西宁盆地始新世河湖相沉积序列黏土矿物组合特征及其古环境意义

始新世是全球气候从"温室"转化为"冰室"的一个重要时期,亚洲内陆在该时期发生了青藏高原隆升、副特提斯海海退等重大地质事件.位于青藏高原东北缘的西宁盆地具有连续完整的始新世河湖相沉积地层,以红色泥岩夹石膏层为主,记录了该时期的气候变化.本研究采用X射线衍射仪(XRD)对西宁盆地西箕沟剖面始新世河湖相沉积样品进行全岩及黏土矿物定性、半定量分析,以获取青藏高原东北缘及亚洲内陆地区始新世时期的古气候变化特征.为了有效解决目前通用的黏土矿物提取方法难以从石膏层中提取足量黏土的问题,引入一种新的黏土矿物提取方法.结果表明,西宁盆地始新世样品中主要矿物为石英、长石、方解石、白云石以及石膏;黏土矿物为伊利石、绿泥石及蒙脱石(含伊蒙混层矿物(I/S)).黏土矿物相对含量变化表明,始新世时期西宁盆地古气候在较为干旱的背景下经历了三次相对湿润的时段:52～50、41.5～39、35～34Ma.通过与同时期的深海氧同位素记录、副特提斯海海侵-海退事件以及青藏高原隆升等进行对比分析发现,西宁盆地始新世古气候主要受控于全球气候变化.     

塔里木盆地中上寒武统叠层石白云岩中微生物矿化组构特征及其成因意义

塔里木盆地西北缘的柯坪蓬莱坝剖面是研究寒武系微生物白云岩的良好剖面.此次研究提供了一个在微生物席和生物膜中由微生物沉淀白云石的实例.借助于高分辨率扫描电镜,在中上寒武统的叠层石白云岩的暗层中发现了直径为50~100 nm的球状小颗粒集合组成的球形白云石;和直径是50~170 nm,相互集中呈哑铃状或链状排列的球形白云石;以及硅化后的丝状体及成哑铃状或链状相连的显微结构.通过沉积学、岩石学和地球化学的研究,这些显微结构可能分别是白云石成核的最初阶段在微生物的作用下形成的纳米球粒;被胞外聚合物(EPS)或黏液等包裹而矿化的丝状物,及因硅化而保存良好的球形细菌(可能是蓝细菌).我们认为,作为一种独特的保护方式,硅化作用对于一些微生物席中的显微结构(包括有丝状和球状微生物及生物膜等)的保存,起到了重要的促进作用.同时胞外聚合物能够结合如硅、镁、钙等不同的元素,这些组分适宜球形细菌的矿化和有机底物上白云石的结晶.这些微生物显微组构的发现,可能为古代白云岩的微生物成因提供一些直观证据.     

新疆三塘湖跃进沟二叠系地幔热液喷流型原生白云岩

新疆三塘湖地区二叠系芦草沟组与新疆广大地区的芦草沟组同为重要的生烃层系.本研究首次在三塘湖跃进沟剖面芦草沟组中发现热液喷流型白云岩及其共生组合,白云岩以泥晶白云岩和砂屑白云岩为主,含少量砾屑白云岩,它们多呈0.05～0.15cm厚的纹层,与纹层状泥晶灰岩和纹层状泥晶白云质方沸石岩等呈互纹层.砂屑白云岩中普遍含碱性长石和方沸石颗粒,为方沸石响岩—过碱性岩浆岩经喷爆、搬运、沉积而成的矿物碎屑;基质多为小于0.01mm的白云石和铁白云石.根据矿物成分和含量可将白云岩分为4种类型.依据白云岩中所含的碎屑均为方沸石、碱性长石、凝灰岩的晶屑、玻屑等内碎屑,认为该湖盆应是一种以内碎屑为主的欠补偿湖盆.岩石地球化学结果显示：氧同位素■18OPDB介于-5‰～-21.1‰,平均-11.9‰;87Sr/86Sr比值介于0.70457～0.706194,平均0.705005,结合多期过碱性岩浆岩的溢流,反映出地幔热液的特点.来自地幔的流体使底辟到下地壳的超基性岩发生蛇纹石化,提供了生成白云石、铁白云石所必须的Mg2＋,Fe2＋.过碱性岩浆以及富含Ca2＋,Mg2＋,Fe2＋和CO32-的热液交替喷发和喷流,并与湖水混合,最终在热液喷口处形成岩浆喷爆角砾岩、具同生变形层理的白云岩,在远离喷口处形成具纹层构造的白云岩等喷流岩.综合资料分析表明,本区的白云岩是一种罕见的陆内伸展背景下的裂谷盆地地幔热液喷流型原生白云岩;该套岩石的发现无论对白云岩成因的认识还是对于探讨新疆北部晚古生代的区域构造背景及沉积环境均具有重要的科学意义.     

成都平原红土堆积的磁性地层学及古环境记录

对四川双流县胜利和黄甲2两个红土剖面进行了系统的磁性地层学研究,并且利用沉积学、地球化学及孢粉分析方法探讨了地层的沉积成因及形成环境.磁性地层的研究结果显示出,在2个剖面中,B/M界限均位于网纹红土的上部,并且在剖面的中下部记录了松山负向期的贾拉米洛正向极性亚带,说明成都平原网纹红土的母质形成于第四纪中期.沉积学、地球化学特征的研究表明成都黏土、部分网纹红土的母质与川西黄土一样属于风尘沉积.孢粉分析结果揭示出,网纹红土母质形成的第四纪中期,成都平原的植被为针叶林,气候经历了温凉较湿-寒凉较湿-温和或温凉较湿的变化.第四纪中期成都平原相对寒凉-温凉的气候特征是对全球气候变化的响应,而青藏高原在此时期的快速隆升以及冰冻圈范围的扩张可能是造成该区气温较低的直接原因.     

塔里木盆地下古生界白云石微区REE配分特征及其成因研究

利用LA-ICP-MS分析手段, 对塔里木盆地下古生界不同类型白云石进行了微区REE分析, 并利用标准海水对白云石REE含量进行了标准化处理(SWN, Sea Water Normalized). 总体上看, 白云石SREE多低于20 ppm (1 ppm=1 mg/g), 绝大多数样品REESWN配分特征类似, 表现为轻稀土富集, 重稀土曲线平缓, Ce正异常明显, 说明它们具有类似的白云岩化流体来源, 即海水来源. 根据白云石成因与成岩特征, 将白云石分为准同生白云石与成岩(改造)白云石两大类, 各自具有不同的REE配分特点: (1) 准同生白云石具有最高的REE含量(大于20 ppm), 且其边部REE含量明显低于核部. 高的REE含量记录了浓缩海水与灰质沉积物相互作用而发生白云岩化的过程, 低REE含量的白云石边缘乃是后期成岩过程中较淡的孔隙流体对其改造的结果. (2) 成岩(改造)白云石又可细分为4类: a) 埋藏白云石, 其REE含量低于准同生白云石, 但高于灰岩, 且边部REE含量高于核部, 说明浓度较高的孔隙流体交代早期灰岩而形成; b) 孔隙充填白云石, 产于白云岩较大孔隙/洞中, 与基质白云石具有类似的REESWN配分特征, Eu异常不明显, 说明白云岩化流体源自成岩流体; c) 重结晶白云石, REE含量普遍较低, 说明重结晶过程中伴随有REE的流失; d) 热液改造充填白云石, REE含量最低, 并具有明显的Eu正异常, 反映其形成与热液活动有关, 并且伴随着REE的大量流失. 因此, 不同类型白云石REE含量变化与配分特征, 较好地记录了它们形成的原始条件与后期变化过程, 是深入研究白云石成因与成岩演化的良好示踪标志.     

成都平原红土堆积的磁性地层学

摘要 本文对四川双流县胜利和黄甲两个红土剖面进行了系统的磁性地层学研究, 并且利用沉积学、地球化学及孢粉分析方法探讨了地层的沉积成因及形成环境. 磁性地层的研究结果显示出, 在两个剖面中, B/M界限均位于网纹红土的上部, 并且在剖面的中下部记录了松山负向期的贾拉米洛正向极性亚带, 说明成都平原网纹红土的母质形成于第四纪中期. 沉积学、地球化学特征的研究表明成都粘土、部分网纹红土的母质与川西黄土一样属于风尘沉积. 孢粉分析结果揭示出, 网纹红土母质形成的第四纪中期, 成都平原的植被为针叶林, 气候经历了温凉较湿-寒凉较湿-温和或温凉较湿的变化. 第四纪中期成都平原相对寒凉-温凉的气候特征是对全球气候变化的响应，而青藏高原在此时期的快速隆升以及冰冻圈范围的扩张可能是造成该区气温较低的直接原因.     

末次盛冰期东亚气候的数值模拟

用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCM3全球气候模式研究了末次盛冰期(LGM)和现代情景下的东亚季风和地面水分特征以及青藏高原冰川扩张. 结果表明: 在LGM时, 我国北方和西太平洋地区冬季风显著加强, 南方地区冬季风变化不大; 而对LGM时期的夏季风, 我国南方和南海地区显著减弱, 北方变化不显著; LGM时期季风的这种变化, 使我国东北、华北大部分地区、黄土高原和青藏高原东部年降水量比现代显著减少, 造成这些地区当时地面净失去更多水分, 使当地变干燥, 其中青藏高原东部、黄土高原西部地面变干燥最显著; 而在LGM时期青藏高原中部一些地区由于蒸发减少使地面变湿润, 有利于当时这些地区的湖面上升; 此外, LGM时期冬季青藏高原 绝大部分地区积雪明显比现代厚, 通过分析模拟资料计算的冰川平衡线高度发现: 尽管我们模拟出LGM时期较小的降温幅度, 但是通过模式中大气物理过程青藏高原降水和气温之间保持平衡, LGM时期当地冰川平衡线高度与现代相比降低了300~900 m, 即从现代的5400 m以上降为4600~5200 m, 指示着LGM时期青藏高原冰川的大规模扩张.     

河西走廊花海古湖泊全新世白云石的发现及其环境意义

通过对河西走廊花海古湖泊沉积物的X衍射分析发现,全新世期间有明显的白云石沉积.岩性、沉积过程、石膏以及Fe3+含量的变化表明,花海湖全新世白云石沉积环境以还原环境为主,即还原环境利于白云石的形成,为白云石的成因研究提供了新的证据.白云石作为碳酸盐矿物,可以反映湖水盐度,但并非直接指示了湖水的咸化.随着湖水盐度的进一步增加,在硫酸盐型湖泊中,白云石含量随盐度的增加而相应减少,表明利用白云石分析湖水盐度时需要结合其他矿物进行分析.结合石膏含量的变化,花海湖全新世时期白云石含量的变化可以揭示该区域湖水盐度的变化.在10.478.87 cal ka B.P.早全新世时期,湖水的盐度较高,气候由干向湿转变;8.87 cal ka B.P.时期,有大量石膏沉积,显示了湖水盐度的进一步升高,气候干旱;随后湖水相对淡化,气候湿润;5.50 cal ka B.P.至今,沉积出现间断,气候逐渐干旱.     

四川江油马角坝地区石炭纪地层磁化率特征与海平面相对变化研究

马角坝地区是研究四川盆地乃至上扬子地区石炭系沉积特征的经典地区之一.研究马角坝地区石炭系磁化率特征与相对海平面的变化,可为研究相关区域石炭纪沉积特征以及地层划分对比等问题提供依据.本文在四川江油马角坝地区石炭系经典碳酸盐岩剖面连续古地磁采样,共获得179块供测试磁化率的样品,在室内对所有样品进行了磁化率测量与磁化率特征分析,获得了该剖面连续的磁化率数据.利用剖面连续的磁化率变化特征推演海平面相对变化,识别出6次完整的海进-海退记录,由此对研究区石炭系划分出6次海平面变化旋回.     

若尔盖RM孔揭示的青藏高原900kaBP以来的隆升与环境变化

通过对青藏高原迄今为止最深的全取芯井,即若尔盖盆地RM孔湖泊沉积物环境多代用指标的综合判识,重建了900kaBP以来盆地的古气候古环境演化序列.根据该孔的沉积特征、沉积旋回的结构,以及沉积速率的变化,结合环境冷暖、干湿的组合特点,分辨出900kaBP以来高原东部3次明显的隆升加速时期,也即800,360及160kaBP.同时对青藏高原3次构造加速抬升在全球变化背景下的环境效应作了初步探讨.     

An 8.1Ma calcite record of Asian summer monsoon evolution on the Chinese central Loess Plateau

Carbonates in loess-red clay sequences consist mainly of calcite and dolomite. The EDTA analysis of carbonates in different size fractions and magnetic susceptibility reveal that calcite is a sensitive index of summer monsoon. The chemical analysis of carbonates and calcite from an 8.1 Ma loess-red clay sequence at Chaona on the Chinese central Loess Plateau shows that the evolution of the Asian summer monsoon experienced four stages, namely 8.1―5.5 Ma, 5.5―2.8 Ma, 2.8―1.5 Ma and 1.5―0 Ma, with increasing intensification and fluctuation, suggesting a possible combining impacts of uplift of the Tibetan Plateau and global changes on the Asian summer monsoon.     

δ18O record and temperature change over the past 100 years in ice cores on the Tibetan Plateau

The 213 m ice core from the Puruogangri Ice Field on the Tibetan Plateau facilitates the study of the regional temperature changes with its δ18O record of the past 100 years. Here we combine information from this core with that from the Dasuopu ice core (from the southern Tibetan Plateau), the Guliya ice core (from the northwestern Plateau) and the Dunde ice core (from the northeastern Plateau) to learn about the regional differences in temperature change across the Tibetan Plateau. The δ18O changes vary with region on the Plateau, the variations being especially large between South and North and between East and West. Moreover, these four ice cores present increasing δ18O trends, indicating warming on the Tibetan Plateau over the past 100 years. A comparative study of Northern Hemisphere (NH) temperature changes, the δ18O-reflected temperature changes on the Plateau, and available meteorological records show consistent trends in overall warming during the past 100 years.     

青藏高原东北缘断层系统的大地震迁移概率及断层滑动速度的分段特征

青藏高原东北缘是青藏高原隆升、生长及变形前缘.区域地震活动频繁,且地震在其主要断层带之间时空迁移.为了研究区域大地震在主要断层带之间的迁移规律与概率,以及主要断层带大地震破裂的时空分布特征,本文建立了青藏高原东北缘地区的三维黏弹塑性有限元模型,模拟了区域断层系统的地震循环,得到了人工合成的万年时间尺度的地震目录.根据模拟的地震目录,并结合古地震数据,计算分析了大地震(MW≥7)在研究区各个主要断层带之间的迁移概率,探讨了黏度、高程、统计时间长度等因素对大地震在各主要断层带之间的迁移概率和大地震在各主要断层带上的发生概率的影响,并且初步调查了海原断层带和香山天景山断层带的大地震破裂时空分布特征.研究结果显示:继区域最近两次大地震(1920年海原断层带上的M8.5海原大地震和1927年香山天景山断层带上的M8古浪大地震)之后,下一次大地震(MW≥7)发生在海原断层上的概率最大,约为51%～81%;其次是在香山天景山断层上,概率约为9%～37%.模型结果显示,不同的青藏高原中下地壳上地幔黏度大小,对大地震在各个断层带之间的迁移规律和迁移概率的影响较小;而研究区的高程载荷对地震迁移则有显著的影响:高程载荷易于使得海原断层地震活动减弱及香山天景山断层的地震活动增强.研究结果也显示了青藏高原东北缘地区主要断层带的地震活动与断层滑动速率分布的分段性显著;大地震在断层带上的破裂位置并不固定,呈现不均匀性;并暗示了断层几何形状对地震活动、断层滑动速率分布与大地震破裂位置的控制作用.     

Relationship model of sediment grain size and Tibetan Plateau uplift in middle-west parts of Qilian Mountain

By observing, measuring the fluvial sediment grain size of mid-western segment of the Qilianshan Range and studying the correlation between the grain size and uplift of the plateau, we model the correlation. These models are applied to the Laojunmiao section and the process curve of the uplift of the northern Tibetan Plateau against age from 8.35 Ma is illustrated here. The process curve shows that the northern Tibetan Plateau surface has uplifted from the mean altitude of 900–3700 m since 8.35 MaBP. From 8.35 to 3.1 MaBP, the Tibetan Plateau uplifted slowly, uplifted amplitude is small, the total range is 420 m. From 3.1 MaBP up to now, the Tibetan Plateau uplifted tempestuously, showing that the uplift accelerated obviously later. It uplifted totally 2400 m. About 0.9 Ma ago, the northern Tibetan Plateau surface had uplifted to over 3000 m a.s.l., showing that the Tibetan Plateau surface had reached the cryosphere; and the mountain peaks had uplifted to more than 4000 m altitude, suggesting that there was a glacier developed on the mountains.     

青藏高原S波和泊松比的层析成像

本研究使用中国数字地震台网（CDSN）（2009—2016）走时数据开展青藏高原地壳地震波速度三维层析成像研究,获得分辨率达到1°×1°×20 km的青藏高原地壳S波三维速度结构和泊松比分布.结果表明,分布在可可西里和羌塘北部的高钾质和钾质火山岩带,其上地壳到下地壳都存在S波波速扰动负异常和高泊松比.说明第三纪青藏高原隆升过程中,由于大陆碰撞使三叠纪的东昆仑缝合带重新破裂,造成大量壳幔混合熔融物质上涌和火山喷发,进而揭示了青藏高原北部新生代火山岩的存在与青藏高原的形成和隆升密切相关;青藏高原新生代裂谷位于中下地壳S波速度扰动负异常带的两侧,裂谷带之下的中下地壳泊松比减小到0.22以下.裂谷带之下中下地壳的S波速异常分布和泊松比值可以推断青藏高原新生代裂谷深达中地壳底部,这个推论与密度扰动三维成像的相关结论一致.青藏高原S波速度和泊松比在下地壳至壳幔边界随深度产生急剧变化,说明地壳内部发生了大规模的层间拆离和水平剪切;青藏高原东构造结之下泊松比高达0.29~0.33,S波速度扰动为负异常,推断东构造结下方地壳主要由坚硬的蛇纹石化橄榄岩组成;青藏高原中下地壳S波速负异常区范围大面积扩大,地壳底部几乎被S波速低值区全部覆盖.下地壳S波异常分布特点可能反映下地壳管道流的影响.     

基于横波分裂的青藏高原多圈层各向异性研究进展

有关青藏高原横波分裂的各向异性研究已经开展了近30年,在理论方法和实际应用方面取得了重要进展,并获取了大量的横波分裂测量结果,为认识青藏高原壳幔各向异性变形特征和动力学机制提供了重要的依据.本文首先介绍了地震各向异性的来源与应用,随后回顾了横波分裂分析方法的发展,简述了各种横波分裂方法的原理,最后通过总结近30年来青藏高原上地壳、整个地壳和上地幔横波分裂各向异性研究成果,系统分析了青藏高原壳幔各向异性变形特征.基于各横波分裂结果的对比分析来看,XKS波分裂测量结果最为稳定,近震直达S波分裂测量结果次之,而Pms波分裂测量结果相对离散,往往相同区域内不同的研究结果差异较大,主要原因可能是相比XKS波和近震直达S波,Pms波的信噪比较低,次要原因可能是各研究在方法和处理分析等方面的差异.     

Preliminary analysis of earthquake probability based on the synthetic seismic catalog

The analysis of seismic hazards relies on the statistical analysis of historical seismic data and the instrumental seismic catalog to obtain the regional earthquake recurrence interval and earthquake probability. The accuracy of analysis thus depends strongly on the completeness of the seismic data used. However, available seismic catalogs are too short or incomplete for the reliable analysis of the statistical characteristics of earthquakes. If a long-term synthetic seismic catalog can be generated using a physics-based numerical simulation, and the simulation results match the crustal deformation, seismicity, and other observations,then such a synthetic catalog helps us to further understand the characteristics of seismic activity and analyze the regional seismic hazard. In this paper, taking the northeastern Tibetan Plateau as a case study, we establish a three-dimensional visco-elastoplastic finite-element model to simulate earthquake cycles and the spatiotemporal evolution of earthquakes on the model fault system and obtain a seismic catalog on a time scale of tens of thousands of years. On the basis that the model satisfies the regional geodynamics of the northeastern Tibetan Plateau, we analyze seismicity on the northeastern Tibetan Plateau using the simulated synthetic earthquake catalog. The characteristics of earthquake recurrence at different locations and different magnitudes, and the long-term average probability of earthquake occurrence within the fault system on the northeastern Tibetan plateau are studied. The results are a reference for regional seismic hazard assessment and provide a basis for the physics-based numerical prediction of earthquakes.     

青藏高原的隆升过程与地球动力学模型研究进展

综合对比、分析了现有青藏高原隆升过程和地球动力学模型相关成果，认为：（1）高原岩石圈以多圈层为特征，其内部层圈相互作用复杂，从而导致隆升过程和机制的复杂性以及构造演化的阶段性，高原的隆升是多种机制联合作用的产物，具有多阶段、非均一、不等速的特征；（2）现有地球动力学模式多力求用一种动力学体制对高原整体构造格架和成因演化进行解释，然而，高原的隆升过程、状态和动力学机制具有非线性、非周期性和无序性等特征，其隆升作用存在非线性效应；（3）以数值模拟为手段，开展物理与数学的定量模拟研究，建立组合动力学模型，是青藏高原隆升过程和地球动力学研究中有待深化的重要课题。     

The nutrient forms,cycling and exchange flux in the sediment and overlying water system in lakes from the middle and lower reaches of Yangtze River

The 213 m ice core from the Puruogangri Ice Field on the Tibetan Plateau facilitates the study of the regional temperature changes with its δ ¹⁸O record of the past 100 years. Here we combine information from this core with that from the Dasuopu ice core (from the southern Tibetan Plateau), the Guliya ice core (from the northwestern Plateau) and the Dunde ice core (from the north-eastern Plateau) to learn about the regional differences in temperature change across the Tibetan Plateau. The δ ¹⁸O changes vary with region on the Plateau, the variations being especially large between South and North and between East and West. Moreover, these four ice cores present increasing δ ¹⁸O trends, indicating warming on the Tibetan Plateau over the past 100 years. A comparative study of Northern Hemisphere (NH) temperature changes, the δ ¹⁸O-reflected temperature changes on the Plateau, and available meteorological records show consistent trends in overall warming during the past 100 years.     

Climatic changes on orbital and sub-orbital time scale recorded by the Guliya ice core in Tibetan Plateau

Based on ice core records in the Tibetan Plateau and Greenland, the features and possible causes of climatic changes on orbital and sub-orbital time scale were discussed. Orbital time scale climatic change recorded in ice core from the Tibetan Plateau is typically ahead of that from polar regions, which indicates that climatic change in the Tibetan Plateau might be earlier than polar regions. The solar radiation change is a major factor that dominates the climatic change on orbital time scale. However, climatic events on sub-orbital time scale occurred later in the Tibetan Plateau than in the Arctic Region, indicating a different mechanism. For example, the Younger Dryas and Heinrich events took place earlier in Greenland ice core record than in Guliya ice core record. It is reasonable to propose the hypothesis that these climatic events were affected possibly by the Laurentide Ice Sheet. Therefore, ice sheet is critically important to climatic change on sub-orbital time scale in some ice ages.