浑善达克沙地中更新世以来的光释光年代学研究

论文摘要

第四纪全球气候经历了多次冰期—间冰期旋回,气候演变的规律已被越来越多的学者所关注。浑善达克沙地是我国东部沙漠/沙地之一,位于东部季风区的尾闾地带,生态环境脆弱,对气候变化十分敏感,作为沙尘物源区之一,影响我国北方甚至北半球气候环境。近年来关于浑善达克沙地的研究成果中,沙地风成砂的光释光年龄最老为20 ka,气候变化研究主要集中于末次冰盛期以来,因为缺少合适的地质载体和可靠的测年数据的支撑,尚未建立中更新世时期可靠的年代框架,缺乏对中更新世时期的气候变化研究。另外,浑善达克沙地内分布有大量火山,根据野外考察结果,在沙地内部及边缘地区,玄武岩与下伏的砂层之间夹有火山烘烤层,火山烘烤层不易被风力搬运、侵蚀,其下伏的砂层年代与烘烤层年代既可以提供火山活动的时间,也可以完善沙地年代数据框架;砂质古土壤、风成砂、湖相砂与砂黄土等沉积物,其年代的测定不仅反映了沙地的固定与扩张时期,也表征了不同时期沙地的气候环境状况。因此,选择了 6个代表性剖面（类型分为砂质古土壤—砂黄土—风成砂的风成沉积剖面和玄武岩—砂层的沉积剖面两种）,采用石英和钾长石两种矿物颗粒作为测年矿物,分别对石英采用常规SAR法、TT-OSL法测试,对钾长石采用pIRIR（200,290）法和MET-pIRIR法测试,获得样品的等效剂量,对比多种实验方法结果,结合样品的环境剂量率,最终确定沙地沉积物的光释光年龄。将沙地的年代结果与气候替代性指标相结合,对比临近地区同一时期的气候载体记录,建立浑善达克沙地中更新世以来的光释光年代序列,分析风沙活动和气候演变规律。对浑善达克沙地的代表性沉积剖面进行研究,对延伸浑善达克沙地的风沙活动历史和古气候演化时间尺度,完善东亚内陆干旱区古气候研究工作具有重要的科学价值。主要结论如下:（1）利用石英进行光释光测年时采用了常规SAR法和TT-OSL法,两种方法测得的最大年龄是320.4 ka、384.2 ka。选取常规SAR法测试时,通过预热坪区、剂量恢复和循环比实验确定等效剂量的测试条件,最终浑善达克沙地北缘的样品选取Pre-heat 240℃和Cut-heat 200℃的条件进行测试,沙地南缘的样品选取Pre-heat 260℃和Cut-heat 220℃的条件进行测试,之后取有效测片的等效剂量值的算术平均值作为最终的等效剂量值。常规SAR法测得的最大等效剂量为383.5 Gy,对应年龄为320.4 ka,年龄误差在10%以内,该年龄突破了石英常规SAR法测年上限的原因是该样品的环境剂量率低。对于常规SAR法测试释光信号饱和的样品再采用TT-OSL法进行测试,TT-OSL法测试获得的等效剂量是985.4 Gy,De<2D0（D0=765.5 Gy）,释光生长曲线的斜率随再生剂量的增加而增加,生长曲线未达到饱和状态,并且生长曲线几乎经过原点,表明内插得到的等效剂量值是可信的,采用该方法测试老样品的年龄是可行的,最终得到的年龄是384.2 ka。（2）对常规SAR法测试释光信号饱和的样品再采用钾长石pIRIR（200,290）法和MET-pIRIR法两种方法进行光释光对比测年,两种方法测得的年龄是321.2 ka、299.2 ka。在利用pIRIR（200,290）法测试前进行了首次激发温度坪区实验来降低长石异常衰退的影响,最终选取200℃作为首次激发温度,pIRIR（200,290）法测试的样品是火山烘烤层下伏的风成砂,获得的等效剂量值是945.1 Gy,对应年龄是321.2士11.5 ka。MET-pIRIR法中根据剂量响应曲线和年龄—温度坪区的结果,选取300℃时的等效剂量的算术平均值（872.2 Gy）计算最终的年龄,年龄是299.2±11.3 ka。将该样品的两个长石年龄与石英年龄（384.2±68.0 ka）进行对比后发现三个年龄在误差范围内具有一致性,但因为石英年龄误差超过了 1 0%,最终决定将321.2士11.5 ka作为火山烘烤层下伏风成砂的沉积年龄。（3）以浑善达克沙地剖面的光释光测年数据为依据,建立了沙地中更新世晚期（321.2 ka、160.3 ka）、晚更新世（88.6ka、21.9～12.2ka）和全新世（10.7～1.0 ka）的年代框架。浑善达克沙地在321.2 ka发育风成砂层,在320.4 ka发育湖相粗砂层,沙地在中更新世晚期（321.2 ka）左右冬季风强盛,风沙物质供应量大,风沙活动强烈;160.3 ka时期,东亚夏季风弱化,浑善达克沙地风沙活动较强烈,风力搬运的粗砂在湖盆中沉积,沙地发育湖相粗砂层。晚更新世时期（21.9～12.2 ka）沙地处于末次冰盛期,又经历了新仙女木事件,沙地风沙快速堆积,风沙活动强烈,寒冷干燥的气候环境加速了沙丘的活化,沙地边界扩张。全新世期间,浑善达克沙地气候波动频繁,响应全球气候变化,沙地多次处于活化与固定阶段。（4）浑善达克沙地位于兴蒙造山带南缘、大兴安岭—太行山重力梯度带以西,在印度板块向北俯冲与太平洋板块正向俯冲的背景下,华北克拉通北缘和中亚造山带北东和北西向基底断裂活动加强,表现为伸展构造性质。华北西部北缘与兴蒙造山带岩石圈减薄,可能经历共同的上地幔演化,断裂带附近地幔上升,于中更新世晚期（321.2 ka）和晚更新世（155.0 ka、88.6 ka）深部岩浆上侵,发生火山活动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究进展
•     1.2.1 国内外研究进展
•     1.2.2 浑善达克沙地研究进展
•   1.3 研究内容
•   1.4 技术路线与工作量
•     1.4.1 技术路线
•     1.4.2 工作量
• 第2章 研究区概况和剖面特征
•   2.1 研究区概况
•   2.2 剖面特征
• 第3章 研究方法
•   3.1 野外样品采集
•   3.2 气候替代性指标的测试
•     3.2.1 地球化学元素测试方法
•     3.2.2 粒度测试方法
•     3.2.3 磁化率测试方法
• 第4章 光释光测年方法简介
•   4.1 基本原理
•   4.2 光释光测年的发展历史及发展现状
• 第5章 光释光年龄的测试
•   5.1 光释光测年样品前处理
•   5.2 环境剂量率的测试
• 238U、²³⁰Th、⁴⁰K含量'>    5.2.1²³⁸U、²³⁰Th、⁴⁰K含量
•     5.2.2 宇宙射线含量
•     5.2.3 含水量
•   5.3 等效剂量测试
•     5.3.1 测试仪器和测试矿物介绍
•     5.3.2 等效剂量测试方法
•   5.4 石英等效剂量的测定
•     5.4.1 石英常规SAR法测试
•     5.4.2 石英TT-OSL法测试
•   5.5 钾长石等效剂量的测定
•     5.5.1 钾长石pIRIR法测年
•     5.5.2 钾长石MET-pIRIR法测年
•   5.6 光释光年龄结果
• 第6章 浑善达克沙地年代框架
•   6.1 年代数据的可靠性
•   6.2 中更新世以来的年代框架
• 第7章 气候替代性指标的测试结果
•   7.1 粒度参数特征
•   7.2 磁化率特征
•   7.3 地球化学元素含量特征
• 第8章 浑善达克沙地中更新世以来的气候变化和火山事件
•   8.1 浑善达克沙地中晚更新世以来的气候变化
•     8.1.1 倒数第二次冰期
•     8.1.2 末次冰期
•     8.1.3 全新世
•   8.2 浑善达克沙地的火山活动事件
• 第9章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙晓巍

导师: 周亚利

关键词: 光释光测年,气候变化,浑善达克沙地,火山活动

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,地质学

单位: 陕西师范大学

分类号: P931.3;P597

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000275

总页数: 84

文件大小: 5648K

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