林 旭 劉海金 劉 靜 吳中海 李兆寧 陳濟(jì)鑫 李玲玲 胡程偉

1)三峽大學(xué)，土木與建筑學(xué)院，宜昌 443002

2)三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))，宜昌 443002

3)東華理工大學(xué)，地球科學(xué)學(xué)院，南昌 330013

4)天津大學(xué)，地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院，天津 300072

5)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

6)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

0 引言

新生代以來(lái)，受控于印度板塊和西太平洋板塊向歐亞大陸俯沖的驅(qū)動(dòng)，面積廣大、地勢(shì)高聳的青藏高原開(kāi)始出現(xiàn)，并伴隨著亞洲東部巖石圈伸展減薄，出現(xiàn)一系列斷陷盆地和邊緣海，最終奠定了現(xiàn)今東亞地區(qū)的宏觀地貌(Yin，2010)。在此背景下，發(fā)源于青藏高原，流經(jīng)黃土高原、華北平原的黃河，攜帶巨量的碎屑物質(zhì)進(jìn)入渤海(Qiaoetal.，2017；Liuetal.，2020)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的地球化學(xué)循環(huán)、環(huán)境變化、沉積通量和陸架海碎屑物質(zhì)擴(kuò)散等起到重要影響(林旭等，2020a)。因此，追索黃河流域的泥沙來(lái)源，對(duì)于認(rèn)識(shí)和理解青藏高原東北部的隆升剝蝕(Panetal.，2013；Linetal.，2019；Xuetal.，2019)、東亞季風(fēng)演化(Huetal.，2012)和碎屑物質(zhì)堆積(Zhangetal.，2019；Huangetal.，2021；林旭等，2021a)之間的耦合關(guān)系至關(guān)重要。然而，黃河流域橫跨多個(gè)氣候區(qū)和構(gòu)造帶，物源區(qū)多而復(fù)雜，選擇合適的物源示蹤方法尤為關(guān)鍵。

早期的黃河流域物源示蹤工作主要采用重礦物組合、碎屑鋯石U-Pb年齡方法對(duì)蘭州盆地(Guoetal.，2018；Wang Zetal.，2019)、銀川-河套盆地(Lietal.，2017；李維東等，2020)、晉陜峽谷(Panetal.，2016；林旭等，2022)、汾渭盆地(Xiaoetal.，2021；Zhang H Zetal.，2021)和三門峽(Huetal.，2019；Liuetal.，2019)的沉積物開(kāi)展相關(guān)研究，但這些研究工作主要集中在黃河的某一河段；另外，很多研究者將黃河三角洲作為黃河物源示蹤研究的重點(diǎn)區(qū)域(Zhangetal.，1990；林曉彤等，2003；Yangetal.，2004)，但都未開(kāi)展黃河上游、中游同類物源示蹤的研究，因而上述研究獲得的黃河物源示蹤信息并不完整。國(guó)內(nèi)外研究者常采用輕、重礦物組合進(jìn)行大河物源示蹤(Garzantietal.，2007)，但黃河全流域碎屑礦物的含量因季節(jié)性河流水動(dòng)力強(qiáng)度與沉積環(huán)境差異的影響，不能用來(lái)示蹤全流域沉積物的源區(qū)(王中波等，2010)。鋯石抗風(fēng)化能力強(qiáng)，能穩(wěn)定記錄源區(qū)信息，已被廣泛用于黃河流域物源示蹤研究中(岳保靜等，2016；林旭等，2021b)。但鋯石作為重礦物在河流沉積物中常以副礦物出現(xiàn)，所占比例不高，容易經(jīng)歷多次沉積循環(huán)，并不能全面體現(xiàn)源區(qū)的地質(zhì)信息(Blowicketal.，2019)。盡管鉀長(zhǎng)石的化學(xué)礦物性質(zhì)比鋯石更不穩(wěn)定，更容易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化(Tyrrelletal.，2006；Barhametal.，2021)，但鉀長(zhǎng)石占整個(gè)大陸地殼組成的58%(體積)，是廣泛分布的造巖礦物，能最大程度代表某一源區(qū)的物源特征(林旭等，2020b)。黃河流域中非黏土礦物主要由石英和長(zhǎng)石組成(王兆印等，2007；陳垚，2020)。同時(shí)鉀長(zhǎng)石的鉛(Pb)同位素比值206Pb/204Pb、207Pb/204Pb 及208Pb/204Pb 在不同地塊間的差異性遠(yuǎn)大于Nd、Sr同位素體系，常被用于構(gòu)建區(qū)域Pb同位素地球化學(xué)省(張理剛，1995)和研究大陸地殼演化(Bodetetal.，2001)、示蹤成礦來(lái)源(Munnikhuis，2016；Xuetal.，2017)、重建古水流方向等(林旭，2011；Johnsonetal.，2018)。

近年來(lái)，碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成又被用于印度河(Alizaietal.，2011)、長(zhǎng)江(Wang Cetal.，2019)和密西西比河(Blowicketal.，2019)等大河的物源示蹤研究，并取得了良好的效果，但這一方法在黃河流域還未開(kāi)展。本研究即對(duì)黃河流域開(kāi)展系統(tǒng)的碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素分析，確定黃河上、中游的特征干支流，示蹤黃河下游鉀長(zhǎng)石的源區(qū)，判別該方法用于黃河物源示蹤研究的可行性，為今后研究黃河的形成時(shí)代、黃土高原和中國(guó)西北沙漠的物質(zhì)來(lái)源等提供基礎(chǔ)對(duì)比數(shù)據(jù)。

圖1 黃河流域的位置及樣品采集點(diǎn)分布圖Fig.1 Location of the Yellow River catchment and the sampling sites in the study.

圖2 黃河干流主要水文站的輸沙量柱狀圖(中華人民共和國(guó)水利部，2019)Fig.2 Histogram of sediment transport at major hydrological stations in the Yellow River trunk stream(Ministry of Water Resources of the People’s Republic of China，2019).

1 研究區(qū)概況

黃河發(fā)源于青藏高原巴顏喀拉山北麓，干流全長(zhǎng)5464km，流域面積79.5萬(wàn)平方千米，是中國(guó)第二大河。根據(jù)河流發(fā)育的特點(diǎn)，河源—內(nèi)蒙古河口鎮(zhèn)為黃河上游(圖1)，河口鎮(zhèn)—鄭州花園口為中游，花園口以下河段為下游。與其他河流不同，黃河流域面積集中分布在上、中游地區(qū)，占流域總面積的97.1%，而長(zhǎng)達(dá)789km的黃河下游平原河道的流域面積僅占2.9%(劉昌明，2014)。黃河水少沙多，水沙異源。河口鎮(zhèn)以上的黃河上游河段年均輸沙量占全河年來(lái)沙量的9%，年均來(lái)水量占全河來(lái)水總量的53%，是黃河水量的主要來(lái)源區(qū)(Zhangetal.，1990)；中游河口鎮(zhèn)—韓城龍門區(qū)間的年均來(lái)沙量占全河年來(lái)沙量的67%，是黃河泥沙的主要來(lái)源區(qū)(圖2)；黃河進(jìn)入花園口后，河道縱比降由中游的平均0.74‰下降為0.12‰，河床泥沙淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致水面高于兩岸地面，形成地上懸河。

2 樣品采集與研究方法

2.1 樣品采集

由于河流碎屑鉀長(zhǎng)石的粒徑、形狀、變質(zhì)程度對(duì)其Pb同位素的含量均不造成較大影響(Tyrrelletal.，2006)，因此，我們?cè)谝巴獠杉瘶悠窌r(shí)不進(jìn)行人為篩選，主要采集河流天然樣品。選取取樣點(diǎn)時(shí)盡量避開(kāi)人類活動(dòng)的影響范圍。在每個(gè)采樣點(diǎn)的不同位置采集砂樣，確保樣品更具有代表性。我們?cè)邳S河流域主要干流和支流的河漫灘、心灘進(jìn)行樣品采集(圖3)。干流樣品采自黃河的關(guān)鍵河段，采樣點(diǎn)位于瑪多、瑪曲、同德、蘭州、巴彥淖爾、河曲、韓城、開(kāi)封和利津。支流樣品采樣點(diǎn)位于其匯入干流前幾千米處，包括大夏河、湟水、汾河、渭河和伊洛河。三疊紀(jì)砂巖在晉陜峽谷廣泛出露，因而我們?cè)跁x陜峽谷北部采集三疊紀(jì)砂巖樣品，用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的對(duì)比研究；騰格里沙漠和毛烏素沙漠引用自林旭未發(fā)表的數(shù)據(jù)；秦嶺、華北板塊的Pb同位素省數(shù)據(jù)引用自文獻(xiàn)(張理剛，1995)，用于背景值的對(duì)比判斷。具體的樣品信息見(jiàn)表1。

圖3 黃河流域樣品采集的野外照片F(xiàn)ig.3 Field photos of sample collection in the Yellow River Basin.

表1 樣品采集信息Table1 Collected samples information

2.2 研究方法

Pb元素包含3個(gè)放射性成因(206Pb、207Pb、208Pb，分別是238U、235U、232Th 經(jīng)過(guò)衰變后的穩(wěn)定子體)和1個(gè)非放射性成因(204Pb)同位素(張理剛，1995)。鉀長(zhǎng)石是富含Pb元素的造巖礦物之一，其結(jié)晶后其幾乎不含U、Th元素，即鉀長(zhǎng)石內(nèi)不再產(chǎn)生新的放射性成因Pb，故206Pb/204Pb、207Pb/204Pb 及208Pb/204Pb 記錄了結(jié)晶時(shí)的Pb同位素特征，且在不同源區(qū)這些比值存在差異，這是利用該方法進(jìn)行物源示蹤研究的基礎(chǔ)(Tyrrelletal.，2006)。對(duì)野外采集的樣品進(jìn)行磁選和重液分選后，挑選出鉀長(zhǎng)石顆粒，并在雙目顯微鏡下進(jìn)行人工提純。在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)對(duì)每件樣品隨機(jī)挑選超過(guò)300顆鉀長(zhǎng)石，將其粘制到環(huán)氧樹(shù)脂靶上，待其凝固后對(duì)靶面進(jìn)行拋光打磨，露出鉀長(zhǎng)石的新鮮表面并進(jìn)行背散射光照相，用于后期上機(jī)輔助選擇分析點(diǎn)。我們?cè)诎拇罄麃喛仆⒋髮W(xué)地質(zhì)系的激光剝蝕中心利用Nu Plasma Ⅱ(英國(guó))多接收質(zhì)譜儀連接193nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(Resonetics，Nashua，NH，美國(guó))進(jìn)行鉀長(zhǎng)石原位Pb同位素分析。激光斑束為50μm，剝蝕頻率為10Hz，能量密度為2J/cm2。利用超高壓高純度的 He(350mL/min)、N2(1.0mL/min)和氬氣(Ar)作為載氣(Barhametal.，2021)。每分析10個(gè)樣品后，測(cè)試標(biāo)樣Shap鉀長(zhǎng)石(Tyrrelletal.，2006)和NIST 612(Woodheadetal.，2007)，以此檢驗(yàn)儀器的分析穩(wěn)定性。利用Micosoft Excel軟件處理數(shù)據(jù)結(jié)果，形成二維散點(diǎn)圖。同時(shí)，利用基于Kolmogorov-Smirnov(K-S)統(tǒng)計(jì)方法的多維判別圖(MDS)輔助判別樣品206Pb/204Pb 比值的遠(yuǎn)近關(guān)系(Vermeeschetal.，2016)。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果

黃河干支流樣品中的鉀長(zhǎng)石顆粒主要呈棱角狀、次棱角狀和次圓狀(圖4)，粒徑為20～300μm，在1個(gè)粒徑范圍內(nèi)基本可以認(rèn)為粒度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有決定性影響。我們對(duì)15件樣品中的967顆鉀長(zhǎng)石進(jìn)行了原位Pb同位素分析，對(duì)其206Pb/204Pb 和207Pb/204Pb(圖5a—c)、206Pb/204Pb 和208Pb/204Pb(圖5d—f)進(jìn)行二維圖投點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)206Pb/204Pb 和208Pb/204Pb 的二維圖空間區(qū)分度更清晰，故采用該組形成的二維圖。青藏高原東北緣黃河流域(包括蘭州段部分黃河樣品)的鉀長(zhǎng)石206Pb/204Pb 在20～16之間，208Pb/204Pb 在42～36之間(圖5d)。黃河蘭州段有部分鉀長(zhǎng)石的206Pb/204Pb 在23～19之間，208Pb/204Pb 在40～37之間。黃河巴彥淖爾段大部分樣品的206Pb/204Pb>19，最大值達(dá)24.79，而黃河河曲和韓城段大部分樣品的206Pb/204Pb 均<18.5(圖5e)。河曲附近中生代砂巖的206Pb/204Pb 在16～15之間。渭河樣品主體部分的206Pb/204Pb 在19～17之間，208Pb/204Pb 在40～37之間。汾河、伊洛河、黃河開(kāi)封和利津段樣品的206Pb/204Pb 在21～14之間，208Pb/204Pb 在42～33之間(圖5f)。

圖4 黃河碎屑鉀長(zhǎng)石的背散射圖Fig.4 Electron backscatter images of K-feldspar grains from the Yellow River Basin.圖中圓圈代表分析點(diǎn)

圖5 黃河流域碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成的散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter plot of Pb isotopic compositions of clastic K-feldspar from the Yellow River Basin.a—c 鉀長(zhǎng)石206Pb/204Pb 和207Pb/204Pb 比值散點(diǎn)圖；d—f 鉀長(zhǎng)石206Pb/204Pb 和208Pb/204 比值散點(diǎn)圖

4 討論

青藏高原隆升和東亞季風(fēng)的出現(xiàn)加速了黃河流域的剝蝕、風(fēng)化和沉積物堆積速率，在黃河全流域貫通后(Panetal.，2009；Huetal.，2017；林旭等，2022；Yangetal.，2022)，這些碎屑物質(zhì)被搬運(yùn)到西太平洋邊緣海域，完成從“源”到“匯”的沉積過(guò)程。因此，對(duì)黃河這樣大陸尺度的河流開(kāi)展物源示蹤研究的核心，是分析其下游沉積匯區(qū)的目標(biāo)碎屑礦物，將其與河流上游沉積源區(qū)進(jìn)行對(duì)比，判斷二者的源匯關(guān)系(林旭等，2020b)。

黃河流域在青藏高原的干流(瑪多、瑪曲、同德)和支流(湟水、大夏河)的鉀長(zhǎng)石206Pb/204Pb 和208Pb/204Pb 的分布范圍集中(圖5d)。但在MDS判斷圖中可以看到黃河瑪多和瑪曲段的距離近(圖7a)，黃河同德段、大夏河和湟水分布在1個(gè)區(qū)域。這說(shuō)明黃河瑪多和瑪曲段的鉀長(zhǎng)石受區(qū)域性地塊物質(zhì)供給為主，而黃河同德段、大夏河和湟水流經(jīng)秦嶺西段和祁連山東段，由于這2個(gè)造山帶在新元古代時(shí)同屬于羅迪尼亞超大陸，經(jīng)歷了相似的地塊演化歷史(Linetal.，2022)，屬于同一Pb同位素省(張理剛，1995)，導(dǎo)致這些河流的鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成相似(圖6a)，從而稀釋了黃河源頭瑪多—瑪曲段(松潘-甘孜地塊)的鉀長(zhǎng)石含量。黃河蘭州段與黃河同德段和大夏河相同，都流經(jīng)秦嶺Pb同位素省(B2-2，圖8)。雖然黃河蘭州段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布范圍與上述河流有部分重合(圖5d)，但也形成了明顯的高206Pb/204Pb 分布區(qū)域，這說(shuō)明黃河蘭州段的鉀長(zhǎng)石除部分來(lái)自其上游干支流外，也有其他外來(lái)源區(qū)的物質(zhì)混入。陳垚(2020)通過(guò)系統(tǒng)的粒度分析、石英顆粒微形態(tài)特征觀察及全巖地球化學(xué)物源示蹤研究，發(fā)現(xiàn)未進(jìn)入黃土高原段(劉家峽以上)的黃河物質(zhì)主要以水成相物質(zhì)為主，而進(jìn)入黃土高原段(劉家峽以下)的黃河物質(zhì)以風(fēng)-水兩相沉積物為主，二者的物質(zhì)組成存在明顯差異。這體現(xiàn)了黃河流域在青藏高原東北緣不同區(qū)域的碎屑物質(zhì)組成存在差異。

圖6 黃河流域碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter plot of Pb isotopic composition of clastic K-feldspar in the Yellow River Basin.a—f 鉀長(zhǎng)石206Pb/204Pb 和208Pb/204Pb 比值散點(diǎn)圖

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，黃河進(jìn)入河套平原后在巴彥淖爾段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布區(qū)域與黃河蘭州段十分吻合(圖6b)。鋯石U-Pb年齡譜對(duì)比(Nieetal.，2015；Zhang Hetal.，2021)和礦物組合(Panetal.，2016；Pangetal.，2018)物源示蹤結(jié)果說(shuō)明黃河蘭州段(青藏高原東北緣)是銀川和河套盆地碎屑物質(zhì)的重要來(lái)源。但黃河巴彥淖爾段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成和蘭州以上黃河干支流具有明顯差異(圖6b)，彼此間的MDS判斷距離也較遠(yuǎn)(圖7a)，結(jié)合蘭州以上黃河碎屑礦物組合(區(qū)域A，圖7b)與黃河蘭州—河口段(區(qū)域B，圖7b)明顯不同(Nieetal.，2015；Panetal.，2016)，說(shuō)明二者不存在明顯的物源聯(lián)系。此外，黃河蘭州段(圖6b)和巴彥淖爾(圖6c)段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布區(qū)域與各自流經(jīng)的秦嶺和華北板塊Pb同位素省(B2-2和A1-2，圖8)不吻合，說(shuō)明本地源區(qū)未對(duì)黃河蘭州段和巴彥淖爾段的鉀長(zhǎng)石來(lái)源起主導(dǎo)作用。再者，蘭州盆地分布厚層的新近紀(jì)黃土(Guoetal.，2020)，面積廣大的騰格里沙漠出現(xiàn)在其上風(fēng)區(qū)，成為重要的物源區(qū)(Zhangetal.，1996；Fanetal.，2018；陳垚，2020)，黃河蘭州段和騰格里沙漠的鉀長(zhǎng)石Pb同位素分布范圍重疊(圖6b)，說(shuō)明騰格里沙漠是蘭州盆地黃土重要的物源區(qū)，并間接成為黃河蘭州段碎屑鉀長(zhǎng)石的源區(qū)；黃河巴彥淖爾段的上風(fēng)區(qū)分布烏蘭布和沙漠和騰格里沙漠，粒度和全巖地球化學(xué)(Taetal.，2008；Pangetal.，2018)、碎屑礦物組合(Jiaetal.，2011；Panetal.，2016)物源示蹤結(jié)果表明，沙漠風(fēng)成沉積物對(duì)黃河巴彥淖爾段的河床物質(zhì)組成具有重要影響。同時(shí)，黃河巴彥淖爾段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素分布范圍和騰格里沙漠重疊(圖6c)。因此，當(dāng)黃河流經(jīng)蘭州盆地和河套盆地時(shí)，受到流域內(nèi)具有物源聯(lián)系的黃土和沙漠的物質(zhì)影響，導(dǎo)致黃河蘭州段和巴彥淖爾段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素分布范圍重疊。由此可知，無(wú)論黃河巴彥淖爾段的鉀長(zhǎng)石是水成成因(由蘭州段黃河搬運(yùn)而來(lái))，還是和黃河蘭州段共同受風(fēng)成沉積物的影響，都與蘭州以上黃河干支流的鉀長(zhǎng)石不存在物源聯(lián)系。

圖7 黃河流域碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素多維標(biāo)度圖和重礦物組成圖Fig.7 Multi-dimensional scaling map of detrital K-feldspar Pb isotopes and heavy mineral composition map from the Yellow River drainage basin.a 鉀長(zhǎng)石Pb同位素多維標(biāo)度圖，距離1和距離2代表樣本間距離的無(wú)量綱KS單位(0

黃河河曲和韓城段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布范圍高度重合(圖6d)，但與黃河上游明顯不同，說(shuō)明黃河上游蘭州—巴彥淖爾段不是黃河中游碎屑鉀長(zhǎng)石的來(lái)源區(qū)。此外，盡管河口鎮(zhèn)以上的黃河年均來(lái)水量占全河來(lái)水總量的53%，但輸沙量卻僅占9%(Zhangetal.，1990)，這一方面說(shuō)明黃河上游的碎屑物質(zhì)輸入量小，另一方面說(shuō)明黃河上游在流出青藏高原進(jìn)入地勢(shì)平緩的銀川和河套盆地后，碎屑物質(zhì)發(fā)生了大規(guī)模卸載(Nieetal.，2015；Panetal.，2016；Pangetal.，2018)，對(duì)其下游河道的碎屑物質(zhì)輸出明顯減弱。黃河河曲和韓城段流經(jīng)華北板塊西部的晉陜峽谷，這一帶的地層主要由中生代砂巖上覆新近紀(jì)黃土和沙漠組成。毛烏素沙漠的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布范圍與華北板塊Pb同位素省(A1-2和A2)(張理剛，1995)西部的分布范圍大部分重合(圖6d)，說(shuō)明華北板塊西部風(fēng)化的碎屑物質(zhì)是毛烏素沙漠東部重要的碎屑物質(zhì)來(lái)源區(qū)(李智佩，2006；Wang Z Yetal.，2019)。盡管黃土高原新近紀(jì)黃土的碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素結(jié)果目前還未見(jiàn)報(bào)道，但大量物源示蹤結(jié)果表明毛烏素沙漠是黃土高原重要的物源區(qū)(Sunetal.，2020；Zhang Hetal.，2021)。黃河河曲和韓城段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布范圍與毛烏素沙漠高度吻合(圖6d)，而與河曲附近中生代砂巖鉀長(zhǎng)石相對(duì)集中的Pb同位素比值分布范圍形成鮮明對(duì)比。故黃河進(jìn)入晉陜峽谷后，峽谷的中生代砂巖未對(duì)黃河中游鉀長(zhǎng)石來(lái)源起主導(dǎo)作用，厚而疏松的黃土和沙漠沉積物遭受黃河干支流的強(qiáng)烈侵蝕，從而成為黃河中游鉀長(zhǎng)石的主要來(lái)源(圖8)。黃河中游河口鎮(zhèn)—韓城龍門區(qū)間的年均來(lái)沙量占全河年來(lái)沙量的67%，是黃河泥沙的主要來(lái)源區(qū)(圖2)(劉昌明，2014)。這也與全巖Sr-Nd-Pb同位素(Huetal.，2012)、碎屑鋯石U-Pb年齡(Nieetal.，2015)和碎屑礦物(林曉彤等，2003；王兆印等，2007)物源示蹤結(jié)果吻合。由此可知，在黃河進(jìn)入晉陜峽谷后，自北向南傾伏的地勢(shì)和窄而長(zhǎng)的河道地貌特征使其碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)能力顯著提升，面積廣大而疏松的黃土高原因此成為黃河全河段輸沙量的主要源區(qū)。

圖8 黃河流域的Pb同位素省(張理剛，1995)Fig.8 Provinces of Pb isotopes in the Yellow River Basin(after ZHANG Li-gang，1995).根據(jù)鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成的差異用不同顏色劃分黃河流域的河段

汾河和渭河是黃河中游的一級(jí)支流，均為黃河提供了豐富的碎屑物質(zhì)。汾河的鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布范圍與黃河中游高度吻合(圖6e)。在MDS判斷圖中(圖7a)，汾河與河曲、黃河韓城段和毛烏素沙漠的分布距離相近，這也進(jìn)一步說(shuō)明黃土高原對(duì)區(qū)域內(nèi)河流的鉀長(zhǎng)石來(lái)源起主導(dǎo)作用。渭河流域的水系由北部黃土高原和南部秦嶺2個(gè)區(qū)域的河流組成，但其鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值的分布范圍與秦嶺Pb同位素省重疊(圖6e)。在MDS判斷圖中，渭河與湟水、大夏河和黃河同德段的距離相近。渭河流域的碎屑鋯石U-Pb年齡物源示蹤結(jié)果表明，其河流沉積物主要來(lái)自秦嶺(張笑宇等，2018)。因此，秦嶺為渭河碎屑鉀長(zhǎng)石的主要源區(qū)。伊洛河上游發(fā)源于秦嶺東段，下游流經(jīng)黃土廣泛分布的洛陽(yáng)盆地，其Pb同位素比值的分布范圍一部分與渭河、秦嶺的Pb同位素省重合，另一部分與河曲和黃河中游韓城段、汾河的分布范圍重疊，故其物質(zhì)組成既有秦嶺的物質(zhì)信號(hào)，也有黃土高原的物質(zhì)信號(hào)。

黃河開(kāi)封和利津段樣品采集于黃河下游，二者的Pb同位素比值分布范圍重疊，說(shuō)明黃河下游的碎屑鉀長(zhǎng)石來(lái)源沒(méi)有出現(xiàn)變化。這主要因?yàn)辄S河經(jīng)三門峽進(jìn)入華北平原后，隨著河道縱比降下降(0.12‰)，搬運(yùn)泥沙的能力下降，河床泥沙淤積嚴(yán)重，促使水面高于兩岸地面，形成地上懸河，河流流域面積變得狹小，沿途地方性河流物質(zhì)輸入困難，導(dǎo)致其與華北板塊Pb同位素省(A2和A3-2)的分布范圍不重合(圖6f)。黃河開(kāi)封和利津段鉀長(zhǎng)石的Pb同位素比值分布范圍與黃河蘭州—巴彥淖爾段沒(méi)有重疊，而與黃河中游的分布范圍高度重合，說(shuō)明黃河下游的鉀長(zhǎng)石主要來(lái)自黃河中游，這與MDS判斷的結(jié)果一致?？梢?jiàn)，隨著搬運(yùn)距離的增加導(dǎo)致區(qū)域性重要物源區(qū)(黃土高原)的出現(xiàn)，加上黃河下游流域面積銳減等原因，黃河上游蘭州和巴彥淖爾段、華北板塊并不是黃河下游碎屑鉀長(zhǎng)石的主要來(lái)源。伴隨著黃河下游的多次南北改道，從黃河中游搬運(yùn)而來(lái)的黃土物質(zhì)為黃河下游的華北(黃土)平原的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

綜合來(lái)看，今后在開(kāi)展黃河形成時(shí)代研究時(shí)，應(yīng)重視黃河流域不同河段存在物源差異性這一現(xiàn)象，綜合考慮黃河沿途沙漠和黃土對(duì)黃河河道物質(zhì)信號(hào)的干擾等問(wèn)題。另外，渭河的碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素比值分布范圍和MDS判斷距離與晉陜峽谷段黃河和汾河存在明顯差異，這為討論三門峽段水系演化提供了新的物源示蹤方法。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)黃河流域開(kāi)展系統(tǒng)的碎屑鉀長(zhǎng)石Pb同位素分析，結(jié)合區(qū)域鉀長(zhǎng)石Pb同位素和物源示蹤結(jié)果，得到如下結(jié)論：

(1)黃河瑪多、瑪曲、同德段，大夏河和湟水的鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成與黃河蘭州段存在明顯差異；黃河蘭州段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成與黃河巴彥淖爾段一致，二者受相似風(fēng)成物源區(qū)的影響；

(2)黃河上游不是黃河中游碎屑鉀長(zhǎng)石的主要源區(qū)；黃河中游河曲、黃河韓城段和汾河的鉀長(zhǎng)石主要來(lái)自黃土高原；渭河的鉀長(zhǎng)石主要來(lái)自秦嶺；伊洛河的碎屑鉀長(zhǎng)石來(lái)源于秦嶺和黃土物質(zhì)；

(3)黃河開(kāi)封和利津段的鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成一致，二者與黃河上游和華北板塊的鉀長(zhǎng)石Pb同位素組成明顯不同，而與黃河中游干支流一致。黃土高原對(duì)黃河中、下游的物質(zhì)組成起主導(dǎo)作用。

致謝審稿人對(duì)文章提出了問(wèn)題和修改建議，使文章得以進(jìn)一步完善，在此表示衷心感謝！