巴丹吉林沙漠形成演化的地质历史与亚洲内陆干旱化研究

发布时间：2018-01-19 05:05

本文关键词： 干旱化巴丹吉林沙漠青藏高原隆升全球降温　出处：《兰州大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：亚洲内陆干旱化的历史与新生代青藏高原隆升、全球降温、特提斯海的消亡以及亚洲风尘沉积的演化历史等科学问题密切相关,一直以来是古环境研究的热点问题。作为干旱化的直接产物,亚洲内陆沙漠的形成和演化较之其它记录,能够更为直接、客观地反映内陆干旱化的历史和过程,因此是干旱化研究的重要载体。这其中黄土高原的近源沙漠作为是黄土沉积的重要源区,对其形成演化历史的认识更为重要。巴丹吉林沙漠是黄土高原最大的近源沙漠,同时也是亚洲内陆第二大流动沙漠,本研究通过对沙漠腹地的钻探取芯首次揭示了沙漠腹地完整的地层序列。在岩性判识、扫描电镜分析和粒度组分分离的基础之上,分析了钻孔的沉积相,并运用光释光测年(OSL)、电子自旋共振测年(ESR)、区域地层对比和轨道调谐法综合建立了钻孔的年代标尺,确定了巴丹吉林盆地和沙漠的形成年代。在此基础上,通过粒度、磁化率、色度、碳酸盐以及地球化学环境代用指标的测量,重建了巴丹吉林沙漠腹地的古环境演化历史。进一步地,结合区域的野外考察和已有的地质、地貌以及地层资料,重建了巴丹吉林沙漠所在的阿拉善高原的演化历史。最后,通过对黄土高原近源沙漠时空演化过程的重建,探讨了全球降温和青藏高原隆升对于内陆干旱化的驱动作用并归纳了近源沙漠的发育模式。得出了以下结论：1.巴丹吉林沙漠腹地WEDP02钻孔,孔深310m,沉积相可划分为：0-8.6 m沙漠湖泊相沉积,湖泊中沉积物来源主要为风成砂；8.6-121.6 m为典型风成砂沉积,其中43-51 m为沙漠湖泊相沉积,风成砂是湖相物质的主要来源；121.6-156.1 m沙漠湖泊沉积,湖泊中沉积物主要是风成砂,在湖相沉积中夹有两个风成砂层。156.1-231.36 m风成砂沉积；231.36-247.54 m戈壁相,风成砂与冲洪积沉积物混杂伴生； 247.54-310.55 m红色冲洪积相沉积,其中含有少量的风成组分。2.钻孔的ESR绝对测年表明钻孔红层与上部地层之间为不整合接触。根据钻孔OSL和ESR绝对年代,并结合钻孔标志层(三个湖相层和不整合面)的区域地层对比,初步确定了四个标志层的绝对年代。基于以上四个年代控制点,对钻孔风成砂含量曲线进行了轨道年龄调谐,最终建立了钻孔的年代序列。结果表明,钻孔风成砂大规模开始出现的时间为1100 ka,标志着巴丹吉林沙漠至少此时形成。钻孔地层平均沉积速率0.2 m/ka,其中0-9 ka地层沉积速率为0.6 m/ka,9-20 ka之间最大为2.4 m/ka。按照钻孔平均沉积速率推算钻孔底部沉积间断结束的年代约为1200 1ka。另外,三个湖相层年代分别为0-1.1 ka(MIS1),80-123 ka(MIS5)和LL-3湖相层为486-622 ka(MIS13-15)。3.区域地层对比表明WEDP02钻孔底部红层的年代为晚白垩世,其广泛地展布于流动沙丘之下,形成了沙漠的基底。地貌和地层证据进一步表明,在巴丹吉林地区广泛地发育保存了一级夷平面,该级夷平面切过钻孔底部红层以及周边中生代的地层,自东南、南向西北、北方向缓慢倾斜,海拔介于900-1300 m。夷平面上第四纪沉积在巴丹吉林地区超覆发育,表明这一地区长期存在沉积间断。WEDP02钻孔年代学证实,沉积间断终止于1200 ka,表明巴丹吉林盆地就此形成。4.古环境重建结果表明：1200 ka之前,即红层形成之时,沉积环境温暖湿润(14-22-C)；1200-1100 ka,沉积环境较前变的冷干(10-C以下),气候波动频繁,地表风力加强,发育戈壁沉积；1100-620 ka,气候干冷化进一步加剧,沙漠形成并不断扩张；620-470 ka,沉积环境转为暖湿,沙漠收缩并发育了中更新世以来最大的湖泊,但地表景观依然以沙漠为主：470-120 ka,沙漠再次扩张,并在后期逐步收缩；120-78 ka,气候转为暖湿,沙漠腹地湖泊再次发育,78-9 ka,沙漠显著扩张,并在约20 ka以来风成砂沉积加快,可能指示了沙漠中高大沙山的出现；9-0 ka,气候转为暖湿,沙漠腹地湖泊再次发育,现代自然地理景观就此形成。5.黄土高原近源巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠以及毛鸟苏沙地的形成演化历史表明：在1200-800 ka三个沙漠同步形成或扩张,表明亚洲内陆显著的干旱化。沙漠形成之后,其规模呈现波动变化,从500 ka开始,沙漠经历了500-600 ka期间的收缩后重新激活扩张。到150 ka各沙漠范围进一步扩大,与此同时黄土高原以及北太平粉尘沉积通量显著增加。最后进入末次冰期以来各近源沙漠范围再次扩大,马兰黄土开始在黄土高原普遍发育,巴丹吉林沙漠高大沙山也可能在末次冰盛期开始出现。6.巴丹吉林沙漠环境记录表明：巴丹吉林沙漠腹地在MIS 13-15、MIS5和MIS1阶段湖泊发育,气候湿润。其中在MIS13-15阶段全球的气候环境在南北半球呈现出相反的特征即：北半球气候温暖湿润,北极冰盖减小；而南半球冰盖增加、海表温度、盐度显著降低。南北半球这种相反的气候格局,使得热带辐合带(ITCZ)的北移,导致了北半球夏季风的增强。这种南北半球的气候不对称同样也发生在MIS5和MIS1阶段,这说明巴丹吉林沙漠地区的湖泊发育对南北半球气候这种不对称变化有着敏感的响应。7.青藏高原显著隆升和全球降温是导致黄土高原近源沙漠形成和扩张的主要因素,其中高原隆升起着更为重要的作用。高原的隆升增强了东亚冬季风、加剧了高原北部的干旱、增加了前麓盆地和周围山体的高差、导致河流发育、产生了大量的碎屑物质,从而为沙漠形成提供了必要的物质、地形和动力条件。黄土高原近源沙漠的发育模式可以归纳为：高原隆升-河流发育、盆地形成-沙漠形成并扩张。
[Abstract]:The history of inland drought in Asia is closely related to the evolution history of the Cenozoic Qinghai - Tibet Plateau , the global cooling , the extinction of the Tethys sea and the evolution history of Asian dust deposition . The results show that the age of the red layer in the bottom of the borehole is 1100 ka . The average deposition rate of the drilling strata is 0.2m / ka . The average deposition rate of the drilling strata is 0.2m / ka . The sedimentary environment changes from 0 - 1.1 ka ( MIS1 ) , 80 - 123 ka ( MIS5 ) and LL - 3 . The formation and evolution history of the desert in the southern and northern hemisphere of the Loess Plateau has shown that the climate in the northern hemisphere is warm and humid , the Arctic ice cap decreases , and the climate in the southern hemisphere is increased . The development pattern of the near - source desert in the Loess Plateau can be summarized as follows : plateau uplift - river development , basin formation - desert formation and expansion .

【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P941.73

【参考文献】