东秦岭卢氏盆地中始新世沉积-充填过程及其驱动机制

秦岭山间盆地发育的厚层新生代沉积,对于认识秦岭新生代地貌演化及东亚环境变化具有重要意义。但是,对东秦岭地区众多中-新生代山间断陷盆地的沉积-充填过程及其记录的构造、气候信息研究不够。本研究对东秦岭卢氏盆地中始新世河湖相沉积展开沉积学与物源分析,测试了27个层位的碎屑锆石U-Pb年龄。盆地中始新世地层自下而上可划分为张家村组、卢氏组和大峪组。张家村组为冲积扇-河流相沉积,卢氏组为浅湖-半深湖相沉积,大峪组为河流-冲积扇相沉积。张家村组和卢氏组锆石U-Pb年龄均以200~250 Ma(T-J)和400~500Ma(D-S-O-■)为主要特征峰,700~1000 Ma(Pt_(3))为次要峰,部分样品具有1800 Ma(Pt_(1))、 2500 Ma(Ar3)的年龄峰值,通过与周边地区地质资料比对,认为张家村组、卢氏组沉积物主要来自于相对远源的北秦岭造山带和南秦岭造山带。大峪组下部锆石U-Pb年龄以1000~1100 Ma(Pt_(2))、 1800 Ma(Pt_(1))和2300 Ma(Pt_(1))为特征峰值,物源转变成以近源的北秦岭造山带和华北克拉通南缘两个构造单元为主。近源的物质贡献先升高后降低,可能与河流溯源侵蚀作用有关。大峪组上部地层沉积环境转变为冲积扇,130 Ma(K)的锆石占比加大,可能与东南方栾川地区晚中生代花岗岩的抬升-剥露有关。卢氏盆地中始新世河湖相沉积序列揭示了卢氏古湖从形成到消亡的过程和山-盆地貌侵蚀、搬运和堆积的历史,并记录了秦岭山脉两期区域隆升事件。

秦岭东段卢氏盆地始新世沉积序列与气候环境变迁

始新世是新生代重要的暖期,其气候环境的特征与演化备受学界关注。位于秦岭东段的卢氏盆地保存了> 1000 m厚的连续的始新世河湖相沉积物,是揭示古气候和环境变化规律的宝贵沉积记录。在前人工作基础上,本研究利用沉积学、古生物学、碎屑年代学等方法对卢氏盆地始新世地层的沉积特征、年代和环境进行了分析。结果表明:1)碎屑磷灰石裂变径迹与碎屑锆石U-Pb年龄指示沉积序列年代晚于约60 Ma,与前人将张家村组-卢氏组化石组合对比到中始新世的结论基本吻合。2)始新统张家村组沉积相演化表现为冲积扇→河流→洪泛平原或滨湖,反映盆地拉张、初期成湖的过程;卢氏组为滨浅湖→深湖/半深湖→滨浅湖或洪泛平原→浅湖/半深湖,反映湖泊开始稳定出现后的扩张、收缩和复活过程;大峪组为河流→洪泛平原→冲积扇,反映湖泊淤满消亡后河流与冲洪积物相继充填的历史。3)沉积相、化石组合、盐类矿物种类揭示中始新世卢氏盆地古气候为半湿润半干旱,地表景观呈现径流活跃、动物种类多样、树木茂盛、发育淡水至微咸水湖的特征,并可能具有一定的季节性。卢氏盆地沉积序列提供了始新世暖期中国中部气候环境变化的重要证据。

卢氏盆地中始新世沉积序列自生碳酸盐及其古气候意义

始新世暖期可作为当代全球变暖的历史相似型,研究始新世气候变化及其机制对于理解现代气候变暖的幅度和速率具有重要意义。卢氏盆地位于中国中部秦岭东段,发育了连续的、富含碳酸盐矿物的始新世湖相沉积物,是重建始新世暖期陆地气候的良好材料。本研究在卢氏盆地郑家山-三角沟一带(34°04′N, 111°10′E)采集了张家村组中上部和卢氏组的样品,采样层厚约288 m,共采集样品505个。根据岩石薄片镜下鉴定,卢氏盆地中始新世湖相沉积物物质组成以碳酸盐、粘土和粉砂为主,其中碳酸盐沉积为表生条件下封闭或半封闭淡水湖或微咸水湖化学作用自生成因。使用傅里叶红外光谱(FTIR)漫反射法测定沉积物碳酸盐含量,发现其与磁化率具有一定的负相关关系,分别指示了内源化学沉积和外源碎屑输入的贡献量,受控于流域蒸发量与降水量的共同作用,揭示了中始新世卢氏盆地的干湿变化。当流域更加湿润,即降水量增加(蒸发量减少)时,径流量相应增加,不利于碳酸盐沉淀而有利于外源碎屑输入,表现为沉积物碳酸盐含量降低、磁化率数值升高,反之同理。在已有年代框架的基础上,建立了卢氏盆地湖相沉积物碳酸盐含量时间序列,其记录了在中始新世气候适宜期(MECO)卢氏盆地较为湿润的气候环境,并且具有多旋回变化,与地球运动轨道的周期变化相关。

风成沉积物叶蜡氢同位素在揭示东亚季风区干湿变化中的原理及应用

沉积物叶蜡正构烷烃氢同位素是指示气候和环境变化的一种新的生物地球化学指标,由于其存在广泛、成因机制清晰、易于保存等特点,被认为是具有很大潜力的重建古环境的替代指标。分析了正构烷烃的形成过程与其氢同位素的分馏机制,讨论了叶蜡正构烷烃氢同位素在不同气候区指示湿度变化的能力,总结了在东亚季风区半干旱区的一些应用案例。相比于风成黄土中其他气候代用指标,沉积物正构烷烃氢同位素更直接地指示了区域干湿变化,对区域气候和环境变化响应敏感,在长时间尺度上记录了水汽变化过程,并存在显著的太阳辐射岁差周期。正构烷烃氢同位素是一种理想的东亚季风区干旱半干旱地区湿度重建的代用指标,未来需要进一步研究大气降水同位素和本地分馏过程对其变化的控制规律,加强其在古气候定量重建中的研究应用。

渭河盆地河湖沉积碳酸盐及其碳氧同位素记录的上新世东亚季风气候变化

对上新世暖期(5~3Ma)大气CO_(2)高浓度背景下气候变化的研究,有助于理解当前大气CO_(2)浓度快速上升对气候变化的影响。文章对晚中新世-上新世(6.73~2.58Ma)渭河盆地268.5m厚的河湖相沉积序列的碳酸盐含量及其碳氧同位素组成进行分析,重建了这一时期的气候变化过程。结果表明,渭河盆地河湖相沉积序列中的碳酸盐主要是自生形成,受季风降水量变化控制,沉积物碳酸盐含量响应区域蒸发和降水比值。碳酸盐碳同位素组成可能主要反映湖泊初级生产力的强度,氧同位素组成变化反映降水量的变化。利用沉积物碳酸盐含量及其碳氧同位素组成重建渭河盆地晚中新世-上新世的干湿变化,表明约6.7Ma时期气候炎热干燥,6.7~4.5Ma时期整体较为温暖湿润,降水量在5.6~5.2Ma达到最大;约4.2Ma以后,气候向寒冷、干旱方向发展。本研究认为,晚中新世-上新世渭河盆地的季风降水可能由北半球温度变化驱动,表现出明显的阶段性变化特征。