基于宇宙成因核素剖面法测年的川西龙日坝冰水扇研究

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2022.002

地球科学进展 ›› 2021, Vol. 36 ›› Issue (12): 1291 -1300. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.002

杨玮琳(

), 韩业松, 刘擎, 刘耕年(

)

北京大学城市与环境学院，北京 100871

收稿日期:2021-01-22 修回日期:2021-10-14 出版日期:2021-12-10
通讯作者: 刘耕年 E-mail:yangwl@pku.edu.cn;liugn@pku.edu.cn
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究子专题“雅江流域冰—河—湖演化历史事件与耦合过程”(2019QZKK0205);国家自然科学基金项目“西藏阿里第四纪冰川地貌河流地貌特征的演化过程与驱动机制研究”(41771005)

Study on Outwash of Longriba in West Sichuan Province Based on Cosmogenic Nuclide Profiles

Weilin YANG( ), Yesong HAN, Qing LIU, Gengnian LIU( )

College of Urban and Environmental Sciences，Peking University，Beijing 100871，China

Received:2021-01-22 Revised:2021-10-14 Online:2021-12-10 Published:2022-01-20
Contact: Gengnian LIU E-mail:yangwl@pku.edu.cn;liugn@pku.edu.cn
About author:YANG Weilin (1995-), female, Guang'an City, Sichuan Province, Ph. D student. Research areas include quaternary glacier and environment, as well as glacier modelling. E-mail: yangwl@pku.edu.cn
Supported by:
the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research "Ice-river-lake evolution history and their interactions"(2019QZKK0205);The National Natural Science Foundation of China "Quaternary glacial-fluvial evolution and the driving mechanisms in Ali, Tibet"(41771005)

全文 ( 20 ) 下载PDF ( 531 )

冰水扇等快速堆积的混杂沉积，多由粗大砾石组成，成层性差，少砂层夹层，缺有机质，用释光和¹⁴C等方法测年难度很大。因此，探讨对这类沉积进行定年的方法，并进一步分析其古环境及区域对比意义的工作显得迫切而现实。选取青藏高原东部四川红原龙日坝一个冰水沉积剖面，尝试利用2种宇宙成因核素剖面法：Monte Carlo法和指数拟合法，对冰水扇的形成年代进行定年和分析。研究结果表明，龙日坝冰水扇堆积的结束年代为（36.7±4.6） ka或（35.2±3.7） ka，核素继承量为11.3^+4.0/_-4.0×10⁴ atmos/g，表面侵蚀速率为0.5^+0.3/_-0.5 cm/ka。剖面密度分析和Monte Carlo控制实验结果显示，核素继承高估了暴露年龄，而不完全暴露则低估了暴露年龄。与冰碛垄宇宙核素测年相比，核素继承是冰水扇定年的主要误差来源。龙日坝冰水扇形成在冰阶（MIS 3b）—间冰阶（MIS 3a）过渡阶段，反映降水和冰川融水增加导致河流搬运能力增强，沉积物通量增加，冰水扇沉积的环境特征。宇宙成因核素剖面法有利于详细分析测年的误差来源，可以作为混杂沉积精确定年的有效手段。

关键词: 剖面法, 冰水扇, 侵蚀, 继承, 气候控制因素

It remains a big challenge in dating the outwash and other rapid accumulated mixed depositions using conventional methods， such as Optically Stimulated Luminescence and ¹⁴C， because these depositions are mainly composed of coarse gravels with poor stratification， lacking sand interlayers and organic matters. Therefore， it is urgent and meaningful to develop a method to date such kinds of deposits so that we can analyze their paleoenvironment and compare regional differences. In this paper， we selected an outwash deposition profile at Longriba， located in Hongyuan county， Sichuan Province， eastern Tibetan Plateau and tried to date and analyze it by two Cosmogenic Nuclide Profile dating methods： the Monte Carlo calculator and the expansional regression. Results showed that the age of the outwash was （36.7±4.6） ka or （35.2±3.7） ka， the nuclide inheritance was 11.3^+4.0/_-4.0 ×10⁴ atmos/g， and the post erosion rate at the surface of the outwash was 0.5^+0.3/_-0.5 cm/ka. We also analyzed the experimental error using density analysis method and Monte Carlo control experimentations， revealing that the exposure prior to deposition yields exposure ages that are too old and incomplete exposure due to post-depositional shielding yields exposure ages that are too young. In contrast with the ages of boulders by cosmogenic nuclide dating， our results point out that the experimental error is dominated by nuclide inheritance for the outwash. The comparisons of regional climate data indicate that the higher precipitation and glacial melt water resulted in higher transport capacity of the river， increased high sediment flux of the river during the glacial （MIS 3b） to interglacial （MIS 3a） transition， so that the outwash aggradation occurred. The Cosmogenic Nuclide Profile dating method is better to deeply analysis the error source of dating， so that it can be used as an effectively method for accurately dating the rapid accumulated mixed depositions.

Key words: Depth profile, Outwash, Erosion, Inheritance, Climatic controlling factors

中图分类号:

P343.6

图1 研究区位置及冰川地貌概况（据参考文献［ 12 ］重绘了gLGM冰碛垄和gLGM冰川范围）
gLGM：末次冰盛期

Fig. 1 The location of study area and glacial landforms （the moraines and the paleoglaciers' extent during gLGM were reproduce according to reference ［ 12 ］）
gLGM： global Last Glacal Maximum

图2 龙日坝冰水扇测年结果
（a）冰水扇的野外采样照片，采样点（星形）与图2（b）和图2（c）中的 ¹⁰Be浓度相对应；（b）由测量的 ¹⁰Be浓度及误差依据公式（3）所得指数拟合曲线；（c）浓度—深度图展示了对公式（1）的最优拟合结果以及2“ σ”范围内的解；（d）年代、核素继承、侵蚀速率在2“ σ”置信度范围内的频数分布图；黑色实线代表了最小的卡方值；在本研究中，卡方截断值设置为50

Fig. 2 The dating results of the Longriba outwash
（a） Field photo of the outwash profile and the sample points （star） were related to the ¹⁰Be concentration in Fig. 2（b） and Fig. 2（c）；（b） The exponential curves are derived from fitting equation （3） to the measured ¹⁰Be concentrations and uncertainties；（c） Concentration versus depth plots illustrating best Bayesian fits to equation （1） and the 2" σ" profile solution spaces；（d） The frequency distribution plots for deposition ages， inheritance， and erosion rate 2" σ" solution spaces； Solid black lines indicate the lowest chi‐square value. The chi‐square cutoff was set to be 50 in this study

表1 龙日坝冰水扇的采样信息

Table 1 The sample information of the Longriba outwash

样品编号	石英重量/g	⁹Be载体重量/g	¹⁰Be/⁹Be比率/（10^-15）	¹⁰Be浓度/（10⁴ atoms/g）
LR0	28.9	0.2	855.3±22.2	45.6±1.2
LR30	27.8	0.2	1 891.6±51.0	112.8±3.1
LR60	29.3	0.2	1 707.1±35.2	93.6±1.9
LR90	30.0	0.2	1 338.4±18.2	71.4±1.0
LR120	26.3	0.2	936.2±26.0	57.0±1.6
LR150	25.0	0.2	644.5±18.6	39.5±1.1
LR180	30.6	0.2	544.4±12.8	27.9±0.7
LR210	30.1	0.2	609.9±30.7	31.4±1.6
BK92	-	0.2	2.8±0.7	-

表1 龙日坝冰水扇的采样信息

Table 1 The sample information of the Longriba outwash

样品编号	石英重量/g	⁹Be载体重量/g	¹⁰Be/⁹Be比率/（10^-15）	¹⁰Be浓度/（10⁴ atoms/g）
LR0	28.9	0.2	855.3±22.2	45.6±1.2
LR30	27.8	0.2	1 891.6±51.0	112.8±3.1
LR60	29.3	0.2	1 707.1±35.2	93.6±1.9
LR90	30.0	0.2	1 338.4±18.2	71.4±1.0
LR120	26.3	0.2	936.2±26.0	57.0±1.6
LR150	25.0	0.2	644.5±18.6	39.5±1.1
LR180	30.6	0.2	544.4±12.8	27.9±0.7
LR210	30.1	0.2	609.9±30.7	31.4±1.6
BK92	-	0.2	2.8±0.7	-

表2 Monte Carlo和指数拟合结果

Table 2 The results applying the Monte Carlo and exponential regression

方法		表面年龄/ka	核素继承/（10⁴ atmos/g）	侵蚀速率/（cm/ka）
Monte Carlo		36.7^+4.6/_-4.6	11.3^+4.0/_-4.0	0.5^+0.3/_-0.5
		38.0^+1.7/_-1.7	-	-
		39.1^+4.6/_-0.2	-	0.3^+0.3/_-0.1
		33.0^+3.0/_-2.4	11.8^+3.5/_-4.5	-
方法		St （ka）	Lm （ka）	LSDn （ka）
指数拟合	年代	35.2±3.7	32.8±3.4	32.8±3.0
指数拟合	内部误差	2.5	2.3	2.3

表2 Monte Carlo和指数拟合结果

Table 2 The results applying the Monte Carlo and exponential regression

方法		表面年龄/ka	核素继承/（10⁴ atmos/g）	侵蚀速率/（cm/ka）
Monte Carlo		36.7^+4.6/_-4.6	11.3^+4.0/_-4.0	0.5^+0.3/_-0.5
		38.0^+1.7/_-1.7	-	-
		39.1^+4.6/_-0.2	-	0.3^+0.3/_-0.1
		33.0^+3.0/_-2.4	11.8^+3.5/_-4.5	-
方法		St （ka）	Lm （ka）	LSDn （ka）
指数拟合	年代	35.2±3.7	32.8±3.4	32.8±3.0
指数拟合	内部误差	2.5	2.3	2.3

图3 冰水扇堆积年代与其他古气候记录对比图
（a）依据指数拟合和Monte Carlo拟合得到的龙日坝冰水扇年代数据；（b）葫芦洞石笋 δ ¹⁸O记录 ^{［

30
］}；（c）古里雅冰芯 δ ¹⁸O记录 ^{［

31
］}；（d）北半球30°N太阳辐射曲线 ^{［

32
］}

Fig. 3 Comparison of outwash build age and other paleoclimatic records
（a） The age of the outwash in Longriba by exponential fit and Monte Carlo fit；（b） The speleothem δ ¹⁸O record from Hulu Cave ^{［

30
］}；（c） The δ ¹⁸O records from the Guliya Ice Core ^{［

31
］}；（d） The Northern Hemisphere summer insolation at 30°N ^{［

32
］}

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