約5500萬年前印度次大陸和歐亞大陸發(fā)生碰撞，導(dǎo)致了喜馬拉雅-青藏高原此后的階段性隆升，東亞地形格局和氣候模式也隨之發(fā)生了劇烈變化，主要分別表現(xiàn)為從西低東高轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞲邧|低和從行星風(fēng)系轉(zhuǎn)變?yōu)榧撅L(fēng)風(fēng)系，在構(gòu)造變形和氣候變化的共同影響下，東亞水系逐漸形成，同時塑造了陸上地貌并控制了陸源物質(zhì)向邊緣海的輸送?，F(xiàn)代珠江，發(fā)源于云貴高原，流經(jīng)華南地塊（包括華夏地塊和揚子地塊），自廣州匯入南海，是我國境內(nèi)僅次于長江、黃河的第三長河。前人對珠江的演化歷史開展了大量研究，揭示出珠江不同于東亞其他大河，它最初形成于華南地塊東南沿岸，隨后逐漸向西溯源侵蝕，其形成發(fā)育過程可能與華南地塊構(gòu)造演化密切相關(guān)，然而，由于以往研究材料和分析方法的限制，珠江流域在長時間尺度上的演化細節(jié)仍不清楚，特別是珠江流域何時以及如何形成現(xiàn)代規(guī)模沒有明確認識。
圖1 研究站位圖
南海作為西太平洋最大的邊緣海，自新生代陸緣張裂和海底擴張以來接受了大量來自周邊地塊河流搬運的陸源碎屑沉積物。這些巨厚、連續(xù)且有良好地層年代約束的沉積物很好地記錄了當時的古環(huán)境信息，因此成為了研究構(gòu)造時間尺度河流演化的重要材料。研究人員以國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）368航次在南海北部鉆取的U1501站位（圖1）上部457米巖芯沉積物為研究材料，基于古生物地層、磁性地層和鍶同位素年代約束，通過粘土礦物學(xué)和Sr-Nd同位素地球化學(xué)等方法首次闡明了南海北部晚始新世約3500萬年前以來粘土粒級陸源碎屑沉積物的物源和河流演化歷史。
圖2 研究區(qū)Sr-Nd同位素及粘土礦物組成的物源識別
分析結(jié)果顯示（圖2），南海北部U1501站位粘土粒級陸源組分的物源在3200萬年前至3000萬年前發(fā)生了明顯變化。通過與周邊潛在源區(qū)端元對比，我們認為研究區(qū)沉積物在3200萬年之前主要是來自于華夏地塊東南沿岸以富蒙脫石和 Nd值相對偏正為特征的風(fēng)化產(chǎn)物，而從3000萬年前至今則轉(zhuǎn)變?yōu)閬碜杂谌A南地塊內(nèi)部(揚子地塊為主)以富伊利石和 Nd值相對偏負為特征的物質(zhì)。華夏陸塊沿岸地區(qū)的基巖以古生代-中生代花崗巖和火山巖為主，其組成受到了古太平洋板塊俯沖的地幔物質(zhì)顯著影響；而華南內(nèi)陸即揚子地塊作為古老克拉通，以中生代沉積巖和變質(zhì)巖為主。二者風(fēng)化產(chǎn)物因而具有明顯不同的放射性成因Nd同位素組成及粘土礦物組合。
圖3 晚始新世以來東亞構(gòu)造-氣候及河流演化的海-陸記錄對比
基于上述分析，研究人員采用 Nd值、蒙脫石/（伊利石+綠泥石）比值和鉀長石含量等代用指標重建了華南地塊風(fēng)化產(chǎn)物向南海北部輸入變化，從而示蹤華南河流流域的連續(xù)演化歷史（圖3）。結(jié)果表明，華南河流流域在3200萬年前從主要發(fā)育于華夏地塊東南沿岸的小型河流開始向揚子地塊內(nèi)部溯源侵蝕，并在約3000萬年前形成類似現(xiàn)代規(guī)模的格局并此后保持相對穩(wěn)定，即此時珠江的主體已經(jīng)基本形成并開始影響南海北部的源-匯沉積系統(tǒng)（圖4）。通過進一步綜合對比東亞區(qū)域的構(gòu)造隆升、南海海底擴張和東亞季風(fēng)演化歷史，我們提出發(fā)生于晚始新世-早漸新世的青藏高原東南部隆升導(dǎo)致了華南地塊的地形倒轉(zhuǎn)，促進了華南河流流域的向西溯源侵蝕和珠江主體的形成。
圖4 晚始新世以來珠江演化示意圖
本研究基于南海北部晚始新世約3500萬年以來長期、連續(xù)且高分辨率的沉積記錄，在國際上首次精確限定了珠江的發(fā)育和形成歷史，明確了高原隆升驅(qū)動了珠江演化，對于加深理解新生代構(gòu)造作用如何控制邊緣海沉積環(huán)境演化和陸上河流形成演變具有重要意義。
論文的第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生靳華龍，通訊作者為萬世明研究員。本研究得到了中國大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP-China）、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項、泰山和鰲山學(xué)者項目的支持。
論文信息：
Jin, H., Wan, S.*, Clift, P.D., Liu, C., Huang, J., Jiang, S., Li, M., Qin, L., Shi, X., Li, A., 2022. Birth of the Pearl River at 30 Ma: Evidence from sedimentary records in the northern South China Sea. Earth and Planetary Science Letters 600, doi: 10.1016/j.epsl.2022.117872
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X22005088
