《Geomorphology》：Paleo-erosion rates of the Shanxi Rift since the late Miocene: Insights from the 10Be and 26Al records obtained from core SG-1 in the Yuncheng Basin
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山西坳陷晚新生代构造活动主导侵蚀过程研究利用 cosmogenic nuclide 分析显示其侵蚀率存在6.2-5.4万年和2.3-1.2万年前两个脉冲式抬升事件，揭示构造抬升通过改变流域面积是侵蚀速率主因，与西部气候驱动型侵蚀形成对比。
Jiyuan Yan|Xia Liang|Jianmin Hu|Wangbin Gong|Dongming Wang
国家地震响应支持服务，应急管理部，北京，10049，中国
摘要
长期侵蚀率的定量记录对于理解地表过程的构造和气候驱动因素至关重要。位于中国中北部的山西裂谷自晚新世以来积累了厚厚的连续沉积物，是研究长期侵蚀过程的理想区域。在本研究中，我们利用宇宙成因核素测量数据得出了山西裂谷过去约660万年的古侵蚀率。具体而言，我们使用了从SG-1岩芯中获得的宇宙成因核素（10Be和26Al）浓度，并结合埋藏年龄测定、古地磁结果和旋回地层分析建立了时间框架。侵蚀率范围从86（?17/+31）米/百万年到1155（?96/+96）米/百万年，显示出在620万至540万年和230万至120万年期间有两个明显的侵蚀脉冲，峰值分别为694（?58/+59）米/百万年和1155（?96/+96）米/百万年。这些侵蚀脉冲与卢梁山在晚中新世至早更新世的抬升以及晚更新世至早更新世的区域活动相吻合，突显了构造活动对侵蚀过程的显著影响。随后，峨眉台的抬升导致古汾河从运城盆地退出，使得侵蚀率在约120万年前急剧下降。本研究揭示了山西裂谷的侵蚀机制，这与中国西部观察到的机制有显著不同。在中国西部的山脉（例如天山和祁连山）中，侵蚀主要由气候驱动，因为这些地区的高度超过了雪线。相比之下，山西裂谷的侵蚀主要受区域构造活动控制，这表明不同地质环境下的侵蚀过程受到多种因素的影响。
引言
构造和气候都对侵蚀率有影响。它们单独或共同决定了侵蚀过程的类型和强度，从而塑造了地形特征并最终决定了地貌演化（Molnar和England，1990；Whipple和Tucker，1999；Zhang等人，2001；Harris和Mix，2002；Willett，2006；Pan等人，2010；Herman等人，2013；Oskin等人，2017；Liu-zeng等人，2018；Zhang等人，2023）。然而，这两个因素在动态系统中对侵蚀的影响程度及其具体控制机制仍存在争议。在不同的时间尺度上，构造活动和气候条件表现出控制地表侵蚀率的明显模式。例如，在年际和千年时间尺度上，已经发现喜马拉雅南部的侵蚀率与降水量之间存在显著相关性（Vance等人，2003；Thiede等人，2004；Bookhagen等人，2005；Grujic等人，2006；Burbank等人，2012）。基于这一观察，提出了一个由气候驱动的侵蚀模型。千年时间尺度上增强的季风强度促进了地表侵蚀过程（Bookhagen等人，2005）。然而，低温热年代学和宇宙成因核素方法揭示了在万年至百万年时间尺度上侵蚀率与降水量之间的脱钩。这些研究表明，在该地区，构造作用而非气候作用主导了侵蚀率的变化（Burbank等人，2003；Godard等人，2014；Lenard等人，2020）。在相对较短的时间跨度内（如年际和千年时间尺度），评估构造和气候在驱动长期侵蚀过程中的竞争作用仍然具有挑战性（Molnar和England，1990）。定量重建长期（例如千年尺度）的高分辨率古侵蚀率对于理解构造和气候对侵蚀过程的控制至关重要。除了构造和气候之外，岩性作为基底物质物理性质的关键变量，其影响常常被低估。最近的研究表明，岩性通过调节岩石风化抵抗力、断裂发育程度和沉积物可搬运性显著影响侵蚀动态（Moumeni等人，2024；Moumeni等人，2025）。例如，在伊朗的塔莱什山脉，硬岩层（如石灰岩）和软岩层（如页岩）之间的侵蚀率可以相差一个数量级，岩性关联决定了山谷形态和侵蚀基准面（Moumeni等人，2025）。
先前的研究表明，在百万年时间尺度上，自更新世以来的全球降温是控制全球侵蚀率增加的重要因素，而冰川作用在更新世-更新世过渡期间加速侵蚀率的作用尤为明显（Zhang等人，2001；Molnar，2004；Herman等人，2013）。然而，这种解释可能受到沉积物年龄（Charreau等人，2009）、盆地几何形状（Clift，2006）、体积重建（Métivier，2002）和海平面下降（Charreau等人，2009）不确定性的影响。Schildgen等人（2018）进一步指出，目前的热年代学数据分辨率不足以评估新生代晚期气候变化是否在全球范围内影响了侵蚀率，并建议相关研究应结合包括地点特定信息的综合结果。在中国西部的天山和祁连山等冰川主导地区的研究表明，百万年时间尺度上的侵蚀率与气候和冰川作用更为密切相关（Charreau等人，2011；Zhang等人，2023）。然而，这种强烈的气候-冰川-侵蚀耦合留下了一个关键问题未解决：在没有冰川作用的情况下，构造力量是否成为长期侵蚀的主要驱动力，或者非冰川气候因素是否起着同等或更重要的作用？解决这个问题对于评估新生代晚期气候变化是否在全球范围内影响了侵蚀率至关重要（Schildgen等人，2018），或者其影响主要是通过冰川地貌介导的。因此，一个有趣的问题出现了：在中国东部无冰川地区，过去几百万年的侵蚀率是如何变化的？构造活动与非冰川气候强迫在控制这些侵蚀率方面的相对贡献和相互作用是什么？控制机制是否与冰川地形中的机制有根本不同？
在这里，我们利用宇宙成因核素数据获得了山西裂谷的首个长期高分辨率古侵蚀记录，旨在更好地理解侵蚀动态和控制机制。山西裂谷位于中国中部和黄土高原的东缘，自晚中新世以来一直无冰川作用。该地区经历了活跃的构造活动和明显的气候变化。这些厚厚的沉积物为解码构造和气候力量如何驱动侵蚀过程提供了理想的材料。
沉积物中的宇宙成因核素（如10Be和26Al）浓度反映了其整个暴露历史，包括通过近地表侵蚀的剥露、坡度和河流运输以及在埋藏期间的近地表停留（Granger和Schaller，2014）。因此，它们非常适合计算整个流域的平均侵蚀率（Granger等人，1996）。通过测量已知年龄沉积物中的宇宙成因核素当前浓度（Charreau等人，2011）并校正该时期的放射性衰变，可以估计沉积时的浓度（Granger和Schaller，2014）。由于这种浓度与流域的平均侵蚀率成反比（Bierman和Steig，1996；Granger等人，1996），因此可以估计沉积物在近地表暴露于宇宙射线期间的侵蚀率。在这项研究中，我们通过分析运城盆地SG-1岩芯中的河流-湖泊沉积物中积累的10Be和26Al来量化自晚中新世（约660万年前）以来的古侵蚀率。需要注意的是，尽管之前的研究使用磁性地层方法确定了SG-1岩芯的时间框架，但由于缺乏绝对年龄控制，结果仍存在一定的不确定性。因此，我们计算了新的埋藏年龄并应用旋回地层学方法来校正SG-1岩芯的磁性地层结果。然后，我们使用Val和Hoke（2016）提供的MatlabTM算法来计算古侵蚀率。这些新数据使我们能够（1）重建自晚中新世以来的侵蚀历史；（2）比较不同时间尺度上的侵蚀率；（3）揭示自晚中新世以来山西裂谷的侵蚀控制机制。
地质背景
山西裂谷位于中国黄土高原和华北平原之间，被太行山、卢梁山和中条山所环绕。它是一个东北-西南走向的裂谷系统，延伸900公里，宽度为40-180公里。从南到北，它包括运城盆地、临汾盆地、太原盆地、忻定盆地和大同盆地（Shi等人，2015），这些盆地由地形抬升区域分隔（图1a）。自晚中新世（约1000万年前）形成以来，山西裂谷
SG-1岩芯和样本选择描述
本研究中的样本来自运城盆地SG-1岩芯。SG-1岩芯总深度为687米，海拔375米，在运城盆地北部的东杜村附近的一个果园中钻取（图2；N35°11′11.78″，E110°52′42.53″）。Yan等人（2020）进行了详细的磁性地层学研究，并根据从SG-1岩芯中选取的样本建立了时间框架。然而，由于缺乏
旋回地层学结果
考虑到岩芯沉积物的沉积特征和GR变化，SG-1岩芯的GR数据可以分为两个区间：3-180米和178-410米。为了减少边缘效应，这两个区间部分重叠。
COCO分析结果显示，SG-1岩芯3-180米区间的模拟结果有两个主要峰值，分别位于6.3厘米/千年和21厘米/千年。然而，21厘米/千年的主峰的相关系数略低，
构造活动对侵蚀率的影响
自新生代晚期以来，来自太行山、卢梁山和中条山的沉积物通过汾河和苏水河被输送到山西裂谷的盆地中，最终到达下游的运城盆地（图1a）。尽管沉积物可能经历了复杂的储存和再运输过程，但山西裂谷中的新生代沉积物的厚度和结构表明沉积过程迅速
结论
通过对山西裂谷侵蚀率的定量分析，本研究揭示了自晚中新世以来的两个明显的侵蚀脉冲（620万至540万年和230万至120万年），峰值侵蚀率比背景率高出6-10倍。这些侵蚀脉冲在时间上与区域构造活动相吻合，表明构造活动是侵蚀的主要驱动力。此外，由于构造活动导致的集水区大小的变化显著影响了侵蚀率，
作者贡献声明
Jiyuan Yan：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，可视化，项目管理，方法论，调查，正式分析，数据管理。Xia Liang：撰写——审阅与编辑，可视化，监督，资源获取，方法论，资金获取，概念化。Jianmin Hu：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取，概念化。Wangbin Gong：撰写——审阅与编辑，调查，资金获取。Dongming Wang：撰写——审阅
资金支持
本研究得到了国家自然科学基金（42072242）和中国地质调查局项目（DD20160060，DD20240031）的支持。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Jiyuan Yan、Xia Liang、Jianmin Hu和Wangbin Gong报告获得了国家自然科学基金的支持。
致谢
我们感谢编辑和审稿人的宝贵意见，这些意见显著提高了本文的学术质量。
