青藏高原东缘第四纪地质与环境调查的新进展

青藏高原东缘第四纪地质与环境调查的新进展1

赵志中12，乔彦松1，王书兵1，王燕1，徐刚1，李朝柱1，傅建利1，姚海涛1，

陈永生2，宋立峰2，王敏1，李名则1 ，蒋复初13

1．中国地质科学院地质力学研究所，北京（100081） 2．中国地质大学地球与资源学院，北京（100037） 3．黄土与第四纪地质国家重点实验室，西安（710075）

E-mail：zhaozz@cags,net.cn

摘 要：青藏高原东缘地区发育了完整的晚新生代湖相、黄土、红土和冰川沉积系列，不同成因的沉积物记录了第四纪古环境时空变迁信息。上新世昔格达湖相沉积发育于4.2~2.6MaBP，具有9个冷-暖气候环境变化阶段。川西风尘堆积始于1.15MaBP，连续记录了14个古季风变化旋回，成都平原红土记录了1.13Ma来的5个古环境演化阶段。青藏高原东缘发育了约4.3MaBP的老冰期，第四纪时期出现了三次极端古气候事件，对应为三期冰期。若尔盖古湖消亡于距今1万年，黄河贯通形成首曲，现今的若尔盖草地沙化严重，沙化主要分布于4个区带，每年以11.8%的速度递增，自然变化和人类活动的综合因素导致了草地沙化和退化。

关键词：青藏高原，昔格达湖相，川西黄土，成都红土，古冰川，草地沙化

20世纪80年代以来，古气候上的若干假说都认为青藏高原隆升是导致新生代东亚乃至全球环境变化的主要原因(Raymo M E et al, 1988; Radddiman W F et al, 1989)，青藏高原对于

图1 工作区位置图

全球变化的影响是通过多种途径来实现的，包括对大气和海洋沉积的改变以及对水汽的屏障作用，查明环境变化对高原隆升效应是深入理解青藏高原对环境变化影响机理的重要途径。理解我国季风环境与高原的隆升关系，必须通过不同地区环境记录的对比研究来实现，川西

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本课题得到中国地质调查局地质调查（批准号: 200312300034）和国家自然科学基金(批准号: 40272088)的资助。

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高原位于青藏高原的边缘（图1），属于西南季风区，该区发育有典型上新世昔格达古湖、更新世黄土、红土和冰川沉积序列，它们不仅记录了大量的古环境演化的信息，而且记录了高原隆升的信息，是研究区域晚新生代古环境演化及青藏高原隆升的环境效应的理想材料。青藏高原东缘的草原森林是构筑长江黄河上游生态保护屏障的重要组成部分，仅川西的甘孜、阿坝、凉山三个州，沙化、草原退化、鼠害正严重威胁着大江大河上游地区的生态屏障。因此在本区开展第四纪地质与环境的综合调查研究不仅具有重要的理论意义而且更具有重要的现实意义。

1. 黄河首曲贯通与若尔盖古湖消亡

在若尔盖高原盆地不同部位发育了沉积层序类似的剖面，盆地东部的班佑（33°28′58.8″N 103°10′00.5″E，海拔3527米），北部的墨溪（33°56.391′N 102°22.020′E，海拔3427米），西部的河曲（33°46′36.7″N 102°06′59.6″E，海拔3441米），中部的唐克（33°23.675′N 102°28.878′E，海拔3434米），南部的红原（32°46′50.8″N 102°30′46.9″E，海拔3488米），剖面均由灰黑色亚粘土层向下变化为灰绿色湖相层，再变为砂、粘土层（见图2）。在盆地西北部的玛曲黄河北岸发育有河流相沉积剖面，

图2 若尔盖高原盆地晚第四纪环境变化剖面图

底部经

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C年龄测定约为距今4000年，其沉积速率远远高于前述环境剖面。对上述沉积结

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构相似的天然环境剖面进行了实测和采样，经室内积。

C年龄标定，空间上分布在不同部位的

剖面中灰绿色湖相层底界年龄为1.5万年，结束于距今1万年左右，其后发育沼泽河流相沉

通过若尔盖地区空间分布的五个环境剖面的年代学和环境指标测试分析，厘定若尔盖古湖的发育时段，环境指标分析建立该区晚第四纪时期环境变迁特征。初步研究发现在距今1.5-1万年若尔盖为湖泊环境，距今1万年后黄河贯通若尔盖古湖形成草地沼泽环境，若尔盖古湖消亡，形成九曲黄河的首曲。

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2. 川西风尘堆积地层序列及其古气候意义

在青藏高原东缘发现有连续沉积的典型黄土和红土沉积剖面，甘孜喇嘛寺黄土古土壤序列为川西高原黄土发育的代表地点，地理坐标为31°31¹N , 99°59¹E，海拔高度3538米，

图3 30N附近廊带区第四纪环境剖面对比图

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然剖面总厚度15.3米，下伏基岩为晚三叠系灰色砂板岩，剖面共分为28层，包括14个黄土单元层和14个古土壤层。双流县应天寺网纹红土剖面为成都平原西部红土出露的典型地点.

地理坐标为30°31¹N , 103°54¹E，海拔501米，天然剖面总厚度14.3 m, 上覆地层为厚度约1.1 m的成都粘土，下部网纹红土可分为7层，厚度13.2 m，两者为渐变过渡关系，下伏紫红色含砂、粘土砾石层（图3）。

成都红土和甘孜黄土剖面系统的磁性地层学研究结果显示出：典型红土与黄土磁性地层均出现了B/M界限以及松山期的贾拉米洛极性事件。经古地磁极性界线点年龄外推，甘孜黄土为距今1.15Ma以来的连续沉积序列，双流红土为距今1.13Ma来的土状沉积，开始堆积时间几乎同时，磁性地层学研究为地貌边界带两侧古环境变迁过程研究提供了时间标尺。川西黄土在空间上具有川西31°N廊带区10个黄土剖面高分辨率的磁化率测试结果也表明：

很好的对应关系。通过研究表明川西地区至少在1Ma以前就出现了风尘堆积。大面积连续风尘沉积的形成，一是有大面积的干旱区为风尘堆积提供物质来源，二是有足够强劲的风力为风尘物质的搬运提供动力条件。该区风尘沉积自更新世中期开始形成，说明该区在此时期以来大气环流的格局、水文植被状况等发生了急剧变化。

通过系统研究在以下几个方面取得重要进展。（1）青藏高原东缘风尘物源及其反映的更新世中期以来大气环流格局演化以及物源区干旱化发展等环境状况的变化。（2）1.15Ma以来川西黄土沉积反映出14个完整的冷-暖气候旋回。（3）地球化学和孢粉特征表明，1.13Ma以来成都平原红土包含了凉偏干--温偏干--湿热-凉干的5个大阶段。（4）建立该区更新世中期以来一系列的重要环境事件的时间序列，并通过与全球/区域性重大地质环境事件的对比，对区域环境变迁过程获得新的认识。

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3. 青藏高原东缘上新世昔格达古湖的研究

大渡河及安宁河流域上新世时期普遍发了一套河湖相沉积，这说明青藏高原东缘约4-3MaBP存在一个湖泊发育时期，此项研究对探讨青藏高原东缘上新世古环境变迁以及高原隆升的耦合关系具有重要意义。泸定海子坪剖面和冕宁周家沟剖面为川西高原昔格达河湖沉积的典型剖面。泸定海子坪湖相地层剖面，起始于干海子，经金洞子，直到湾湾头，灯盏窝附近结束，总厚度为440.5米，共划分为15层（图4）。

厚度 岩性柱 磁 偏 角 磁 倾 角 极性柱 极性年表( M )090 270 90-90090( Ma BP )13456750布容时0.78100松山时2.581508200910高250K斯M时3.5811300121315吉(4.29)(4.48)C尔N伯350特时40012345678 . 冲积砂砾石层；7. 角砾层；8. 基岩61. 粘土；2. 粉砂质粘土；3. 粘土质粉砂；4. 细砂；5. 含砾粗砂；

图4 青藏高原东部上新世湖相沉积剖面磁性地层

磁性地层研究表明，海子坪剖面主要形成于高斯期，其发育时代为4.2~2.6MaBP，地质时代属上新世中、晚期，泸定昔格达组是目前所知昔格达湖相层中起始年代最早的剖面。磁性地层的研究结果为昔格达湖相沉积记录的长时间尺度古环境变化研究提供了年代学保证。在时间框架下的有机质含量、粒度、孢粉等环境指标提供了高原东缘上新世环境变化。对海子坪剖面有机碳含量的环境记录研究，有机碳最低值为0.14%，最高值为1.04%，平均值为0.38%。有机碳记录表明，泸定海子坪地区的古环境变化经历了凉→暖→凉→冷→暖→冷→暖→冷→凉等9个古气候变化阶段。随着研究的进一步深入，将会对川西地区上新世期间环境格局的变化及其与青藏高原的阶段性隆升的关系等国际上普遍关心的热点问题取得新的认识。

4. 青藏高原东缘第四纪冰川

川西泸定昔格达组湖相层底部发育了一套厚43米的砾石层，经砾石沉积特征和石英

砂表面形态电镜扫描分析，属于一套古冰碛层。通过磁性地层学研究，该套冰碛物形成于吉尔伯特极性世的柯其提正极性事件，距今约4.3百万年，是迄今为止东亚大陆发现的新生代最老的冰期。

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通过青藏高原东部唐古拉山、沙鲁里山中段和折多山地区冰碛物的宇宙核素年龄测定，冰川漂砾的21Ne 、10Be和26Al年龄研究可建立高原东部第四纪冰川发育序列。核素测年表明，唐古拉山地区有三期冰期，在180kaBP前发育了一期冰期，较小的冰川前进发生在大约68kaBP前，该区最老冰期的冰碛物风化程度高，分布于唐古拉山山前高台地上。理塘-义墩海子山地区末次冰期发育，宇宙核素暴露年龄时间窗为17kaBP—37kaBP，也发育倒数第二次冰期。折多山地区发育两期冰期，末次冰期暴露年龄19kaBP—24kaBP，较老的一期冰碛物前进至康定折多塘。

川西理县城东杂谷脑河北岸发育了三级冰碛台地，台地上覆黄土。在三级台地砾石层近底部砾石充填物中采集沙土样，高台地砾石层ESR年龄为69.1万年，中台地为61.3万年，低台地位7.9万年，代表了该区两期冰期，高台地和中台地砾石层为一期大规模冰川发育的两个阶段。

在沙鲁里山北段，甘孜-白玉间海子山地区发育了近2千平方公里的古冰帽，发育有冰川湖群、冰川槽谷、侧碛堤、终碛堤、磨光面、羊背石、冰川漂砾等典型的冰川遗迹，初步研究该区发育有两期冰期，拿楞措槽谷口发育了6条完整的弧形终碛堤，代表了末次冰期以来的不同阶段的冰川后退，为青藏高原东缘第四纪冰川系列研究的典型地区。

总之，青藏高原东缘发现了距今4Ma年的老冰期，第四纪时期发育了三期冰期，一期为距今60-70万年的古冰川，规模最大，相当深海氧同位素16-18阶段，以理县杂谷脑河高、中冰碛台地为代表，一期为距今约20万年的古冰川，相当深海氧同位素6-8阶段，以唐古拉山地区为代表，最后为距今2-7万年的古冰川，相当于深海氧同位素2-4阶段，以四川理塘海子山、康定折多山、白玉海子山冰碛物为代表。

5. 若尔盖地质生态环境调查评价

若尔盖大草原地处大江大河源区，我国五大牧区之一，若尔盖湿地是我国第一大高原沼泽湿地，不仅是黄河上游重要的水源涵养生态功能区，也是生物多样性重要保护地，还是西部的重要生态屏障。现在面临诸多环境问题，草地沙化触目惊心，鼠虫害肆虐草原，草地严重退化，沼泽湖泊逐渐干涸，沙尘暴天气频发等等。

通过三个时相卫星图像的遥感解译，结合野外实地考查，若尔盖草地沙化呈片斑状星散分布在亚高山草甸区的垭口、迎风坡、牧道与河床故道，利用计算机信息自动提取技术来计

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图5 若尔盖高原盆地沙化图

算沙化退化面积，结果表明从1966到2000年来，该区沙、石漠化日趋严重，从沙化面积占全区面积的0.39%发展到2.71%，平均年增加约1309.14 hm2，草地、沼泽、水域面积都呈缩小的变化趋势。该区土地沙化区的空间分布规律取得了新的认识：该区土地沙化严重的地区主要分布在瓦切-黑河牧场、玛曲-曼尔玛、阿西牧场-花湖一带，空间上呈近南北向分布，地貌部位主要位于山前冲洪积台地、河流阶地以及山间盆地中，对三个砂带的表层以及三个风成沙-古土壤剖面进行了系统的样品采集，对该区风成砂的物质来源以及土地沙化形成的历史及其演化机制等重大环境问题获得重要的认识。

若尔盖草地沙化是该区域自然环境变化和人类活动的综合结果，气候是影响生态环境脆弱地区沙、石漠化的一个重要自然因素。上世纪五十年代以来，该区气温平均增高2℃多；降水量总体上减少，蒸发量总体逐渐加大，加剧了本区的干旱程度，同时人类不合理无节制的利用开发草原大大加剧草地沙化。对策建议：①深入调查该区环境问题，提高了对环境恶化的认识；②加强对湿地资源开发的环境管理，合理利用泥炭资源；③加强生态环境保护的研究与监测；④开展生态恢复与重建的工作；⑤控制人口增长，消除贫困，统筹规划，实现产业结构优化；⑥增强生态环境意识，建立法制观念；⑦大力发展旅游，作为重要的替代产业。

参考文献

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12吴锡浩，李永昭。青藏高原的冰碛层与环境[J]。第四纪研究，1990，（2），146-158。

Quaternary gelogy and paleoenvironment in the eastern

Tibetan plateau.

Zhao Zhizhong12，Qiao Yansong1，Wang Shubing1，Wang Yan1，Xu Gang1， Li Chaozhu1，Fu Jianli1，Yao Haitao1，Chen Yongsheng2，Song Lifeng2，Wang Min1，

Li Mingze1，Jiang Fuchu1

1 Institute of Geomechanics，CAGS，Beijing （100081） 2 China University of Geosciences，Beijing （100037）

Abstract

There are late Cenozoic lacustrine and loess and red clay and moraines in the eastern Qinghai-Xizang plateau. Different genetic sediments recorded rich information of Quaternary palaeoenvironment change. Xigeda lacustrine in Pliocene formed from 4.2 MaB.P. to 2.6 MaB.P..There were nice stages from warm to cold with periodic rhythm. Eolian is widespreaded in the western Sichuan, and began 1.15MaB.P.. The loess-soil sequence recorded fourteen cycles of paleomosoon. Red clay in Chengdu basin recorded five stages of paleoclimatic change since 1.13 MaB.P.. There was an old glaciation 4.3Ma B.P.in the eastern Qinghai-Xizang plateau. During Quaternary, there are five extreme paleoclimatic events corresponding with five glaciations.

Keywords：Qinghai-Xizang plateau; Xigeda lacustrine deposits; Loess in western Sichuan; Chengdu red clay; Quaternary glacier,meadow sand expansion

作者简介：赵志中（1966-），男，研究员，从事第四纪地质与环境研究。

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