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地理与海洋学院在亚洲陆地环境演变领域取得多

来源:http://www.tessiz.com 作者:澳门威斯尼人平台登陆 时间:2019-09-26 21:59

在最新一期国际重要学术刊物《Geophysical Research Letters》发表了地理与海洋学院张瀚之博士为第一作者的论文“Expansion of dust provenance and aridification of Asia since ~7.2 Ma revealed by detrital zircon U-Pb dating”。这项研究通过对黄土高原南部蓝田地区沉积物进行系统的碎屑锆石测年,揭示了亚洲内陆自7 Ma 以来干旱环境阶段加强的过程。

太平洋板块的俯冲在东亚大陆边缘形成了世界上最为壮观的沟-弧-盆系统及地震-火山活动带。台湾造山带作为目前正在活跃的年轻造山带之一,是研究洋壳俯冲及弧-陆碰撞最有利的地区。同时,台湾岛可称之为“已出露的南海”,很多南海海洋地质现象都可以由台湾的露头进行观察分析,从而成为深入研究南海扩张、沉积物来源及机制等重要基础科学问题的绝佳窗口。以往的研究多将台湾陆上地质与海洋地质作为独立的地质单元进行研究,而缺乏对区域海陆构造演化的整体认知。

太平洋板块的俯冲在东亚大陆边缘形成了世界上最为壮观的沟-弧-盆系统及地震-火山活动带。台湾造山带作为目前正在活跃的年轻造山带之一,是研究洋壳俯冲及弧-陆碰撞最有利的地区。同时,台湾岛可称之为“已出露的南海”,很多南海海洋地质现象都可以由台湾的露头进行观察分析,从而成为深入研究南海扩张、沉积物来源及机制等重要基础科学问题的绝佳窗口。以往的研究多将台湾陆上地质与海洋地质作为独立的地质单元进行研究,而缺乏对区域海陆构造演化的整体认知。

印度与亚洲大陆的碰撞时间一直是国际地学领域关注的焦点之一。在西构造结巴基斯坦北部Hazara-Kashmir地区发育一套新生代地层,不整合在印度大陆寒武纪基地之上,该地层分为上下两个单元,下部为古新世-始新世海相地层,而上部为渐新世-中新世陆相地层。新生代早期印度大陆北缘的海侵过程指示印度大陆在靠近欧亚大陆过程中,欧亚大陆的仰冲加载使得印度大陆下沉,新特提斯洋海水涌上印度大陆北缘,因而记录了两大陆碰撞的详细过程。

晚新生代亚洲内陆干旱化过程及其驱动机制一直都是受到关注的科学问题。亚洲内陆干旱加强会引起粉尘排放量的增加,进而引起黄土高原和北太平洋地区风尘量增加,可能会引起全球二氧化碳变化。沉积物中的锆石矿物抗风化性强,相对稳定,并且不同地区产生的锆石有特定的年龄,可作为地表物质迁移过程的示踪。张瀚之博士等利用我校新建成的激光剥蚀-电感耦合等离子质谱实验室,结合高精度的碎屑锆石U-Pb定年技术,测出锆石年龄,并通过锆石年龄谱示踪物源,估算不同源区对风尘沉积的贡献量。她们发现,在距今7.2-2.5 Ma,黄土高原南部蓝田地区风成沉积碎屑锆石主要来自周围秦岭山脉和青藏高原东北部,而在距今2.5 Ma,1.2 Ma和0.02 Ma,祁连山以北的中国北方干旱区的物质贡献量逐步增加,反映了中国北方在晚新生代7.2 Ma以来逐步干旱化的过程。这一干旱化的过程与全球逐步变冷同步,而与青藏高原周围构造活动关系不明显。基于这些事实,她们认为晚新生代亚洲内陆干旱化主要受全球变冷的影响。

近年来,中国科学院广州地球化学研究所闫义、黄奇瑜、兰青及课题组成员通过对台湾地质与南海构造演化的对比研究,为台湾弧-陆碰撞造山过程、南海扩张历史及沉积物来源的演化提供了新的认识。

近年来,闫义研究员、黄奇瑜教授、兰青博士及课题组成员通过对台湾地质与南海构造演化的对比研究,为台湾弧-陆碰撞造山过程、南海扩张历史及沉积物来源的演化提供了新的认识。

中国科学院青藏高原研究所研究人员系统研究了上述地层的碎屑锆石年龄特征。锆石U-Pb年龄谱明显地指示:古新世Hangu组、Lockhart组和Patala组的物源区为印度大陆;始新世最早期Margalla Hill砂屑灰岩中第一次出现“ 100Ma碎屑锆石,指示由印度物源向亚洲物源的突变。也就是说,来自于亚洲大陆的科基斯坦-拉达克岛弧、喀喇昆仑岩基的物质于早始新世早期沉积在印度大陆之上。

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台湾西部麓山带破裂不整合面上部凝灰岩锆石SHRIMP定年为39.79±0.39 Ma和39.53±0.44 Ma,即凝灰岩形成的年龄为~39 Ma。结合最下部裂后层序古生物化石的研究,确定了台湾新生代裂陷盆地的破裂不整合发育的时间为39-33 Ma,指示南海开始扩张的时间应该在33 Ma之前,要早于现存海底洋壳的年龄。

通过对台湾西部麓山带破裂不整合面上部凝灰岩锆石SHRIMP定年为39.79±0.39 Ma和39.53±0.44 Ma,即凝灰岩形成的年龄为~39 Ma。结合最下部裂后层序古生物化石的研究,确定了台湾新生代裂陷盆地的破裂不整合发育的时间为39-33 Ma,指示南海开始扩张的时间应该在33 Ma之前,要早于现存海底洋壳的年龄。

地质填图表明Patala组最顶部与下部地层存在不整合接触关系,可能由碰撞前陆盆地的前隆迁移到该地区所造成。Patala顶部地层沉积位于前陆盆地的前隆(Forebulge)构造位置,但其沉积物中仍没有亚洲物质的出现。

不同时间段黄土高原南部蓝田地区碎屑锆石U-Pb年龄谱特征及其与潜在物源区的U-Pb年龄谱特征对比。(箭头指示不同沉积时间锆石年龄谱变化)。

台湾西部麓山带及雪山山脉新生代地层地球化学及εNd值在~25 - ~31 Ma期间均发生了突变。碎屑锆石U-Pb年龄谱及εHf值范围也显示台湾古近纪地层与新近纪地层物源存在明显变化。台湾古近纪地层碎屑锆石年龄组成与闽江河口沉积物一致;而中新世地层与下扬子地区和长江河口沉积物的年龄谱很相似,与闽江则差别较大。进而建立了南海北缘水系由沿海逐渐向内陆迁移的演化序列。

台湾西部麓山带及雪山山脉新生代地层地球化学及εNd值在~25 - ~31 Ma期间均发生了突变。碎屑锆石U-Pb年龄谱及εHf值范围也显示台湾古近纪地层与新近纪地层物源存在明显变化。台湾古近纪地层碎屑锆石年龄组成与闽江河口沉积物一致;而中新世地层与下扬子地区和长江河口沉积物的年龄谱很相似,与闽江则差别较大。进而建立了南海北缘水系由沿海逐渐向内陆迁移的演化序列。

印度向亚洲物源区的转换以及前陆盆地前隆带的出现,有力指示了巴基斯坦北部地区印度-亚洲大陆碰撞时间为56-55Ma。该项研究进一步支持项目组提出的印度与欧亚大陆于雅鲁藏布江缝合带中部首先碰撞,然后向西变新的模式。与以往认为西部首先碰撞,然后向东碰撞缝合的模式截然相反。该研究成果发表在国际地学期刊《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)上。

在此之前,地理与海洋学院徐志伟副教授作者为第一和通讯作者的论文“Seesaw pattern in dust accumulation on the Chinese Loess Plateau forced by late glacial shifts in the East Asian monsoon”,发表在国际重要学术刊物《Geology》上,他们通过对黄土高原粉尘沉积速率的研究,发现了黄土沉积过程与气候变化的直接联系。同时,地理与海洋学院研究生方伊曼作为第一作者和马春梅副教授作为通讯作者的论文“Airborne pollen concentration in Nanjing, Eastern China, and its relationship with meteorological factors”发表在国际重要学术刊物《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上,她们通过对植物花粉的连续观测,发现了温度和降水的变化对花粉传输过程的影响。

将台湾陆上地质与南海北缘盆地构造演化进行对比,明确了南海由东向西的穿时破裂过程,这已为国际大洋钻探计划349南海航次所证实。南海由东向西穿时破裂过程及青藏高原东缘隆升控制了新生代东亚大陆边缘构造-地貌-水系反转重组过程。

将台湾陆上地质与南海北缘盆地构造演化进行对比,明确了南海由东向西的穿时破裂过程,这已为国际大洋钻探计划349南海航次所证实。南海由东向西穿时破裂过程及青藏高原东缘隆升控制了新生代东亚大陆边缘构造-地貌-水系反转重组过程。

论文信息:Lin Ding, Muhammad Qasim, Ishtiaq A.K. Jadoon, Muhammad Asif Khan, Qiang Xu, Fulong Cai, Houqi Wang, Upendra Baral, Yahui Yue, The India–Asia collision in north Pakistan: Insight from the U–Pb detrital zircon provenance of Cenozoic foreland basin, Earth and Planetary Science Letters, 455, 2016, 49-61.

以上三份学术刊物均被Nature Index收录,是专业领域著名的学术刊物。参加以上三项研究的还有国内外的多位学者。地理与海洋学院鹿化煜教授全程参与了三项研究,是三篇论文的合作作者。这些研究得到国家自然科学基金委委员会、国家重点研发计划项目和中央高校基本科研业务费专项资金的联合资助。

该系列研究成果近期发表在Geochemistry, Geophysics, Geosystems澳门威斯尼人平台登陆,Gondwana Research上:

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论文链接

论文链接:

[1]Lan Q, Yan Y*, Huang C-Y, Clift PD, Li X, Chen W, Zhang X, Yu M. Tectonics, topography, and river system transition in East Tibet: Insights from the sedimentary record in Taiwan[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2014, 15: 3658-3674.

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[2]Lan Q, Yan Y*, Huang C-Y, Santosh M, Shan Y-H, Chen W, Yu M, Qian K. Topographic architecture and drainage reorganization in Southeast China: Zircon U-Pb chronology and Hf isotope evidence from Taiwan[J]. Gondwana Research, 2015.

该系列研究成果近期发表在Geochemistry, Geophysics, Geosystems和Gondwana Research上:

图1 巴基斯坦北部Hazara-Kashmir构造结地质图及地层横向对比

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论文链接:1 2

[1] Lan Q, Yan Y*, Huang C-Y, Clift PD, Li X, Chen W, Zhang X, Yu M. Tectonics, topography, and river system transition in East Tibet: Insights from the sedimentary record in Taiwan[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2014, 15: 3658-3674.

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[2] Lan Q, Yan Y*, Huang C-Y, Santosh M, Shan Y-H, Chen W, Yu M, Qian K. Topographic architecture and drainage reorganization in Southeast China: Zircon U-Pb chronology and Hf isotope evidence from Taiwan[J]. Gondwana Research, 2015.

图2 巴基斯坦新生代地层碎屑锆石U-Pb年龄图谱

(地理与海洋学院 科学技术处)

图1 南海由东向西的穿时破裂过程

原文链接:[1] Geochemistry, Geophysics, Geosystems, [2] Gondwana Research

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课题组近年关于台湾地质研究的相关成果:Huang et al., JAES, 2013; Shan et al., Tectonics, 2013; Journal of Structural Geology, 2014; Chen et al., Deep Sea Research Part II, 2015; Zhang et al., JAES, 2014; Gondwana Research, 2016.

图3 巴基斯坦北部构造模式演化

图2 华南主要水系沉积物与台湾新生代地层沉积物对比

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