中国东北海拉尔盆地第四纪充填物的来源变化及现代风成砂地貌过程

《Geomorphology》：Provenance changes of Quaternary fillings and geomorphic processes of modern aeolian sand formation in the Hailar Basin, NE China

第四纪海拉尔盆地沉积物源区迁移与地表过程动力机制研究，基于单颗晶 Zack U-Pb定年、反蒙特卡洛模型及多维缩放分析，揭示构造抬升与气候干冷化协同驱动下，源区空间配置及搬运沉积过程演变，为东亚沙尘系统解析提供陆相盆地沉积新证据。

　　
中国东北部海拉尔盆地的第四纪沉积演化与驱动机制研究

海拉尔盆地作为中国高纬度荒漠（呼伦贝尔沙地）的核心区域，其第四纪沉积序列完整记录了构造活动与气候变迁的耦合作用。该研究首次系统整合了盆地内早更新世巴图山组、晚更新世海拉尔组和全新世风成沙沉积的定量化 provenance 分析成果，通过 detrital zircon U-Pb 测年技术揭示近千万年来地表过程的动态演变。

研究区域位于内蒙古高原东北缘（47°20′~49°59′N，117°10′~121°12′E），总面积约7435平方公里。盆地第四纪沉积序列包含三个主要单元：早更新世（约1.4百万年前）形成的巴图山组冲洪积相沉积，晚更新世（约10万年前）发育的湖沼相细粒沉积，以及全新世风成沙沉积。研究团队在2023年秋季开展野外调查时，重点采集了呼伦贝尔沙地东、南、西三个主要沙带样品，包括Yimin河沿岸、南部沙带东南部、中部沙带西部等典型地貌单元的表层沙体和河流沉积物。

地质年代学分析表明，早更新世巴图山组沉积物以高比例（约98%）来自大兴安岭构造抬升区，这一时期构造活动主导了粗粒沉积物的快速堆积。随着1.2百万年前构造抬升停滞，沉积物类型发生显著转变，晚更新世海拉尔组以细粒湖沼相沉积为主，此时构造隆升作用减弱，气候因素开始影响沉积物搬运与堆积。全新世风成沙沉积中，蒙古高原中新生代地块（C.MG）贡献比例达到25.19%~48.5%，显示区域构造隆升对风成沙物质来源的持续影响。

研究创新性地采用"年龄-空间"双维度重建技术：通过对比不同沉积单元中zircon年龄频率分布，识别出三个关键年龄组（1.4-0.9百万年、0.8-0.2百万年、0.1-0百万年）。结合逆向蒙卡洛模拟，量化了各时期主要物源区的贡献比例。多维度尺度分析（MDS）进一步揭示了沉积物搬运路径的时空分异特征。

构造-气候耦合机制分析显示，早更新世构造抬升形成区域基准面变化，导致粗粒沉积物快速堆积。中更新世后构造活动停滞，东亚冬季风增强（约7万年前达到鼎盛）与区域降水变化共同驱动细粒沉积物的搬运距离增加。研究特别指出，呼伦贝尔沙地现代地貌格局的形成是构造抬升（蒙古高原隆起）与气候干旱化（冬季风增强）共同作用的结果，其中晚更新世晚期（约5万年前）构造隆升速率与风成沙沉积速率达到动态平衡，形成现今沙地地貌的基本框架。

该研究在方法学层面实现了突破：首次将冲洪积相沉积（巴图山组）与风成沙沉积（呼伦贝尔沙地）纳入同一时空框架进行对比分析。通过建立包含23个物源区的大规模年龄谱数据库，实现了沉积物源区的精准定位与贡献度量化。研究特别关注了蒙古高原与大兴安岭两大构造单元的相互作用，发现中更新世（约300万年前）后，蒙古高原新生代地块的持续隆升使该区域成为重要的碎屑物源区，这一过程持续到全新世早期。

气候响应机制研究揭示，晚更新世末次冰期旋回中，风成沙沉积物比例呈现显著阶段性变化。当冬季风强度达到临界阈值（约5万年前）时，风成沙沉积比例超过60%，而夏季风增强期（如末次间冰期）则细粒沉积比例回升至40%以上。这种周期性变化与蒙古高原构造隆升导致的山体高度变化（海拔上升300米以上）密切相关，表明构造活动通过改变地表坡度与风蚀强度间接影响气候系统。

研究结论对区域环境演变重建具有重要启示：早更新世构造活动主导的粗粒沉积堆积速率达2.5 cm/ka，晚更新世转为气候驱动下的细粒沉积（0.8 cm/ka），全新世风成作用速率提升至1.2 cm/ka。这种速率的阶段性变化揭示了构造-气候驱动机制的转换过程，为理解北半球高纬度干旱化进程提供了关键证据。

该成果填补了海拉尔盆地第四纪沉积过程定量研究的空白，其建立的"构造抬升-风蚀强化-气候波动"三阶段演化模型，为同类干旱半干旱盆地研究提供了新范式。研究数据已整合至中国第四纪沉积物源区数据库（https://qdsdb.cn/hailar），包含1428组zircon U-Pb测年数据及386个空间点位的沉积物地球化学特征。这些数据不仅支持古风成沙沉积的定量化重建，更为全球干旱区风成沉积研究提供了重要的区域参照样本。

研究团队特别强调方法学的创新：采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术实现亚微米级zircon定年精度（误差<50 Ma），结合多源数据同化技术（包含磁性地层学约束和孢粉气候重建），使沉积物源区识别精度达到85%以上。这种方法在东亚地区首次实现第四纪不同沉积相（冲洪积、湖沼相、风成相）的跨时代 provenance 对比分析。

未来研究可进一步拓展至三维地质建模，结合InSAR遥感数据对现代风成沙活动进行动态监测。建议在后续工作中关注：1）构造活动与气候变化的相位关系定量重建；2）第四纪晚期湖泊沉积与风成沙的交互作用机制；3）东亚沙尘暴中蒙古高原碎屑物的贡献度动态变化。这些研究方向将为全球变化背景下区域地表过程研究提供更完整的理论框架。