黃土與葉綠體記錄的晚更新世薩拉烏蘇組地層序列

黃土與葉綠體記錄的晚更新世薩拉烏蘇組地層序列

自1924年法國p.d.c和e.桑志華在內(nèi)蒙古拉薩烏蘇河流域成立“薩拉烏蘇群”以來，該組被認(rèn)為是中國北方，尤其是華北和晚更新世河湖的標(biāo)準(zhǔn)地層。隨著近年來第四紀(jì)地質(zhì)研究的不斷深入和第四紀(jì)沉積物測年技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,對河湖相沉積的薩拉烏組地層進(jìn)行了重新劃分和年代測定,認(rèn)為薩拉烏蘇組形成于140—70kaBP的末次間冰期,可與深海氧同位素第5階段對應(yīng)。遺憾的是,這并未改變?nèi)藗儗λ膫鹘y(tǒng)看法。迄今為止,對薩拉烏蘇組地質(zhì)時代的歸屬問題仍存在較大分岐,它的解決對于中國北方地區(qū)薩拉烏蘇組與馬蘭黃土的關(guān)系、與冰期氣候?qū)Ρ纫约昂犹兹撕退_拉烏蘇動物群的生活時代等問題均具有重要意義。1薩拉烏蘇組的形成時代以往對薩拉烏蘇組的劃分有幾種方案:裴文中將其頂部一套灰綠色湖沼相沉積的時代推測為全新世,將薩拉烏蘇組定為上更新統(tǒng),而將薩拉烏蘇組底部灰藍(lán)色湖相層之下的紅黃色砂土劃為中更新統(tǒng)。爾后,袁寶印依據(jù)大量地層調(diào)查和環(huán)境指標(biāo)的對比分析,將薩拉烏蘇組頂部的湖沼相沉積命名為全新世的大溝灣組,其下的薩拉烏蘇組則根據(jù)巖性特征分為下部的河湖相和上部的河流相沉積(最近將上部的河流相認(rèn)定是古風(fēng)成砂相沉積),并指出,以湖相為主的薩拉烏蘇組下部形成時代為晚更新世中期;以河流相為主的薩拉烏蘇組上部形成時代為晚更新世晚期,二者與黃土區(qū)馬蘭黃土為同期異相關(guān)系,而同馬蘭黃土底礫層相當(dāng)?shù)耐砀率涝缙诔练e以“丁村組”為代表,在本區(qū)尚未出露。與此同時,原思訓(xùn)等對距河面以上10m處河套人與薩拉烏蘇動物群層位,鈾系法(230Th)測得年齡為49.5±2.2kaBP,據(jù)此認(rèn)為薩拉烏蘇組的形成時代不早于晚更新世中期。祁國琴和周昆叔等也分別從古脊椎動物化石和孢粉組合方面提出了類似看法。黎興國等對薩拉烏蘇組中產(chǎn)出的河套人化石和舊石器文化遺物(包括炭屑、燒骨),測得14C年齡為35.34±1.90kaBP,認(rèn)為薩拉烏蘇組的形成時代為晚更新世晚期。另外,鄭洪漢在薩拉烏蘇河距地面深44.8m的位置(薩拉烏蘇組中下部),用熱釋光測得177±14kaBP的年齡數(shù)據(jù),并將薩拉烏蘇組動物群及其所在地層放在深海δ18O第6階段,但無論如何,這一數(shù)據(jù)難以得到脊椎動物群時代的支持,作者認(rèn)為過于偏老。董光榮、李保生等依據(jù)巖石地層學(xué)及地質(zhì)—氣候單位的對比,把傳統(tǒng)的薩拉烏蘇組地層劃分為時代和成因不同的五組地層,并將大溝灣組之上發(fā)現(xiàn)的黑壚土、次生黃土和現(xiàn)代風(fēng)成沙沉積命名為滴哨溝灣組,將袁寶印劃出的薩拉烏蘇組上部河流相沉積訂正為風(fēng)成砂相的城川組,而將薩拉烏蘇組僅限制在傳統(tǒng)的“薩拉烏蘇組”下部地層范圍內(nèi),即本文所討論的薩拉烏蘇組。推測薩拉烏蘇組形成時代為晚更新世早期,約100—70kaBP,上覆城川組沙質(zhì)沉積形成時代為晚更新世晚期,約70—10kaBP。筆者認(rèn)為,薩拉烏蘇組時代歸屬問題分歧的根本原因是:①對傳統(tǒng)的薩拉烏蘇組地層未能進(jìn)行沉積相和成因類型的確切劃分,而地層沉積相劃分和成因類型的確定是對巖石地層單位進(jìn)行界定的前提。②缺乏足夠的地層同位素年代測定。就是現(xiàn)有的一些測年資料(見表1),由于測年方法不同,研究者的目的不一和測年精度等問題,也難以對比取得共識。只有在野外層位對比的基礎(chǔ)上,結(jié)合精確的地層年代界定和對比,才能正確理解薩拉烏蘇組與馬蘭黃土及冰期氣候?qū)Ρ鹊年P(guān)系。2第4期400a—薩拉烏蘇河流域第四紀(jì)地層年代序列的建立及討論筆者近年來對薩拉烏蘇河流域第四紀(jì)地層的沉積相特征和層位作了系統(tǒng)對比,地層劃分傾向于文獻(xiàn)[13—14]的觀點。對該流域具代表性的滴哨溝灣剖面(圖1)進(jìn)行了精確的取樣和同位素年齡測定,結(jié)果是:中更新統(tǒng)風(fēng)成砂TL測年為216±22kaBP。薩拉烏蘇組偏下部(距河床約4m)TL測年為124.9±15.8kaBP,推測底界年齡還會更老。薩拉烏蘇組頂部TL測年為70.9±6.2kaBP,這一數(shù)據(jù)可視為城川組風(fēng)成沙堆積的起始年齡。城川組中部的湖沼相沉積,經(jīng)14C測年獲得28.17±1.08kaBP和30.24±1.28kaBP兩個相近數(shù)據(jù)。大溝灣組底部的14C和TL年齡分別為9.5±0.1kaBP、9.6±0.16kaBP、9.7±0.12kaBP,幾乎完全一致;中部的兩個14C年齡為5.07±0.075kaBP和4.7±0.1kaBP,頂部的14C測年為3.8±0.1kaBP。嘀哨溝灣組中砂質(zhì)古土壤的14C年齡為2.3±0.09kaBP。這樣,采用同位素年代的控制基本上建立了薩拉烏蘇河地區(qū)第四紀(jì)地層的年代序列。根據(jù)近年來黃土—古土壤序列的研究,黃土高原古土壤S1形成于140_85kaBP的末次間冰期。最近李吉均教授對臨夏北塬剖面進(jìn)行了深入研究,并和南極冰巖心記錄對比后,認(rèn)為陸地上末次冰期—間冰期旋回的起始時間定為140kaBP是合理的。我們所獲得的薩拉烏蘇組偏下部的TL年齡為124.9±15.8kaBP的采樣位置距薩拉烏蘇組底界約有4m,有理由認(rèn)為薩拉烏蘇組的下限年齡至少可延至140kaBP。地層中脊椎動物化石,對確定地層時代和反映古氣候環(huán)境具有重要意義。李保生等比較了薩拉烏蘇組和“丁村組”中動物群特征及生態(tài)習(xí)性后,認(rèn)為二者隸屬于晚更新世早期。裴文中先生早年也曾提出“丁村動物群接近或相當(dāng)于薩拉烏蘇河期”和“丁村人與河套人較為接近”的看法。有些學(xué)者將丁村動物群置于深海δ18O第5階段,大致相當(dāng)于140—70kaBP的末次間冰期。蓋培等測定古地磁年代顯示丁村遺址為100kaBP。黃寶林等對丁村遺址進(jìn)行了研究,提出丁村剖面層2、3、5、6的ESR(麗蚌電子自旋)年齡分別為113.5±9kaBP、95±8kaBP、92±7kaBP和75±6kaBP。不難看出,這些測年數(shù)據(jù)均落在末次間冰期的時間范圍內(nèi),可以與薩拉烏蘇組中、下部124.9±15.8kaBP和頂部70.9±6.2kaBP對比,與黃土高原古土壤S1是同期產(chǎn)物。因此,將本文討論的薩拉烏蘇組的形成時代置于約140—70kaBP的末次間冰期是可取的。薩拉烏蘇組頂部年齡亦可視為城川組風(fēng)成砂堆積的起始年齡,即70.9±6.2kaBP。近年李吉均等研究了蘭州九州臺和臨夏北塬兩剖面后認(rèn)為,馬蘭黃土底界年齡為80kaBP是最好的選擇。各地馬蘭黃土起始堆積的時間大致和本文研究區(qū)城川組風(fēng)成沙堆積時間70.9±6.2kaBP相近。若比較城川組與馬蘭黃土中動物群的種類和生態(tài)習(xí)性可知,城川組與馬蘭黃土中的動物群極其相似,是以生活于干旱草原環(huán)境下的嚙齒類和有蹄類以及近水域、荒漠環(huán)境的各種鳥類為主,而與薩拉烏蘇組中以棲息于暖濕森林或森林草原環(huán)境的虎、野豬、馬鹿、腫骨鹿、諾氏象等動物群形成明顯對照。這充分說明城川組、馬蘭黃土與下伏的薩拉烏蘇組地層是上下疊覆關(guān)系,而非同期相變關(guān)系。結(jié)合薩拉烏蘇組上限年齡和城川組或馬蘭黃土下限年齡的界定,地層的這種上下關(guān)系更為明確了。為此,將薩拉烏蘇動物群及其層位放在深海氧同位素第5階段較為適宜,而將其置于深海氧同位素第6階段和北歐的沃西冰期是值得商榷的,與丁村動物群相比時代仍較晚。至于馬蘭黃土與城川組風(fēng)成砂則是同期風(fēng)力作用下的風(fēng)積物,即末次冰期干冷氣候條件的產(chǎn)物。如以距今10000年作為全新世/晚更新世的界線,則薩拉烏蘇河流域城川組風(fēng)成砂頂界為10kaBP。城川組中部的1—2層湖沼相沉積層的頂、底部14C測年分別為28.17±1.08kaBP和30.24±1.28kaBP。黎興國曾在該層中部采集了淡水狹羅卜螺殼,14C測年為27.94±0.6kaBP,該層頂部14C測年為24±1.2kaBP。這些測年數(shù)據(jù)基本相近,同近年來馬蘭黃土中的古土壤或弱發(fā)育古土壤形成時代27.57±1.15kaBP和29.4±1.55kaBP相近1,說明城川組中部湖沼相沉積與馬蘭黃土中古土壤是同期發(fā)育的,皆是末次冰期間冰段氣候的反映,并且城川組中部的湖沼相沉積將城川組地層一分為三;城川組下部和上部風(fēng)成砂分別形成于約70.9±6.2—302.4±1.28kaBP和28.17±1.08(或24±1.2)—10kaBP之間。全新世以來,本區(qū)發(fā)育的湖沼相沉積——大溝灣組底部,TL測年為9.7±1.2kaBP。從現(xiàn)有測年資料來看,該區(qū)全新世底界從未超過10000年。大溝灣組中部和頂部的黑色土或淤泥的14C測年分別是5.07±0.075kaBP、4.7±0.1kaBP和3.8±0.10kaBP。因此,似乎可以認(rèn)為全球氣候轉(zhuǎn)入冰后期,直到9.7±1.2kaBP才對本區(qū)產(chǎn)生明顯影響,約比黃土高原11kaBP前開始發(fā)育古土壤S0的時間滯后1000多年。該區(qū)古土壤或湖沼相沉積主要發(fā)育于氣候最宜期,最晚結(jié)束于2.3±0.09kaBP左右,而后氣候漸趨干旱接近現(xiàn)代氣候條件,說明湖沼相沉積或黑色古土壤應(yīng)與黃土高原同期發(fā)育的S0相對應(yīng)。綜上所述,以滴哨溝灣剖面為代表的薩拉烏蘇河流域,河湖相—風(fēng)成砂沉積序列基本上記錄了末次冰期旋回以來該區(qū)氣候和環(huán)境的變遷史。與深海沉積記錄對比(見圖1),可將薩拉烏蘇組放在氧同位素第5階段,而底部年齡為216±22kaBP的風(fēng)成砂堆積則是倒數(shù)第二次冰期干冷氣候所致。這就是我們對長期爭論不休的薩拉烏蘇組地層時代歸屬問題的一個較為合理的解決方案。3-古土壤-2-4階段在傳統(tǒng)的薩拉烏蘇組地層沉積相劃分的基礎(chǔ)上,我們對其層位對比和同位素年代測定后,獲得以下三點認(rèn)識:(1)我們將傳統(tǒng)的薩拉烏蘇組中、下部河湖相沉積界定為薩拉烏蘇組,約形成于140—70kaBP的末次間冰期,大致與深海氧同位素第5階段對應(yīng),與黃土高原古土壤S1發(fā)育同期;將傳統(tǒng)的薩拉烏蘇組上部界定為城川組,其形成時代為70—10kaBP的末次冰期,相當(dāng)于深海氧同位素第2—4階段,與馬蘭黃土對應(yīng),其間約在30—28kaBP前后,氣候轉(zhuǎn)溫濕,發(fā)育了城川組中部1—2層湖沼相沉積,與馬蘭黃土中弱發(fā)育古土壤和氧同位素3階段對應(yīng)。進(jìn)入全新世氣候轉(zhuǎn)暖和最宜氣候期,發(fā)育了湖沼相或古土壤的大溝灣組,約形成于9.7±1.2—3.8±0.1kaBP間,和黃土區(qū)古土壤S0發(fā)育同期。約距今3800±100a至現(xiàn)代,形成以次生黃土和風(fēng)成沙為主的滴哨溝灣組。(2)薩拉烏蘇河流域河湖相—風(fēng)成砂(或馬蘭黃土)地層序列年代的界定,進(jìn)一步證實了城川組或馬蘭黃土與薩拉烏蘇組是上下疊覆關(guān)系,城川組與馬蘭黃土是同期異相(風(fēng)成砂相和黃土相)地質(zhì)體。(3)以滴哨溝灣剖面為代表的薩拉烏蘇河流域河湖相—風(fēng)成