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    海洋所研究揭示珠江形成于三千萬年前

      近日,國際地學自然指數(Nature Index)期刊《地球與行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)在線刊發了中國科學院海洋研究所、美國路易斯安那州立大學、美國德州農工大學、暨南大學和自然資源部第一海洋研究所等單位合作的最新研究成果“Birth of the Pearl River at 30 Ma: evidence from sedimentary records in the northern South China Sea”。

      研究人員通過南海北部的陸源碎屑沉積記錄約束了過去3500萬年以來研究區沉積物物源演化,揭示類似現代規模的珠江流域形成于約三千萬年前,源于青藏高原東南部隆升和中國東部地形倒轉。 

      約5500萬年前印度次大陸和歐亞大陸發生碰撞,導致了喜馬拉雅-青藏高原此后的階段性隆升,東亞地形格局和氣候模式也隨之發生了劇烈變化,主要分別表現為從西低東高轉變為西高東低和從行星風系轉變為季風風系,在構造變形和氣候變化的共同影響下,東亞水系逐漸形成,同時塑造了陸上地貌并控制了陸源物質向邊緣海的輸送?,F代珠江,發源于云貴高原,流經華南地塊(包括華夏地塊和揚子地塊),自廣州匯入南海,是我國境內僅次于長江、黃河的第三長河。前人對珠江的演化歷史開展了大量研究,揭示出珠江不同于東亞其他大河,它最初形成于華南地塊東南沿岸,隨后逐漸向西溯源侵蝕,其形成發育過程可能與華南地塊構造演化密切相關,然而,由于以往研究材料和分析方法的限制,珠江流域在長時間尺度上的演化細節仍不清楚,特別是珠江流域何時以及如何形成現代規模沒有明確認識。 

    圖1 研究站位圖 

       南海作為西太平洋最大的邊緣海,自新生代陸緣張裂和海底擴張以來接受了大量來自周邊地塊河流搬運的陸源碎屑沉積物。這些巨厚、連續且有良好地層年代約束的沉積物很好地記錄了當時的古環境信息,因此成為了研究構造時間尺度河流演化的重要材料。研究人員以國際大洋發現計劃(IODP)368航次在南海北部鉆取的U1501站位(圖1)上部457米巖芯沉積物為研究材料,基于古生物地層、磁性地層和鍶同位素年代約束,通過粘土礦物學和Sr-Nd同位素地球化學等方法首次闡明了南海北部晚始新世約3500萬年前以來粘土粒級陸源碎屑沉積物的物源和河流演化歷史。 

    圖2 研究區Sr-Nd同位素及粘土礦物組成的物源識別 

       分析結果顯示(圖2),南海北部U1501站位粘土粒級陸源組分的物源在3200萬年前至3000萬年前發生了明顯變化。通過與周邊潛在源區端元對比,我們認為研究區沉積物在3200萬年之前主要是來自于華夏地塊東南沿岸以富蒙脫石和εNd值相對偏正為特征的風化產物,而從3000萬年前至今則轉變為來自于華南地塊內部(揚子地塊為主)以富伊利石和εNd值相對偏負為特征的物質。華夏陸塊沿岸地區的基巖以古生代-中生代花崗巖和火山巖為主,其組成受到了古太平洋板塊俯沖的地幔物質顯著影響;而華南內陸即揚子地塊作為古老克拉通,以中生代沉積巖和變質巖為主。二者風化產物因而具有明顯不同的放射性成因Nd同位素組成及粘土礦物組合。 

    圖3 晚始新世以來東亞構造-氣候及河流演化的海-陸記錄對比 

       基于上述分析,研究人員采用εNd值、蒙脫石/(伊利石+綠泥石)比值和鉀長石含量等代用指標重建了華南地塊風化產物向南海北部輸入變化,從而示蹤華南河流流域的連續演化歷史(圖3)。結果表明,華南河流流域在3200萬年前從主要發育于華夏地塊東南沿岸的小型河流開始向揚子地塊內部溯源侵蝕,并在約3000萬年前形成類似現代規模的格局并此后保持相對穩定,即此時珠江的主體已經基本形成并開始影響南海北部的源-匯沉積系統(圖4)。通過進一步綜合對比東亞區域的構造隆升、南海海底擴張和東亞季風演化歷史,我們提出發生于晚始新世-早漸新世的青藏高原東南部隆升導致了華南地塊的地形倒轉,促進了華南河流流域的向西溯源侵蝕和珠江主體的形成。 

    圖4 晚始新世以來珠江演化示意圖 

       本研究基于南海北部晚始新世約3500萬年以來長期、連續且高分辨率的沉積記錄,在國際上首次精確限定了珠江的發育和形成歷史,明確了高原隆升驅動了珠江演化,對于加深理解新生代構造作用如何控制邊緣海沉積環境演化和陸上河流形成演變具有重要意義。 

      論文的第一作者為中國科學院海洋研究所博士研究生靳華龍,通訊作者為萬世明研究員。本研究得到了中國大洋發現計劃(IODP-China)、國家自然科學基金、中國科學院戰略先導科技專項、泰山和鰲山學者項目的支持。 

      論文信息: 

      Jin, H., Wan, S.*, Clift, P.D., Liu, C., Huang, J., Jiang, S., Li, M., Qin, L., Shi, X., Li, A., 2022. Birth of the Pearl River at 30 Ma: Evidence from sedimentary records in the northern South China Sea. Earth and Planetary Science Letters 600, doi: 10.1016/j.epsl.2022.117872 

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X22005088 


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