钻探揭示的青藏高原东北部黄土地层与第四纪气候变化

青藏高原地表侵蚀强烈,不利于保存连续的第四纪松散沉积物,难以获得良好的高原环境变化记录.在青藏高原东北部的西宁-互助地区,堆积着厚层黄土,是认识高原第四纪环境演化和气候变化重要的信息载体.但是,由于次生黄土披覆较厚,露头剖面不完整,长久以来,对这套风成沉积没有进行过全面细致的研究.根据钻探岩芯揭示的土壤地层、磁性地层以及磁化率变化,初步认为青藏高原东北部厚层黄土堆积底界的年代大约为2.0Ma.黄土-古土壤序列可以与黄土高原中部的标准黄土地层对比,但青藏高原黄土有着更为复杂的沉积和侵蚀过程.在具有较好年代学控制的基础上,可以重建第四纪气候变化的某些细节.在冰期-间冰期时间尺度,青藏高原第四纪气候变化与中国北方气候变化对应,但是,在早更新世青藏高原古气候变化有幅度大和频率高的特点.根据与标准黄土堆积的时间序列对比,在距今129～71ka, 254～188ka, 334～279ka, 428～385ka, 576～471ka, 670～658ka, 748～706ka, 788～760ka, 883～853ka, 1000～967ka, 和1120～1061ka等时间段,青藏高原东北部古气候相对温暖湿润;其间厚层的黄土/砂层堆积,即71～12ka, 188～130ka, 380～334ka, 471～428ka, 658～576ka, 853～788ka, 1273～1265ka 和1727～1640ka等时间段则反映了寒冷干燥的气候,可能与冰川发育对应.对高原黄土堆积的环境替代性指标的深入研究,不仅可以揭示古气候变化过程,而且可能为研究青藏高原冰川变化提供有价值的线索.     

1100万年以来中国北方风尘堆积与古气候变化的周期及驱动因素分析

中国北方连续堆积的晚新生代风成红粘土-黄土,是气候干湿变化的良好地质记录.对第四纪黄土的研究,揭示了中国北方干湿的周期变化,但是中新世以来的古气候变化规律及其驱动机制还不清楚.通过对具有代表性的红粘土-黄土序列的粒度测试,并根据独立的古地磁地层年代控制,建立了我国北方1100万年以来气候变化的时间序列.在此基础上,应用传统谱分析和小波变换的方法,对1100万年以来的干湿变化进行了分析,讨论了11～7.3 Ma,8.0～5.0 Ma,5.3～2.5 Ma,2.5～1.2 Ma和1.2～O Ma期间我国北方和亚洲中部干湿变化的周期,发现在不同时间段分别存在着～20 ka的岁差周期、～40 ka的黄赤交角周期和～100 ka的地球轨道偏心率周期,获得了地球轨道运动变化引起太阳辐射变化驱动晚新生代亚洲内陆干湿变化的新证据.同时,还发现风尘沉积的粒度时间序列存在非轨道周期,可能是轨道周期谐振和时间标尺不确定性造成的.地球轨道运动变化引起的北半球太阳辆射量的变化,从而引起北半球冰期-间冰期旋回、西风带位置移动和亚洲季风强度的共同变化,可能控制着晚新生代我国北方粉尘沉积过程和古气候变化.加强粉尘堆积记录和古气候模拟研究,可深入认识我国北方晚新生代干湿变化的规律和机制.     

南海ODP1143站上新世至更新世天文年代标尺的建立

基于底栖有孔虫δ18O的精确的年代标尺是古海洋学研究的基础, 特别是长度超过5 Ma, 分辨率小于5 ka的连续δ18O记录在全球大洋深海记录中更是凤毛麟角.在大西洋和东太平洋已经建立起了类似的代表性剖面, 如大西洋ODP659站和东太平洋ODP846站, 但在对全球气候有着重要影响的“西太平洋暖池区”还没有建立起这样的剖面.以南海大洋钻探184航次1143站底栖有孔虫的δ18O为材料, 建立了西太平洋地区跨越5 Ma、分辨率达2~ 3 ka的天文年代标尺.天文调谐的基本原理参照Imbrie et al.(1984), 并将斜率周期上8 ka的相位差和岁差周期上5 ka的相位差从晚更新世扩展到5 Ma; 调谐目标选用Laskar(1990)的斜率和岁差; 调谐方法采用了有别于ODP659站和ODP846站的自动轨道调谐方法(Yu and Ding, 1998).调谐结果显示, 1143站190.77 m、191个冰期、间冰期的深海沉积记录了5.02 Ma的南海古海洋学历史; 1143站布容/松山磁性反转事件的年龄为0.78 Ma, 与前人研究结果一致; 15个识别出的浮游有孔虫生物事件年龄部分与已经发表过的年龄相吻合, 部分为该生物事件在南沙海区的新年龄.由年代标尺推导出的南海沉积特征显示, 2.9 Ma是沉积速率的一个转折点, 在此之前, 平均线性沉积速率只有39.5 m/Ma, 冰期、间冰期平均波动幅度为50 m/Ma; 2.9 Ma以后, 平均线性沉积速率猛然上升到65.4 m/Ma, 冰期、间冰期平均波动幅度为200 m/Ma.此外, 南海的沉积速率还显示出冰期或间冰期中的亚冰阶沉积速率高, 而相邻的间冰期或亚间冰阶的沉积速率低, 这种特点在更新世尤为典型.这可能与全球冰量变化带来的冰期、间冰期差异性风化剥蚀和搬运有关.      

西宁盆地晚始新世石膏-红色泥岩旋回的古环境指示

始新世时期东亚环境在轨道时间尺度上变化特征的研究对于认识青藏高原规模较小、两极无冰盖、高大气CO2浓度背景下天文因素对东亚环境演化的驱动有重要意义.文章通过对西宁盆地塔山剖面石膏-红色泥岩互层沉积的粒度、颜色和孢粉进行分析,初步探讨了晚始新世时期该区石膏-红色泥岩旋回的古环境指示意义及其与轨道变化的关系.结果表明:红色泥岩层粒度较粗,其中孢粉含量较少,以蒿粉和藜粉为主,指示草原或疏林草原景观;石膏层粒度较细,其中孢粉含量丰富,以栎属、楝属、麻黄属、松科植物为主,指示相对温暖湿润的灌丛-森林景观.西宁盆地规律的石膏-红色泥岩旋回具有广泛的空间可对比性,符合轨道尺度上的气候变化特征.晚始新世时期,西宁地区石膏-红色泥岩旋回体现了地球轨道对该区沉积环境和植被变迁的驱动.     

青海西宁厚层黄土的发现及其意义

古地磁研究表明,西宁大墩岭黄土剖面是距今1.2Ma以来形成的,它记录有B/M界线,哈拉米洛事件(J)和黄土剖面中很少发现的布莱克事件(B_1)。西宁地区的黄土以其厚度大(达261m)、粒度粗、古土壤分层多、古土壤厚度在整个剖面所占比例小为其特点,表明西宁距离黄土的物源区近、气候干冷、粉尘堆积速度快,详细记录了距今1.2Ma年以来青藏高原环境变迁和气候变化信息。其中L_2、L_9、L_(15)是距今0.155、0.79,1.10 Ma三次最为干冷时期的产物,与青藏高原的三次最大规模冰期极盛时期相对应。     

高原黄土Sr、CaO的古气候意义以及记录的环境变化

青藏高原东北部的西宁盆地紧邻柴达木盆地戈壁沙漠，沉积了厚层的、序列完整的黄土物质，对其进行研究可望得到高原古气候演化信息。通过对西宁盆地盘子山黄土剖面酸溶相Sr,CaO含量变化的测试分析，获得了自末次间冰期以来多次不同时间尺度变化的信息，证明Sr,CaO可以作为该地区黄土研究更为灵敏的气候代用指标。     

末次间冰期以来西宁市河谷沉积与环境

在西宁市区开展的钻探工作,获得了河谷平原区第四系的分布及沉积特征。通过对沉积厚度最大部位的2个钻孔岩芯的地层岩性、年代测试、孢粉组合及粒度分析等,探讨了西宁河谷平原区晚第四纪沉积与环境的关系。认为现今西宁市河谷平原内的主体沉积——低阶地沉积及上覆黄土堆积主要是末次间冰期旋回形成,在暖湿气候条件下沉积河流相砂砾石层,在干冷气候期接受风成黄土堆积,推测T3阶地形成于距今7.4万年前后气候由暖湿向干冷的过渡时期。     

长江三角洲上新世以来磁性地层及天文调谐年代标尺

长江三角洲地区的磁性地层认识存在很大不确定性.为建立一个可靠的年代标尺,为区内沉积环境和气候演化研究提供约束,在年代地层和磁性地层基础上,以频率磁化率为信号源、ETP为靶曲线,通过轨道调谐方法对区内LZK1孔开展了天文年代标尺研究,建立了年代序列框架.结果显示,M/B界线埋深约为143.0 m、Ga/M界线埋深约为219.0 m、Gi/Ga界线埋深约为296.6 m.受气候和沉积环境控制,沉积旋回特征清楚,沉积速率具有明显的阶段性.调谐后的频率磁化率显示了显著的125 ka、96 ka、41 ka、23 ka、22 ka、18 ka等轨道周期,并在轨道周期上与ETP曲线高度相关,相关性超过了95%检验标准.100 ka、41 ka和23 ka周期的带通滤波曲线与偏心率、斜率和岁差在振幅和相位上吻合较好,但局部时间段有差异,可能与低沉积速率、沉积速率突变或短时间尺度的地层缺失等因素有关.研究表明,在具有短暂沉积缺失的持续沉降区域,只要保证样品分辨率,可以通过轨道调谐方法建立可靠的年代框架.      

敦煌盆地早更新世沉积物粒度分析、36Cl定年及其构造隆升意义

青藏高原早更新世末期的快速隆升对全球气候变化、中国西部盆山地貌形成与荒漠化的发展有着重大影响。高原东北缘敦煌盆地早更新世河湖相沉积物粒度分析和红色泥岩³⁶Cl 断代法定年结果表明：早更新世晚期（1.164 ~1.087 Ma B.P.）,青藏高原北部党金山快速隆升,砾石层和粗砂层发育,沉积速率加快;1.087~ 0.809 Ma B. P.,山脉隆升速度变缓,沉积速率降低;0.809 Ma B. P.以来,受山脉隆升的影响,敦煌盆地气候逐渐变得干旱,沙漠形成。区域分析表明,沉积速率所反映的中国中西部山脉隆升最新的年代存在差别,不同时期高原的隆升产生不同的气候效应。因此,构造隆升和气候变化的细节尚待进一步研究。     

黄土地层精确时间标尺的建立——以三门峡黄土地层研究为例

厚度153m的曹村剖面出露了厚145m的完整黄土地层,为L₁-L₃₃的连续风尘沉积,为黄土高原东南部三门峡地区黄土地层的代表。建立曹村黄土地层的精确时间标尺,不仅能在千年时间尺度下探讨黄土高原古季风变迁,而且着眼于全球古气候变化开展海陆对比研究。本文对现有的4种时间标尺模式进行了介绍,应用磁化率模式和粒度模式开展了三门峡黄土时间标尺研究,并进行了校验,说明了几种模式建立曹村黄土时间标尺的可行性。      

末次盛冰期北美风成环境变化及其在全球气候突变事件中的意义

本文用末次冰期北美大冰盖南缘的风尘堆积记录来重建末次盛冰期的亚极地环境变化.磁化率、有机碳含量和潜育化程度的资料表明,末次盛冰期的前期(约21000～15000aB P.)植被覆盖较差,而后期(15000～10000aB.P.)植被覆盖较好,15 000aB.P.环境发生了急剧的变化,磁化率曲线显示了大约1000a的氧化-还原周期.这种大约1000a的环境变化周期很可能由低纬地区的海洋和大气的扰动所驱动,这种扰动的能量通过北美大冰盖及时地传递到北大西洋.     

西宁黄土沉积及其物质来源

西宁黄土包括从Ｓ０至Ｌ１７连续黄土－古土壤序列,黄土开始发育的时间约１．２Ｍａ黄土粒度粗,不稳定重矿物含量高,表明西宁黄土区距黄土物源近,黄土中的石英砂粒多具冰川、冰缘作用的表面机械微结构和形态,结合离石黄土风向主大气环流特征,提出本区黄土主要来地青藏高原第四纪冰川作用和冰缘作用所产生的大量粉砂物质。     

泥河湾盆地基于粒度气候指标的轨道调谐时间标尺

泥河湾盆地东部出露一套厚近百米的以湖相为主的地层.我们测量了洞沟剖面的粒度和磁化率.通过磁化率记录的对比, 我们可以将前人确定的古地磁界线转移到我们的深度坐标上来, 并建立了初步的时间标尺.样品中粒径在20~50μm之间的颗粒含量时间序列可以与ETP曲线对比, 即低含量对应高ETP值.这样的对比意味着在北半球夏季太阳辐射量相对增加的时期, 进入泥河湾盆地沉积物中的风尘物质减少了.这与已知的北方风尘的演化历史是吻合的, 所以我们认为粒度(20~50μm) 含量是泥河湾盆地沉积物中比较可靠的古气候变化的替代性指标.对于沉积速率相对高的时段, 即 > 780ka的地层, 我们尝试用轨道调谐的方法建立了高分辨率的时间标尺.新的粒度(20~50μm) 含量时间序列滤波获得的20ka和41ka的周期成分与岁差及地轴倾斜度的理论值可以重合.这显示洞沟剖面的粒度(20~50μm) 含量记录可以作为轨道调谐的气候曲线.      

Late Quaternary loess deposition in the southern Chaiwopu Basin of the northern Chinese Tian Shan foreland and its palaeoclimatic implications

The piedmont aeolian sediment in Central Asia is has been widely used for Quaternary palaeoclimatic reconstructions. Here we present detailed sedimentological and rock magnetic investigations on 188 samples from the ~9.4‐m‐thick Urumqi River section (URS) in the southern Chaiwopu Basin of the northern Chinese Tian Shan foreland. Optically stimulated luminescence (OSL) dating constrains the time‐span of the URS loess sedimentation from c. 28 to c. 6.8 ka. This chronology implies that the onset of the URS loess sedimentation is approximately synchronous with the Shangwangfeng Glaciation (MIS 2) in the headwaters of the Urumqi River. Analyses of sediment grain size and rock magnetic parameters indicate that sediment grain‐size composition controls magnetic properties of the URS loess, i.e. the wind intensity model, distinct from the pedogenic model interpreting the variations in magnetic properties of the loess in the Chinese Loess Plateau (CLP). Overall, the variations in sediment grain size and magnetic properties throughout the URS indicate that the present study area was dominated by a climate of strengthened wind associated with gradually intensified aridity during the latest Pleistocene. In contrast, the intensity of aridity and coldness during the early Holocene gradually became relatively weakened.     

柴达木盆地自然伽玛曲线记录的古气候变化对太阳辐射响应关系的对比研究

采用柴达木盆地达参1井自然伽玛(GR)曲线,建立了2 85MaBP以来的轨道调谐时标.对GR曲线、深海记录和黄土记录与太阳辐射曲线时频域的多维谱分析及奇异谱分析结果表明:达参1井GR曲线相对于太阳辐射的滞后时间短于深海及黄土记录3～4ka,GR曲线记录的岁差周期成分更为显著,且与太阳辐射在岁差周期上显示了更强的相关性.表明盆地古气候演化受到太阳辐射岁差周期强烈影响,具有低纬陆地记录的特征,而与深海记录和黄土记录受轨道倾斜周期和全球冰量变化的重要影响有别.     

洛川黄土序列时间标尺的初步建立

对厚１４０ｍ的洛川坡头黄土剖面黄土层以５ｃｍ，古土壤层以３ｃｍ系统采样，全部样品进行了室内磁化率测量。以黄土序列磁化率变化作为古季风气候变化的代用指标，根据第四纪冰期的Ｍｉｌａｎｋｏｖｉｔｃｈ理论，利用轨道调缠绵的方法初步建立了洛川黄支的时间标尺。通过古地磁场倒转时间的检验以及与宝鸡黄土序列时间标尺对比，表明本文所论述的时间标尺适用于该地区古环境演化的研究。     

Stratigraphic Evidence for the Uplift of the Tibetan Plateau between 1.1 and 0.9 myr Ago

Uplift of the Tibetan Plateau is manifest not only in widespread denudation, but also by an increased deposition rate of sediment, near or far from the exhumed regions. Our results indicate that the mass accumulation rate (MAR) of eolian dust increased between 1.1 and 0.9 myr ago. We associate this increase in MAR and median grain size with uplift of the Tibetan Plateau and its adjacent regions during this period. This Middle Pleistocene uplift can also be evidenced by the age of volcanism in the marginal region, the existence of thick conglomerate deposits surrounding the uplifted plateau, and the increased sedimentation rate of lacustrine deposits in the Qaidam Basin (northeastern Tibetan Plateau) between 1.1 and 0.9 myr ago. The correlation between the loess and marine records indicates that after 0.9 myr ago, these two records correlate well. This good correlation probably suggest that the Middle Pleistocene upheaval event not only brought the plateau into the cryosphere, but also enhanced the coupling of regional-scale Chinese loess transportation and deposition to the global ice volume variations through its effects on glacial grinding, rock denudation, and east Asian monsoonal circulation.     

Optically stimulated luminescence dating as a tool for calculating sedimentation rates in Chinese loess: comparisons with grain-size records

Understanding loess sedimentation rates is crucial for constraining past atmospheric dust dynamics, regional climatic change and local depositional environments. However, the derivation of loess sedimentation rates is complicated by the lack of available methods for independent calculation; this limits interpretation of the environmental changes revealed by the loess record. In particular, while the Quaternary/Neogene Chinese loess and Red Clay sequences have the potential to provide detailed records of past sedimentation and climate change, there is great uncertainty concerning: (i) the influences on sediment grain‐size and accumulation; and (ii) their relationship through time and across the depositional region. This uncertainty has led to the widespread use of assumptions concerning the relationship between sedimentation rate and grain‐size in order to derive age models and climate reconstructions. To address this uncertainty, detailed independent age models, based on optically stimulated luminescence dating, undertaken at 10 to 40 cm intervals at five sections across the Loess Plateau in China, have been used to calculate sedimentation rates and make comparisons with grain‐size changes over the late Pleistocene and Holocene. The results demonstrate that sedimentation rates are site specific, extremely variable over millennial timescales and that this variation is often not reflected in grain‐size changes. In the central part of the Loess Plateau, the relationship between grain‐size and sedimentation rate appears most complex, suggesting an interplay between local conditions at source and sink and a changing emplacement mechanism. This observation further undermines the common use of loess sedimentation age models that rely on a derived relationship between grain‐size and sedimentation rate from a type section. The results also highlight the difficulty in assigning specific environmental causes to sedimentation rate changes and, to a lesser extent, grain‐size shifts.     

Pleistocene Loess-Paleosol Sequences in Arid Central Asia State of Art

Loess of central Asia is located in a linkage zone between the European and Chinese loess depositional belts. Paleoclimate signatures from loess-paleosol sequences here is a key for completely understanding the spatial-tempo paleoclimate changes of Euro-Asia and for understanding the interactions between westerlies and Asia monsoon system during geological time. However, paleoclimate investigations of loess-paleosol sequences in arid central Asia is relatively weak than those from Europe and Chinese Loess Plateau. Specific, correlations of paleoclimate records with Chinese loess is required for better understanding “westerly regimes” in central Asia and its phase relationship with monsoon Asia on various time scale. In this work, we reviewed new advantages of loess study in central Asia during the last decades. Based on the stratigraphic and paleoclimatic correlations of loess-paleosol sequences between central Asia and the Chinese Loess Plateau, we discussed aridification history of Asia on tectonic time scale, the hydroclimate changes in arid central Asia and its phase relationship with Monsoonal Asia on orbital and millennial time scale during the Pleistocene.