钻井岩芯记录的松嫩平原松花江第四纪水系演化：对构造-地貌-气候变化的响应

Deciphering drainage evolution and its response to tectonic-topographic-climatic changes is research focus in the field of earth surface dynamics system science. Considerably poor research concerning Quaternary Songhua River drainage evolution and long-standing controversies, however, have severely constrained our deep understanding of certain key issues about drainage evolutions and of tectonic-geomorphic-climatic change coupling process. Sediments, the direct production of drainage evolution process, may hold the key to deciphering drainage evolution processes. To this end, a Quaternary drilling core, thickest strata in the east of Songnen Plain, is selected to carry out an elaborate investigation over Songhua River Quaternary drainage evolution, using the combination of geology-geomorphy and geochemistry, and four-in-one project of Songnen palaeolake, section, drainage divide, Sanjiang Plain, and to resolve certain key issues about Songhua River drainage evolution. Based on sedimentary facies analysis and stratigraphic age framework, we perform a study of paleo-flow changes and time constraint for middle-upper reaches of Songhua River, and reconstruct the course and time of disappearance of Songnen palaeolake. Finally we explore the response of Songhua River drainage evolution to regional structure-geomorphy-climate change coupling process. This study is not only helpful in a deep understanding of dynamic process of Songnen Plain drainage evolution, and in contributing a new achievement for East Asian drainage evolution, but also provides empirical research for exploring consistency and regional differentiation of East Asian drainage evolution.

解析水系演化及其对区域构造-地貌-气候变化的响应是地球表层动力系统科学领域的研究热点。然而薄弱的松嫩平原松花江第四纪水系演化研究及长期存在的争议严重限制了对该地区水系演化过程中的关键科学问题以及构造-地貌-气候-水系变化耦合过程的理解。为此，我们选择松嫩平原东部最厚的第四纪地层钻井岩芯作为主要研究对象，采用宏观与微观、地质地貌与地球化学相结合、松嫩古湖-剖面-分水岭-三江平原四位一体的研究方法，对松嫩平原松花江第四纪水系演化展开精细研究，解决松花江水系演化过程中的关键科学问题。在沉积相分析和地层年代框架建立的基础上，研究松花江中-上游河段的古流向变化和年代限制，重建松嫩古湖消失的过程和时间。最后探讨松花江水系演化对区域构造-地貌-气候变化耦合过程的响应。这项研究不仅有助于加深理解松嫩平原水系演化的动力过程，为东亚水系演化贡献新成果，而且也为探索东亚水系演化的一致性和区域差异性提供研究实证。

水系的演化是一种重要的地表过程，对它的研究对于揭示区域构造-地貌-气候-源汇过程之间的耦合至关重要。然而，薄弱的松花江水系演化研究，且古松花江是否曾经向西流的长期争议限制了对松嫩平原早更新世以来重大地质事件之间的耦合关系的理解。为此，本研究对松嫩平原东部的荒山岩芯（101 m）开展了基于盆山耦合系统从源到汇的物源示踪（磁化率、元素地化、Sr-Nd同位素组成、重矿物、碎屑锆石U-Pb定年）研究，结合沉积学和地貌学证据，发现岩芯的62.2 m（~0.94 Ma）和30.4 m（~0.46 Ma）处分别记录了古松花江流向反转的第一次水系演化以及松嫩沙地发育和干旱化开始-松嫩古湖消失-松嫩平原向心状水系的解体等的第二次水系演化过程。一个完整的松花江水系演化模式被提出。古松花江（现在的中-上游）被佳依分水岭与古三江河（现在的下游）分开。古松花江从依兰向西流进松嫩平原，牡丹江是其上游；古三江河沿着三江平原向东流进古三江湖。与此同时，松嫩平原中的所有河流向心状地流进松嫩古大湖，古辽河通过古大湖的南侧出口排水进入渤海。0.94 Ma，由于古三江河的向源侵蚀切穿了佳依分水岭，导致古松花江被古三江河袭夺，流向反转，向东流进三江平原，这时统一的松花江形成。此时，第二松花江开始成为松花江的上游。0.46 Ma，松辽分水岭开始隆升，松嫩平原的向心状水系解体，嫩江改道成为松花江的支流；东-西辽河向南并入辽河。同时，干旱气候开始在松嫩平原盛行。在此背景下，松嫩古湖开始萎缩并最终消失。在干旱化和强劲风力的气候背景下，在下风向堆积了哈尔滨黄土。构造和气候分别是1.2 Ma前和0.94 Ma后古松花江水系演化的主要控制，在1.2-0.94 Ma，它们协同作用；构造隆升和长期的干旱化是松嫩平原0.46 Ma第二次水系演化的控制因子。