青藏高原隆升与环境效应

通过对青藏高原北缘库木库里盆地新生代沉积建造、孢粉、阶地热年龄、沉积响应的调查研究，得出青藏高原新生代的渐新世、上新世和更新世一全新世形成的三套磨拉石建造代表青藏高原最强烈的三次隆升作用；自渐新世以来到上新世晚期高原隆升幅度达1500～2000m，更新世、全新世高原隆升了约2500m，46．4Ka．Bp至今高原隆升了约44m；青藏高原的隆升速率由渐新世开始有愈来愈强烈的趋势，预示青藏高原的隆升是一个多阶段、不等速和非均变的复杂过程；根据库木库里盆地沉积演化揭示青藏高原的隆升经历了早中渐新世早期隆升期、晚渐新世——早中新世早期稳定剥蚀夷平期、早中新世中晚期小幅隆升期、中中新世较稳定剥蚀夷平期、晚中新世振荡隆升期、上新世快速隆升期、更新世一全新世强烈隆升期共七个隆升阶段；并探讨了高原隆升引起的气候干燥、生物灭绝、荒漠化等多种环境效应。     

青藏高原多期次隆升的环境效应

青藏高原隆升对中国西部环境变迁起着决定性影响。通过对柴达木、吐鲁番—哈密、塔里木盆地的演化及其与青藏高原隆升的耦合研究,以柴达木盆地为时空坐标,认为高原隆升可分为三大阶段:(1)古近纪期间青藏高原隆升仅限于冈底斯山一带。当时,受行星纬向气候带控制,中国西北地区为干旱亚热带草原和热带雨林环境,大面积准平原化、泛盆地化,在构造上处于伸展-夷平的拉张环境,与现今亚洲大陆东部相似;(2)青藏高原整体的初次隆升发生在中新世早—中期(23~11·7Ma)。因青藏高原和大兴安岭的阻隔,古近纪的纬向气候带逐渐转变为中亚季候风,古黄土(22Ma)、三趾马动物群的发育,说明高原北缘当时为干旱的荒漠草原环境。同时,这次隆升引起中—晚中新世中国西部广袤地域古地形-构造面貌的变化;(3)形成现今高原面貌的末次快速隆升发生在0·9~0·8Ma。早更新世晚期,印度洋快速扩张,印度板块向中亚大陆脉冲式(A型)陆内俯冲,使得高原快速挤压隆升。这次隆升不仅使高原本身的环境骤变,出现第四纪以来最大的冰川,形成世界上最大的高寒草原,而且引起了全球气候的变化,促使北极圈冰盖的形成。同时,高原隆升使高原内部和周边出现强烈的挤压构造变形,如柴达木、河西走廊、塔里木、吐鲁番—哈密、准噶尔等诸盆地内几万米厚度中—新生界的构造变形与昆仑山、祁连山、天山、阿尔泰山的挤出式双向推覆隆升,形成了中国西北的盆-山地貌。现今,随着青藏高原的持续隆升,高寒草原开始退化,造成中国西北地区大面积的荒漠化,成为制约我国西部生态环境的重要因素。     

沉积物粒度分析在阿尔金山隆升研究中的应用

山体隆升必然制约两侧盆地的沉积,这种约束体现在盆地的沉积响应上.柴达木盆地西北缘的阿尔金山,位于青藏高原的西北边界,自第三纪以来发生了多次隆升事件,其中以早更新世末的一次最为强烈.本次研究在阿尔金山山前红三旱一号剖面干柴沟组自下而上不同层位选取典型的沉积岩样品,进行了系统的薄片矿物鉴定和粒度分析,发现沉积区柴达木盆地的沉积环境和气候条件因受阿尔金山多期次隆升的影响而发生变化,其各方面的沉积特点受到物源区的控制.研究表明,始新世时(下干柴沟组)物源区阿尔金山相对于柴达木盆地没有发生明显的快速隆升,到渐新世(上干柴沟组)阿尔金山相对于柴达木盆地开始发生强烈的快速隆升,沉积区气候变得明显干旱.中新世到上新世(下、上油砂山和狮子沟组)红三旱地区整体处于抬升阶段,可能阿尔金山相对于沉积盆地区不具有明显的地形高差,到早更新世(七个泉组)阿尔金山开始发生急剧隆升,相对于柴达木盆地沉积区在地形上出现巨大的相对高差,这一隆升事件目前仍在持续.该研究也为青藏高原的多次隆升和气候环境变化提供了佐证.     

青藏高原隆升对中国构造-地貌形成、气候环境变迁与古人类迁徙的影响

对中国新生代以来构造-地貌形成的认识,必须建立新生代重大环境事件的年代序列,既需要不同地区构造变形、隆升年代学的依据,又需要宏观背景的把握。现今中国大陆构造-地貌格架及相关问题,诸如青藏高原的隆升、西部北西西向盆-山地貌和东部北北东向阶梯状盆-山地貌的形成时代、发育过程等,一直是地学界关注但尚未得到统一认识的一些重要科学问题。20世纪70年代以来通过青藏高原隆升的研究、提供了大量隆升年代学和古高程信息的数据,使得对其开展定量分析成为可能。青藏高原何时形成现今的高原面貌?这是国内外学者长期争议的科学问题。笔者从20世纪80年代对柴达木盆地及其邻区开展了20余年研究,发现柴达木作为一个现今的高原盆地经历了青藏高原隆升的全过程,高原隆升和环境变迁的所有事件,在盆地的沉积、构造上都有比较完整的记录,因此它可以作为青藏高原隆升大阶段划分的最佳参考时空坐标,并依此提出古近纪期间(55~24 Ma)青藏高原整体并未隆升;青藏—闽粤高原的初次隆升发生在中新世早—中期(23~17 Ma),上新世晚期—早更新世基本被夷平;形成现今高原面貌的末次快速隆升发生在上新世晚期—早更新世(3.6~0.8 Ma)和中更新世之间。新生代以来由于青藏高原的隆升和中国构造-地貌格架的形成,直接影响了中国和全球气候环境的变迁以及古人类迁徙的路径,因此需要地质学家、古气候和古人类学家共同探索,对中国及亚洲新生代以来古地貌、古气候变迁的历史和中国古人类的发源与迁徙得出科学的结论。本文通过青藏高原分阶段隆升依据的论证,阐明青藏高原隆升与中国构造地貌形成、气候环境变迁的关系,并探讨中国古人类迁徙的可能路径。     

龙门山断裂活动和川西高原隆升历史的裂变径迹测年

通过12个构造岩、变质砂岩和花岗岩样品的磷灰石裂变径迹测年年龄分析, 结合前人研究成果, 初步确定了青藏高原东缘龙门山地区晚新生代主要断裂活动时期和区域隆升历史。结果表明, 龙门山逆冲推覆构造带2条主断裂:汶川-茂县断裂和映秀-北川断裂, 最晚一次强烈活动发生在早更新世(FT年龄为1.2~ 1.3 Ma), 高原内部北西向米亚罗断裂在中更新世(约0.5 Ma)发生过强烈活动; 后龙门山逆冲推覆构造带在中新世晚期开始快速隆升, 而高原内部强烈隆升发生在上新世末至中更新世。高原隆升导致深切河谷地貌的形成和发育。      

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。     

柴达木盆地新生代以来的气候变化研究:来自碳氧同位素的证据

青藏高原北缘柴达木盆地内部始新世—更新世的碳酸盐中的碳、氧同位素分析结果显示了几次与区域性气候变化和构造运动相关的地质事件,包括青藏高原形成和隆升。新生代厚层的湖相-陆相沉积物记录了在中新世时气候以干旱条件为主。红三旱剖面中出现了两个较短1 Ma到3 Ma的δ13C变化周期。通过稳定同位素的研究可以识别出4个明显的构造事件:(1)上干柴沟组晚期δ13C和δ18O出现明显的增加,反映周边山脉的隆升;(2)上干柴沟组和下油砂山组界限处δ13C和δ18O的剧减,反映了整个柴达木盆地的总体抬升和喜马拉雅山在24 Ma左右的隆起;(3)19~18 Ma同位素数据出现的正异常峰值应该和阿尔金山的强烈隆起有关,同时盆地相对沉降,地貌高差增大,气候变得干旱;(4)12 Ma的明显负异常反映了整个柴达木盆地的海拔又一次增高,而盆地本身相对沉降周边山脉隆升。     

36Cl断代法应用于青藏高原末次快速隆升的构造事件研究

青藏高原的形成与隆升是多期次的,尤其早更新世晚期的快速隆升对全球气候变化、我国西部盆-山地貌形成与荒漠化的出现有着重大影响,这已成为近年地学研究的热点问题.通过对高原东北缘-柴达木盆地西部地区角度不整合面上下地层中红色泥岩36Cl 断代法定年,首次测定该事件发生在早更新世晚期至中更新世(1.54～0.28 Ma B.P.)之间.结合敦煌盆地同时代地层(0.837 Ma B.P.和1.142 Ma B.P)的低角度掀斜现象,以及前人在塔里木盆地、柴达木盆地、吐鲁番-哈密盆地、酒西盆地的研究结果,认为早更新世晚期,受青藏高原快速隆升北向挤压作用的影响,我国西北地区发生了一次重要的构造事件,造成大范围的挤压变形与山脉隆升,这对我国西北地区构造格架的最终形成和晚期油气运移成藏具有重要意义.     

基于磁性地层和沉积地层特征对北京市南口—孙河断裂活动性评估

南口—孙河断裂是北京平原区一条重要的活动断裂,也是渤海—张家口断裂带的组成部分。本文通过开展钻探和样品测试(古地磁和14C测年)分析工作,利用沉积相分析和磁性地层学技术方法建立钻孔沉积地层的磁极性年代序列,并对南口—孙河断裂北段进行第四纪以来活动性进行分析和研究。结果表明:南口—孙河断裂北段第四纪以来的活动性变化特征表现为早更新世早期(2.58～0.99 Ma)活动性由强转弱,在早更新世末期(0.99～0.78 Ma)再次转强;中更新世(0.78～0.126 Ma)活动性转弱;晚更新世至全新世(0.126 Ma至今)活动性再次加强。这一规律与北京西山隆升基本特征吻合,活动性总体表现"强-弱-加强"的特点。     

共和盆地剖面第四纪孢粉组合特征及环境演化

青藏高原东北缘共和盆地沉积了较厚的第四系,详细地记录了共和盆地第四纪环境变化。通过对共和盆地第四系沉积序列特征和孢粉组合特征的分析,结合热释光测年,本文较详细地研究了共和盆地第四纪以来的环境变迁,并将其分为两大阶段:早期为湖相沉积阶段(中更新世晚期~0.079Ma),气候相对温和。晚期为河流和风成沉积阶段(79.2ka~至今),气候相对干旱。早期阶段又可进一步划分为三个气候期和五个气候亚期。总体上,共和盆地自早更新世以来由偏湿气候逐渐转变为干旱气候,古植被由森林植被逐渐转化为森林草原型植被。其主要原因可能是早更新世以来青藏高原强烈隆升,改变了西南季风气候格局所致。      

Cenozoic uplift of the Tibetan Plateau: Evidence from the tectonic-sedimentary evolution of the western Qaidam Basin

Geologists agree that the collision of the Indian and Asian plates caused uplift of the Tibet Plateau.However,controversy still exists regarding the modes and mechanisms of the Tibetan Plateau uplift.Geology has recorded this uplift well in the Qaidam Basin.This paper analyzes the tectonic and sedimentary evolution of the western Qaidam Basin using sub-surface seismic and drill data. The Cenozoic intensity and history of deformation in the Qaidam Basin have been reconstructed based on the tectonic developments,faults growth index,sedimentary facies variations,and the migration of the depositional depressions.The changes in the sedimentary facies show that lakes in the western Qaidam Basin had gone from inflow to still water deposition to withdrawal.Tectonic movements controlled deposition in various depressions,and the depressions gradually shifted southeastward.In addition,the morphology of the surface structures in the western Qaidam Basin shows that the Cenozoic tectonic movements controlled the evolution of the Basin and divided it into(a) the southern fault terrace zone, (b) a central Yingxiongling orogenic belt,and(c) the northern fold-thrust belt;divided by the XI fault (Youshi fault) and Youbei fault,respectively.The field data indicate that the western Qaidam Basin formed in a Cenozoic compressive tectonic environment caused by the India—Asia plate collision. Further,the Basin experienced two phases of intensive tectonic deformation.The first phase occurred during the Middle Eocene—Early Miocene(Xia Ganchaigou Fm.and Shang Ganchaigou Fm.,43.8—22 Ma),and peaked in the Early Oligocene(Upper Xia Ganchaigou Fm.,31.5 Ma).The second phase occurred between the Middle Miocene and the Present(Shang Youshashan Fm.and Qigequan Fm., 14.9—0 Ma),and was stronger than the first phase.The tectonic—sedimentary evolution and the orientation of surface structures in the western Qaidam Basin resulted from the Tibetan Plateau uplift,and recorded the periodic northward growth of the Plateau.Recognizing this early tectonic—sedimentary evolution supports the previous conclusion that northern Tibet responded to the collision between India and Asia shortly after its initiation.However,the current results reveal that northern Tibet also experienced another phase of uplift during the late Neogene.The effects of these two stages of tectonic activity combined to produce the current Tibetan Plateau.     

柴西西岔沟新近系磁组构特征对环境变化的响应

通过对柴达木盆地西部(简称柴西地区)的干柴沟背斜南西翼的西岔沟层型剖面进行系统测制和2～3 m等间隔磁性地层学、磁化率各向异性系统采样,并进行精确测量,利用在该区建立的高分辨率、高精度磁性地层年代资料,结合沉积学等研究,讨论了磁化率各向异性参数变化趋势对环境的指示,并揭示在约23～6.2 Ma期间环境演化经历了三个阶段:Ⅰ阶段(22.4～13.4 Ma)为湿润环境;Ⅱ阶段(13.4～8.2 Ma)为温干环境向干冷转型;Ⅲ阶段(8.2～6.2 Ma)气候转冷变干且变化更复杂。认为7.8 Ma以来气候转型及有规律的变化与现代季风形成有关。为青藏高原的隆升过程及其环境效应提供可靠资料。     

Occurrence of Middle Miocene Fossil Cyprinid Fish in the Northern Qaidam Basin and its Paleoenvironmental Implications

With a thick sequence of early Eocene to Pleistocene terrestrial records, the Qaidam Basin on the northern Tibetan Plateau provides an important sedimentary archive for understanding the paleoenvironmental evolution of the northeast Tibetan Plateau. In this study, specimens of fossil fish remains are collected from the late Middle Miocene (Serravallian, ~12Ma) of the middle member of the Shang Youshashan Formation, Dahonggou (DHG) section, in the northern Qaidam Basin. Based on a systematic study of these materials, the remains have assigned to Cyprinidae, with typical pharyngeal teeth and dorsal fin spines with serrations on the posterior edge. Our discovery improves understanding of the cyprinid fish distribution characteristics in the Qaidam Basin during the Cenozoic. Co-occurrences of terrestrial brackish ostracod species Cyprideis and long chain alkenonesin the layer indicate that the studied cyprinid fish lived in a generally large brackish to saline water body during the late middle Miocene (Serravallian), when the climate of Qaidam Basin was still not sufficiently dry to form an extreme saline water lake.     

The Sedimentary Record in Northern Qaidam Basin and its Response to the Uplift of the South Qilian Mountain at around 30 Ma

The thick, Eocene to Pliocene, sedimentary sequence in Qaidam Basin at the northern margin of the Tibetan Plateau records the surface uplift history of the northeastern Tibetan plateau. In this study, we present detailed geochemistry, heavy mineral, and clay mineralogy data of the well preserved sedimentary record in the Dahongou section in the northeast of the Qaidam Basin. The results suggest that the sedimentary sequence recorded a 30 Ma young uplift/unroofing event in the northern edge of the Qaidam Basin, which is characterized by high ZTR index value and chlorite content, and low CIW`. The results are consistent with previous sedimentological studies of the Qaidam Basin, which indicated rapid increase of the accumulation rates around 30 Ma. Based on past thermochronological data from the mountains around the Qaidam Basin and the accumulation rates of the Cenozoic basins in the northeastern Tibetan Plateau, we infer a regional uplift and denudation event along the northeastern Tibetan Plateau during early Oligocene (～30 Ma), indicating that the Tibetan Plateau had expanded north-eastward of the study area at that time.     

Thermal History since the Paleozoic in the Eastern Qaidam Basin,Northwest China

The Qaidam Basin is the one of the three major petroliferous basins in northeastern Tibetan Plateau, which has experienced multiphase superimposition and transformation. The study of thermal history not only plays an important role on revealing the tectonic origin of the Qaidam Basin and the forming mechanism and uplift history of the Tibetan Plateau,but also can provide scientific evidence for the assessment of oil and gas resources. This work used balanced cross-section technique and apatite fission track ages with modeling of fission track length distribution to infer that the eastern Qaidam Basin has experienced significant tectonic movement in the Early Jurassic movement(～200 Ma), which caused the carboniferous uplift and denudation, the geological movement in the Late Cretaceous, characterized by early stretching and late northeast-southwest extrusion; the Himalayan movement in multi-stage development in eastern Qaidam Basin, which can be divided into the early Himalayan movement(41.1–33.6 Ma) and the late Himalayan movement(9.6–7.1 Ma, 2.9–1.8 Ma), and large-scale orogeny caused pre-existing faults reactivated in late Himalayan movement. On the basis of burial history reconstruction, the thermal history of eastern Qaidam Basin was restored. The result shows that the thermal history in eastern Qaidam Basin shows slow cooling characteristics; the paleo-geothermal gradient of eastern Qaidam Basin was 38–41.5℃/km, with an average value of 39.0℃/km in the Late Paleozoic, 29–35.2℃/km, with an average value of 33.0℃/km in the Early Paleogene; the geothermal gradient of the Qaidam Basin increased in the Late Paleogene, which was similar to the present geothermal gradient in the Late Neogene. The characteristics of the tectono-thermal evolution since Paleozoic in the eastern Qaidam Basin are mainly controlled by magmatic thermal events in the study area.     

陇中盆地及周边地区主夷平面演化与高原隆升

陇中盆地及周边地区是青藏高原向北东方向扩展的最前缘部位,其地貌演化过程的研究对于深入理解高原的隆升与扩展过程具有重要意义。鉴于夷平面在探讨高原隆升年代、幅度和过程方面的可靠性,首先总结陇中盆地及周边地区夷平面相关研究的前期成果,并结合最新年代数据,确定了不同区域主夷平面的发育和解体年代;再利用古河道拟合等方法定量评估了相关夷平面的隆升量;最后探讨了主夷平面的性质及其隆升过程。研究发现,陇中盆地及周边的地区的高海拔低起伏地貌面是被抬高的先存夷平面;不同区域主夷平面的发育与解体时间整体同步,它们自晚渐新世开始发育,并于晚中新世8~6 Ma左右解体;模拟结果表明,美武高原主夷平面自晚中新世以来相对陇中盆地隆升了约1 400~1 600 m,并且早更新世以来的隆升速率明显大于晚中新世-早更新世时期。     

柴北缘早新生代旋转变形特征及其构造意义

青藏高原东北部作为高原北东向扩展的前缘地带,新生代以来变形十分强烈,是研究青藏高原隆升变形过程和生长模式的关键地区之一。然而高原东北部何时卷入印度-欧亚大陆碰撞挤压变形系统以及高原扩展的运动学、动力学过程和机制等仍存在很大争议。大陆碰撞及持续挤压过程往往会伴随块体及其内部的旋转变形,而古地磁磁偏角可以定量恢复块体绕垂直轴发生的旋转变形,在研究块体旋转变形方面具有其独特优势。高原东北部,尤其是柴达木盆地,缺乏早新生代的细致旋转变形研究,制约了我们对高原东北部地区早新生代的旋转变形特征及其对印度-欧亚大陆碰撞远程响应的理解。柴北缘地区出露有近乎连续完整的早新生代路乐河组-下干柴沟组地层,为研究青藏高原东北部早新生代旋转变形提供了理想场所。本文对柴北缘逆冲带北中部的驼南和高泉两剖面早新生代路乐河组和下干柴沟组地层开展精细古地磁旋转变形研究:包括在驼南剖面布设4个时间节点、24个采点260个古地磁岩心样品,高泉剖面布设2个时间节点、14个采点150个古地磁岩心样品。通过系统岩石磁学和热退磁实验分析,揭示两剖面早新生代样品的载磁矿物主要是赤铁矿,并含有少量磁铁矿;所获得31个有效采点的高温特征剩磁方向通过褶皱检验和倒转检验,指示可能是岩石沉积时期记录的原生剩磁方向。结合柴北缘中部红柳沟剖面已有古地磁数据,三剖面古地磁结果一致表明柴北缘地区在45~35 Ma期间发生了显著(约20°)逆时针旋转变形。结合东部陇中盆地同时期古地磁旋转变形记录,发现二者具有反向的共轭旋转变形关系。综合青藏高原东部早新生代(52~46 Ma)旋转变形和渐新世以来走滑断裂活动等证据,我们认为:(1)高原东北部的共轭旋转变形是该地区对印度-欧亚碰撞的远程响应,其时间不晚于中始新世(约45 Ma);(2)早新生代自喜马拉雅东构造结至高原东北部,其两侧系统的共轭旋转变形很可能是该时期喜马拉雅东构造结北北东向压入欧亚大陆引起的右旋和左旋剪切作用导致,且剪切应力及相关的地壳缩短和旋转变形等呈现自东构造结地区沿北北东向逐步向高原东北部传递的特征;(3)古新世—始新世时期高原构造变形可能主要通过南北向挤压-地壳增厚模式、渐新世以来主要以沿主要断裂带的侧向挤出模式来调整。     

柴达木路乐河地区新生代碎屑组分变化及其对构造隆升的指示

碎屑组分变化是反映盆地物源演化历程的重要物质表现。路乐河地区作为柴达木盆地的重要组成部分,沉积地层记载着印度-欧亚板块碰撞以来青藏高原北缘造山带的构造隆升过程。高长石组分含量、物源方向及毗邻山脉岩性对比揭示,路乐河物源主要受南祁连和赛什腾山控制,其碎屑组分变化对毗邻造山带构造活动具有很好的耦合性。新生代53.5~2.9Ma期间,路乐河地区存在3次物源转换事件,发生时间依次同印度-欧亚板块碰撞及高原内部构造隆升事件相吻合。其中早期50.1~46.6Ma,南祁连山的快速抬升是对大陆初始碰撞的远程响应;44.5Ma,高原以垂向增生和推覆构造发育为特点,赛北断裂高速剥露,致使路乐河地区物源发生转变;渐新世末期(22.6Ma),青藏高原准同时整体隆升,赛什腾山和南祁连山协同为路乐河地区供给沉积物。所获认识为深入了解高原隆升演化和板块碰撞远程效应提供新的沉积依据。     

平衡剖面方法恢复柴达木盆地新生代地层缩短及其意义

柴达木盆地为一中-新生代盆地,位于青藏高原北缘,盆内中-新生代地层发育,很好地记录了印度板块与欧亚板块自距今55Ma以来碰撞传播到高原北缘的地质事件。本文以最新的高精度磁性地层和年代地层为约束,通过盆地内部一条北东——南西向地震大剖面,用平衡剖面方法恢复新生代以来盆地因两大板块碰撞而引起的北东——南西向地壳缩短量,揭示盆地的性质和变形历史。结果表明:柴达木盆地在印度板块与欧亚板块碰撞的早期就开始变形,呈现弱的挤压状态,至始新世中——晚期变形明显增强,然后略为减弱,从中新世中-晚期尤其更新世以来地壳缩短速率快速增加,反映此时挤压变形最强烈,高原北部快速隆升。