天水-秦安地区新生代构造和地貌演化的碎屑锆石证据

天水-秦安地区保存有多种成因类型的新生代沉积物,其物质来源及其变化对于研究青藏高原东北部的隆升剥蚀历史、构造变形方式以及与之相关的地貌演化过程具有重要意义.本文通过碎屑锆石U-Pb年龄物源示踪方法,对该区的古近纪洪积砾岩、新近纪河流和湖相沉积进行了分析,并与中新世以来的风尘堆积进行了对比.结果显示:1)古近纪洪积砾岩中包含大量亲扬子地块的560~1100Ma的锆石颗粒,但这一年龄的锆石颗粒在早中新世河流相沉积中显著减少,同时出现了大量200~360Ma的锆石颗粒,指示着古近纪洪积砾岩主要来自西秦岭的中部和/或南部,而早中新世河流相沉积主要来自西秦岭北部;2)约11.5Ma以来,该区河流相沉积以380~450Ma的锆石颗粒占主导,与六盘山南部岩体的年龄一致,指示着六盘山南部的初始隆升;3)该区晚中新世湖相沉积的锆石年龄分布明显不同于同时期的河流沉积物,但与秦安中新世风成红土、晚中新世-上新世三趾马红土及第四纪黄土十分相似,指示着该区中新世的细颗粒水成沉积物很可能主要为风尘物质.本文的研究揭示出天水-秦安地区新生代沉积物的物源转变和地貌演化均与青藏高原东北部的阶段性隆升密切相关,特别是晚渐新世-早中新世青藏高原北部的隆升,可能既为中新世风成红土的出现创造了物源和风动力条件,也为其堆积创造了地貌条件.     

青海湖二郎剑钻孔的粘土矿物学研究

位于青藏高原东北边缘的青海湖盆地拥有巨厚的新生代沉积,较好地记录了湖盆形成以来的古气候和古环境演化历史,对认识青藏高原东北部隆升过程和东亚气候变化具有重要的科学意义.但迄今为止,对青海湖沉积物长时间尺度的研究尚不多见,对沉积矿物学的研究较少涉及.利用X射线衍射分析技术,基于麦夸特算法对青海湖1108.95 m长的二郎剑钻孔岩芯开展了系统的粘土矿物学研究,获得了该钻孔沉积物中粘土矿物的组成、相对含量、化学指数和结晶学特征等方面的信息.结合钻孔的粒度指标,探讨了晚中新世以来高原构造隆升事件和青海湖地区的风化历史与古气候演化过程.研究表明,麦夸特算法在粘土矿物含量计算中能取得较好的效果,二郎剑钻孔中的粘土矿物以伊利石和绿泥石为主,高岭石和蒙脱石的含量较低;粘土矿物主要为碎屑成因,指示了化学风化作用较弱而物理风化作用强.各项粘土矿物学指标和粒度组分的变化特征揭示了自钻孔底部沉积以来青海湖地区处在总体相对寒冷干旱的气候环境下,并经历了5次大的环境演化阶段.其中在晚中新世早期气候相对温和湿润,之后具趋冷趋干的特点;在晚中新世晚期到上新世早期经历了一个短暂的温暖期之后,一直到第四纪气候持续变得寒冷干旱.各项指标可能也蕴含了自晚中新世以来青藏高原东北部发生过多次构造隆升事件的信息.     

从哺乳动物化石看中国黄土高原红黏土-黄土系列的气候环境及演变

集中黄土高原有古地磁, 古生物资料的红黏土-黄土风尘土状地层剖面, 对比并归并到一个相对完好的红黏土-黄土基础剖面上, 得到一个含有大约从8.0 Ma B.P. 晚中新世中期到第四纪晚期各时段含哺乳动物化石序列的综合地质剖面. 根据有关资料, 将该综合剖面划分为12个地层段, 除两个段缺化石外, 其余的皆含其特有的化石组合, 从下向上依次为含第一化石组合的第一地层段到含第十二化石组合的第十二地层段. 逐个分析所含哺乳类化石的特征, 恢复其生活时的气候环境. 黄土高原红黏土-黄土沉积时的气候环境从老到新大致是: 由晚中新世中期起的热-半干半湿、较暖半湿、暖较湿→上新世的微暖湿、凉干、较暖湿→第四纪冷干与温半湿频繁交替; 有从晚中新世中期起的稀树灌丛草原、多树灌丛草原、亚热带森林草原→上新世的稀树草原、干草原及第四纪的灌丛草原、干草原、荒漠的变化. 新近纪期间的气候环境是在暖湿背景上的变化, 波动幅度不很大, 高原各地的情况基本一致; 第四纪期间的则是在冷干背景上的变化, 波动幅度较大. 由新近纪进入第四纪气候是一个较显著的突变. 从更新世初期起黄土高原的气候环境就明显地显示了东南较西北暖湿的地域差别.     

甘肃第三系红粘土磁学性质初步研究及古气候意义

研究表明红粘土与黄土-古土壤具有共同的磁性矿物, 即磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿(可能还有褐铁矿); 红粘土的磁化率大小与超细顺磁性颗粒的含量正相关; 它与第四纪的黄土-古土壤相似, 在湿润气候条件下由成壤作用形成的超细铁磁性矿物对于红粘土中古土壤层的磁化率增大有重要的贡献, 并得到了Rb/Sr比值的证实. 尽管红粘土中也发现了磁化率与其成土强度不对应的现象,但总体上看红粘土的磁化率仍不失为一个简便的古气候替代性指标. 根据磁化率曲线, 从红粘土发展到黄土沉积,其间的古气候变化幅度大致等同于阶段5(S1)到阶段2 - 4(L1)的变化幅度, 可能表明第四纪期间风场加强、从源区携带比上新世更多(大约两倍)较粗的弱风化风积物(不含超顺磁性颗粒)到黄土高原. 7.5 Ma以来, 中国北方中部风积红粘土的出现记录了从下伏白垩纪红砂岩到晚第三纪的重要气候转变. 红粘土的发展与白垩纪以来全球干旱化和变冷密切相关, 可能由于当时青藏高原的强烈隆升导致了东亚季风开始或加强, 从而有了红粘土的堆积.     

滇西地区怒江河流阶地、 夷平面变形反映的第四纪构造运动

滇西地区自第四纪以来经过了复杂的构造抬升, 其上新世准平原面被差异抬升为不同高度的夷平面。 在抬升过程中, 怒江的侵蚀作用形成了深切的高山峡谷地貌, 并形成了能反映构造抬升过程的多级河流阶地。 这种高山峡谷地貌的形成不仅与构造活动有关, 还与气候变化有关, 但构造活动是主因。 通过河流阶地和夷平面的研究能够得到河流阶地特征和差异隆升特征, 并能够进一步反演该区的构造活动特征。     

青藏高原东北缘中新世红色土状堆积序列的成因及其对亚洲干旱过程的指示

对青藏高原东北缘堆积于河流阶地上的晚新生代红色土状沉积物进行了地貌与地层、沉积特征、土壤微结构和地球化学等的研究. 结果表明, 这套红色土状堆积物可分出25套发育较弱的黄褐色土壤(7.5YR6/4)和发育较强的红棕色古土壤(2.5YR5/4)组合, 与黄土高原典型的红黏土具有相似的结构和构造. 红色土状堆积序列的颗粒总体上偏细, 主要组分为粉砂和黏土, 砂粒级含量几乎为零. 显微镜下, 红色土状堆积物为黏土质结构, 粗颗粒组分主要包括石英、钾长石、云母和少量辉石、角闪石等, 且矿物颗粒都呈似棱角-棱角状; 其常量和微量化学元素的含量与特征、稀有元素的分配模式等与典型的第四纪黄土、古土壤具有可对比性. 上述证据表明, 这套沉积为风成起源. 磁性地层指示这套风成成因的红色土状堆积物底界年龄为约11.4 Ma, 证明中国西北地区晚新生代大面积的风尘沉积分布范围扩展到了青藏高原东北缘. 后湾红色土状堆积物与上覆晚第四纪黄土-古土壤序列有着相近的物源和相似的风力搬运系统. 与晚第四纪黄土-古土壤相比, 后湾红色土状堆积物的颗粒较细、沉积速率较小, 反映了搬运动力较弱和(或)源区干旱化程度较低. 古气候替代指标的变化表明源区干旱程度和(或)风搬运动力有多次的波动, 并且在约10 Ma BP和7~8 Ma BP前后, 各有一次干旱化加剧的过程, 可能表明了高原的隆升或(和)全球变冷促进了亚洲内陆干旱化进一步加剧. 10 Ma BP前后古气候由高频高幅波动转变为较为低频低幅变化, 指示了一次重要的环境转型. 这次环境转型事件可能是全球性的事件在青藏高原东北缘的表现.     

中新世黄土-古土壤序列的粒度特征及其对成因的指示意义

对甘肃秦安QA-I中新世黄土剖面进行了系统的粒度分析, 并与第四纪黄土、古土壤及代表性河湖相沉积样品的粒度特征进行了对比. 结果表明, 中新世和第四纪黄土、古土壤样品具有相似的粒度分布特征, 而与河湖相沉积有较大区别. 中新世黄土-古土壤序列与第四纪黄土-古土壤序列一样, 黄土层粒度较粗, 而古土壤层粒度较细, 反映了气候的冷暖、干湿变化. 从长尺度上看, 中新世黄土-古土壤序列的中值粒径与沉积速率的变化大致同步, 与北太平洋深海风尘沉积通量变化也具有较好的一致性. 上述结果不仅进一步证实研究序列的风成成因, 而且说明中新世黄土-古土壤序列的粒度变化与源区的干旱化程度有密切关系.     

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.     

新近纪黄土高原红黏土粒度和沉积速率的空间变化及其揭示的古大气粉尘传输动力

对黄土高原11个地点的新近纪红黏土沉积进行了粒度测量和统计分析, 发现晚中新世-上新世期间红黏土的粒度组成在空间上具有显著的南北向分异, 北部佳县红黏土堆积的平均粒径可达20 μm左右, 而南部蓝田则为9 μm左右; 佳县红黏土中>30 μm的粗颗粒含量达24.4%, 而蓝田红黏土中>30 μm的粗颗粒含量是5.6%. 红黏土的粒度分布特征指示了古粉尘主要是偏北风搬运来的, 进一步的分析以及与末次冰期旋回黄土高原12个黄土剖面的黄土-古土壤粒度的空间分布特征对比, 表明其传输动力可能为近地面的低空风系. 根据红黏土沉积序列粒度的变化特征, 将6.2~2.6 Ma BP期间古粉尘传输动力的强度变化分为3个阶段: 6.2~5.4 Ma BP颗粒较粗, 传输动力强度较大; 5.4~3.5 Ma BP颗粒最细, 传输动力强度小; 3.5~2.6 Ma BP颗粒最粗, 传输动力强度最大. 相应地, 将沉积速率的变化过程分为: 6.2~5.4 Ma BP 沉积速率较大, 5.4~3.5 Ma BP沉积速率最小, 3.5~2.6 Ma BP 沉积速率最大. 研究表明新近纪古大气粉尘传输动力及源区干燥度都在发生阶段性的变化, 可能与全球冰量的发展和变化有一定的联系.     

论青藏运动主幕

依据近30年来取得的地质、地貌、地层、古生物等方面的资料,对"青藏运动主幕"进行讨论.青藏高原目前的主体是中新世-上新世漫长的侵蚀作用形成的、被抬升的主夷平面,这个主夷平面在高原内部切过以中生界和古近系为主的变形岩系,向高原周边展布.3.6 Ma前后,高原内外发生强烈的构造运动开始隆升,形成大幅度的地形反差,启动了一个旺盛的磨拉石堆积时期,主夷平面开始解体.至今高原内部仍保持着完整的准平原状态,山顶面和主夷平面之间的物质传输仍为主要的陆面过程.在高原边缘地带,河流强劲侵蚀,但目前尚未切入到腹地,各大江河最老阶地砾石层的年龄集中于1.7~1.9 Ma.按照源于高原的各条江河现在的侵蚀能力估算,假使高原不再抬升,大约需要8.6 Ma高原就将被再次夷平.但考虑地貌循环后期阶段侵蚀会大幅减缓,8.6 Ma则足以使主夷平面消失殆尽,而进入老年、至少壮年期.表明高原面不可能于14 Ma甚至35 Ma前已达到目前的高度并维持至今.古生物资料表明,上新世早期柴达木盆地还生活着大象、长颈鹿、犀牛动物群和红土风化壳、植物群落一致显示湿热低地环境.亚洲中部变干、黄土堆积也与青藏高原上新世晚期以来隆起密切相关.     

晚新生代六盘山隆升过程初探

通过对六盘山地区山麓剥蚀面上的红层和陇东盆地的红黏土剖面古地磁测年及地貌地层学研究,发现红层或红黏土均形成于约8.1MaBP,指示了晚白垩世以来形成的夷平面在此时被断裂错开,发育终止,六盘山开始隆升:在约5.2MaBP时再次小规模隆升,堆积相应的细砾沉积,并随后剥蚀形成山麓剥蚀面:到约3.8MaBP,六盘山大规模加速隆起,河流急剧下切,河湖相沉积结束,典型风成红黏土沉积出现.六盘山的隆起过程可较好地与青藏高原及周边山地的隆起过程相对比,它应是青藏高原隆升的响应.     

中国黄土高原的风积证据:晚新生代北半球大冰期开始及青藏高原的隆升驱动

据黄土高原最近 7.2Ma风积黄土 红粘土序列的磁化率曲线和沉积速率变化 ,并分别与赤道东太平洋δ18O曲线和北太平洋风尘石英沉积通量变化对比 ,将晚新生代北半球大冰期的发生、发展过程分为 :约 7.2～ 3.4MaBP的来临期 ,3.4～2 .6MaBP的初始期 ,2 .6Ma以来的大冰期 ;相应地将以冬季风和夏季风组合为特征的东亚季风形成演变过程分为 :冬、夏季风均偏弱的初显期 ,冬、夏季风同步增强的过渡期和冬、夏季风彼此消长的盛行期 .晚新生代全球构造隆升 ,尤其是青藏高原隆升以及与隆升有关的大气CO2 浓度的变化 ,在很大程度上控制着北半球大冰期的发生过程和东亚季风气候长时间尺度的变迁 ,其中约 3.4～ 2 .6MaBP时段青藏高原的加速隆升起着重要驱动作用     

秦安中新世风尘堆积正构烷烃的分布特征及古环境意义

甘肃秦安的新近纪风成红土堆积是东亚大陆古环境演化的重要载体之一,但相对第四纪黄土而言,对其记录的古环境信息仍缺乏生物标志化合物方面的研究.本文对秦安QA-I剖面早-中中新世代表性黄土和古土壤层样品开展了初步的正构烷烃分析,并与前人发表的不同时期的风成沉积和水成沉积代表性样品进行对比.结果显示:(1)QA-I剖面中的正构烷烃碳数分布范围为C_(14)~C_(35),其中来源于微生物的低碳数部分(C_(14)~C_(20))的含量明显高于来自高等植物叶蜡的高碳数部分(C_(26)~C_(35)),主峰碳处于C_(16)~C_(18),中碳数部分(C21~C_(25))的相对含量最低,这些特征与第四纪黄土及晚中新世-上新世三趾马红土中一些强发育的古土壤层类似,但与弱风化的黄土和三趾马红土及水成沉积明显不同;(2)QA-I剖面样品的高碳数部分虽具有一定的奇偶优势,但碳优势指数(CPI)明显较各类风化较弱的样品低.上述结果显示,秦安中新世风尘红土堆积经历了较强烈的风化成壤和微生物作用,导致其中的长链正构烷烃较显著的氧化和降解,并以微生物贡献的短链正构烷烃为主.微生物对全岩有机质(TOC)的贡献以及对TOC碳同位素的影响需在古环境重建中予以充分考虑.     

上新世以来构造隆升对亚洲夏季风气候变化的影响

大量地质证据表明,上新世以来(最近5 MaB.P.)青藏高原北部及非洲东部和南部地区出现过显著的构造隆升,而与此同时亚洲季风也经历了显著变化,这两者之间是否存在着因果联系一直是地学界所关心和争论的一个重要科学问题.本文利用美国国家大气研究中心(NCAR)的公用大气模式(CAM 3.1)就上新世以来青藏高原北部及东-南非高原的构造隆升对亚洲夏季风气候变化的影响进行了数值试验研究.结果表明,上新世以来亚洲夏季风的增强与两地构造隆升密切相关,但两者隆升对于亚洲季风子系统的作用是有区别的.青藏高原北部隆升主要造成东亚北部夏季风的增强及季风降水的增多,但对南亚夏季风的作用较小;东-南非高原的隆升明显增强南亚夏季风,但对东亚北部夏季风的影响有限.     

最近14 Ma青藏高原东北缘阶段性隆升的地貌证据

对青藏高原东北缘代表性的河流阶地-风成堆积序列进行了沉积学、地貌学和年代学的综合调查研究, 获得了最近14 Ma以来高原东北缘阶段性隆升的新证据和新认识. 湟水流域西宁-互助地区至少发育了11级典型的河流阶地(除第1级阶地T1外, 全部为基座阶地). 测试了阶地上覆风成黄土-红粘土序列的1030块古地磁样品、16块释光样品和4000多个粉末样品, 结合地貌发育和地层结构分析表明, T11, T10, T8, T7, T3, T2和T1分别形成于距今约14, 11.3, 1.55, 1.2, 0.15, 0.07和0.01 Ma. 基于沉积物分析和地貌发育过程的研究证实, 这里的河流阶地以构造抬升驱动为主, 以气候变化对河流阶地发育的影响为辅. 因此, 西宁盆地的阶地序列指示了14 Ma以来高原东北缘的多次阶段性抬升, 其中, 在距今14, 11.3, 1.2和0.15 Ma的构造抬升是明显的. 青藏高原东北缘西宁-互助地区的河流在中新世数百万年时间内(T11到T9)下切不到100 m, 而在更新世1.2 Ma以来(T7以来)下切了432 m, 指示了该地区在晚新生代后期加速隆升的事实. 湟水流域在1.55~1.2 Ma之间有一次大的水系格局调整. 在此之前, 古河流流向是西偏南, 之后流向为东偏南, 这次水系调整与构造活动有关.     

中国黄土高原红粘土序列的磁性地层与气候变化

对西峰和西安红粘土剖面作了磁性地层研究,表明黄土高原风成堆积和东亚古季风的发育至少自6.SMaBP前开始,青藏高原在此时也许达到了有意义的高度;初步重建了磁化率变化反映的晚第三纪东亚夏季风气候的时间序列,6.5～2.5Ma红粘土磁化率值的逐步升高可能与青藏高原的隆升过程密切相关.黄土高原的风尘堆积速率在距今3.2Ma以后显著增大,反映了冰量对东亚冬季风和风尘堆积的影响.中国黄土高原风成红粘土序列记录的晚第三纪东亚古季风变迁可视为青藏高原隆升、太阳辐射与全球尤其是北半球冰量变化等多种因素相互作用的结果.     

青藏高原新生代构造隆升阶段的时空格局

青藏高原不同部位低温热年代学记录、沉积记录和构造变形记录揭示出存在60~35,25~17,12~8Ma（藏南17~12Ma）和大约5Ma以来4个主要强构造隆升剥露阶段.除了藏南地区在17~12Ma发生藏南拆离系的活动及其所控制的高喜马拉雅结晶基底岩系的快速抬升剥露这一特殊情况外,青藏高原不同地区主要强构造隆升剥露阶段具有准同时性.几个强隆升剥露阶段对应于几个强构造变形活动时期,反映隆升剥露主要受构造动力控制.新生代以砾岩为代表的粗碎屑物的分布、前陆盆地或走滑拉分盆地的分布及其沉积充填、角度不整合的发育和地层间断缺失,以及受断裂控制的盆山地貌变迁和高原扩展与青藏高原几个强构造抬升剥露阶段也具有良好的匹配关系.本文还讨论了青藏高原作为地表隆升的高原形成过程,揭示高原的形成是随时间演变不断扩展的过程.     

佳县红粘土堆积的磁学性质及其古气候意义

对佳县剖面红粘土作了较为详细的岩石磁学研究. 实验结果显示, 该地区红粘土堆积与黄土高原黄土-古土壤及其他红粘土堆积既具有相似的磁学性质, 又有明显的自身特点, 磁性矿物以磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿为主, 褐铁矿/针铁矿含量较小. 同时, 红粘土与剖面上部午城黄土中的古土壤和黄土相似, 较强发育的古土壤层与弱发育的古土壤层相比, 显示低矫顽力特征和较高的超细颗粒含量, 说明在相对湿润气候条件下成壤作用的增强对超细颗粒的形成和磁性矿物的转化具有重要贡献, 体现出晚第三纪红粘土发育的古气候环境与黄土-古土壤相似, 具有波动变化的特点. 与黄土高原东部和南部风尘堆积的磁滞回线特征相比, 佳县红粘土样品达到饱和需要相对较高的磁场强度, 进一步证明了硬磁性矿物的存在和相应较弱的生物化学作用特征, 说明黄土高原北部与东部和南部的气候环境存在一定的差异性, 干旱化的程度相对较高.     

云南三营组宇宙成因核素埋藏年龄及成因

三营组是一套河湖相沉积,沿红河断裂及其西北延伸线分布,主要出露在洱源附近.三营组中夹多层草煤,与下伏三叠系灰岩呈不整合接触,上覆第四纪砾石和松散沉积物.我们通过宇宙成因核素埋藏年龄法定量证明了三营组沉积于上新世,其顶部第四纪砾石层的宇宙成因核素埋藏年龄提供了三营组结束时间:2 Ma.从空间分布和沉积时间上看,三营组的形成与红河断裂和剑川断裂相关:中新世末期由于红河断裂和剑川断裂的触发,在洱源一带断裂拉张区形成断陷盆地,在红河断裂中南段一些拉张区也形成局部断陷湖盆,金沙江南流水系提供水源沉积了三营组.第四纪初期由于云岭山脉的隆起阻断了金沙江南去的水流,红河断裂带拉张区多数断陷湖盆干涸,结束了河湖相沉积.     

青藏高原东北缘三关口-牛首山断裂的右旋走滑与弧形构造带扩展

三关口-牛首山断裂的运动学特征对认识青藏高原东北缘弧形构造带的扩展具有重要意义.在野外调查的基础上,通过大比例地质填图、典型地貌测量和沉积地层年代测定等方法,确定该断裂是一条具有明显右旋走滑特征的断裂,而非前人认为的左旋走滑断裂.研究发现,形成于古生代、中生代、新生代的地质界线均被断层右旋错动,断错位移相近,消除地形效应后确定的断裂最大走滑位移为(961±6)m.断裂北段的三关口断裂具有明显的新活动特征,一系列小冲沟跨断裂发生了同步右旋扭动,获得的断裂晚第四纪以来平均水平滑动速率约0.35mm/a.而形成于上新世末的先存褶皱构造被断裂错断异位,表明断裂的右旋走滑不早于上新世末.利用最大位移和平均滑动速率估算的断裂起始右旋走滑时间在2.7Ma之后.结合前人对高原东北缘扩展的认识,根据褶皱变形和断裂活动的先后关系分析,在上新世末(~2.7Ma),青藏高原的北东扩展到达三关口-牛首山一带,导致该区域地层发生广泛的褶曲变形和区域性抬升;到第四纪初,受青藏高原东北向推挤和鄂尔多斯地块逆时针旋转的联合作用,三关口-牛首山断裂开始右旋走滑活动,形成了青藏高原东北缘弧形构造带扩展的最前缘边界.