青海循化盆地晚渐新世—早上新世沉积物特征及其古气候环境意义

发布时间：2020-06-27 01:34

【摘要】：青藏高原是世界上海拔最高、面积最大的高原,被誉为世界屋脊。青藏高原的隆起是地球历史上最重要的地质事件之一。印度与欧亚板块的碰撞被认为是导致高原强烈隆升的主要因素。受印度与欧亚板块碰撞的影响,青藏高原北缘继续向北扩展、新特提斯洋由东向西从塔里木盆地退缩,不仅使亚洲地区的构造格局发生重大改变,而且对新生代全球和区域气候变迁都有显著的影响。青藏高原的形成、隆升及其对环境的影响一直是国际地学研究的热点。青藏高原内部及周缘地区受印度-欧亚板块碰撞及其“远程效应”的影响形成了数目众多的沉积盆地。循化盆地是青藏高原东北缘一个典型的沉积盆地,盆地内积累了巨厚的渐新世-中新世(27-6 Ma)沉积物,比较完整地记录了高原东北部的变形隆升和气候变化过程,成为研究高原构造隆升-气候环境变化耦合过程的理想地区。本研究在循化盆地高精度年代地层格架基础上,通过对实测地层剖面羊圈沟剖面与西沟剖面沉积物中粘土矿物含量、非粘土矿物含量、以及地球化学元素特征等进行研究,探究青藏高原东北缘地区渐新世-中新世时期的气候演化过程、及其与新生代青藏高原隆升与东亚季风形成演化时间的关系。取得的主要结果与新认识如下:(1)循化盆地羊圈沟剖面沉积物粘土矿物含量、非粘土矿物含量及微量元素指标显示,在晚渐新世-中中新世(27-12.8 Ma)期间,气候演化的变化主要发生在下面几个时期,即:24.5 Ma、22 Ma、19.4 Ma和14 Ma。其中27-24.5 Ma期间,羊圈沟剖面沉积物中出现较多的蒙脱石、具有较高的Rb/Sr和Ba/Sr比值、以及较低的石膏含量,指示在此期间循化地区的气候以温暖湿润为特征;在24.5-22 Ma期间,沉积物中粘土矿物指标(伊利石+绿泥石)/蒙脱石比值明显升高,Rb/Sr和Ba/Sr比值呈下降趋势,而石膏+石盐含量则急剧上升,表明这一时期循化盆地的气候明显变得寒冷、干旱;在22-19.4 Ma期间,沉积物具有较高Rb/Sr和Ba/Sr比值较高,(伊利石+绿泥石)/蒙脱石比值小幅下降,石膏+石盐含量也呈下降趋势,表明气候变得相对温暖湿润;在19.4 Ma时期,沉积物中粘土矿物含量发生明显变化,(伊利石+绿泥石)/蒙脱石比值明显上升,Rb/Sr和Ba/Sr比值下降,石膏+石盐含量再次达到较高值,指示在19.4-14 Ma期间,循化盆地气候以呈现出明显的干旱化特征;在14 Ma之后,(伊利石+绿泥石)/蒙脱石比值呈现上升趋势,方解石与白云石含量明显上升,表明循化盆地在14-12.8 Ma期间,出现干旱化加剧的气候变化过程。因此,循化盆地在27-12.8 Ma期间,气候演化过程为:温暖湿润(27-24.5 Ma)—寒冷干旱(24.5-22 Ma)—相对温暖湿润(22-19.4 Ma)—干旱(19.4-14 Ma)—干旱化加剧(14-12.8 Ma)。(2)循化盆地西沟剖面沉积物的形成时间为14.6-6 Ma,结果表明表明,循化盆地在14.6-6 Ma期间的气候演化过程主要分为三段,即:干旱气候(14.6-10.8 Ma)—相对温暖湿润气候(10.8-7.3 Ma)—干旱气候(7.3-6 Ma)。在14.6-10.8 Ma期间,循化盆地沉积物中粘土矿物含量总体上变化不大,(伊利石+绿泥石)/(蒙脱石+高岭石)比值相对较高,石膏+石盐含量较高,表明在14.6-10.8时期循化盆地总体上以较为干旱的气候为特征(也与羊圈沟剖面14 Ma之后干旱化加剧的气候特征一致);在10.8 Ma之后,西沟剖面沉积物粘土矿物含量发生明显变化,(伊利石+绿泥石)/(蒙脱石+高岭石)比值呈明显下降趋势,同时主量元素指标与微量元素指标均发生明显变化,CIA值与Rb/Sr比值明显上升,表明此时期循化盆地气候逐渐变得相对温暖湿润;在7.3 Ma之后,西沟剖面沉积物粘土矿物含量发生明显变化,(伊利石+绿泥石)/(蒙脱石+高岭石)比值急剧上升,Rb/Sr、Ba/Sr比值与CIA值急剧下降,所指示的结果与粘土矿物一致,表明7.3 Ma之后循化盆地气候发生急剧的干旱化。(3)通过羊圈沟剖面非粘土矿物及微量元素指标特征,探究了循化盆地晚渐新世-中中新世(27-12.8 Ma)期间沉积物的物源变化,并通过与周边地区岩性对比、古流向分析等,揭示了循化盆地沉积物物源变化原因。循化盆地沉积物在27-12.8Ma期间主要物源变化,体现在24.5 Ma和22 Ma两个重要的时期。在24.5 Ma左右,羊圈沟剖面沉积物中斜长石、钾长石、石英和方解石含量急剧下降。由于西秦岭北缘主要岩性为三叠系复理石、硅质泥岩和石灰岩,拉脊山东段为上泥盆系中-基性火山岩、火山碎屑岩和硅质泥岩,而拉脊山西段则由元古代板岩、千枚岩和石灰岩构成。根据沉积物的非粘土矿物以及微量元素特征,结合前人研究结果,我们认为24.5 Ma时期循化盆地沉积物的物源变化主要受到拉脊山开始隆升影响,在此时期,循化盆地沉积物以西秦岭为主要物源,转化为以西秦岭与拉脊山东段的混合来源物源,从而导致沉积物中方解石含量的下降;在22 Ma时期,循化盆地沉积物的非粘土矿物含量发生明显变化,主要表现为方解石含量的明显上升,主要是由于在22 Ma时期拉脊山的加速隆升导致。拉脊山西段基底岩石含有较多石灰岩,而循化盆地沉积物的物源变化最终导致盆地沉积物中方解石含量的上升。(4)西沟剖面沉积物的特征表明,在14.6-6 Ma期间循化盆地沉积物物源变化主要发生在13 Ma、10.8 Ma、以及7.3 Ma时期。结合循化盆地周边山脉西秦岭、拉脊山和积石山的隆升历史及演化过程,可以发现在13 Ma时期循化盆地沉积物物源变化,主要受到积石山初期隆升的影响,由于此时期循化盆地沉积物的沉积速率出现小幅上升,与积石山早期隆升高度不大的实际情况相一致;在10.8 Ma时期循化盆地沉积物的沉积速率急剧升高,沉积物中非粘土矿物组分也发生明显的变化,表明10.8 Ma时期循化盆地沉积物物源变化,主要由于积石山的加速隆升所致;在7.3 Ma时期西沟剖面沉积物中非粘土矿物含量组成发生急剧的变化,表现为方解石含量的急剧升高,与拉脊山在8 Ma时期的再次隆升有关。(5)青藏高原东北缘晚渐新世以来的古气候演化大致可以分为四个阶段:在~25-23 Ma时期,古气候以寒冷干旱为特征;在~20-19 Ma时期,呈现出干旱化加剧的趋势;在~14-13 Ma之后,气候以干冷(干旱化)为特征;在约8 Ma以后,则发生明显的干旱化。其中,25-23 Ma左右时期的寒冷干旱气候,主要受到青藏高原该时期的整体隆升影响,因为这一时期青藏高原的大规模隆升,打破了青藏高原北缘行星风系副热带控制的气候模式,导致了亚洲季风气候的形成;在20-19Ma时期的干旱化气候,普遍记录于循化盆地、西宁盆地和兴海盆地沉积物地层中,干旱化主要与青藏高原在晚渐新世-早中新世期间,从行星风系控制的亚热带干旱气候向季风气候的调整有关;在14-13 Ma时期发生的干旱化事件,在青藏高原记录均有记录,主要受到东亚冬季风的增强和夏季风的减弱影响,在~8 Ma的干旱化事件,则在青藏高原乃至全球范围内均有记录,主要受青藏高原快速隆升的影响,同时东亚夏季风的减弱也被认为是导致此次干旱化气候事件的重要因素。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P512.2;P532
【图文】：

印度-欧亚板块产生碰撞后，对我国西部地区产生了远程效应，从而对亚洲构造产生了严重影响，使整个亚洲板块的构造产生变化（ Dewey, 1988;Decelles et al., 2002; Yin, 2010），国内外学者提出了多种关于青藏高原演化的模型包括：北-东北向阶梯式增长模式（Tapponnier et al., 2001）；高原中部朝南北同步增长模式（ Wang etal.,2008）；初始碰撞后，北向同步增长模式（Jolivet et al., 2001;Yin et al., 2002; Dupont-Nivet et al., 2004; Clark et al., 2010; Jin et al., 2010; Duvallet al., 2011）；北东向持续增长模式（ England, 1986）；岩石圈缩短引起的晚新生代高原各主要部分的强烈隆升模式（Lease et al., 2012）;下地壳流动（Royden et al.,2008）和地幔岩石圈对流（Molnar et al., 1993; Xiao et al., 2012）等等。当高原海拔上升到一定程度时，该区域内的大气环流将会受到高原影响产生变化，形成季风、西风环流等；高原在形成后，印度洋暖湿水分由于受到高原阻挡，很难进入到高原区域内，同时形成高原北移、新特提斯洋洋退等现象，从而导致我国环境、气候产生了较大变化（Raymo et al., 1992; Molnar et al., 1993; An et al., 2001;Garzione, 2008; Yao et al., 2013），其中最为明显的就是东亚季风的形成和亚洲内陆干旱化（An, 2006; Guo et al., 2008; Sun et al., 2008）。因此，研究青藏高原的形

定 量 离 子 ， 并 且 所 有 离 子 的 粒 径 都 基 本 相 同 ， 主 要 包 含 了2+2+3+、Mg、Fe、Fe等离子，八面体六角位置则由氧构成，两个八面体结构连接后，由四面体共用氧进行连接。由四面体构成的六边形结构中，最小的形结构内含有三个八面体，若三者内包含了足够的配位离子，则将其叫做三体型，其内部配位离子可由2+2+Fe ，Mg构成；若其中两个八面体内包含了足位离子，如3+3+A1 ，Fe，而剩余的一个八面体为空，那么该结构则叫做二八型。当四面体、八面体相结合后，则形成更大单元层，通常被叫做结构单元层性堆跺结构单元层后，即可得到较大的层状结构，若该结构内，包含的基本为一层四面体、八面体，则将该结构叫做 1 :1型结构层，即TO 型结构；若构内包含的基本单元为两层四面体、一层八面体，则将该结构叫做 2 :1型结，即TOT 型结构。所该结构内包含了两层四面体、一层八面体，并且有一面体活性氧被反转构成基本单元层，则将该结构叫做 2 :1反转型结构层。相个基本结构层内的空间即为层间域。进行粘土矿物分析时，可依据单元晶层分类，得到下图：

本文编号：2731157