張志剛，王建，徐孝彬，趙志軍，白世彪

1) 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京，210023； 2) 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京，210023；3) 江蘇教育學(xué)院，南京，210024

內(nèi)容提要：為了探討不同暴露時(shí)間對(duì)利用原地生宇生核素估算地表基巖至大侵蝕速率(maximum erosion rates, 指假設(shè)樣品達(dá)到侵蝕平衡狀態(tài)下的侵蝕速率)的差異，本文選擇青藏高原東南部稻城古冰帽區(qū)至少暴露年代(minimum exposure ages, 指利用宇生核素暴露測(cè)年法所估算的在不考慮侵蝕速率影響時(shí)的暴露年代)為500 ka、100 ka、10 ka的樣品進(jìn)行估算，并對(duì)前人的研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。研究表明：① 研究區(qū)地表基巖在500 ka尺度、100 ka尺度和10 ka尺度的至大侵蝕速率分別約為1 mm/ka、5 mm/ka和40 mm/ka，該結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致。② 文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示百萬(wàn)年尺度和萬(wàn)年尺度地表巖石侵蝕速率可相差100倍。因此，基于原地生宇生核素所估算的侵蝕速率是在某個(gè)暴露時(shí)間(假設(shè)該暴露時(shí)間已達(dá)到侵蝕平衡狀態(tài))內(nèi)的至大侵蝕速率，而不同的暴露時(shí)間尺度所估算的結(jié)果相差較大，因此在進(jìn)行區(qū)域至大侵蝕速率對(duì)比時(shí)一定要注意樣品的至少暴露年代尺度是否一致。本研究可為青藏高原地區(qū)地表侵蝕速率的研究提供參考。

青藏高原是人類了解自然和認(rèn)識(shí)自然的窗口，是認(rèn)識(shí)地理奧秘的一把金鑰匙(劉東生, 1996)，其形成演化對(duì)自身、周邊區(qū)域以至全球的自然環(huán)境和人類活動(dòng)都有重大影響(李炳元, 2002)，青藏高原的地質(zhì)地貌演變過程已成為全球普遍關(guān)注的問題(許劉兵等, 2009)。為了更好地了解地貌演化和地表剝蝕，不僅要了解相關(guān)的自然演化過程，還要了解其地貌形成的年代以及形成速率(Bierman, 1994)，從而實(shí)現(xiàn)從定性研究到定量研究的轉(zhuǎn)化。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著加速質(zhì)譜(accelerator mass spectrometeres——AMS)的發(fā)展，微量原地生宇生核素的測(cè)定成為可能(Raisbeck et al., 1983; Elmore et al., 1987)，當(dāng)Lal(1991)建立起核素濃度與暴露時(shí)間和侵蝕速率的關(guān)系模型后，利用原地生宇生核素(主要是10Be和26Al)濃度估算地表基巖至大侵蝕速率(maximum erosion rates)在南極(Nishiizumi et al., 1991; Brown et al., 1992; Matsuoka et al., 2006)、澳大利亞(Bierman et al., 1995; Heimsath et al., 2001; Bierman et al., 2002)、南美洲(Smith et al., 2005)、美國(guó)(Albrecht et al., 1993; Small et al., 1997)、歐洲(Schaller et al., 2001; Li Yingkui et al., 2005; Reinhardt et al., 2007)、青藏高原(Lal et al., 2003; Kong Ping et al., 2007; 許劉兵等, 2009)等地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。然而在上述研究結(jié)果中，不同地區(qū)的研究結(jié)果相差較大，至大侵蝕速率最低值出現(xiàn)在南極地區(qū)(Nishiizumi et al., 1991; Brown et al., 1992; Matsuoka et al., 2006)和澳大利亞地區(qū)(Bierman et al., 1995)，為0.1～1 mm/ka，至大侵蝕速率較高值出現(xiàn)在青藏高原地區(qū)(Lal et al., 2003; Kong Ping et al., 2007; 許劉兵等, 2009)和歐洲地區(qū)(Schaller et al., 2001; Li Yingkui et al., 2005; Reinhardt et al., 2007)，青藏高原地區(qū)至大侵蝕速率最高可達(dá)到60 mm/ka(許劉兵等, 2009)，歐洲地區(qū)至大侵蝕速率可達(dá)到50 mm/ka。為什么采用同樣的方法(宇生核素10Be和26Al估算)測(cè)定同樣的地貌體(基巖，盡管巖性有些差異)，其研究結(jié)果會(huì)有大約100倍的差別？對(duì)于這種差異的原因不同學(xué)者所持的觀點(diǎn)不一致：有的學(xué)者認(rèn)為南極和澳大利亞地區(qū)處于一個(gè)干旱區(qū)域，降水以及環(huán)境差異是導(dǎo)致侵蝕速率不同的因素(Bierman et al., 2002; 許劉兵等, 2009 )；有的學(xué)者認(rèn)為是氣候和巖性差異會(huì)導(dǎo)致侵蝕速率的差異(Small et al., 1997)；也有學(xué)者認(rèn)為巖性和降水對(duì)地表侵蝕速率影響不大(Bierman, 1994; Kong Ping et al., 2007; Binnie et al., 2010)，侵蝕速率相對(duì)較大則主要是受到構(gòu)造活動(dòng)的影響(Riebe et al., 2001; Kong Ping et al., 2007; Binnie et al., 2010)；還有學(xué)者認(rèn)為氣候和構(gòu)造共同影響著侵蝕速率的變化(Kong Ping et al., 2007)。然而，筆者在文獻(xiàn)查閱時(shí)發(fā)現(xiàn)地貌體(主要針對(duì)基巖)所對(duì)應(yīng)的暴露時(shí)間尺度對(duì)地表基巖至大侵蝕速率的估算有很大的影響且具有一定的規(guī)律性，該解釋如果能夠在一個(gè)合適的區(qū)域得到驗(yàn)證就可以為上述爭(zhēng)論提供一個(gè)新的觀點(diǎn)。

位于青藏高原東南部的稻城古冰帽區(qū)保存了大量完整的冰川作用遺跡，是進(jìn)行第四紀(jì)冰川活動(dòng)以及地貌演化研究的理想地點(diǎn)。許多學(xué)者在此做過工作：羅來(lái)興等(1963)首次對(duì)該區(qū)進(jìn)行地貌考察，隨后，姚檀棟等(1983)、李吉均等(1986)對(duì)稻城冰帽的基本特征和發(fā)育模式進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查研究，鄭本興等(1995)對(duì)稻城古冰帽南緣的稻城河支流尼雅隆雄曲和央英錯(cuò)溝的古冰川進(jìn)行巖礦分析和14C年代測(cè)定，開始了該地區(qū)冰川絕對(duì)年代的研究，趙志中等(2000)首次對(duì)理塘海子山口的第四紀(jì)冰磧物進(jìn)行宇生核素(10Be、26Al和21Ne)暴露年代測(cè)定，王建等(2003, 2006)對(duì)該區(qū)最老冰磧壟以及漂礫進(jìn)行了宇生核素10Be年代學(xué)測(cè)定以及漂礫翻滾歷史的研究，許劉兵等(2004)、Xu Liubing等(2009)建立了該區(qū)6次大規(guī)模冰川前進(jìn)的年代序列，周尚哲等(2004)、Zhou Shangzhe 等(2006)對(duì)該區(qū)的地貌發(fā)育和環(huán)境演變進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，筆者等(張志剛等，2012a, 2012b)也曾對(duì)稻城古冰帽庫(kù)照日系列冰磧壟進(jìn)行宇生核素10Be年代學(xué)測(cè)定和冰磧物光釋光測(cè)年的嘗試研究。盡管許多學(xué)者對(duì)該區(qū)做了大量工作，但是對(duì)稻城古冰帽區(qū)地表基巖的侵蝕速率研究相對(duì)薄弱，僅有少數(shù)學(xué)者通過冰蝕面地形特征與地貌年代來(lái)估算基巖的侵蝕速率(徐孝彬等, 2004; 王建等, 2006)。

基于該區(qū)存在大量不同時(shí)代的冰蝕面，適合進(jìn)行侵蝕速率研究且該區(qū)對(duì)地表基巖侵蝕速率的研究相對(duì)較少；再者關(guān)于不同區(qū)域利用宇生核素估算地表基巖至大侵蝕速率相差較大的原因存在不同的意見。本文在該區(qū)選擇不同暴露時(shí)間尺度(500 ka，100 ka以及10 ka尺度)的花崗巖基巖樣品，利用宇生核素10Be和26Al濃度進(jìn)行地表基巖至大侵蝕速率估算，這可在氣候、巖性以及構(gòu)造活動(dòng)的差異對(duì)侵蝕速率影響相對(duì)較弱的情況下探討地貌體暴露尺度對(duì)估算結(jié)果的影響。

1 區(qū)域背景及樣品采集

1.1 研究區(qū)地貌和地質(zhì)概況

稻城古冰帽(圖1)位于四川西部理塘與稻城之間的海子山山頂夷平面上(99°48′～100°30′E，29°02′～30°08′N)，長(zhǎng)約135 km，面積達(dá)3000 km2，屬于沙魯里山高原面的一部分。北臨毛埡壩盆地和理塘盆地，東接甲洼盆地和無(wú)量河斷裂帶，西界希曲和稻城河谷。該高山夷平面北高南低，北段帽合山海拔在4850～5150 m左右，主體海拔在4600～4800 m，殘留在夷平面的個(gè)別高山海拔超過5000 m，如九拐山和稻城河北山最高峰達(dá)到5130 m。雖然目前稻城海子山已無(wú)現(xiàn)代冰川，但在第四紀(jì)期間，這里曾多次形成古冰帽并留下古冰帽特殊的侵蝕堆積地貌遺跡，如：古冰斗、冰蝕槽谷、冰蝕盆地、羊背石、冰蝕丘陵、底磧、鼓丘、終磧與側(cè)磧等。稻城海子山地區(qū)主要出露的是印支期的花崗巖，而周圍和中南部的尼增曲西岸分布有三疊紀(jì)的粉砂巖和黑色頁(yè)巖，在尼增曲下游還分布有古近紀(jì)的紅色碎屑巖系(鄭本興等, 1995; 許劉兵等, 2004)。

1.2 樣品采集

本文共對(duì)稻城古冰帽3個(gè)地區(qū)(雄古、桑堆北部、海子山山頂)的5個(gè)樣品(圖1)進(jìn)行宇生核素濃度測(cè)定。雄古位于稻城古冰帽南部邊緣，附近保存著一套完整的冰磧壟，冰磧壟外側(cè)的冰磧平臺(tái)其上分布著一些羊背石以及冰川漂礫。樣品k14就采自最外側(cè)冰磧臺(tái)地上的羊背石頂面，在冰磧平臺(tái)外側(cè)還零散分布著一些冰川作用的漂礫，樣品k15則采自這些零散分布的冰磧漂礫頂部，該漂礫位于稻城河左岸(沿河流方向)。桑堆位于古冰帽的西南部，桑堆北面也保存著冰川作用遺留下來(lái)的一些冰蝕面，樣品s19就采自桑堆北部基巖冰蝕面頂部。在古冰帽的中部地區(qū)—海子山山頂夷平面上散布著冰川作用后的大量漂礫、冰蝕面以及羊背石，樣品s3采自海子山山頂基巖磨光面頂部，樣品s16采自海子山山頂羊背石頂部。這三個(gè)地區(qū)的基巖以及漂礫巖性多為花崗巖。具體采樣情況見表1。

圖 1 稻城古冰帽研究區(qū)位置以及宇生核素10Be和26Al采樣點(diǎn)位置圖Fig. 1 Study area of paleo-Daocheng ice cap and sampling sites for cosmogenic nuclides 10Be and 26Al

2 研究方法和過程

2.1 原地生宇生核素估算至大侵蝕速率原理簡(jiǎn)介

出露于地表或地表一定深度的巖石會(huì)受到宇宙射線的轟擊，巖石中的某些元素與宇宙射線粒子以一定的方式發(fā)生核反應(yīng)就會(huì)生成新的核素，稱為原地生宇生核素(相對(duì)大氣中生成的宇生核素)，主要有3He、10Be、14C、21Ne、26Al和36Cl等。而原地生宇生核素濃度是巖石暴露時(shí)間與侵蝕速率的函數(shù)。因此，在相關(guān)假設(shè)條件下可以求得地表的至少暴露年代(minimum exposure ages)和至大侵蝕速率(maximum erosion rates)。其主要計(jì)算過程如下(Lal, 1991):

(1)

式中：N(x,t)指經(jīng)過t時(shí)間后在x深度處樣品的宇生核素濃度(atoms/g?)；N(x,0)為暴露前深度x處樣品的殘留宇生核素濃度(atoms/g)；λ=(ln2)/T(T為半衰期)為放射性宇宙核素的衰變系數(shù)(1/Ma)；t為暴露時(shí)間(a)；p(0)為地表宇宙核素的產(chǎn)生率[atoms/(g·a)]；μ=ρ/Λ為目標(biāo)的吸收系數(shù)(cm-1)；ρ為目標(biāo)巖石的平均密度(g/cm3)，Λ為目標(biāo)巖石中原子核相互作用粒子的衰減路徑長(zhǎng)度(160 g/cm2)(Brown et al, 1991)；ε為侵蝕速率(cm/a)。

通常在計(jì)算過程中假設(shè)地表巖石初始宇生核素的濃度為0，且宇宙射線通量為常數(shù)，地表宇生核素的產(chǎn)生速率為常數(shù)，因此，公式(1)可以簡(jiǎn)化為：

(2)

當(dāng)假設(shè)地表沒有受到侵蝕，即侵蝕速率為0，此時(shí)可以計(jì)算出的暴露年代為至少暴露年代：

(3)

假設(shè)地表巖石已達(dá)到“穩(wěn)定侵蝕”狀態(tài)，即t>>1/(λ+με)，巖石侵蝕與宇生核素的生成已經(jīng)達(dá)到平衡，此時(shí)可由(2)推算出侵蝕速率，該侵蝕速率為至大侵蝕速率。計(jì)算公式為：

(4)

此外，在估算地表至大侵蝕速率時(shí)還應(yīng)該假設(shè)地表巖石暴露于宇宙射線后(一般在計(jì)算中都認(rèn)為殘留核素濃度為0)，再?zèng)]有經(jīng)過埋藏的過程，但是在地貌考察過程中往往很難確定是否具有復(fù)雜暴露歷史，目前通常利用10Be/26Al比值與10Be濃度的對(duì)數(shù)值建立關(guān)系曲線圖來(lái)檢驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

將采集到的巖石樣品粉碎，篩選出0.5～0.9mm粒徑的顆粒。經(jīng)過人工挑選與化學(xué)分離和純化，挑選出純凈石英(Brown et al., 1991)。選取一定量的純凈石英，用40%的氫氟酸(HF)溶解掉30%左右的石英，目的是去除石英外層，以消除大氣成因10Be的影響(Nishiizumi et al., 1991)。石英去表皮后添加一定量(約0.25～0.5 mg)的9Be載體，溶解入40%的純HF酸中，蒸干后再用HCl溶解。至少7個(gè)左右樣品配備一個(gè)空白樣，其化學(xué)步驟與樣品完全相同，以估算實(shí)驗(yàn)過程中環(huán)境背景的可能影響。然后通過離子交換將元素Be和元素Al分離出來(lái)，隨后在含有Be元素的溶液和含有Al元素的溶液中分別加入NH4OH使溶液pH值達(dá)到8左右，從而促使Be(OH)2和Al(OH)3沉淀，反復(fù)多次。最后，在1000℃高溫的電爐中，使Be(OH)2和Al(OH)3氧化形成BeO和Al2O3(徐孝彬等, 2003)。該文樣品k14和k15的制靶與加速器測(cè)試在澳大利亞ANSTO完成，其余樣品的制靶和加速器測(cè)試在美國(guó)普渡大學(xué)完成。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

注：① 本文宇生核素濃度單位按慣例采用 atoms/g；6.0221367×1023atoms/g=1 mol/g。② “—”表示該樣品沒有進(jìn)行宇生核素26Al測(cè)試。③ 在計(jì)算過程中取μ=0.0169 cm-1；λBe=5.0×10-7a-1；λAl=9.8×10-7a-1。

2.3 至少暴露年代和至大侵蝕速率的計(jì)算

至少暴露年代是根據(jù)公式(3)計(jì)算的，至大侵蝕速率是根據(jù)公式(4)進(jìn)行估算。計(jì)算過程中取花崗巖的密度為2.7 g/cm3，巖石中的衰減路徑長(zhǎng)度為160 g/cm2(Brown et al., 1991)，10Be的半衰期為1.387±0.012 Ma(Chmeleff et al., 2010; Korschinek et al., 2010)，26Al的半衰期為0.705 Ma(Nishiizumi, 2002)。對(duì)于宇生核素10Be和26Al的生成速率是利用Balco等(2008)的網(wǎng)絡(luò)模型CRONUS-Earth(http://hess.ess.washington.edu)中Lal(1991)和Stone(2000)生成速率為常數(shù)的計(jì)算模型計(jì)算而得?；诒疚氖菍?duì)其至少暴露年代和至大侵蝕速率進(jìn)行估算，因此沒有考慮磁場(chǎng)對(duì)宇生核素產(chǎn)生速率的影響，計(jì)算結(jié)果見表2。

3 結(jié)果和討論

3.1 侵蝕平衡狀態(tài)與至大侵蝕速率的關(guān)系

從公式(1)可知宇生核素濃度越大，表明暴露時(shí)間越長(zhǎng)。

公式(4)中，μ、p、λ均為常數(shù)，至大侵蝕速率ε與宇生核素濃度N的關(guān)系可簡(jiǎn)化為：

ε=C1/N+C2,或ε+C3=C1/N

可知，宇生核素濃度N越大(暴露時(shí)間越長(zhǎng))，至大侵蝕速率ε值就越小，反之則越大。因此，從理論上來(lái)說暴露時(shí)間對(duì)至大侵蝕速率的計(jì)算有影響。從公式(2)可知：當(dāng)暴露時(shí)間較短時(shí)，暴露時(shí)間t不滿足t>>1/(λ+με)，樣品尚未達(dá)到侵蝕平衡狀態(tài)，故至大侵蝕速率中包含了較多的虛置成分；而當(dāng)暴露時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，則至大侵蝕速率更接近真實(shí)的侵蝕速率，即更滿足t>>1/(λ+με)。因此，估算至大侵蝕速率有兩個(gè)基本假設(shè)條件：(1)表面宇生核素的生成速率不隨時(shí)間變化；(2)樣品有足夠長(zhǎng)的暴露時(shí)間(t>>1/(λ+με))使其表面宇生核素濃度達(dá)到平衡狀態(tài)(Lal, 1991; Small et al., 1997)。對(duì)于第一個(gè)假設(shè)盡管地球磁場(chǎng)變化對(duì)生成速率有影響但目前的研究中均忽略了這個(gè)影響，均認(rèn)為某一固定地點(diǎn)其生成速率是恒定的，而對(duì)于第二個(gè)假設(shè)很難有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)限定達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的暴露時(shí)間，從萬(wàn)年尺度到百萬(wàn)年尺度均有學(xué)者假設(shè)已達(dá)到平衡狀態(tài)來(lái)估算至大侵蝕速率( Nishiizumi et al., 1991; Brown et al., 1992; Bierman et al., 1995; Lal, 2003; 許劉兵等, 2009)。Small等(1997)認(rèn)為第二個(gè)假設(shè)條件在許多情況下很難成立，因?yàn)樵谝恍┑刭|(zhì)過程(如冰川侵蝕)中，巖石被侵蝕的厚度大于宇生核素衰減路徑長(zhǎng)度，導(dǎo)致出露的巖石表面宇生核素濃度較低，即使是在較高的侵蝕速率(10 mm/ka)下，要想達(dá)到平衡也要經(jīng)過105a。Brown等(1995)給出了不同假設(shè)侵蝕速率下達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間，結(jié)果表明：在1000 m/Ma 的侵蝕速率下要經(jīng)過103a才能達(dá)到平衡，在100 m/Ma 的侵蝕速率下要經(jīng)過104a才能達(dá)到平衡，而在10 m/Ma 的侵蝕速率下要經(jīng)過105a才能達(dá)到平衡，侵蝕速率越大樣品宇生核素濃度達(dá)到平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間就越短。我們也可以通過利用其他方法估算的基巖侵蝕速率來(lái)反推該侵蝕速率下達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間，已有學(xué)者對(duì)基巖的侵蝕速率進(jìn)行研究，Dahl(1967)基于巖石差異化侵蝕方法得出Narvik Mountains基巖的侵蝕速率為1 mm/ka。Andre(2002)也利用差異化侵蝕方法測(cè)定了斯堪的納維亞北部地區(qū)約3 200個(gè)巖石樣品，研究得出花崗巖和變質(zhì)巖的侵蝕速率大約為0.2～1.2 mm/ka。張麗萍等(2003)以三峽地區(qū)黃陵段風(fēng)化花崗巖土壤為研究對(duì)象，利用剝蝕沉積原理估算出新生代以來(lái)該區(qū)花崗巖平均風(fēng)化剝蝕速率為16.97 mm/ka。王利等(2007)根據(jù)剝蝕沉積原理，研究大別山區(qū)(以變質(zhì)巖和花崗巖為主)新近紀(jì)以來(lái)的剝蝕速率為32～49 mm/ka。因此，作者根據(jù)以上學(xué)者估算的侵蝕速率(1 mm/ka，10 mm/ka，50 mm/ka)分別估算樣品達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間，我們假設(shè)當(dāng)t≥10*[1/(λ+με)]即滿足(因?yàn)楫?dāng)t≥10*[1/(λ+με)]時(shí)，e-10<1/1000，公式(2)近似滿足t>>1/(λ+με))。研究表明：當(dāng)基巖侵蝕速率為1mm/ka時(shí)，需要4.6 Ma才能達(dá)到平衡；當(dāng)侵蝕速率為10 mm/ka時(shí)，需要580 ka才能達(dá)到平衡，當(dāng)侵蝕速率為50 mm/ka時(shí)，需要120 ka才能達(dá)到平衡，該計(jì)算結(jié)果同樣也反應(yīng)了侵蝕速率越大樣品達(dá)到侵蝕平衡狀態(tài)的時(shí)間就越短。但是，由于區(qū)域、巖性、氣候、構(gòu)造等因素的差異，以及巖石在不同環(huán)境下的侵蝕速率是多少尚無(wú)定論，我們很難判斷樣品宇生核素濃度是否達(dá)到平衡狀態(tài)，我們根據(jù)假設(shè)所得到的侵蝕速率往往代表了其真實(shí)值的最大值。

因此，由于無(wú)法確定樣品是否達(dá)到侵蝕平衡狀態(tài)，不同的暴露時(shí)間所估算的至大侵蝕速率就會(huì)有所不同，得到的侵蝕速率只代表在該暴露尺度范圍內(nèi)的至大侵蝕速率。我們用該方法來(lái)估算該地區(qū)的至大侵蝕速率是可以的，但是將不同暴露尺度所對(duì)應(yīng)的至大侵蝕速率進(jìn)行比較，進(jìn)而對(duì)其差異原因歸結(jié)為氣候、降水、構(gòu)造等則是不全面的。

3.2 至大侵蝕速率與至少暴露年代的關(guān)系

從表2中我們可以得知(下面討論中均以10Be數(shù)據(jù)為參考)，樣品s3和s16其至少暴露年代在10～20 ka之間，其至大侵蝕速率分別為47.7±1.92 mm/ka和34.6±1.39 mm/ka，平均值約為40 mm/ka；樣品s19和k14所對(duì)應(yīng)的至少暴露年代為120～135 ka之間，其至大侵蝕速率分別為4.6±0.10 mm/ka和4.3±0.06，約為5 mm/ka；而樣品k15的至少暴露年代為480 ka，其至大侵蝕速率為1.1±0.01 mm/ka。在先前的研究中相關(guān)學(xué)者將在南極地區(qū)(Nishiizumi et al., 1991; Brown et al., 1992; Matsuoka et al., 2006)和澳大利亞地區(qū)(Bierman et al., 1995)至大侵蝕速率較低(0.1～1 mm/ka)，而在青藏高原地區(qū)(Lal et al., 2003; Kong Ping et al., 2007; 許劉兵等, 2009)和歐洲地區(qū)(Schaller et al., 2001; Li Yingkui et al., 2005; Reinhardt et al., 2007)至大侵蝕速率較高(最高可達(dá)到60 mm/ka)的原因歸結(jié)為降水以及環(huán)境差異(Bierman et al., 2002; 許劉兵等, 2009)、氣候和巖性差異(Small et al., 1997)或者是構(gòu)造活動(dòng)影響(Riebe et al., 2001; Kong Ping et al., 2007; Binnie et al., 2010)都是有可能的。然而，在本研究區(qū)海子山附近的小區(qū)域內(nèi)所采用的樣品巖性一致(都是花崗巖)、采樣對(duì)象多為基巖且樣品分布相對(duì)集中，這樣氣候、巖性、構(gòu)造的影響相對(duì)較弱，為什么還會(huì)出現(xiàn)至大侵蝕速率相差近50倍的情況？可能的解釋是樣品暴露時(shí)間尺度相差較大引起的，且這個(gè)解釋也符合從數(shù)學(xué)理論角度方面分析。本研究結(jié)果在相同暴露時(shí)間尺度情況下與Lal等(2003)對(duì)青藏高原中部165～20 ka之間的至大侵蝕速率的估計(jì)(3.3～29.1 mm/ka)、Kong Ping等(2007)對(duì)青藏高原西北部134～23 ka之間的至大侵蝕速率估計(jì)(4.0～24 mm/ka)以及許劉兵等(2009)對(duì)青藏高原東南部末次間冰期以來(lái)(136～9.8 ka BP)的至大侵蝕速率估計(jì)(4.06～60 mm/ka)相一致。另外，樣品s16、k14、k15根據(jù)26Al估計(jì)的至大侵蝕速率值與10Be所估計(jì)的數(shù)據(jù)相近。以上兩點(diǎn)說明本文數(shù)據(jù)與前人研究結(jié)果基本一致，研究結(jié)果是可靠的。

注：“—”表示文獻(xiàn)中沒有說明，此外由于文獻(xiàn)中的樣品性質(zhì)描述詳略程度不同，故有的樣品巖性不清楚。

作者對(duì)15篇相關(guān)文獻(xiàn)(主要是針對(duì)利用宇生核素10Be和26Al技術(shù)估算地表基巖)進(jìn)行至少暴露年代和至大侵蝕速率的對(duì)應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計(jì)(表 3)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示至大侵蝕速率較低(0.1～1 mm/ka)的南極地區(qū)(Nishiizumi et al., 1991; Brown et al., 1992; Matsuoka et al., 2006)、澳大利亞地區(qū)(Bierman et al., 1995)以及南美洲地區(qū)(Smith et al., 2005)所對(duì)應(yīng)的至少暴露年代均在1000 ka尺度或者是0.5～1Ma尺度的情況下，而侵蝕速率較高的青藏高原地區(qū)(Lal et al., 2003; Kong Ping et al., 2007; 許劉兵等, 2009)和歐洲地區(qū)(Schaller et al., 2001; Li Yingkui et al., 2005; Reinhardt et al., 2007)所研究的樣品的至少暴露年代在10 ka至100 ka的尺度范圍，這種地貌體暴露尺度的差異很可能是利用宇生核素10Be和26Al技術(shù)進(jìn)行至大侵蝕速率估算結(jié)果差異較大的原因。而且從表 3可以發(fā)現(xiàn)至少暴露年代與至大侵蝕速率大致呈現(xiàn)這么一個(gè)規(guī)律：至少暴露年代大于1000 ka尺度時(shí)其對(duì)應(yīng)的至大侵蝕速率小于0.5 mm/ka；在500～1000 ka尺度范圍內(nèi)其對(duì)應(yīng)的至大侵蝕速率為：0.5～1 mm/ka；在100～500 ka尺度范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的至大侵蝕速率為1～5 mm/ka；在10～100 ka的尺度范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的至大侵蝕速率為：5～50 mm/ka。本文在稻城冰帽區(qū)的研究結(jié)果也符合這種規(guī)律。根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)按序整理出不同暴露尺度所對(duì)應(yīng)的侵蝕速率(表4)并以此繪制至大侵蝕速率與至少暴露年關(guān)系圖(圖2)，由于橫縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間相差較大，圖中采用的是對(duì)數(shù)坐標(biāo)。從圖2中不難看出至少暴露年代值越大，至大侵蝕速率值越小，且不同暴露時(shí)間尺度侵蝕速率的分布有一定的規(guī)律。究其原因是由于至大侵蝕速率與暴露時(shí)間呈反相關(guān)關(guān)系(上述3.1分析結(jié)果)。因此，地貌體暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，其表面積累的宇生核素濃度就越大，那么所估算的至大侵蝕速率值就越小(圖2所示)。

圖 2 至少暴露年代與至大侵蝕速率的關(guān)系圖Fig.2 Relationship of minimum exposure ages with the maximum erosion rates

4結(jié)論

本文采用宇生核素10Be和26Al濃度估算至大侵蝕速率的方法對(duì)青藏高原東南部稻城古冰帽區(qū)不同時(shí)間尺度地表基巖侵蝕速率的估算結(jié)果顯示，在同一個(gè)地區(qū)同一種巖性組成的地面侵蝕速率，利用具有不同暴露時(shí)間的樣品所估算的至大侵蝕速率相差很大。并且具有隨著暴露時(shí)間減小而增大的趨勢(shì)：500 ka尺度的至大侵蝕速率約為1 mm/ka，100 ka尺度約為5 mm/ka，10 ka尺度約為40 mm/ka。

地貌體暴露時(shí)間長(zhǎng)短的差異，可能是除氣候變化以及構(gòu)造活動(dòng)等因素外，造成利用宇生核素10Be和26Al濃度估算不同區(qū)域或者同一區(qū)域地表基巖至大侵蝕速率差異的一個(gè)重要原因。因此，在進(jìn)行區(qū)域侵蝕速率對(duì)比時(shí)，一定要注意樣品的暴露時(shí)間尺度是否一致。

致謝：感謝中國(guó)石油大學(xué)(華東)呂洪波教授和編輯部章雨旭研究員提出富有建設(shè)性的修改意見，感謝Thiebes B.博士對(duì)英文摘要的潤(rùn)色。

注釋/Note

? 本文宇生核素濃度單位按慣例采用 atoms/g；6.0221367×1023atoms/g=1 mol/g。