论文摘要
新生代以来,随着青藏高原的隆升,东亚地貌格局发生了重大变革,由之前的西低东高转变成之后的西高东低。同时,青藏高原的隆升对东亚环境产生了深远影响:一方面,高原的存在阻挡了印度洋的暖湿气流向亚洲内陆输送,使得喜马拉雅山南侧极度湿润,而北侧内陆常年干旱;另一方面,青藏高原的隆升使得硅酸盐矿物大量暴露于地表,在风化作用下消耗大气中的CO2,是新生代气候变冷的主要因素之一。地质记录表明,青藏高原现今的地貌格局可能定型于新生代三次重要的隆升和向外增长阶段,分别是55-35 Ma、30-20 Ma和15-8 Ma,这三次重要的高原增长深远地影响了亚洲古气候,其中最瞩目的是东亚季风气候系统在晚渐新世至早中新世的起源可能与青藏高原第二次强烈隆升有着直接的关系。东亚季风系统是全球气候系统重要组成部分,它的形成与演化历史深刻影响了东亚地区的环境和地貌变迁,因此吸引了众多地质学家的关注,他们分别从湖泊沉积物、黄土、石笋、海洋沉积物等开展研究工作,取得了一系列研究成果。但是,目前对于东亚季风的演化过程及其关键时间节点的变化,不同学者的研究结果存在差异。另外,对于东亚季风在轨道尺度上的变化研究主要集中于第四纪时期,且主要聚焦于黄土和石笋研究中,对于前第四纪时期以及湖泊沉积记录中的研究较为缺乏,这可能导致我们对于东亚季风在轨道尺度上的变化特征缺少较为完整的认识。本论文通过对青藏高原东北缘贵德、天水盆地以及山西忻州钻孔YZ01和阳曲黄土剖面展开研究工作,通过对四个剖面的岩石地层学、古气候替代指标和旋回地层学的分析,探讨了15 Ma以来东亚夏季风在构造和轨道尺度上的演变过程。主要获得了以下几点认识:1)建立了贵德盆地阿什贡组的天文年代标尺,发现中中新世中晚期（14-10 Ma）青藏高原东北缘贵德古湖盆演化主要受100 kyr偏心率周期控制,揭示出东亚夏季风在14-10 Ma期间的变化规律。通过对青藏高原东北缘贵德盆地阿什贡组510 m的剖面进行色度、磁化率和XRF岩石元素含量数据的采集以及古地磁样品的测试分析,利用旋回地层学分析结合磁性地层学研究结果,认为所研究剖面的510 m层段的年代跨度为14.4 Ma到10 Ma时期。在阿什贡组地层中发现了大量的石膏沉积,这指示了贵德盆地在14.4到10 Ma期间是一个封闭的盐湖沉积系统,佐证了青藏高原东北缘统一的前陆盆地系统在早中新世就分割开来。湖盆面积从约11.4到10.5 Ma时期达到最大,这个时期对应于东亚夏季风强度最大值,说明夏季风降雨对湖泊的演化起到了重要的驱动作用。剖面上部370 m（140-510 m）的频谱分析结果显示,贵德盆地的湖泊演化主要受100 kyr的偏心率周期调控。2)建立了天水盆地窑店剖面湖相地层的天文年代标尺,提出中新世中晚期（14-7Ma）青藏高原北部湖盆演化主要受100 kyr周期调控,并揭示出100 kyr的偏心率周期与南极冰盖有着遥相关关系。通过对青藏高原东北缘天水盆地甘肃群约92.5 m（10.25-8 Ma）湖相沉积记录所采集的磁化率（MS）和Rb/Sr数据进行频谱分析,结合贵德盆地（14.4-10 Ma）和柴达木盆地（8.5-7 Ma）发表的旋回地层记录,结果显示在14-7 Ma期间,湖泊周期性扩张即湖平面的变化主要受100 kyr偏心率驱动,这显著不同于第四纪期间斜率主控的夏季风降雨。在中中新世中晚期,由于北极无冰或只存在间歇性的冰,其在全球气候变化中并不是主控因素,因此我们认为天水盆地湖相沉积记录中较强的100 kyr旋回与南极冰盖变化通过调控大气和大洋环流影响中国北方水循环有着因果关系,据此推测南极冰盖扩张与北半球气候之间存在强烈的遥相关,影响着中亚大部分大陆地区的古气候变化。3)建立了山西忻州盆地钻孔YZ01上新世以来的磁性地层与天文年代标尺,确定了三门峡的贯通时间约为2.5 Ma,揭示出汾渭盆地上新世以来的地貌演化历史。我们通过对汾渭地堑东北部忻定盆地的钻孔YZ01的岩芯进行取样,获得了钻孔磁化率与自然伽马（GR）数据。通过对钻孔古地磁采样,获得了钻孔的磁性地层学,结合GR数据的旋回地层学分析,确定了钻孔YZ01所钻取的岩芯的年代为上新世（约5.3 Ma）以来的沉积记录。YZ01钻孔的沉积相和沉积环境在2.5 Ma前后发生了显著的转变,由之前的泥炭/潮坪相沉积转变成了典型的河流相沉积,这指示了汾渭盆地由之前的闭合沉积环境转变成了一个开放的沉积环境体系。我们认为这次转变可能主要是由于三门峡贯通导致的。这个时期的河流溯源侵蚀和切入原三门峡河谷可能是受第四纪气候转变、海平面下降以及青藏高原向东挤出等共同作用导致。我们推测山西系舟山在约1.84 Ma时期有一次显著的隆升和扩张,响应了青藏高原向东挤出,这导致了忻定地区与南面的太原分开,形成一个古湖。在大约0.6 Ma之后,这个古湖发生了裂解,形成了现今的地貌格局。4)对上新世钻孔YZ01的磁化率与自然伽马数据进行频谱分析,发现在4.0-3.5Ma期间的100 kyr周期信号强度发生明显变化,揭示出南极冰盖在3.5 Ma左右的扩张是导致北半球沉积记录信号转变的主因。通过对YZ01孔上新世地层磁化率（MS）和自然伽马（GR）数据序列的频谱分析,发现在4.0-3.5 Ma期间,100 kyr旋回周期信号发生了一次明显的转变,表现为磁化率序列的100 kyr旋回周期信号在3.5 Ma前后由强变弱,而GR序列的100 kyr旋回周期信号在3.5 Ma之后却明显增强。南极洲威尔克斯边缘IODP U1361孔的高分辨率（3-4 kyr分辨率）冰筏碎屑沉积显示在3.5 Ma左右100 kyr周期信号显著增强。因此,我们推测忻定盆地钻孔中展示的100 kyr旋回周期信号的强弱转换可能与南极冰盖扩张引起的东亚夏季风降雨模式的变化有关联。5)发现黄土高原东部1.2 Ma以来经历了两次明显的干旱化事件通过对黄土高原东部山西阳曲的黄土剖面所测得的磁化率数据和XRF元素含量数据序列进行分析,结果显示出阳曲地区1.2 Ma以来经历了两次显著的干旱化事件。第一次干旱化事件发生在约0.94 Ma时期,表现为Si、Fe和Rb/Sr比值显著减小而Ca含量明显增加,这次事件可能主要是与全球冰量增加特别是北半球冰盖扩张相关联。第二次事件发生在约0.31 Ma时期,这次事件可能是对区域环境转变的响应,可能是由于东亚夏季风引起的降雨到达阳曲地区强度减小所致,但其发生的原因机制还有待进一步探讨。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 王治祥
导师: 黄春菊
关键词: 中新世,青藏高原东北缘,贵德盆地,天水盆地,忻定盆地,阳曲剖面,沉积记录,轨道尺度,古气候变化
来源: 中国地质大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学,地质学
单位: 中国地质大学
分类号: P532;P534.6
DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000034
总页数: 145
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标签：中新世论文; 青藏高原东北缘论文; 贵德盆地论文; 天水盆地论文; 忻定盆地论文; 阳曲剖面论文; 沉积记录论文; 轨道尺度论文; 古气候变化论文;