中新世以来奄美三角盆地风尘石英对构造尺度东亚古气候变化的指示

发布时间：2020-04-13 04:13

【摘要】：西北太平洋位于西风和东亚冬季风的下风向,是亚洲风尘的重要“汇”,其深海沉积物中的风尘组分在构造时间尺度上记录了东亚古气候的变化。奄美三角盆地是西北太平洋西北部的一个深水盆地,“国际大洋发现计划”(IODP)351航次在此处获得了长时间尺度连续的沉积岩芯(U1438孔),为中新世以来东亚古气候变化的研究提供了极好的机遇。石英是沉积物的重要组成部分,其物理和化学性质相对稳定,能够作为指示沉积物源区的可靠指标,并可以用来指示气候变化。石英在U1438孔中普遍存在,为识别石英的来源,作者首先在区域上对菲律宾海的石英来源进行了研究。在西菲律宾海吕宋岛附近、本哈姆隆起和深水盆地,以及东菲律宾海的九州-帕劳海脊附近和帕里西-维拉海盆选取代表性的表层和次表层沉积物样品,通过一系列物理和化学方法分离出了其中的石英单矿物,并对石英的粒度、形貌特征、δ~(18)O值和结晶度指数进行分析,结果表明,菲律宾海沉积物中的石英主要由三个端元组成,EM1端元(众数粒径平均2.9μm)、EM2(众数粒径平均8.2μm)和EM3端元(众数粒径平均为21.7μm)。EM1端元石英颗粒具有典型的风尘石英的形貌特征,结合石英的δ~(18)O值和结晶度指数,EM1端元石英主要来自于塔克拉玛干沙漠。EM2端元的石英呈棱角状,表面有溶蚀痕迹,EM3端元呈棱角状,表面痕迹较少,结合石英的δ~(18)O值,EM2和EM3端元石英来自于火山岛弧。因此菲律宾海中EM1端元的石英可用于东亚古气候的研究。对U1438孔中石英的粒度、形貌特征、δ~(18)O值和结晶度指数进行分析结果表明,石英的粒度主要呈双峰态、三峰态或四峰态的分布特征,用Weibull分布可分离出不同的粒度端元:EM1端元众数粒径约为3.11μm,EM2端元众数粒径约为9.15μm,EM1和EM2端元的石英呈次棱角状/次圆状,表面有碰撞凹坑和突起,是典型的风尘石英的特征;EM1和EM2端元石英δ~(18)O值高,结晶度指数低,EM1端元石英的δ~(18)O值和结晶度指数位于火山石英和塔克拉玛干沙漠的混合线上,EM2端元石英的δ~(18)O值和结晶度指数位于火山石英和蒙古戈壁的混合线上,所以我们认为EM1端元的石英主要是由西风从塔克拉玛干沙漠搬运而来,EM2端元的石英主要由冬季风从蒙古戈壁搬运而来。EM3端元众数粒径约为27.76μm,EM4端元众数粒径大于50μm,EM3和EM4端元粒径分布范围较大;石英颗粒呈棱角状,有的表面痕迹较少,有的表面有溶蚀痕迹;石英的δ~(18)O值低,结晶度指数高,与太平洋火山岛弧的类似,推测EM3和EM4端元的石英来自于火山岛弧。U1438孔沉积物中石英的含量和通量,以及EM1和EM2端元石英的通量变化类似,可以分为四个阶段:(1)23-15 Myr,石英的含量、通量,以及EM1和EM2端元石英的通量均很低,变化不大;(2)15-7.6 Myr,从约15 Myr开始,石英的含量和通量,以及EM1和EM2端元石英通量逐渐增加;(3)7.6 Myr-3.6Myr,各粒级石英通量明显增加,尤其是上新世以来增加更为明显;(4)3.6 Myr至今,石英的含量和各粒级石英的通量明显增加,其中2.5 Myr以及1.2 Myr时,石英以及EM1端元的石英通量增加更为明显。石英通量的变化指示了亚洲内陆自15 Myr干旱化程度的增加,尤其是上新世和第四纪以来干旱程度明显增加,北太平洋风尘通量以及黄土的堆积速率变化类似,并且与深海氧同位素记录的全球变冷趋势一致,但与青藏高原隆升不存在耦合关系,因此作者认为中新世以来亚洲内陆的干旱主要受控于全球变冷。U1438孔EM1和EM2端元石英的众数粒度变化指示了西风和冬季风强度的变化。中新世以来西风和冬季风的强度整体呈增强趋势,其变化可分为四个阶段:23-15 Myr、15-7.6 Myr、7.6-3.6 Myr、3.6 Myr至今。7.6 Myr之前,全球变冷和青藏高原的隆升对西风和冬季风的强度影响较小,西风和冬季风没有呈现明显的变化趋势。在7.6 Myr,EM1和EM2端元石英众数粒径的增大指示了西风和冬季风的强度出现明显的增强,3.6 Myr后,EM1端元众数粒径趋于稳定,指示了西风强度没有明显的变化,EM2端元众数粒径迅速增加,指示了冬季风的迅速增强。作者认为中新世以来全球变冷和青藏高原的隆升可能是西风和冬季风增强的两个可能机制。
【图文】：

图 1.1 东亚和西北太平洋地区地理概况及站位分布Fig.1.1 Regional geography and the core sites distribution in East Asia and the Pacific1.2.2 风尘石英在古气候研究中的应用石英具有稳定的物理性质和化学性质(Sridhar et al., 1975; Xiao, 1995; Hou,2003; Lim and Matsumoto, 2008)，在搬运和沉积过程中，其最初性质不变，因此可以反映源区的信息。由于石英是风尘的重要组成矿物，所以可以通过石英的相关指标研究风尘的源区和源区古气候的变化(Xiao, 1999; 万世明 等, 2003)。石英的化学提取方法在近几十年不断地被改进。1968 年 Syers 提出用Na2S2O7熔融- H2SiF6溶解的方法可以提取沉积物中的石英(Syers et al., 1968)，在此基础上，学者们也根据不同的实验目的和实验材料对石英的提取方法进行改进，期望能够提高提取的石英纯度。Sridhar（1975）对 Syers 的方法进行简化，认为在用 H2SiF6去除长石之前，NaOH 煮沸去非结晶硅质这一步骤可以省

13图 2.1 菲律宾海地形图Fig.2.1 Topography map of the Philippine Sea2.2 研究区构造背景菲律宾板块位于太平洋板块、亚欧板块和澳大利亚板块之间，是世界上最大的边缘海盆地板块。新生代以来菲律宾板块经过了一系列的旋转、弧后盆地扩张和火山活动，形成了典型的沟-弧-盆体系(Sdrolias et al., 2004)。白垩纪晚期，在亚洲东南边缘主要有两条岛弧链，一条为从日本到婆罗洲（日本、中国南部、婆罗洲岛弧），一条为沿苏门答腊岛（巽他、菲律宾东部-大东岛弧）。65-45 Myr 时，，菲律宾海发生扩张，防线为南北向大东海脊、冲大东海脊等在这一背景下形成(李常珍 等, 2000)，菲律宾板块的位置在 0°-10°S
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P532

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 周宇;蒋富清;徐兆凯;方海超;张晋;李安春;;近2Ma帕里西-维拉海盆沉积物中碎屑组分粒度特征及其物源和古气候意义[J];海洋科学;2015年09期

2 张斌;李广雪;黄继峰;;菲律宾海构造地貌特征[J];海洋地质与第四纪地质;2014年02期

3 XU ZhaoKai;LI TieGang;WAN ShiMing;YIN XueBo;JIANG FuQing;SUN HanJie;JinYong CHOI;DhongIl LIM;;Geochemistry of rare earth elements in the mid-late Quaternary sediments of the western Philippine Sea and their paleoenvironmental significance[J];Science China(Earth Sciences);2014年04期

4 赵剑波;陈洪云;宋友桂;孙有斌;;黄土中石英的含量与结晶度指数的测定[J];海洋地质与第四纪地质;2012年05期

5 张洁;李家彪;丁巍伟;;九州帕劳海脊地壳结构及其形成演化的研究综述[J];海洋科学进展;2012年04期

6 秦蕴珊;尹宏;;西太平洋——我国深海科学研究的优先战略选区[J];地球科学进展;2011年03期

7 ;New eolian red clay sequence on the western Chinese Loess Plateau linked to onset of Asian desertification about 25 Ma ago[J];Science China(Earth Sciences);2011年01期

8 张旭;张永刚;张胜军;吴世华;;菲律宾海的声速剖面结构特征及季节性变化[J];热带海洋学报;2009年06期

9 徐兆凯;李安春;蒋富清;徐方建;;东菲律宾海沉积物的地球化学特征与物质来源[J];科学通报;2008年06期

10 Jan-Berend W. STUUT;;Grain-size records at ODP Site 1146 from the northern South China Sea: Implications on the East Asian monsoon evolution since 20 Ma[J];Science in China(Series D:Earth Sciences);2007年10期

相关硕士学位论文 前2条

1 刘华华;中新世以来奄美三角盆地沉积物中粘土矿物的来源[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2016年

2 周烨;中新世以来奄美三角盆地碎屑沉积物粒度特征及其物源和古气候意义[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2016年

本文编号：2625570