局部亚层呈铁锈色,出现微弱胶结现象,表明当时气候相对暖湿,堆积物氧化作用有所增强,磁化率增大;本层上部为晚更新世晚期堆积物(其ESR年代为38000aB.P.),呈青灰色或浅灰色,方式还原作用,气候趋干冷。从表2可见,江津油溪剖面的下部胶结年代为24360aB.P.,中部为15000aB.P.,上部为13400aB.P.。4末次冰期及气候突变事件14C年代分析表明,本剖面江北砾岩胶结年代为1.34～2.43万a,与江北砾岩西师附中剖面、大石坝剖面等其他剖面所得到的结果一致,这说明江北砾岩在各地形成时代基本是同期的,这也与杨达源所得结果是一致的。剖面下部松散砾石层填隙物ESR堆积年代为距今4万a,这说明江北砾岩的堆积期年代为1～4万a,晚更新世晚期末次冰期即我国的大理冰期2期,胶结期年代为1～2.43万a,为末次冰期冰盛期到全新世初期。据研究发现,末次冰期气候总体寒冷,但距今4万a左右为第1副间冰期,全球气候暖湿,在2.5(或2.3)万a.B.P.全球气候进入冰盛期。取自极地冰芯、海洋沉积物和陆地的古气候记录表明,末次冰期以来全球经历了一系列数百年—千年时间尺度的气候突变事件。相关研究证实,4～3万a.B.P.我国是暖湿气候,在长江上游发生过多次大洪水。冰盛期到全新世早期,贵州都均七星洞Q6石笋运用18O变化记录了西南地区3.6～1.1万a的气温变化,反映其间年均温呈下降趋势,而且3.25～1.1万a还出现古气温信息的缺失,说明西南地区当时气候干冷少雨,导致石笋沉积间断。这都表明距今3.5万a左右的大理冰期间冰阶,古气候相对暖湿,是川江河谷高水位期,江北砾岩在该时段形成大量堆积,其后进入冰盛期直到全新世早期,气候转为干冷,降水和气温都下降,江北砾岩