晚新生代以来天山北缘沉积记录及其稳定同位素变化的环境意义

晚新生代以来,天山北缘的沉积记录与天山的隆升密切相关.研究表明:始-渐新世安集海河组主要沉积发育水平层理的绿色、灰绿色湖泊相泥岩;晚渐新世沙湾组中上部岩石组合特征为紫红色曲流河相砂岩、粉砂岩和砾岩夹层;早中新世塔西河组下部主要为灰绿色、褐红色砂、泥岩互层,上部主要为土黄色砂岩和粉砂岩夹层;晚中新世-早上新世独山子组为辫状河相灰色砾岩和砂砾岩沉积;晚上新世-早更新世西域组主要为厚层砾岩堆积.土壤碳酸盐中稳定同位素数据表明:安集海河组δ13C平均值为-3.9‰,δ18O平均值为-5.0‰;沙湾组中上部δ13C平均值为-8.1‰,δ18O平均值为-11.0‰;塔西河组δ13C平均值为-5.9‰;δ18O平均值为-7.7‰;独山子组δ13C平均值为-8.5‰,δ18O平均值为-10.3‰;西域组δ13C平均值为-6.0‰,δ18O平均值为-10.4‰.同位素结果和沉积记录共同表明,始-渐新世为湿润温暖气候;晚渐新世为干旱寒冷气候;早中新世早期为半湿润、半温暖气候,晚期为干旱、寒冷气候;晚中新世.早上新世为干旱寒冷气候;晚上新世-下更新世为干旱、半温暖气候.结合古地磁数据和全球气候变化,天山北缘晚新生代以来发生五次主要气候变化事件,即晚渐新世(沙湾组时期中上部)气候转换,约24Ma(沙湾组时期顶部)气候突变,早中新世内部(约24～19Ma)气候转换事件,晚中新世(约7Ma)C4植被迅速扩张和约3.17Ma以来气候的剧烈震荡.     

北天山构造带晚侏罗世构造隆升与沉积学响应

天山构造带是经历了多期次隆升—剥蚀过程而呈现今地形地貌特征的。在北天山山前的准噶尔盆地南缘雀尔沟一带上侏罗统喀拉扎组中发现一系列软沉积变形构造,如负载构造、液化砂岩脉、纹层卷曲变形、V型地裂缝等,属于典型的地震岩,为探讨晚侏罗世构造—沉积关系提供了重要的研究载体和时限约束。对喀拉扎组古水流方向及砾石成分分析的结果显示,喀拉扎组主要物源来自南侧依连哈比尕山地区石炭纪的火山—碎屑岩系。结合相对构造变形序列,认为北天山构造带—准噶尔盆地南缘于晚侏罗世（喀拉扎组沉积期）发生强烈的构造抬升,形成早期山前断裂带及喀拉扎组地震岩事件沉积。区域构造—沉积过程分析表明,沿北天山构造带—准噶尔盆地南缘边界断裂发生的多期次隆升、逆冲构造,揭示了盆—山构造边界和盆地沉积边界向北迁移的动态演化过程。多阶段构造隆升的动力学机制尚不明确,进一步开展构造—沉积过程研究以精细刻画盆—山结构动态演化过程,可能是理解其地球动力学机制的有效途径。     

晚新生代天山北缘构造变形定量研究

晚新生代以来,由于印藏板块陆—陆碰撞,天山山脉重新活动并隆升剥蚀。确定天山隆升变形时间和规模对研究大陆岩石圈变形以及构造活动、气候和剥蚀关系具有重要意义。本文通过生长地层和磁性地层研究,结合天山北缘地震剖面的构造解析,确定了天山北缘三排平行于天山山脉的褶皱带形成时间,并对三排褶皱带的变形量进行平衡恢复,其中三排褶皱中第一排的构造缩短量约为2.9 km(缩短率为15.1％),构造形成时间约为6 Ma,其缩短速率为0.4 mm/a;第二排构造缩短量约为5.9km(缩短率为23.7％),构造形成时间约为2 Ma,缩短速率为2.9mm/a;第三排构造缩短量约为4.3 km(缩短率为15.7％),构造形成时间约为1Ma,缩短速率为4.3mm/a;结果表明晚新生代以来天山构造活动强度可能在加大。     

晚新生代天山北缘构造变形定量研究

晚新生代以来,由于印藏板块陆—陆碰撞,天山山脉重新活动并隆升剥蚀。确定天山隆升变形时间和规模对研究大陆岩石圈变形以及构造活动、气候和剥蚀关系具有重要意义。本文通过生长地层和磁性地层研究,结合天山北缘地震剖面的构造解析,确定了天山北缘三排平行于天山山脉的褶皱带形成时间,并对三排褶皱带的变形量进行平衡恢复,其中三排褶皱中第一排的构造缩短量约为2.9 km(缩短率为15.1％),构造形成时间约为6 Ma,其缩短速率为0.4 mm/a;第二排构造缩短量约为5.9km(缩短率为23.7％),构造形成时间约为2 Ma,缩短速率为2.9mm/a;第三排构造缩短量约为4.3 km(缩短率为15.7％),构造形成时间约为1Ma,缩短速率为4.3mm/a;结果表明晚新生代以来天山构造活动强度可能在加大。     

新生代西昆仑隆升的地层学和沉积学记录

西昆仑北坡的新生代沉积在很大程度上良好地记录了新生代西昆仑的隆升过程。区域性不整合面和沉积界面记录了隆升的阶段性；沉积环境变化反映了山体和盆地在格局上的变化；沉积物厚度、粒度变化显示了隆升的幅度和速率。就西昆仑的情况看，海相环境（塔里木海湾）由晚白垩世持续到渐新世，尽管此时海湾已退缩到西部。在此期间，形成了石膏层、瓣鳃类介壳灰岩和杂色砂泥质沉积。中新世全面出现了陆相沉积。中新世2000－3000m的沉积厚度表明了相对较高的隆升速率。从中新世后期开始的厚达2000－3000m的磨拉石沉积，其粒度向上加大，显示从中新世后期到早更新世隆升速率高而且是加速的。磨拉石沉积被早更新世的一次强烈的构造脉动所打断，它使磨拉石沉积和较老的沉积在许多地方高角度向盆地方向倾斜甚至直立、倒转。水平盖在磨拉石和更老地层之上的中－晚更新世河流和冲积扇机粗粒沉积是重新隆升的标志，亦可视为磨拉石沉积的继续。由昆仑山流向塔里木盆地的河流将中－上更新统及更老沉积切割50－100m以上，表明全新世以来的隆升速率是相当高的。     

晚新生代天山隆升与库车坳陷构造转换的沉积约束

对库车坳陷库车河剖面不同尺度沉积碎屑组分的系统分析发现 ,晚第三纪以来类磨拉石及其中不稳定碎屑矿物组合开始发育 ,并在中新世后发生显著增加。沉积体系研究表明 ,库车坳陷自白垩纪以来粗粒冲积体系前锋、沉积中心逐步向南迁移 ;但该规律自上新世开始发生了明显转变 ,表现为上新世库车组、上 -更新世西域组冲积体系整体大尺度南移 ,而沉积中心则相对北移 ,盆地北部沉积边界与现存盆山边界大致可以对比 ,并受到南倾同沉积正断裂的控制。对比天山区域构造、古气候演变资料 ,认为上述沉积记录是晚新生代强烈挤压应力作用下天山构造隆升加剧 ,并在上新世以后由于重力作用诱发库车坳陷 -天山浅部构造层伸展、坍塌的结果。对这一构造转换的认识修订了库车坳陷新生代构造调整的序列。     

内蒙古隆起晚古生代构造隆升的沉积记录

内蒙古隆起位于华北克拉通与兴蒙造山带的过渡部位,受古亚洲洋俯冲、闭合过程的影响,在晚古生代发生了重要的构造隆升。华北盆地北缘紧靠内蒙古隆起,其晚古生代沉积记录了内蒙古隆起的构造活动历史。本文对盆地冀北—辽西地区的晚石炭—中三叠世地层进行详细的沉积体系分析和物源研究,结果表明:1盆地由远滨—滨岸、扇三角洲、三角洲、河流四种沉积体系充填而成,总体上经历了由海陆交互到陆相的进积充填过程。在晚石炭—早二叠世,盆地边缘发育扇三角洲和河流体系,盆地内部由远滨—滨岸、三角洲与河流体系组成。在中二叠—中三叠世期间盆地整体发育河流体系。盆地的沉积中心位于唐山、宝坻一带;2古水流数据、碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素表明盆地物源来自内蒙古隆起,源岩由中上元古界碎屑岩和碳酸盐岩、寒武—奥陶系碳酸盐岩、晚古生代岩浆岩以及少量前寒武结晶基底组成。大量沉积岩碎屑颗粒表明内蒙古隆起在晚古生代被沉积盖层所覆盖,在二叠纪末期花岗岩以及片麻岩砾石的出现代表了内蒙古隆起隆升和侵蚀作用的加强;3根据沉积体系和物源变化将盆地划分为三个充填序列,这些序列记录了内蒙古隆起的隆升和侵蚀过程。晚石炭—早二叠世充填序列以沉积岩砾石、泥盆纪碎屑锆石和凝灰岩夹层为特征,物源来自沉积盖层和晚古生代火山岩。该序列记录了内蒙古隆起陆缘弧的初始隆升和同期火山活动。中晚二叠世充填序列以河流环境下的火山碎屑岩和火山岩为主要特征,记录了华北北缘与南蒙地块的碰撞过程,碰撞导致内蒙古隆起的隆升,同时伴随火山喷发。早中三叠世充填序列以辫状河粗碎屑和花岗质砾石为特征,记录了古亚洲洋闭合后的伸展环境。     

青藏高原东北缘龙首山晚新生代多阶段构造隆升的盆地记录

龙首山地区位于青藏高原与阿拉善地块的结合部位,其盆山演化过程和断裂带扩展模式的恢复对揭示青藏高原新生代北东向生长具有重要意义。本文基于龙首山南北两麓3个新近系沉积剖面的构造特征和5个砂岩样品的碎屑锆石U-Pb同位素LA-ICP-MS年龄结果,重建了青藏高原东北缘龙首山地区晚新生代的盆山演化过程。研究结果显示,龙首山地区晚新生代沉积-构造演化经历了3个主要阶段：（1）~14Ma,龙首山南缘断裂带活化,阿拉善地块南缘沿此断裂逆冲于张掖盆地之上,张掖盆地开始接收阿拉善地块的物源;（2）~5Ma,龙首山南缘断裂带的次级断裂开始发育,使龙首山南侧山麓白垩系开始剥露并为张掖盆地提供物源,同时,龙首山北缘断裂带活化并导致潮水盆地发生挠曲沉降,接收龙首山的物源;（3）5~2.5Ma,龙首山北缘断裂带的次级断裂开始发育,导致龙首山北麓白垩系开始剥露并为潮水盆地提供物源。通过对龙首山周缘盆地沉积相和物源开展分析,本研究反演了龙首山地区中新世以来的断裂带活动和山体隆升过程,表明在14~2.5Ma,随着龙首山南缘断裂、北缘断裂的活化和次级断裂的发育,龙首山经历了3次强烈的隆升,这对揭示青藏高原北东向的扩展过程具有重要的指示意义。

     

祁连山北缘酒西盆地新生代沉积通量变化对周缘山体构造隆升-风化剥蚀历史的响应

酒西盆地是青藏高原东北缘的一个内陆沉积盆地,发育了巨厚且连续的中-新生代地层,详细记录了盆地及周缘山地的构造、环境演变历史。本文在利用平衡剖面法恢复不同时期酒西盆地原始盆地边界基础上,通过盆地天然露头控制剖面和钻井资料的地层厚度,恢复了酒西盆地新生代各组沉积等厚图。根据不同时期盆地大小和沉积等厚图的计算,获得了酒西盆地新生代不同时期的沉积通量。结合前人对该区构造与古气候研究成果,认为古近纪持续干旱的气候条件下从火烧沟组(40.2~33.4 Ma)到白杨河组(30.9~23.8 Ma)盆地沉积通量增加主要由青藏高原持续挤压使祁连山快速构造隆升导致风化剥蚀量增加所致;中新世早期(疏勒河组弓形山段,23~14 Ma)虽然气候相对温暖,但此时祁连山构造带相对稳定,控制了物源区祁连山风化剥蚀量相对前期减小,使盆地沉积通量相对减小;中新世中期(疏勒河组胳塘沟段,14~8.3 Ma)盆地沉积通量增大可能是气候和构造共同作用的结果;中新世晚期以来(<8.3 Ma,疏勒河组牛胳套段-玉门组)盆地沉积通量呈阶段性大幅陡增,主要由祁连山晚新生代以来阶段性急剧构造隆升导致风化剥蚀量猛增所致。     

天山东段晚中生代—新生代隆升沉积响应、年代学与演化研究

天山晚白垩世—新生代沉积序列中发育K2／K1、N1／E3以及Q2／Q1 3个重要不整合面，它们作为重要的界面并结合沉积相序组合的发育，共划分出TC-0至TC-7等8个向上变粗、变浅的巨型沉积层序；砂岩碎屑模型分析表明，南、北天山物源构造属性有别，分别来自南北侧再旋回造山带或切割—未切割岩浆弧；砂岩组分和重矿物组合显示渐新世—早中新世间物源区曾发生过明显的改变，耦合于天山造山带沉积-构造演化；造山带内批量磷灰石裂变径迹年龄呈现出频率较高的几个年龄组段，即频率48．84％的24．74Ma、频率27．91％的15．98Ma和频率11．63％的45．22Ma，从而确定了天山初始隆升及其后的几个主要隆升阶段的时限，即白垩纪末期—始新世(65．6～45．22～32．60Ma)的初始隆升以及24．74～15．98Ma、小于6．7Ma大于0．73Ma和小于0．73Ma等至少4个隆升时期；造山带隆升的年龄数据除部分和地层中磨拉石建造发育的年代基本吻合外，大多磨拉石建造年代增新约8～1Ma，反应了天山造山带边缘盆地内沉积层序发育和造山带形成演化间的耦合—滞后关系；天山最初的隆升时限为晚白垩世，渐新世末期北缘较南缘先期发育，同时北缘西段较东段表现强烈，上新世—早更新世时期隆升才向土哈盆地和天山南缘迁移发展。     

准噶尔盆地南缘新生代沉积物碎屑锆石记录的天山隆升剥蚀过程

通过对准噶尔盆地南缘有精确古地磁年代控制的金沟河剖面新生代沉积物中7个砂岩样品碎屑锆石的U Pb LA ICP MS测年分析,确定安集海河组（28~23.3 Ma）和沙湾组（23.3~17.5 Ma）的砂岩样品碎屑锆石年龄主要集中在261~328 Ma（P-C）,塔西河组（17.5~13.2 Ma）样品的年龄主要集中在234~311 Ma（T-C）和369~403 Ma（D-S）,独山子组（13.2~6.0 Ma）和西域组（6.0~1 Ma）样品的年龄主要集中在264~333 Ma。经与流域内岩石地层的分布相对比,揭示至少在晚渐新世开始中天山已经隆升并剥蚀为盆地提供物源,从约中新世早期开始北天山的南缘开始隆升,加入物源供给区,从约中新世中晚期开始北天山开始明显隆升,并逐步阻碍了中天山的物源供给,成为物源的主要供给区。天山的这种逐步向北的隆升剥蚀过程,反映了印度欧亚板块碰撞的远程效应。     

川西北碧口地块中新生代隆升及构造扩展特征

青藏高原东北缘的向东构造扩展特征是地质热点问题之一,为了精确厘定该扩展速率及变化特征,本文对碧口地块及其东西两侧地层的磷灰石和锆石样品开展了裂变径迹测定和分析。结果表明：磷灰石裂变径迹长度在11.5 ~ 12.6 μm之间,绝大部分磷灰石和锆石裂变径迹年龄分别为古近纪（66.9 ~ 45.4 Ma）和侏罗纪—早白垩世（201.5 ~ 105.9 Ma）。研究区热史演化总体上具有阶段性,其中碧口地块构造隆升具一致性,而东侧地区热史演化相似且明显滞后于碧口地块,即碧口地块在27 ~ 15 Ma之间急剧隆升,而东侧区域不同位置随后在12 Ma和4 Ma开始发生急剧构造隆升。这种构造隆升时间差异是因为碧口地块在随青藏高原地块向东南构造挤压过程中,构造应力向东南方向传递且发生构造扩展所致,构造扩展速率由西至东递减显著,由碧口地块内部的20 km/Ma逐渐降至四川盆地边缘的1.40 km/Ma。构造扩展速率受到地层岩性及构造变形样式等多种因素影响,碧口地块内部的构造扩展速率大约是东侧区域的12 倍,构造扩展至四川盆地边缘逐渐减弱并在盆地内消失。     

青藏高原东北部贵德盆地新生代沉积演化与构造隆升

通过对高原东北部贵德盆地新生代地层研究,为恢复高原隆升历史提供依据。贵德盆地形成于渐新世末,其新生代地层可划分出深水砾砂质网状河流、泥石流质网状河流、砾质网状河流、山麓洪积、三角洲、半深湖与浅湖、水下扇三角洲七个沉积相组合体系。根据其沉积相组合和沉积演化揭示出高原隆升过程先后经历了:早期隆升期 (渐新世末 )、较稳定剥蚀夷平期 (早中新世 )、小幅隆升期 (早中新世末 )、稳定剥蚀夷平期 (中中新世至晚中新世 )、持续逐步较快速隆升期 (8.2～ 3.6Ma)、急剧强烈阶段性隆升期 (3.6～ 0Ma) ;其中 3.6Ma±的隆升是新生代构造运动的一个重要分水岭,此前盆地海拔应不超过 10 0 0m,此后构造活动速度明显加速,地形高差显著增大。可见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     

中、新生代天山隆升过程及其与准噶尔、阿尔泰山比较研究

根据穿越天山地质剖面观察、系统裂变径迹(FT)测年年龄与热演化模拟结果分析,并综合前人研究结果,天山陆内造山带中、新生代主要经历2次明显的隆升事件,分别为晚侏罗世—早白垩世和中新世以来(25~0Ma)。从天山地区磷灰石FT年龄结果来看,主要记录了早期隆升年龄,但热演化模拟结果显示普遍经历了中新世以来的快速隆升。在天山北缘从盆山边缘的近25Ma开始隆升到前缘带的现今活动,表明天山陆内造山带在隆升的同时还逐渐“增生”扩展。系统研究和分析表明,东西准噶尔和阿尔泰地区则主要记录了晚中生代以来的持续隆升过程,新生代构造活动不明显或强度相对天山要弱。上述事实表明,天山及其中亚地区新生代的陆内活动是受喜马拉雅碰撞与青藏高原隆升的影响,具有向北渐弱的特征。     

天山夷平面上的晚新生代沉积及其环境变化

天山山系于晚古生代晚期强烈格皱隆起成为高大山地。中生代和第三纪期间,地壳活动整体上平稳,处于长期剥蚀夷平阶段,普遍发育了夷平面。上新世和第四纪早更新世,天山山系发生剧烈断块隆升,奠定了现代天山独特的层状地貌景观。当前,天山地区夷平面仍多有分布,粗略量算其面积约为105m2,约占我国天山山系总面积的1／5。天山山地夷平面主要有3级,它们的海拔分别为4000m以上,3200～2800m、2500～1800m,各级之间还有次级夷平面。这些夷平面早在三叠纪开始孕育,但从现今夷平面上的覆盖层及相关沉积判断,它们形成时代的上限仍有差别,最低一级夷平面为早第三纪(主要是始新世)所形成,高的两级在晚第三纪(     

天山夷平面上的晚新生代沉积及其环境变化

天山山系于晚古生代晚期强烈格皱隆起成为高大山地。中生代和第三纪期间,地壳活动整体上平稳,处于长期剥蚀夷平阶段,普遍发育了夷平面。上新世和第四纪早更新世,天山山系发生剧烈断块隆升,奠定了现代天山独特的层状地貌景观。当前,天山地区夷平面仍多有分布,粗略量算其面积约为10’ho’,约占我国天山山系总面积的1／5。天山山地夷平面主要有3级,它们的海拔分别为4000m以上,3200—2800m、2500～1800m,各级之间还有次级夷平面。这些夷平面早在三叠纪开始孕育,但从现今夷平面上的覆盖层及相关沉积判断,它们形成时代的上限仍有差别…     

阿尔金山新生代隆升历史:来自塔东南若羌凹陷的沉积记录

阿尔金山位于青藏高原北部边缘,在高原隆升和演化过程中扮演着重要的角色。但是,关于它的新生代隆升历史现今仍存在较大的争议。阿尔金山北麓若羌凹陷新生代接受来自山脉的剥蚀物质。因此,凹陷内的沉积特征记录了阿尔金山新生代隆升的重要信息。本文利用石油钻井编录资料及地震剖面,通过对盆地区新生代各个地层之间的接触关系、沉积相组合和沉积速率变化进行研究,结果显示阿尔金山34Ma以来的隆升分为两阶段:第一阶段为34~20.4Ma,持续低速隆升;第二阶段为16Ma至现今,急剧快速隆升。结合前人研究成果,认为渐新世—早中新世,阿尔金断裂作为一个局限在中、下地壳的韧性剪切带造成阿尔金山一带产生大范围的地表隆起,控制了山脉在第一阶段的持续低速隆升;中中新世以来,阿尔金断裂大规模左行走滑,青藏高原北缘主要通过地壳缩短的形式释放应力,控制了山脉在第二阶段的急剧快速隆升。     

新生代天山隆升与塔里木盆地北缘现今构造面貌关系——来自岩石声发射的证据

对塔里木盆地北缘四石厂剖面和库车河剖面进行声发射样品采集,并对志留系、二叠系、三叠系岩石样品进行岩石声发射地应力测试,以研究强烈构造活动下塔里木盆地北缘（柯坪隆起和库车坳陷）的地应力特征。测试结果显示,志留系、二叠系、三叠系样品所记录的岩石声发射最大主应力分别为57.74 MPa、57.73 MPa、58.86 MPa。结合前人对地应力的研究成果,认为在塔里木盆地北缘喜马拉雅期构造运动能够被岩石记载的应力约为57 MPa左右。塔里木盆地北缘自志留纪至今的地质历史过程中喜马拉雅晚期遭受的构造运动最为强烈,造成塔北地区现今的构造面貌。这与新生代天山隆升有密切关系,印度板块与欧亚板块碰撞是其最主要的动力学因素。      

全球气候变化——新生代构造隆升的结果

构成地球的各大圈层是相互联系、相互影响的，因此其中一个圈层发生变化必将影响其他圈层的特征和状态。新生代时，岩石圈中出现了物质的重新分配与调整，产生了地史上最为显著的构造隆升。同时，地球其他圈层中也出现了明显的变化；大气圈中有大气环流的改变，大气CO2质量分数的变化；水圈中出现降雨分布的改变、两极冰盖的出现；生物圈表现为植物群落分布的迁移；这些变化的同时出现暗示地表的隆升对其他圈层，特别是大气圈产生了重要的影响。基于此种推断，以Ruddiman等为代表的科学家提出了构造隆升－气候假设。这一假设对解释新生代以来气候变化以及隆升与气候之间的相互影响提供了较为合理的答案。但是，由于许多尚未解决的问题，特别是缺少对新生代以来地壳主要隆升区（特别是青藏高原）构造演化史的清楚认识，关于新生代气候变化的真正原因还缺乏定论。更多的工作还有待于地质学家、气象学家、生物学家、海洋学家等来共同完成。     

新生代酒西盆地沉积特征及其与祁连山隆升关系的研究

酒西盆地普遍缺失上白垩统-始新统,在渐新世晚期开始接受沉积,并形成厚约3．9km的中下第三系一第四系河流相沉积约,不整合覆盖于下白垩统上。渐新统火烧沟组仅在盆地北部出露,往盆地南部尖灭,古流向向南,其物源区应在北部,可能和阿尔金断裂的活动有关。白杨河组全盆均有分布,北祁连山中也有沉积。山中-盆内沉积相由山麓相转变为河湖相,变化明显;古流向大致向北,说明当时祁连山开始隆升,成为白杨河组的物源区。对酒西盆地中、新生界的重矿物进行了系统分析,白杨河组重矿物绝对含量的脉动增加明显,显示白杨河组沉积物源发生变化,原因可能是北祁连山开始隆升,酒西盆地的沉积物源由北转向南侧的祁连山。重矿物的相对含量以及ATi,GZi和ZTR特征值也指示了白杨河组时期矿物成熟度低,构造活动强烈,可能对应着北祁连山的开始隆升。