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晚新生代以来青藏高原的隆升不仅导致了亚洲大陆内部强烈的构造变形,而且对周边地区的地貌格局和气候环境演化产生重大影响,长期以来一直是地球科学研究的重点和热点领域之一。青藏高原东北缘属于柴达木—祁连活动地块,是青藏高原向大陆内部扩展的前缘部位,作为高原最晚隆升的部分,这一地区构造隆升的时间对于大陆动力学以及地壳与大气圈相互作用的研究都具有重要意义。位于其内的青海湖是我国最大的内陆咸水湖,处在东亚季风、印度季风和西风激流三者的汇聚带上,湖区西接青藏高原、东临黄土高原、北靠沙漠干旱区,处于东亚季风湿润区和内陆干旱区的过渡带上,既受亚洲季风影响,又受西风环流影响,对气候环境十分敏感。是全球气候系统中各分量联系的重要枢纽。其内巨厚的沉积物记录了青藏高原隆升变形的历史及气候环境变化的信息。
本文依托安芷生先生主持的国家重点基础研究发展规划项目《我国大陆季风——干旱环境系统发展过程的科学钻探研究》(批准号:2004CB720200)和国家自然科学基金重大项目青海湖项目《晚新生代青海湖高分辨率的古环境记录及其对全球变化的意义》(批准号:40599420).以青海湖-郎剑(YL)626.39m的钻孔岩芯为研究对象,通过对岩芯的岩性分析,磁性地层学研究,及粒度、磁化率、有机碳(TOC)、氮(TN)含量、碳氮比(C/N)、碳酸盐含量、色度等多项指标的实验测试和分析对比,初步重建了青海湖区上新世以来的环境演变过程以及青藏高原东北部构造隆升的历史。具体结论如下:
1.依据详细的高分辨率磁性地层学研究获得了青海湖YL钻孔岩芯所记录在整个剖面中的多个磁极性转换和磁漂移事件。通过与标准极性柱(Cand andKent,1995)的直接对比。获得了这些磁极性转换和磁漂移的具体年龄,根据沉积速率推算YL钻孔的底部年龄为5.11Ma。在磁性地层学研究的基础上,以磁极性转换事件及磁性漂移事件的发生年代为结点,分别应用线性内差法、湖泊沉积年龄模式和粒度年龄模式建立年代标尺,经过综合对比,最终获得了青海湖YL钻孔5.11Ma以来的年代标尺。
2.通过对岩芯的仔细观察及岩性分析,结合详细的粒度指标的测试,将YL钻孔沉积地层沉积相划分为四个阶段,认为第一阶段(626.39-586.64m)为陆源风尘堆积相;第二阶段(586.64-393.29m)为浅湖-半深湖相堆积;第三阶段(393.29-232.16m)为浅湖相堆积。第四阶段(232.16-9.90m)为滨浅湖相堆积。
3.沉积学的研究表明,典型的湖相地层开始于孔深586.64m处,对应的年代约为4.64Ma,作者认为现代意义上的青海湖形成于4.64Ma。
4.通过岩性观察,粒度、磁化率、有机碳(TOC)、氮(TN)、碳氮比(C/N)、碳酸盐含量、色度等指标的实验测试和分析对比,初步重建了5.11Ma以来青海湖流域的气候环境演变过程,认为青海湖流域~4.64Ma以前是一个干热的时期,4.64~4.42Ma,气候发生了突然的转型,由干热突变到湿冷,又由湿冷渐变到湿热;在约3.46~2.52Ma气候发生了又一次向干冷方向的波动突变后,气候变率较大,继续变干变冷,湖泊由半深过渡到浅湖,反映了内陆干旱化的急剧扩张,流域向干旱化方向发展;1.89~1.56Ma流域干旱化继续加强,水位继续下降,湖泊由浅湖演变到滨湖;1.56~0.6Ma期间湖泊至少在约1.2Ma、0.8Ma发生两次干冷化过程,水位波动较大;0.6Ma.以后气温呈周期性波动明显,0.4Ma、0.2Ma发生两次干冷化的过程。
5.依据盆山沉积耦合原理,通过对YL钻孔地层沉积速率变化的详细研究,结合青藏高原多个盆地早新生代和晚新生代的变化特征分析,作者认为青海湖盆地的形成演化和青藏高原东北部的隆升变形紧密联系在一起,盆地每期的加速沉陷过程对应高原的快速隆升变形阶段,综合分析得出:青藏高原的东北部在约4.9~3.6Ma,3.4~3.0Ma,2.6~1.7Ma,1.2~1.07Ma,0.9~0.6Ma,0.2~0.1Ma发生过6期构造隆升事件,高分辨率的磁性地层学研究清楚显示出每期隆升事件强度变化的细节。4.62~4.48Ma、4.29~4.18Ma期间是第一期隆升事件发生过程事件中两起加速隆升的阶段;3.11~3.04Ma期间是第二期隆升事件发生过程中的一起加速阶段;2.15~2.14Ma、1.95~1.77Ma是第三期隆升事件发生过程中的幅度较大的两次加速阶段;0.9~0.78Ma、0.78~0.6Ma是第五期隆升事件发生过程中的两次加速隆升阶段。
6.青海湖流域的环境演化过程及其所反映的中国北方内陆干旱化的过程和青藏高原的构造隆升过程有直接的对应关系。青海湖流域的环境演变过程是对青藏高原隆升生长过程的响应。大约在4.64Ma左右,该区气候环境发生由干热—湿冷的重大转型,青海湖形成,气候环境湿热。3.6~3.06Ma青藏高原的进一步隆升,阻挡了印度洋的暖湿气流向亚洲内陆的输送,驱使青海湖流域向干旱化方向发展,3.06~2.52Ma,1.89~1.56Ma,1.2Ma,0.8Ma发生了一系列干旱化进程。