极端大陆内陆盆地中的冲积扇：气候旋回性、构造和流域动力学的相互作用于蒙古西部

《Quaternary Science Reviews》：Alluvial fans in an extreme continental-interior basin: Interplay of climate-cyclicity, tectonics, and watershed dynamics in western Mongolia

　　

多阶段冲积扇加积作用（multi-phase alluvial fan aggradation）源自¹⁰Be深度剖面暴露测年（¹⁰Be depth profile exposure）和长石释光测年（feldspar luminescence dating）。残留湖岸线与冲积扇沉积物的切割关系（cross-cutting relationships）约束了冲积扇面废弃（abandonment）和下切（incision）的时间。沿Khankhukhii山脉的扇-流域系统（fan-catchment system）进行了河流纵剖面分析（longitudinal river profile analyses）和沉积物连通性评估（sediment connectivity assessment）。

论文解读文章

研究背景方面，冲积扇（alluvial fans）作为对古环境变化敏感的沉积体系，其形成受控于沉积物与水流排放比（Qs/Qw）的相互作用，而气候旋回性、构造活动和流域动态是调控这一过程的关键因素。在蒙古西部，尽管已有研究表明冲积扇加积（aggradation）主要发生在晚更新世气候转型期，但区域古气候记录超过100 ka（千年）的局限，且构造与气候信号的叠加效应尚未被充分解析。本研究聚焦于蒙古西部大湖盆地（Basin of Great Lakes, BGL）中相对未深入的Khankhukhii山脉，该区域经历了晚第四纪剧烈的湖泊扩张与收缩，以及活跃的构造变形（如Bulnay断裂带）。存在的主要问题是：气候-构造-流域动态如何协同控制冲积扇的加积与下切（incision）？此前缺乏对MIS 5（海洋同位素阶段5）之前扇演化的绝对年代约束。研究人员通过地貌地层制图、¹⁰Be（铍-10）深度剖面暴露测年、长石释光测年（post-IR IRSL, pIRIR），结合流域纵剖面分析（χ-elevation分析）和沉积物连通性指数（Index of Connectivity, IC）评估，揭示了冲积扇多阶段演化历史。得出结论：冲积扇加积作用主要发生在MIS 6至MIS 5转型期（约130 ka）和MIS 3早期（约49 ka），而下切作用主要发生在末次冰期（LGM）之后（约14 ka以来）。该研究的重要意义在于首次将蒙古西部冲积扇记录扩展至MIS 5之前，证实了气候转型期Qs/Qw比值的动态变化是驱动扇发育的主因，同时构造和湖面变化调节了沉积物保存与再改造。论文发表在《Quaternary Science Reviews》。

主要关键的技术方法包括：①地貌调查与制图：结合野外调查与遥感影像（如多光谱假彩色合成、铁氧化物指数）及DEM（数字高程模型）分析（如地形位置指数TPI、修正地形粗糙度指数），识别并划分了Q1至Q4四个冲积扇面世代，并利用风化程度、荒漠漆皮、土壤钙积等相对年龄指标进行关联。②¹⁰Be深度剖面暴露测年：在AF1扇面（P17和P30）挖掘约2.5 m深的探坑，以30 cm间隔采集层状沉积物，通过Monte Carlo模拟（Hidy等, 2010）拟合浓度-深度曲线，获得表面暴露年龄和继承浓度；同时从活跃河道采集P29样品计算流域平均侵蚀速率（CAER）。③长石释光测年：对K-长石（K-feldspar）采用pIRIR₂₂₅协议（225°C后红外激发），针对多颗粒和单颗粒测量，对P21样品（不完全晒退）应用最小年龄模型（MAM），对P20样品（完全晒退）使用算术平均剂量。④流域分析：利用TopoToolbox和ChiProfiler计算χ值（chi值）与河段陡度指数（k_sn），识别主要裂点（knickpoints）；使用SedinConnect计算IC值，评估沉积物源-汇连通性。样本队列来源：所有样品采集自蒙古西部大湖盆地Khankhukhii山脉南坡的AF1和AF2两个冲积扇系统。

研究结果分为以下部分：

**4.1. 流域动态（Catchment dynamics）**
通过¹⁰Be流域平均侵蚀速率（CAER）样品P29，获得AF1汇水区长期侵蚀速率为3.47±0.09 cm/ka，表明背景剥蚀速率较低。但χ-高程图显示，两条主要河道呈现三段式分割：低段河道具有高k_sn（约130）和强凹曲度，中段线性部分k_sn中等（约80–90），上段k_sn极低（约16–18）。三个主要裂点中，上游两个裂点与Bulnay断裂带位置重合（约2050 m asl），属构造控制；中下游裂点（约1830 m asl）为瞬态裂点，代表上游传播的下切信号。χ值在分水岭两侧呈现系统性不对称，表明分水岭正在向南迁移，导致AF1流域面积减小。沉积物连通性（IC）空间分布与河道分段一致：低段河道连通性高，促进高效输沙；上段连通性低，侵蚀信号被局部缓冲。

**4.2. 基于数值定年和地貌年龄约束的冲积扇地貌地层学（Alluvial fan morphostratigraphy inferred from numerical dating and geomorphic age constraints）**
研究识别出四个扇面世代（Q1至Q4），并结合绝对年代与间接年龄约束（与已测年湖岸线切割关系）建立年代框架。

**4.2.1. “最老”冲积扇面Q1（“Oldest” alluvial fan surface Q1）**
Q1仅以残余形式保存于AF1扇顶附近低脊上，高出Q2面约25 m，坡度约3°。从P27和P28获得的四个¹⁰Be表面暴露年龄（42.0±5.7 ka至84.4±7.8 ka）被认为不可靠，因表面严重侵蚀导致¹⁰Be浓度偏低，且缺乏典型粉尘层，故排除。Q1的加积只能根据地层位置推断早于Q2。

**4.2.2. 主体冲积扇面Q2（Main alluvial fan surface Q2）**
Q2是两处扇区（AF1和AF2）的主要面，坡度约2°，具明显下切且略凸的扇体。表面以棱角状-次棱角状砾石为主，常见风蚀石（ventifact），上部积累15 cm厚粉尘层。两个¹⁰Be深度剖面暴露年龄（P17: 143.5⁺²⁵/_-23 ka；P30: 129.4±12.4 ka）和一根长石释光年龄（P21: 113±20 ka）均集中于MIS 6至MIS 5转型期（约130 ka）。间接年龄约束：+130 m（aml）湖岸线（约105 ka）在Khankhukhii山前缺失，表明Q2最终废弃晚于该高湖面；+118 m（aml）湖岸线（约14 ka）完好保存于Q2之上，故Q2下切不晚于14 ka。

**4.2.3. 较年轻冲积扇面Q3（Younger alluvial fan surface Q3）**
Q3位于AF1和AF2，呈切割-充填型，位于Q2之下数米，坡度差异自扇顶向扇中逐渐消失。土壤发育程度略弱于Q2。长石释光样品P20（48.7±4.1 ka）代表Q3沉积开始，对应MIS 3早期。间接年龄约束：Q3被+118 m（aml）湖岸线（14 ka）不整合覆盖，但缺少+130 m（aml）湖岸线，故Q3加积介于105 ka至14 ka之间。P21样品（113 ka）虽位于Q3地层接触带，但解释为Q2残留。

**4.2.4. （亚）近期活跃河道Q4（(Sub-) recently active channel Q4）**
Q4包括活跃下切河道（Q4b）和废弃的亚近期沉积（Q4a）。Q4在扇顶以下切深度超过20–30 m进入Q2和Q3，下切深度向扇下逐渐减小，并在+118 m（aml）湖岸线处反转。Q4a和Q4b沉积物延伸至该湖岸线之外，表明其最大年龄为14 ka（后LGM）。Q4a在AF1东南缘覆盖于抬升的Q3b之上，掩蔽了推断的地表破裂。

**讨论与结论**
讨论部分综合分析了构造、气候和湖面变化的耦合作用。构造抬升（Bulnay断裂带）提供了长期地形框架，控制了流域分水岭迁移和沉积物连通性，但单个地震事件对沉积物贡献可忽略。流域χ-高程分析和IC值揭示内部三段式分割，局部抬升导致中段裂点，下段连通性高主导输沙。气候旋回性通过改变Qs/Qw比值驱动加积-下切循环：Q2和Q3加积分别对应MIS 6→5和MIS 3早期气候转型，此时湿润增强导致沉积物运输能力超过供应能力（供应限制型），废弃后下切；LGM后湖面变化（如+118 m高湖面）调节了基座和沉积物保存。结论部分翻译如下：Khankhukhii山脉的冲积扇记录了构造抬升、动态流域重组和第四纪气候旋回性的综合信号。Bulnay断裂带的持续抬升提供了长期地形配置，控制着排水网络调整、沉积物生产和容纳空间。流域分析揭示了内部显著分段，抬升和沉积物连通性的空间差异调节了各流域段的沉积预算。叠加在这一连续构造背景之上，研究人员提出Khankhukhii山脉的冲积扇响应是气候调制的函数，表现为沉积物供应与运输能力在瞬态对齐、相位偏移的旋回性中的变化。Q2和Q3加积的定年结果对应于主要气候转变，而下切可约束于LGM之后。研究结果支持一个动态、气候敏感系统的解释，其中Qs/Qw比值的变化驱动扇加积与下切，响应于从运输限制型到供应限制型的转变。Khyargas湖的波动一方面施加动态基座变化，影响沉积物保存与再改造，另一方面其与扇沉积物的切割关系可用于约束沉积和废弃的时间尺度。总体而言，地貌地层记录反映了气候强迫，而构造和自生过程为保存的沉积信号提供了背景变异性。