印度大鲁纳西部末次冰期后沉积与地貌演化的外生控制作用

《Quaternary International》：Allogenic controls on post-LGM sedimentation and landform evolution in the Western Great Rann, India

　　# 摘要气候在内陆腹地（后陆）向大陆边缘（沉积盆地）的沉积物搬运过程中起重要作用；在受印度夏季风（ISM）主导的地区，季风强度的时间变化显著调制水文条件，进而影响远端大陆边缘的外源沉积。位于印度大陆边缘的拉贾斯坦邦—卡奇大盐湖西部（WGRK）地势仅略高于现今海平面，保存着末次冰盛期（LGM）以来"内陆气候与海平面强迫相互耦合"对沉积与地貌演化的灵敏记录。我们对长46.5米的阿拉布恩德沉积钻孔（Allah Bund Sediment Core，ABSC，取自Nara古河道近旁）开展了年代学（AMS放射性碳定年、光释光定年）、沉积学（粒径，n = 427）和地球化学（地球化学风化指数CIW、斜长石蚀变指数PIA、Ca/Ti、Ca/Σ(Ti,Fe,Al)；n = 365；有机碳，n = 55）测试，时间跨度约为距今19 ka至晚全新世。借助统计方法分析这些代用指标，识别出六个水文条件变化阶段：末次冰盛期后在冰消期过渡阶段（约19–17 ka）增强；晚冰消期阶段（约17–12 ka）中等并减弱；更新世—全新世之交及早全新世（约12–10 ka）增强；早至中全新世（约10–7 ka）持续减弱；中全新世（约7–6 ka）出现短暂增强；约6 ka以后波动但总体减弱。约19–11 ka之间化学风化沉积贡献相对较高，指示受夏季风影响的西喜马拉雅河流的沉积贡献较大，可能经Nara河道输运；而约11 ka之后CIW和PIA下降，则反映由印度河上游集水区（拉达克—喀喇昆仑）带来的物理风化、受跨喜马拉雅影响沉积的贡献相对增加。LGM海平面下降使卡奇湾大面积出露，推动三角洲向前延伸至现今被淹没的陆架上；早全新世（约11 ka）起开始回返填充，并在中全新世（8–5 ka）海平面上升期间持续进行，此间WGRK演变为潮间带环境。研究结果表明显著地，WGRK大陆边缘沉积受内陆腹地气候变率与海平面变化动态耦合所控制，为类似低缓构造、受夏季风影响的大陆边缘环境中解读外源作用对冰后沉积架构的控制提供了框架。# 引言关于大陆边缘盆地晚第四纪环境演化的研究，对于理解气候变率、河流动力学与陆海相互作用之间的复杂耦合至关重要。受大陆过程与海洋过程共同塑造的沿海沉积记录，为了解古环境条件提供了宝贵信息。此外，陆海格局的时间变化显著影响了人类聚落、生计和环境可持续性（Lawler, 2011; Giosan et al., 2014）。卡奇大盐湖（Great Rann of Kachchh, GRK）分为东部和西部两部分，处于大陆边缘环境，地势仅略高于潮差幅度（Glennie and Evans, 1976）。此类地貌单元既接收来自内陆河流系统搬运的外源陆源沉积，也在海平面上升期间接受海相沉积（Blum and T?rnqvist, 2000）。WGRK因此尤为适合研究内陆沉积供给、水气候变率与海平面变化之间的相互作用，因为它同时保存了河流沉积信号与海洋影响变化的证据。其位于Nara古河的沉积搬运系统内，加之靠近Kori Creek—卡奇湾海洋系统，为考察冰后环境变化期间沉积供给和沉积条件的变化如何被记录提供了机会。因此，大陆边缘地区不仅记录了沉积供给（物源）和水动力过程的变化，还保存了区域气候变动的地球化学印记（Allen and Haslett, 2002; Allen, 2006; Sharma et al., 2020; Kumar et al., 2021）。关于Kachchh盐湖的早期观测主要是描述性的：Blanford（1869）首次推测Kachchh的大部分沉积物来自陆源，暗示过去曾存在活跃的河流网络；Platt（1962）则对GRK的沉积物源和搬运进行了首次系统研究。随后的区域研究表明，WGRK的陆源沉积以Nara河为主导，Nara河是Indus河的一条古东部分流（Williams, 1958; Glennie and Evans, 1976; Tyagi et al., 2012）；而海相沉积则通过Kori Creek进入（Glennie and Evans, 1976; Tyagi et al., 2012; Sharma et al., 2020）。在此基础上，若干研究提出Ghaggar-Hakra水系曾与喜马拉雅河流相连并为Nara河提供水源（Ghose et al., 1979; Pal et al., 1980; Kochar, 2000; Valdiya, 2013; Kar, 2020）。近年来，利用地球化学示踪剂开展的GRK及周边Ghaggar平原的沉积学、矿物磁学与同位素物源研究，进一步完善了这一框架，重建了沉积搬运路径和全新世古环境变化（Chatterjee and Ray, 2017; Chatterjee et al., 2019; Khonde et al., 2017; Kumar et al., 2021; Bhatnagar et al., 2024, 2025）。对于WGRK而言，沉积风化、粒径与季风驱动水文变化之间的定量化、具年代约束的关联，以及冰后沉积中内陆气候与海平面变化各自相对作用的更清晰划分，仍有待建立。由于其内陆集水区由气候与岩性特征各异的河流排水，而我们此前已在该钻孔中解析出其同位素物源印记（Bhatnagar et al., 2024, 附表2），WGRK因此成为检验地球化学风化代用指标能否为气候变率相关的沉积物源和水文条件变化提供互补证据的理想天然场地。建立在前期同位素物源研究（Bhatnagar et al., 2024）基础上，本研究通过对46.5米长的阿拉布恩德沉积钻孔开展详细的年龄—深度模型、沉积速率计算、粒径分布、主量元素地球化学（CIW、PIA）及有机碳分析并结合岩相地层解释，着手解决这一问题。这一多代用指标方案将放射性碳定年与光释光定年结合，以提供年代约束，同时辅以主量元素地球化学和风化指数（CIW与PIA），用以追踪化学风化强度及相关水气候条件的变化。综合数据集为考察沉积物源、风化强度、沉积过程与环境条件随时间的演变提供了基础。当与沉积学、有机碳及独立同位素证据并置评价时，沉积风化模式成为水气候变率与外源沉积供给相对变化的有用互补指标。通过整合沉积学、地球化学和年代学数据，本研究为气候敏感的大陆边缘环境中沉积供给机制与地貌演化提供了新见解，并展示了主量元素地球化学在评估沉积风化、沉积物源相对变化和环境变率方面的互补工具价值。据此，本研究旨在：(i) 确定冰后沉积中外源作用控制的成因过程；(ii) 评估河流对大陆边缘沉积中气候与海平面变化的响应；(iii) 重建WGRK冰后地貌演化。# 章节节选## 研究区WGRK是一个受大陆径流、阶段性海侵和构造作用共同影响的大陆边缘盆地。阿拉布恩德沉积钻孔点海拔约高于平均海平面1–2米，位于现今Kori Creek约50公里内陆处，预计可提供追踪晚第四纪河流—海洋相互作用的良好记录。这一位置尤其契合本研究目标，理由如下。作为一种……## 方法46.5米长的阿拉布恩德沉积钻孔采集于直径63毫米的高质量PVC管中，布设于Nara河岸（图2、图3），在不同深度分段取样，并保存于古吉拉特邦Bhuj的KSKV Kachchh大学地球与环境科学系岩心实验室的零下低温环境中。为了解浅部地下沉积特征，在Nara古河道岸上开挖的浅坑中可见一套粗略向上变细的沉积序列……## 沉积相与粒径变异性对半剖岩心的目视观察揭示，沿钻孔向下系统性地存在沉积颜色、粒径组成与沉积结构的变化，包括隐约至粗略的层理以及局部的向上变细特征（表1）（图4）。基于这些可观测的沉积学属性及细砂、极细砂和含粉砂粘土相对比例的相应变化，该序列被划分为八个沉积相单元（单元1–8；表1；附表……）## 讨论阿拉布恩德沉积钻孔提供了具有年代约束的泛滥平原加积与夏季风变率记录，处于印度次大陆与阿拉伯海交界的大陆边缘环境中。通过将沉积学观察与多代用指标地球化学数据相结合，本研究揭示了自末次冰盛期晚阶段至全新世期间内陆水气候、沉积物源、海平面变化与沉积过程之间复杂的相互作用。## 结论基于46.5米长的阿拉布恩德沉积钻孔，本研究提供了WGRK冰后沉积与环境变化具年代约束的多代用指标重建。整合粒径特征、有机碳、风化指数（PIA与CIW）、元素比值、沉积速率以及区域海平面约束，表明所获得的沉积序列记录了内陆水气候变率、沉积供给等的共同影响……## CRediT作者贡献声明**Ayushi Bhatnagar：** 撰写—审校与编辑，撰写—初稿，可视化，软件，方法论，调查研究，形式化分析，数据整理。**Mamata Ngangom：** 撰写—审校与编辑，可视化，监督指导，概念构想。**M.G. Thakkar：** 撰写—审校与编辑，验证，监督指导，项目管理，经费获取，概念构想。**Ravi Bhushan：** 撰写—审校与编辑，验证，监督指导，资源，方法论。**Jyotsna Dubey：** 软件，……## 数据可用性数据可按请求提供。## 利益冲突声明作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或可能影响本文所报告工作的个人关系。## 致谢本工作系Ayushi Bhatnagar女士博士学位论文的一部分，感谢科学和技术部（DST）提供Inspire奖学金资助（IF18048）。同时感谢浦那物理研究实验室（Physical Research Laboratory, Ahmedabad）主任提供的热心支持。感谢Partha Sarathi Jena博士协助各项实验室实验。作者亦感谢SERB资助项目（SR/FTP/ES-278 49/2013，授予Dr. Ngangom Mamata Devi）以及DST资助项目（SR/S4/ES-279 TG/02/2008，授予……）Ayushi Bhatnagar | Mamata Ngangom | M.G. Thakkar | Ravi Bhushan | Jyotsna Dubey | Gaurav Chauhan | Anil D. Shukla