青藏高原东北缘共和-贵德盆地全新世气候变化

青藏高原东北缘地处现代亚洲季风影响的北界和中国干旱与半干旱气候的过渡地带,沉积物对气候变化敏感,是研究全新世高原冬夏季风系统对全球变化响应的理想地点。笔者根据粉尘搬运的动力学原理,利用温湿度组合、风力强度变化和粉尘源区收扩演变特点,分析了共和-贵德盆地全新世气候波动、区域环境变化以及冬夏季风关系等,主要取得了以下认识:(1)建立了大气粉尘的风力强度指数、粉尘搬运距离指数、大气湍流强度指数、春季近地面气温指数和有效湿度指数等估算方法。(2)全新世时期西南季风是影响共和-贵德盆地的主要夏季风系统,高原冬季风则是影响这个地区的主要冬季风,共和-贵德盆地近地面具有不同的风场演化模式。(3)共和-贵德盆地的全新世气候变化可划分为4个阶段:1大约6.5~4.2kaBP的全新世适宜期以湿度大幅增加、温度小幅升高的暖湿为特点。2在2.6~4.2kaBP期间出现了一次以冷干为特点、粉尘源区扩张、冬夏季风均减弱的环境恶化事件,这次恶化事件在高原季风系统的西北粉尘源区和亚洲季风系统的北方粉尘源区都同样存在。3大约1.2~2.6kaBP时期,粉尘源区收缩、环境好转,推测是夏季风小幅加强的时期。41.2kaBP以后,湿度增加、成壤强度先强后弱,总体环境趋于冷湿。     

青海共和盆地高热机制数值模拟分析

共和盆地位于青藏高原东北缘,处于秦岭—祁连—昆仑造山带的交汇部位。盆地的平均热流值明显高于中国大陆地区热流平均值,也明显高于周边构造单元,表现为高热异常区域。笔者等结合区域地质、地球物理探测资料及近年来新获的热学参数测试数据,对共和盆地开展了热演化数值模拟,分析了共和盆地的高热异常机制。结果显示,如果将新生界地层作为一个整体考虑,实测的热导率参数不足以形成共和盆地的高热,必然有深部热源,如中—下地壳熔融体的影响。而结合地温曲线,对新生界地层进行分层数值计算分析,显示盆地高热异常形成的主要控制因素是浅表层松散的新生界沉积层的极低热导率,同时岩石圈以下的深部过程影响为共和盆地高热异常提供一定程度的区域热异常背景。     

青海共和盆地高热机制数值模拟分析

共和盆地位于青藏高原东北缘,处于秦岭—祁连—昆仑造山带的交汇部位。盆地的平均热流值明显高于中国大陆地区热流平均值,也明显高于周边构造单元,表现为高热异常区域。笔者等结合区域地质、地球物理探测资料及近年来新获的热学参数测试数据,对共和盆地开展了热演化数值模拟,分析了共和盆地的高热异常机制。结果显示,如果将新生界地层作为一个整体考虑,实测的热导率参数不足以形成共和盆地的高热,必然有深部热源,如中—下地壳熔融体的影响。而结合地温曲线,对新生界地层进行分层数值计算分析,显示盆地高热异常形成的主要控制因素是浅表层松散的新生界沉积层的极低热导率,同时岩石圈以下的深部过程影响为共和盆地高热异常提供一定程度的区域热异常背景。     

西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其 对黄土高原黄土物源的指示意义

物源研究是理解黄土高原风成沉积物中古环境记录的关键一环。众多证据表明,黄土高原西北部的阿拉善高原及其周边广袤干旱地区是黄土高原黄土的主要风尘源区。但是,基于锆石U-Pb同位素地质年代学的证据对此提出了质疑。黄土高原黄土与青藏高原北部物质中的锆石具有相似的年龄分布,预示黄土高原风尘主要以西风搬运的方式来自青藏高原北部,特别是柴达木盆地。本研究通过分析西宁黄土的锆石年龄特征验证此假说。西宁处于在从青藏高原北部到黄土高原的假想搬运路线上。西宁黄土主要来自青藏高原北部的干旱区。西宁黄土中锆石的主要年龄分布与黄土高原黄土相似,反映青藏高原北部确实为黄土高原黄土的主要物质来源。但是,与黄土高原黄土相比,西宁黄土缺少年龄在360Ma左右和年龄小于100Ma的锆石。这两组年龄的锆石可能来自其他地区,例如处于中亚造山带。由于阿拉善干旱区也通过河流搬运接收来自青藏高原北部的物质,锆石 U-Pb年龄证据并不能排除阿拉善干旱区作为主要风尘物源的可能。相反,阿拉善干旱区还接受来自其北部中亚造山带和其本身华北克拉通的物质,来自阿拉善干旱区的风尘可能更好地解释黄土高原黄土中的锆石年龄特征。     

青藏高原中北部沱沱河盆地新生代古纬度演化及其对构造和气候的指示意义

古纬度演化可以为地质历史时期古气候变化以及构造变形过程等提供宏观的构造位置背景。加强青藏高原中北部可可西里盆地的古纬度研究,对于理解青藏高原中北部的构造抬升过程历史以及机制、阐明东亚季风起源和演化与高原隆升变形的耦合关系、探讨可可西里盆地晚始新世孢粉所指示的干旱气候的动力机制等具有重要的意义。笔者等选取青藏高原腹地研究相对薄弱的可可西里盆地的一个次级沱沱河盆地（TTHC剖面）作为研究对象开展了古地磁研究,重建其在新生代的古纬度演化历史。岩石磁学研究表明TTHC剖面的主要载磁矿物是磁铁矿和赤铁矿,但以赤铁矿为主。与同期（约35 Ma）欧亚极期望磁倾角以及研究区西边乌兰乌拉湖地区的火山岩磁倾角对比,TTHC剖面所记录的磁倾角存在明显的浅化现象,经E/I方法校正后,得到在约35 Ma的古地磁方向为Dec=358.5°,Inc=44.4°,a95=5.7°。综合已发表的贡觉盆地、改则盆地、尼玛盆地、囊谦盆地、下拉秀盆地和乌兰乌拉湖火山岩等古纬度数据以及本文的研究结果,得到沱沱河盆地新生代古纬度演化历史（以TTHC剖面坐标为参考点）,沱沱河盆地在约35 Ma古纬度为26.1°N,处于副热带高气压气候带内,可以解释孢粉和岩性所指示的暖干气候。在约24 Ma沱沱河盆地到达现在的纬度位置,盆地上地壳缩短在约24 Ma减小或者停止。     

江西信江盆地晚白垩世风成沙丘的发现及其古风向

长期以来,江西信江盆地晚白垩世圭峰群塘边组(K2t)均定为水成沉积,本文的研究结果则认为属风成沉积.沉积结构、构造和石英沙颗粒表面特征研究结果表明,该组的主体岩性为紫红色中-细粒净砂岩,基本不含泥质和云母等悬移质,大型高角度平板状交错层理发育,层系厚度巨大,风成沙丘前积层特征明显,石英沙磨圆度好,在电子显微镜下普遍可见风成沙特有的碟形撞击坑、新月形撞击坑和毛玻璃化表面特征,属于风成沙丘沉积.古流向恢复表明,信江盆地以西风为主,东北风为次,同时见有少量东南风与西北风.根据当时的古地理格局及地表风带模式判断,研究区位于当时的北半球西风带和东北信风带之中,同时可能存在东南向和西北向的古季风.     

青藏高原中北部沱沱河盆地新生代古纬度演化及其对构造和气候的指示意义

古纬度演化可以为地质历史时期古气候变化以及构造变形过程等提供宏观的构造位置背景。加强青藏高原中北部可可西里盆地的古纬度研究,对于理解青藏高原中北部的构造抬升过程历史以及机制、阐明东亚季风起源和演化与高原隆升变形的耦合关系、探讨可可西里盆地晚始新世孢粉所指示的干旱气候的动力机制等具有重要的意义。笔者等选取青藏高原腹地研究相对薄弱的可可西里盆地的一个次级沱沱河盆地（TTHC剖面）作为研究对象开展了古地磁研究,重建其在新生代的古纬度演化历史。岩石磁学研究表明TTHC剖面的主要载磁矿物是磁铁矿和赤铁矿,但以赤铁矿为主。与同期（约35 Ma）欧亚极期望磁倾角以及研究区西边乌兰乌拉湖地区的火山岩磁倾角对比,TTHC剖面所记录的磁倾角存在明显的浅化现象,经E/I方法校正后,得到在约35 Ma的古地磁方向为Dec=358.5°,Inc=44.4°,a95=5.7°。综合已发表的贡觉盆地、改则盆地、尼玛盆地、囊谦盆地、下拉秀盆地和乌兰乌拉湖火山岩等古纬度数据以及本文的研究结果,得到沱沱河盆地新生代古纬度演化历史（以TTHC剖面坐标为参考点）,沱沱河盆地在约35 Ma古纬度为26.1°N,处于副热带高气压气候带内,可以解释孢粉和岩性所指示的暖干气候。在约24 Ma沱沱河盆地到达现在的纬度位置,盆地上地壳缩短在约24 Ma减小或者停止。     

青海共和盆地自生自储型氦气的初步发现

为查明共和盆地潜在氦气源岩（干热岩）稀有气体、元素地球化学和矿物学特征,笔者在共和盆地采集了与干热岩相关的花岗岩进行了稀有气体和放射性铀钍测试、扫描电镜及能谱分析,发现花岗岩中氦气含量达到49×10-6~851×10-6,每吨岩石中氦气含量达到0.27798~4.76992 m3,局部区段氦气含量更高。计算3He/4He同位素值在7.30×10-10~2.5×10-8之间,确定该区氦气为放射性成因。共和盆地花岗岩体中常见铀钍独立矿物及分散矿物,铀含量在0.74×10-6~38.1×10-6,钍含量在4.7×10-6~42.2×10-6。估算研究区氦生成量约269×108 m3。在此基础上,进一步开展了花岗岩氦气储层储集特征研究,岩体中存在低密度、较高孔隙度和微裂缝发育区段,测井数据也显示花岗岩体中储集特征和脆性良好的区段,是氦气赋存的空间。花岗岩中的富铀矿物对氦气的封闭温度（27~250℃）与干热岩相关的花岗岩温度（80~236℃）基本一致,具备封存条件,估算岩体中封闭氦量为4.03×108~46.8×108 m3。岩体中浅部、深部和压裂返排液中均有氦气,深部高含量氦气存在,压裂后返排液中氦气聚集明显,初步证明了自生自储型氦气藏的存在。     

青海共和盆地地热资源分布特征兼述CSAMT在地热勘查中的作用

青海共和盆地为一新生代断陷盆,具有良好地热地质背景与其东、西两侧构造岩浆带断裂型地热分布,构成秦昆接合部SN向地热带。另据CSAMT在海南州首府共和县恰卜恰镇地热勘查推断出一小型拉分盆地,兼有盆地传导型层状热储和断裂对流型带状热储的特征,提出拟建地热井位钻孔布置构造有利部位,建议孔深1200m。经钻探打出全省第一口水温高、水量大、水质优的地热井,发挥了CSAMT在地热勘查中的指导作用。     

青海共和盆地下白垩统烃源岩地球化学特征及其生油意义

我国西北大部分地区在早白垩世处于挤压为主的构造环境,但共和地区处于伸展的构造环境,发育了巨厚的下白垩统湖相沉积。我们首次在共和盆地下白垩统发现了一套２５８．１５ｍ 厚的烃源岩。这一发现改变了以往西北白垩系烃源岩仅分布在祁连－秦岭以北的观点, 这对于研究我国西北地区白垩系烃源岩的分布和油气田的形成具有重大意义。共和盆地下白垩统从下到上分为万一段、万二段、万三段、万四段。万一段和万四段是炎热干旱气候条件下形成的红色沉积, 基本没有生烃能力。万二段烃源岩是一套炎热潮湿气候条件下形成的浅湖－半深湖相沉积, 烃源岩有机质丰度达到了中到好烃源岩的丰度标准, 干酪根类型以Ⅰ２ 型为主。该烃源岩在Ｋ２ 早期（９０．０１Ｍａ） 进入生油门限, 开始生油, 从Ｋ２ 晚期（７４．１１Ｍａ） 以来,一直处于大量生油的成熟阶段。下白垩统万三段沉积时期, 水体时深时浅, 暗色泥岩和红色泥岩交替出现。暗色泥岩属于中等烃源岩, 其有机质类型主要为Ⅱ型。它在晚白垩世 （７８．０２Ｍａ） 进入生油门限, 但一直到第四纪 （１．５Ｍａ） 才进入大量生油的成熟阶段。共和盆地下白垩统烃源岩发育, 具有形成中小型油气田的可能性。     

青藏高原东北缘循化-官亭地区2.6万年以来气候变化研究

根据粉尘搬运的动力学原理,利用温湿度组合、风力强度变化和粉尘源区收扩演变特点,分析了青藏高原东北缘循化-官亭地区黄土的粒度、磁化率特征及其反映2.6万年以来的气候波动、区域环境变化以及冬夏季风关系等,划分了主要气候演化阶段,取得了以下重要认识：1）山脉阻挡是造成循化-官亭盆地黄土剖面记录气候波动差异的主要影响因素,拉脊山东南段是亚洲冬季风和高原冬季风系统的重要分割线;2）循化盆地和官亭盆地约26 ka B.P.气候变化主要分为2个阶段,每个阶段又可分为若干个亚阶段;3）青藏高原东北缘官亭-循化地区全新世适宜期时间可能为6.0~3.7 ka B.P.,官亭盆地和循化盆地黄土粒度磁化率明显差异的原因可能主要受风场的控制。

     

青藏高原东北缘共和盆地第四纪磁性地层学研究

共和盆地第四纪剖面磁性地层学研究表明,该剖面包含了四个正极性段,三个负极性段,剖面底部地层年龄约为2.11Ma B.P.。结合剖面的沉积特征和已有的孢粉组合特征分析,可以确定该剖面记录了共和盆地2.11Ma B.P.以来的气候变化,且气候发生转型的主要时期依次为1.92 Ma B.P、1.75Ma B.P.、1.40Ma B.P.、1.02 Ma B.P.和0.87Ma B.P.。其主要原因可能是青藏高原强烈隆升远程效应的结果。共和盆地气候变化时间序列的建立为研究青藏高原隆升及环境效应提供有力证据。      

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9～71ka, 254～188ka, 334～279ka, 428～385ka, 576～471ka, 670～658ka, 748～706ka, 788～760ka, 883～853ka, 1000～967ka, 和10～1061ka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～ka, 188～130ka, 380～334ka, 471～428ka, 658～576ka, 853～788ka, 73～65ka 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.     

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。      

黄土高原风尘沉积的物质来源研究:回顾与展望

黄土高原风尘沉积是青藏高原构造隆升和东亚季风系统共同影响下的产物。由于风尘物质的来源变化,不仅反映了亚洲内陆的干旱化过程,而且同过去大气环流格局变迁关系密切,因而,风尘物质来源的示踪一直是黄土研究的热点问题之一。文章首先回顾黄土来源的示踪方法、黄土物质的可能源区以及黄土物源在构造和轨道时间尺度上的变化特征3个方面取得的研究进展,然后探讨目前物源研究存在的问题及未来的研究展望。     

青藏高原东缘晚新生代大邑砾岩的 物源分析与水系变迁*

成都盆地晚新生代碎屑沉积物的快速堆积是青藏高原东缘强烈隆升的产物,同时为青藏高原东缘晚新生代的隆升提供了强有力的证据。文章以盆地底部的大邑砾岩作为研究切入点,详细研究了它的物源区,以深化对青藏高原东缘晚新生代隆升过程的理解。通过砾石成分统计、砂岩薄片鉴定、重矿物分析以及古流向恢复等方面的研究表明,成都盆地北部和南部的大邑砾岩分别受不同的物源区和河流所控制。其中北部的大邑砾岩受控于出口在都江堰南约4km处向南流的河流所控制,其物源区为玉堂镇以西、汶川-茂汶断裂以东的流域范围内。而南部的大邑砾岩则主要受向东流的古青衣江的控制,其物源区即为现代青衣江流域。大邑砾岩的物源分析表明晚新生代期间岷江和青衣江都曾发生河流改道。     

赣北风沙-粉尘堆积体系元素地球化学变化特征及其对黄土物源示踪意义

粉尘的搬运与堆积过程,理论上是不同粒径的岩屑与矿屑颗粒被风力分选并依次沉降的过程,而元素在不同粒级的岩屑与矿屑的富集程度有所差异;因此,对岩屑与矿屑颗粒分选,在一定程度上是对地球化学元素的分选。因此,基于元素地球化学对黄土粉尘示踪研究中,单一节点或(和)剖面均不具有对粉尘源区的严格代表性,通过比较单一节点或剖面的元素地球化学而进行物源示踪的方法往往存在较大的不确定性。本文通过对中亚热带赣北鄱阳湖地区芙蓉-周溪一带的风沙-粉尘堆积体系常量和微量元素的多维度统计分析,发现地球化学元素及其元素对均存在系统性的分选与分异特点。稳定元素(如Al、Ti、Zr、Nb、Lu、Hf、Ta)及其元素对随距物源区的远近呈现线性、指数或对数等的单向变化特点,其变化幅度在沉积体系中可达31%~42%;在二维和三维散点图中其元素对的投影轨迹,是一个有方向的线状或者带状区域。这表明,风沙-粉尘堆积体系内元素地球化学从上风向到下风向是单调变化的,传统上基于元素地球化学的黄土粉尘物源示踪,通过判断投影区域的远近而进行示踪分析,在理论上有一定缺陷。初步建议,未来的元素地球化学示踪应避免单一剖面元素示踪的方法,而应根据粉尘堆积体系的分布情况系统采样,通过揭示粉尘堆积体系元素地球化学的系统特征来开展基于地球化学元素的黄土粉尘物源示踪研究。     

黄土高原S1古土壤的地球化学特征及其对物源的指示

对黄土高原中部的蓝田剖面与黄土高原西部的定西和天水剖面的S1古土壤的化学元素进行了对比.3个剖面的Al-Ti-zr比值接近,La/Th和Ce/Pb比值以及稀土元素配分模式各与上大陆地壳的接近,表明黄土高原S1古土壤的来源粉尘经历了多次的搬运-沉积循环过程,而使物源呈现均一的特性.物源的均一性初步保证了地球化学指标的空间...     

有关中国黄土高原黄土物质的源区及其输送方式的再评述

仅通过对黄土的研究来认识黄土物质的源地和输送方式、沉降过程往往需要假设和推测一些问题,不够直接和全面,借助对沙漠和大气中沙尘粒子本身的研究则可以更清晰地认识它们.文章在以往对黄土物质源区、输送和沉积过程研究的基础上,对有关这些问题的研究进展,特别是2000～200年以来的进展给出了进一步的评述.结果表明:蒙古源区、以塔克拉玛干沙漠为主体的中国西部沙漠源区和以巴丹吉林沙漠为中心的中国北部沙漠源区贡献了亚洲沙尘释放总量的约70%,它们可视为亚洲沙尘的3个贡献量最大的源区,也可视为是黄土高原黄土物质的主要源地;有关亚洲沙尘的输送,在接近其源区的区域其沙尘浓度峰值在1km及其以下,在中国内陆其峰值通常在1～3km高度,在日本等东亚区域在2～4km高度,在太平洋中部峰值位于4～5km高度,在美国西部在5～7km的位置.通常,亚洲沙尘的区域尺度输送主要受近地面层东亚冬季风的控制,沙尘穿越太平洋的跨洲输送模式与全球尺度的大气环流变化紧密相关,特别是受中纬度西风带的影响.关于黄土高原黄土物质的沉降和堆积,近地面层东亚冬季风起到的是控制性的作用,沙尘在黄土高原的沉降以干沉降为主.晚第四纪黄土-古土壤中的90%以上是亚洲沙尘粒子的沉积物,不到10%受到了再作用过程的影响.