青藏高原腹地长江源头区河流阶地的光释光测年及其古环境意义

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：OSL dating of a river terrace in the Yangtze River headwaters of the interior Tibetan Plateau and its paleoenvironmental implications

　　

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  曲先河阶地 1 的光释光年龄跨度从 28.5 ± 1.7 到 0.75 ± 0.1 千年。
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  该阶地记录了冰期堆积后冰消期下切的过程。
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  青藏高原内部的冰期 - 冰消期转换以高能量事件为特征。
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  石英光释光测年显示出对高能量冲积扇沉积物的潜力。

引言

青藏高原（TP），被誉为“亚洲水塔”，是长江、黄河、湄公河、恒河和印度河等主要亚洲河流的发源地（Yao 等，2022），支撑着下游数十亿人口（Ran 等，2022）。这些河流系统的地貌演化对气候变化高度敏感（Tao 等，2020）。近几十年来，人为变暖加速了冰川退缩（Yao 等，2022），扩大了湖泊系统（Huang 等，2021），并从根本上重塑了高原的水文机制（Huang 等，2023）。了解这些动态景观如何响应气候强迫而演化，已成为全球环境变化研究的基石，为地球上最关键地区之一的水资源和水文稳定性平衡提供了见解。

河流阶地提供了了解河流地貌如何响应冰期 - 间冰期气候变化的重要档案（Bull, 1990; Pan 等，2003）。自 Penck 和 Brückner (1909) 将阶地堆积与冰期、下切与间冰期联系起来以来，越来越多的证据揭示了更复杂和非线性的河流响应，主要下切和形态调整通常发生在气候转换期，而非持续的气候状态下（Bridgland 和 Westaway, 2008; Tofelde 等，2017; Shen 等，2023）。在青藏高原范围内，对超过 1500 个阶地年龄的综合分析表明，阶地形成大致聚集在气候转换期，尽管构造、气候和地形的空间变化使得阶地形成与区域气候记录之间的直接相关性变得复杂（Tao 等，2020）。这种复杂性在上游长江流域得到了很好的体现。在构造活跃区段，如金沙江和通天河峡谷，阶地发育反映了构造、地形和气候的综合影响（Yu 等，2024）。相比之下，在罗徐盆地和夷平面河段等构造相对稳定的环境中，末次冰期（~24–19 千年）以河流堆积为主，随后在冰消期发生快速下切（Yu 等，2022; Yu 等，2024）。上游湄公河也记录了大致相似的模式，即冰期阶段堆积后冰消期下切（Shen 等，2023），而达曲流域记录了约 59–37 千年间的冰期堆积，随后是一段漫长的停滞期，表明后续侵蚀直至约 2.9 千年沉积重新开始（Shen 等，2024）。尽管取得了这些进展，但在青藏高原内部，约束良好的河流阶地记录仍然稀缺，特别是在长江源头的支流中。上游长江构造相对稳定的河段显示出冰期堆积后冰消期下切或侵蚀的大致一致模式，达曲流域（Shen 等，2024）和邻近的上游湄公河流域（Shen 等，2023）也记录了类似的响应。然而，青藏高原内部的河流阶地如何响应冰期 - 冰消期转换期间的快速气候变化仍然知之甚少。因此，需要更多年代测定良好的河流阶地记录来检验堆积 - 下切模式的区域一致性，并更好地约束青藏高原内部晚第四纪河流演化及其对气候变化的响应。

石英光释光测年在约束青藏高原山前环境高能量沉积事件时机方面具有相当大的潜力，这对于重建地貌演化及其对过去气候变化的响应至关重要。然而，其在如此复杂的沉积环境中的可靠性仍评估不足。光释光测年已广泛应用于青藏高原的冰碛和冰水沉积物及河流阶地沉积物中，为第四纪冰川活动、河流下切和地貌演化提供了重要的年代学约束（Spencer 和 Owen, 2004; Lai 等，2009; Stokes 等，2012; Zhao 等，2013; Ou 等，2014）。然而，不同沉积过程的漂白效率可能存在显著差异（Olley 等，1998; Jain 等，2004; Rittenour, 2008）。在青藏高原，残余剂量从相对漂白良好的冰水沉积物中的仅几戈瑞到漂白不佳的终碛丘沉积物中的约 110 戈瑞不等，对应的光释光年龄高估高达约 15–17 千年（Zeng 等，2016）。来自西藏东南部的单颗粒光释光测量同样揭示了部分冰碛沉积物中发光信号弱、过度离散和不完整漂白现象（Ou 等，2015）。这个问题在前山冲积扇中可能尤为重要，因为洪水、含碎屑洪水和碎屑流会产生快速且复杂的事件驱动沉积（Li 等，2018）。快速的高能量传输并不一定确保发光信号的完全重置，正如其他地方现代和古洪水沉积物中显示的不完整漂白和年龄高估所证明的那样（Medialdea 等，2014; Zhao 等，2019）。尽管光释光测年已被用于约束青藏高原冲积扇的堆积 - 下切历史（Li 等，2018），但复杂洪水 - 碎屑流序列中不同事件沉积物的漂白行为和光释光年龄可靠性仍然约束不力。因此，系统评估此类沉积物对于评估石英光释光测年在高能量前山环境中的潜力以及建立青藏高原晚第四纪地貌演化的可靠年代学至关重要。

然而，青藏高原内部的偏远性及其复杂的沉积序列限制了我们对晚第四纪河流地貌演化及其气候控制的理解。在此，我们建立了长江源区曲先河 (KQR) 沿岸一条河流阶地的石英光释光年代学，以重建其堆积 - 下切历史及对冰期 - 间冰期气候变化的响应，同时评估石英光释光测年在山前冲积扇环境中对高能量洪水和碎屑流沉积物的可靠性。

章节摘要

研究区

曲先河位于青藏高原内部东北部，是长江上游的关键支流（Dou 等，2023）。全长 156 千米，流域面积 3552 平方千米，沿北东北至南西南 (NNE-SSW) 轴向流动。河流流经高海拔青藏高原，受东亚夏季风 (EASM) 影响（Chen 等，2019），但该区域全年维持寒冷干旱的气候，塑造了其水文动态（Zhang 等，2011）。

这

样品制备

发光样本在昏暗红光下的暗室中处理，遵循 Aitken (1998) 描述的标准制备程序。圆柱体两端的各约 2–3 厘米被刮去用于剂量率测定。内部样本用 10% 盐酸 (HCl) 和 30% 过氧化氢 (H?O?) 处理，分别消除碳酸盐和有机质。通过湿筛提取 90–125 微米的粒度级分。密度分离后，

石英 SAR 协议的预热平台测试 (PHT) 和剂量恢复测试 (DRT)

当测量样品的 De 值时，必须消除矿物颗粒中的不稳定发光信号。为了达到与实验室再生剂量相当的光效，样品在激发前需进行预热 (Murray 和 Wintle, 2003)。对样品 KQR-G03 进行了预热平台测试 (PHT) 和剂量恢复测试 (DRT)（给定剂量为 28.95 戈瑞）（图 4A, B）。设置自然/再生预热温度范围从 200 °C 到 300 °C，增量 20 °C

曲先河剖面的年代学框架

基于光释光测年结果（表 1），建立了曲先河剖面的可靠年代学框架，跨度从 28.5 ± 1.7 千年到 0.75 ± 0.1 千年，如图 2 所示。在曲先河剖面的 U4 单元中，从洪水泥沉积物中的砂透镜体收集的三个光释光样本，深度分别为 3.6、3.1 和 3.0 米，年龄分别为 28.0 ± 1.7、28.5 ± 1.7 和 25.5 ± 1.6 千年。在 2.4 米深度，从单独的砂透镜体收集的兩個平行样本得出的年龄为

结论

在本研究中，我们结合沉积学和地貌学观测与石英光释光测年，重建了青藏高原内部长江源头支流曲先河沿岸一条河流阶地的晚第四纪沉积 - 侵蚀历史。通过将曲先河记录与青藏高原其他高海拔河流系统进行比较，我们评估了区域河流对冰期 - 冰消期气候变化的响应，并评估了石英光释光结合 SAR-SGC 方法

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CRediT 作者贡献声明

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利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争经济利益或个人关系可能会影响本文中报告的工作。

致谢

我们衷心感谢中国科学院武汉水资源研究所的刘玉娇和韩俊峰在野外采样期间的协助。我们也感谢罗心怡在图表准备方面的协助。本研究由中国国家自然科学基金（资助号：52239007 & U2240226）和中央公益科研院所基本科研业务费（资助号：CKSF2024324）支持。

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