【摘要】：青藏高原的抬升及東亞邊緣海的打開是新生代最引人注目的地質(zhì)事件之一,不但導致了新生代東亞地貌的巨大反轉(zhuǎn)和水系重組,而且深刻地改變了區(qū)域氣候和生態(tài)環(huán)境,但目前對這一轉(zhuǎn)變過程還沒有得到很好的認識。南海巨厚的新生代地層完整地記錄了青藏高原東緣及華南地貌和水系的演化過程。由于南海洋殼向東俯沖及臺灣弧-陸碰撞造山,南海北緣新生代地層褶皺隆升并出露于臺灣島,因此,臺灣相當于“出露的南�！�,是了解南海早期擴張歷史以及華南沿海地貌和水系演化的重要窗口。本文通過對臺灣新生代地層破裂不整合面、泥巖地球化學及砂巖碎屑鋯石年齡譜和Hf同位素的研究,對南海擴張歷史及華南沿海地貌和水系的演化提供了新的認識。南海北緣裂陷盆地如珠江口盆地、瓊東南盆地等,都發(fā)育有裂陷期層序及裂后期層序,其間以破裂不整合接觸。與此類似,臺灣新生代地層也分為始新世裂陷期層序和漸新世-中新世裂后期層序。裂陷期層序以辮狀河-沼澤相沉積為主,局部地區(qū)發(fā)育煤層;裂后期層序則是受海平面變化控制的淺海相沉積,含大量海相化石。在西部麓山帶粗坑背斜剖面破裂不整合面之下發(fā)育的平林凝灰?guī)r夾層,為一套厚層狀雜色(棕色、灰白色及灰綠色)凝灰?guī)r。對該凝灰?guī)r樣品中的鋯石進行SHRIMP定年,結(jié)果顯示為39.79±0.39 Ma和39.53±0.44 Ma,即凝灰?guī)r形成的年齡為~39 Ma。結(jié)合最下部裂后層序古生物化石的研究,確定了臺灣新生代裂陷盆地的破裂不整合發(fā)育的時間為39-33 Ma,指示南海開始擴張的時間應該在33 Ma之前,南海開始擴張的時間要早于現(xiàn)存海底洋殼的年齡(~30 Ma)。這與2014年國際大洋鉆探計劃(IODP)349航次在南海U 1435站位的鉆探結(jié)果一致。同時,南海南、北緣裂陷盆地破裂不整合的年齡存在明顯的穿時性,從北東向南西方向逐漸變年輕,顯示南海的擴張具有穿時性特征。臺灣西部麓山帶及雪山山脈新生代地層泥巖的元素含量和比值以及εNd值在~25-~31 Ma期間均發(fā)生了突然的改變。在~31 Ma以前,La/Lu、Eu/Eu*、Th/Sc、Th/La和Cr/Th的比值分別為85.08、0.49、2.12、0.45和0.22,εNd值為-11.8~-9.3(平均值為-10.56);而在~25 Ma之后比值轉(zhuǎn)變?yōu)?05.4、0.62、0.16、0.31和0.13,εNd值變成-14.5~-11.9(平均值-12.96)。砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡譜顯示,在古近紀地層中含有大量顯生宙鋯石,其中以燕山期(180-67 Ma)鋯石為主,但幾乎不含元古代(600-1000 Ma、1600-2000 Ma及2300-2500 Ma)和太古代(2500-2800 Ma)的鋯石顆粒。同時,鋯石的εHf(t)值的范圍位于-24.1~+10之間,主要集中在-15~0。然而,在中新世地層中發(fā)生明顯變化,中新世砂巖碎屑鋯石以印支期(257-205 Ma)為主,同時還含有大量燕山期、元古代和太古代的鋯石顆粒,鋯石的εHf(t)值變化范圍較大,最低為-65,最高達+15,其中大部分位于-17到+15之間。臺灣西部麓山帶和雪山山脈古近紀地層具有一致的碎屑鋯石年齡譜分布,指示它們具有相同的物質(zhì)來源。在華南沿海發(fā)育有大量的顯生宙花崗巖,其εNd值主要在-4~-10之間,并且燕山期及印支期鋯石的εHf(t)值在-25~0之間,這些特征與臺灣古近紀地層非常相似,因此,臺灣西部麓山帶和雪山山脈~31 Ma以前地層沉積物主要來自華南沿海地區(qū)。而在~25 Ma以后,臺灣泥巖εNd值明顯降低,砂巖中含有大量的顯生宙、元古代及太古代鋯石,其中燕山期及印支期鋯石顆粒的εHf(t)值變化范圍較大,并且在0-500 Ma的鋯石中,有37%的顆粒具有正的εHf(t)值。通過與華夏及揚子陸塊出露巖石特征對比,下?lián)P子地區(qū)老的沉積物有較低的εNd值(最低達-20),同時,河流沉積物碎屑鋯石顯示,該區(qū)燕山期、印支期及新元古代的鋯石顆粒顯示出較大的εHf(t)值變化范圍,最低達-50,最高達+15。這些特征與臺灣中新世地層很類似,據(jù)此推斷,臺灣西部麓山帶和雪山山脈~25 Ma以后地層沉積物可能來自下?lián)P子地區(qū),揚子陸塊已成為臺灣新生代地層沉積物的重要來源。臺灣古近紀地層碎屑鋯石年齡組成與閩江河口一致;而中新世地層與下?lián)P子地區(qū)和長江河口沉積物的年齡譜很相似,與閩江則差別較大。據(jù)此認為閩江水系可能作為臺灣古近紀地層主要的物質(zhì)傳輸途徑,而中新世地層的物質(zhì)傳輸途徑還有待進一步研究。臺灣西部麓山帶及雪山山脈泥巖地球化學及碎屑鋯石U-Pb年齡和Hf同位素在晚漸新世(~31-25 Ma)均發(fā)生突然的改變,指示源區(qū)由沿海向內(nèi)陸遷移,暗示東亞地貌發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。南海北緣各盆地沉積物物源發(fā)生轉(zhuǎn)變的時間同樣存在明顯的穿時性,即從北東向南西逐漸變年輕。如在臺灣地區(qū)物源轉(zhuǎn)變的時間為~31-25 Ma,在ODP1148站位和珠江口盆地是~27-23 Ma,在鶯歌海-瓊東南盆地中為~13 Ma。結(jié)合破裂不整合自北東向南西的穿時性特征,顯示南海的漸進式擴張及其對華南沿海盆地物源、地貌及水系的早期演化有重要的影響。隨著青藏高原的快速隆升以及華南沿海地區(qū)的熱沉降,東亞地貌發(fā)生重大的反轉(zhuǎn),東傾的地形為水系向內(nèi)陸的侵蝕襲奪提供了動力。青藏高原的快速抬升及東亞邊緣海的打開控制著東亞新生代地貌及水系的演化。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(廣州地球化學研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P736.2;P534.6
【圖文】：

這些裂陷盆地中沉積了巨厚的新生代沉地層。然而，遺憾的是由于海洋沉積物取樣非常的困難并且很昂貴，使得對其研究還不夠深入。臺灣位于南海東北緣（圖1.1），其構(gòu)造演化歷史與南海息息相關(guān)(Huang et al.,2012b)。由于南海洋殼自中中新世開始沿馬尼拉海溝向東俯沖于菲律賓海板塊之下，同時，菲律賓海板塊持續(xù)向西北方向運動，導致北呂宋島弧與亞洲大陸邊緣在臺灣發(fā)生弧-陸碰撞造山，這一過程使得沉積在華南被動大陸邊緣的新生代沉積層序變形、抬升，從而完整地出露于臺灣島(Suppe, 1984; Ho, 1986; Teng,1990; Teng et al.

Taylor and Hayes 1980, 1983 東部次海盆 30-17 磁異常Briais et al. 1993 整個海盆 30-16 磁異常姚伯初等 1994 西南次海盆 39-33 磁異常Barckhausen et al. 2004, 2014 整個海盆 32-20.5 磁異常Hsu et al. 2004 南海東北部海盆 37-15 磁異常Ru and Pigott 1986 整個海盆 55-32 熱流與水深就南海海盆的擴張順序而言，也存在著不同的認識。一部分人認為，西北次海盆與東部次海盆在~30 Ma 開始擴張，后來擴張逐漸向西南方向延伸，西南次海盆最后才打開(Taylor and Hayes, 1980, 1983; Briais et al., 1993) （圖 1.2B）；而另一種觀點認為西南次海盆與西北次海盆早于東部次海盆打開(姚伯初等,1994; Li et al., 2007) (圖 1.2A)。這兩個不同的觀點最終涉及到洋盆的年齡問題。因此，確定南海開始擴張的時間及方式，是更好了解南海構(gòu)造演化過程的關(guān)鍵。

對于現(xiàn)在的西高東低的地形是何時形成還不得而知(圖1.3B)。圖 1.3 新生代我國地形變化示意圖（引自汪品先 (1998, 2005)并略作修改）；A: 中生代晚期到新生代早期地貌格局；B: 現(xiàn)代地貌格局；I-I’: 剖面位置伴隨著地貌的反轉(zhuǎn)，東亞大型水系在新生代也發(fā)生了重大調(diào)整。早期主要是通過對地貌的研究，認為青藏高原東緣存在著巨大的古紅河水系，現(xiàn)代水系如長江上游曾經(jīng)都是古紅河水系的一部分，共同向南匯入古紅河，然后再流入南中國海(Brookfield, 1998; Clark et al., 2004)，后來古紅河被長江等水系襲奪，才逐漸演化形成了今天東亞水系的格局（圖 1.4）。然而，通過對云南省劍川盆地新生代地層的研究認為，古紅河水系的上游當時只到達松潘-甘孜地塊及中揚子地區(qū)(Yan et al., 2012)。而對于古紅河被襲奪、中揚子水系反轉(zhuǎn)及長江貫通的時間還存在不同的認識。Richardson et al. (2008, 2010)對長江三峽河流峽谷剖面磷灰石低溫熱年代學研究后指出，長江貫通的時間應該在 40 - 45 Ma 之間，并認為長江的貫通可能使得四川盆地在~40 Ma 經(jīng)受了大面積的快速剝蝕(Richardson et al., 2008; Richardson et al., 2010)。通過對河內(nèi)盆地沉積物釹同位素及長江下游南京地區(qū)河流相砂巖碎屑鋯石年齡譜的研究，認為長江形成于~24

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本文編號：2762146