希夏邦马峰地区三趾马化石对古高度和古环境重建的厘定

在第一次青藏高原科学考察中,于希夏邦马峰地区吉隆盆地晚中新世沃马组中发现的三趾马动物群化石成为证明青藏高原隆升历程的重要证据之一。在其后的考察中,希夏邦马峰周边以及青藏高原其他地区有若干三趾马新材料发现,持续对青藏高原隆升过程研究起到了非常重要的作用。本文研究了采集自希夏邦马峰地区吉隆盆地的三趾马新材料,其形态特征包括:门齿唇侧无纵沟;上颊齿原尖圆、小,无次尖收缩,褶皱较弱;下颊齿双叶近圆形,双叶谷浅,宽U形,外中谷在前臼齿中浅。这些特征与原来在吉隆盆地发现的福氏三趾马(Hipparion forstenae)的鉴定特征完全一致。自三趾马在晚中新世初期从北美迁入旧大陆以后,在众多的地点都有非常繁盛的三趾马动物群分布,其中的三趾马通常有多个种共存。然而,青藏高原腹地目前已知的三趾马动物群中均只有一种三趾马存在,这种现象非常罕见。在现代青藏高原,物种数量会随着海拔升高而发生变化,在中等海拔地段物种丰富度最高,在2500m以上的高海拔地区显著下降。本文通过高原腹地与泛第三极地区的青藏高原南缘、北缘、以东及以西区域三趾马物种多样性的比较,结果表明这一现象是青藏高原在新近纪时期的强烈隆升导致的特殊地形与气候环境所致。

利用低温热史恢复大别造山带晚白垩世以来的古高度

造山带古高度的恢复对研究造山过程与古气候有重要意义。利用低温年代学热史数据恢复大别造山带晚白垩世以来的古高度。恢复流程包括将大别造山带低温热史模拟曲线数字化,提取时间温度数据,通过空间插值方法计算研究区域平均剥露厚度,再通过挠曲均衡校正,计算平均古高度变化量,最后通过2维积分计算古地形波幅降低量。结果显示:90 Ma至今,大别造山带平均剥露厚度达约5.44 km,而古地形平均高度降低2.86～4.16 km,古地形波幅降低的上限为4.49～6.53 km。

青藏高原古高度重建方法研究进展

青藏高原隆升对亚洲及全球气候变化有着深刻的影响,因而地质时期青藏高原古高度定量化恢复对于理解高原隆升历史、隆升机制及其环境效应都具有非常重要的意义。通过近十余年的发展,反演高原古高度方法有了很大的发展,这些方法包括气泡法、古植物学、稳定同位素和陆地宇宙核素方法等,这些研究为恢复古高度提供了新的思路和手段。综述并简要介绍了这些方法的基本原理,同时讨论了应用各种方法的局限性,希望能进一步促进我国在高原古高度恢复方面的研究。

青藏高原新生代古高度研究:现状与展望

青藏高原新生代古高度研究是地球系统科学研究中的一个热点、难点和重点,它是解决地球深部动力学、地貌地形演化和气候变化等各部分相互关系的一个关键突破口。目前以古生物和氧同位素为代表的各种古高度计被用来重建青藏高原新生代的古高度历史,但是不同的研究方法所得到的结果并不一致,关于青藏高原何时隆升到现在的海拔高度存在晚上新世、晚中新世和始新世等不同认识。因为古高度结果的差异,所以对于青藏高原新生代的构造隆升过程和动力机制也存在大的争议。本文首先详细的阐述了部分古高度计的应用原理及其各自的优缺点,收集总结了77条青藏高原新生代古高度研究的成果,梳理了目前青藏高原新生代古高度研究的历史和现状。然后在此基础上讨论了目前高原古高度研究的特点和存在的问题,即地层年代学、氧同位素和古生物古高度计结果的协调、"以点带面"、区域研究程度差异较大、替代性指标的多解性、古纬度影响、地质时期温度递减率的不确定性、全球气候变化的影响等特点和问题。最后就存在的特点和问题指出在恢复青藏高原新生代古高度时所需要完善和注意的方面,其中最重要的是注重地层年代学的可靠性。

气候变化对降水稳定同位素组成定量重建古高度的影响——洞穴石笋研究的新认识

定量重建古高度是当前地球科学的重要进展之一。本文概述了降水稳定同位素组成定量重建古高度的两种不同途径,也就是经验回归方程和理论公式计算同位素直减率的两种方法;讨论了降水氧同位素组成重建古高度的主要误差来源和相对大小。根据亚洲季风区石笋记录,本文进一步分析了气候和环境变化对降水氧同位素组成及降水同位素直减率的影响,指出使用现代降水氧同位素值及同位素直减率重建青藏高原古高度所引入的偏差可能是其他所有误差来源的总和;不同海拔高度的洞穴石笋研究有望提供不同气候和环境条件下的降水同位素直减率;认识和理解沉积地层发育时的气候和环境条件,选择合适的同位素直减率曲线和低海拔地区降水同位素组成,综合运用多种重建方法进行交叉检验将显著减小定量重建古高度的偏差。

青藏高原东南缘的新生代盆地古高度重建研究与进展

掌握青藏高原的高程演化历史对检验高原边界的变形机制和理解深部地球动力学具有重要意义。文中对青藏高原东南缘的囊谦盆地、贡觉盆地、芒康盆地、黎明-剑川-兰坪盆地、洱源盆地、怒河盆地和岔科-小龙潭盆地等不同区域的典型新生代盆地的古高度重建研究成果进行了系统梳理、总结以及部分重新计算后,恢复了青藏高原东南缘新生代隆升过程的时空分布历史,讨论了青藏高原东南缘新生代期间的主要隆升阶段与幅度。综合分析表明,青藏高原东南缘北段—中段地区存在始新世—渐新世准高原,而南段地区的地势相对较低。中新世期间,南段地区呈现出差异化的隆升趋势。在此基础上,文中进一步定量化约束了高原东南缘新生代的隆升过程,为青藏高原东南缘构造、地貌演化的动力学机制探讨提供制约。

藏北伦坡拉盆地丁青组哺乳动物化石对时代和古高度的指示

藏北班戈县论波日地点丁青组上部所含的犀科肱骨远端是在伦坡拉盆地新生代沉积中发现的第一件哺乳动物化石.论波日肱骨标本远端滑车内髁自内向外逐渐收缩,内髁内侧边缘不突起,内上髁发达,强烈向后伸展,与内髁关节面之间以沟相隔,符合犀科的特点.内髁下宽上窄,内侧副韧带窝相当浅,内侧韧带结节非常微弱,内髁上缘的内侧部分与其上的骨面平滑过渡,没有明显的界线,与近无角犀(Plesiac eratherium)一致.对比结果显示,论波日标本在大小和形态上最接近于山东临朐山旺动物群中的P.gracile,从而判断其时代为早中新世晚期(山旺期),年龄约18～16Ma.伦坡拉盆地犀科化石的发现,表明丁青组上部已进入新近纪,恢复的古生态环境经早中新世的古气温校正后指示当时其地的古海拔高度接近3000m.

西藏聂拉木达涕盆地晚中新世的三趾马化石及其古生态和古高度意义

西藏自治区聂拉木县达涕盆地是一个小型的山间盆地,沉积了新近纪晚期的河湖相地层.早期的工作中曾报道有三趾马化石的线索,据此进行的新的考察发现了更多的哺乳动物化石,其中包括1件带有颊齿列的三趾马上颌.达涕盆地的三趾马体型中等,其上颊齿具有原尖小而圆,前、后端较尖,褶皱中等发育,前附尖和中附尖不特别加宽,无次尖收缩等特点.与之前发现的下颌骨相结合,证明达涕盆地的三趾马属于福氏三趾马（Hipparion forstenae）.通过与西藏吉隆和山西保德发现的福氏三趾马的时代对比,显示达涕盆地含福氏三趾马层位的年龄约为7Ma,因此将原定的上新世达涕组的时代纠正为晚中新世.与近距离的吉隆沃马盆地福氏三趾马的生态对比,指示达涕盆地在7Ma的古海拔高度约为2400 ～ 2900m,该地区自那时以来快速上升了至少2000m,这一结果与构造学的证据吻合.

青藏高原现代食草动物牙齿珐琅质稳定同位素特征及古高度重建意义

食草动物牙齿珐琅质具有非常强的抗成岩改造特征,被认为是研究生态环境变化和重建古高度的理想载体之一.对青藏高原腹地现代食草动物(牦牛、藏野驴、藏羚羊)牙齿珐琅质的稳定同位素进行了分析,拉萨地块和羌塘南部地区食草动物牙齿珐琅质δ13C(PDB)平均值为-11.3‰±1.1‰,羌塘北部和可可西里地区为-10.2‰±1.4‰,与高原以C3植物为主的植被景观是一致的;δ18O(PDB)值也同样表现出从南向北逐渐升高的趋势,喜马拉雅山地区吉隆盆地平均值最低,为-11.8‰±3.4‰,拉萨地块和羌塘南部地区平均值为-11.1‰±1.1‰,羌塘北部和可可西里地区最高,为-9.0‰±1.1‰.食草动物牙齿珐琅质氧同位素是河水(或降水)与食物(植物)氧同位素的混合,不适合直接用来进行高度预测.建立了高原现代食草动物牙齿珐琅质氧同位素对降水、植被及高度的响应关系,为利用食草动物牙齿化石氧同位素重建青藏高原古高度提供了依据.

过去8Ma兰州盆地古温度、古降水和古高度的半定量估算

兰州盆地位于青藏高原与黄土高原过渡地带,晚新生代全球降温和青藏高原的构造隆升对这一地区的温度、降水和高程产生了显著的影响。利用红度-温度和磁化率-降水转换函数并结合古生物、地层地貌资料对兰州盆地过去8Ma的温度、降水和高度的半定量重建,结果表明:8.3～3.5Ma兰州盆地气候较为暖湿,期间经历了3个阶段两次显著的降温和变干过程,年均温度从16.7±2.9℃降低到11.9±3.2℃,年均降水从1150±350mm减小至500±100mm,这一时期盆地的冷干化可能受到全球降温和高原隆升的双重影响,但盆地海拔可能一直维持在1000m以下;3.5～1.7Ma盆地经历了青藏运动的A,B和C三幕,形成了一级山麓剥蚀面,代表了兰州盆地演化的新高度,海拔可能达到了1400～1600m,年均温度变为6.0±2.5℃,年均降水为240±40mm;1.70～0.45Ma山麓剥蚀面海拔达到1791～1991m,年均温度和年均降水分别为4.7±3.8℃和145±135mm;0.45～0Ma期间青藏高原再次隆起使兰州盆地继续抬升,达到现今的高度,并最终形成了目前的地貌格局,年均温度为5.2±4.8℃,年均降水为363±237mm,现今的气候特征也由此形成。

冈底斯山的隆升过程与青藏高原古高度研究

青藏高原古高度不仅是其深部变形的结果,也是地表风化剥蚀作用的产物。古高度是约束青藏高原隆升模式最重要的独立变量。传统观点认为,印度板块与欧亚大陆碰撞之后,青藏高原一直处于低海拔的状态,于新近纪时期约3 Ma才开始整体逐渐隆升形成的。但越来越多的证据表明青藏高原不同的块体之间存在着显著的差异隆升,甚至同一块体不同区域也存在着明显的高差,并且其主体隆升时间比传统认识要早得多。

差异抬升:青藏高原新生代古高度变化历史

青藏高原地表抬升历史是新生代以来众多地质事件和气候环境事件的边界条件.高原古高度变化历史将地球深部动力学、地表过程和气候变化等不同圈层的相互作用有机地联系在一起.各种古高度计的发展和在青藏高原的广泛应用推动了对高原隆升历史的进一步认识:早始新世时青藏高原主体由南部的冈底斯山(~4500m)和北部的羌塘中央山脉(~5000m)及夹于其间的低海拔盆地(~2500m)组成,而南部的喜马拉雅山仍处于接近海平面的位置,北部的可可西里盆地海拔高度也不超过1500m.具有"世界屋脊"之称的青藏高原直到中新世以后才基本形成.尽管如此,青藏高原各块体的隆升历史仍然不清,进而制约对整个青藏高原抬升历史的重建.只有尽可能运用不同的古高度计对同一地区进行研究,获得更多的不同地区精确的古高度历史,才能从整体上认识青藏高原的抬升和扩展的形式和过程.

碳酸盐耦合同位素(Δ47)温度计及其在古高度重建中的应用

古高度重建为地质模型的建立提供了重要的制约条件,而古地温的恢复在古高度重建中至关重要.基于均质(或同相)同位素交换平衡的碳酸盐耦合同位素温度计(△47温度计)相比于传统的古温度计具有两个显著的优点:(1)其测量的参数Δ47仅仅与碳酸盐的形成温度相关而不受环境水中δ18O值影响;(2)△47的精度能够达到0.010‰,换算到相应的碳酸盐形成温度可优于±2℃.随着碳酸盐耦合同位素温度计的实验方法的发展,实现了利用该温度计精确重建古高度.本文通过总结全球碳酸盐耦合同位素温度计应用于古高度重建中的实例,进一步解析该温度计在区域抬升历史的恢复以及构建动力学模型中的应用前景.

根据湖相沉积碳氧同位素估算青藏高原古海拔高度

青藏高原湖相沉积碳氧同位素、海拔高度与年均气温存在函数关系。对青藏高原南部14个不同海拔高度的第四纪湖相沉积露头,在剖面不同部位采集了35个湖相沉积样品,结合海拔高度与年均气温的相关分析,建立了湖相沉积碳氧同位素古海拔高度计。再对青藏高原南部、青藏高原北部、东昆仑南部和柴达木盆地不同地点出露的渐新世、中新世早中期、上新世—早更新世湖相沉积地层,分别取样进行碳氧同位素分析,计算不同时期的古年均气温和古海拔高度。结果表明,青藏高原大部分地区中新世早中期整体隆升至海拔约4000m高度,五道梁—东昆仑南部中新世早中期整体隆升至海拔约3500m高度,柴达木盆地中新世早中期隆升至海拔约2500m高度。这些资料对认识青藏高原隆升时代和气候环境演化具有重要意义。

青藏高原河流氧同位素区域变化特征与高度预测模型建立

利用氧同位素作为古高度计重建造山带的古高度是近年发展起来的应用比较广泛的方法。本文通过对青藏高原河水δ^18Ow（SMOW）的空间分布特征分析，表明高原南北δ^18Ow（SMOW）由于水汽来源和水汽循环方式不同存在显著差异。以中央分水岭山脉为界，南部6’的。（SMOW）平均值为-15．6‰左右，北部为-8．6‰左右；南部氧同位素值随高度的平均变化率为-0．24‰／100m，北部为-0．15‰／100m。分别建立了藏北地区和藏南地区河水氧同位素和高度的关系，同时应用可可西里及昆仑山口现代食草动物牙齿釉质、尼玛盆地现代土壤碳酸盐的氧同位素值对所建立的经验模型进行了检验，表明这两个模型分别应用于藏北和藏南地区古高度的恢复是可行的，为今后青藏高原古高度研究工作的开展提供了定量的计算方法。

利用三维CT扫描技术定量计算熔岩流气泡体积的研究与实现

气泡体积算法及其计算机实现是火山熔岩流气泡古高度计应用研究中的难点之一,直接制约着古高度计算结果的精确度。本文提出了一种新的基于计算机断层成像技术的熔岩流气泡众数统计方法,即通过计算机断层成像技术对气孔状玄武岩样品进行三维重构,利用不同物质对射线吸收衰减系数的不一致性,标记重构数据中的岩石、气泡与无效部分,进而提取气泡连通区域的骨架,确定独立气泡之间的分割面,最终统计出气泡的数量与体积。考虑到玄武岩中气泡截面轮廓不规则的特点,采用逐点法有效地计算了截面面积,排除了连通区域轮廓对面积计算结果的影响。采用基于区域划分的阈值计算方法统计玄武岩样品的气泡数量与体积,解决了传统的单一阈值计算方法导致的小连通区域过度分割的问题。在上述新方法的基础上,本文设计并构建了新的气泡数量与体积的统计软件,计算程序的初步运算结果证实了研究方法的有效性与可行性。该方法有望提高熔岩流气泡数量、体积以及火山熔岩流气泡古高度计的计算精度,成为重建高原隆升历史的快速分析工具。

青藏高原隆升与哺乳动物演化

独特的现代青藏高原哺乳动物群中的多数成员在高原上具有悠久的生活历史,表明它们在高海拔的高原范围内经历过长期的适应过程。哺乳动物对生态系统的变化非常敏感,能够指示气候环境和地形地势的变化,所以,研究青藏高原腹地及周边的哺乳动物化石的演化历史能够反演新生代时期高原的隆升过程及其对气候环境变化的重大影响。

青藏高原的新生代鱼化石及其古环境意义

新生代期间印度-亚洲板块碰撞引起青藏高原快速隆升,将青藏高原转变为与其周边较低地域相隔离的"生态岛".伴随着栖息地被迅速抬升到更高地区的鱼类,积累了适应环境变化的基因和形态特征,演变为新物种.一如加拉帕戈斯群岛之于达尔文,青藏高原同样为我们提供了一个研究"演化进行时"的巨大实验室.此外,由于内陆鱼类局限于内陆水域,其化石亦通常在原地埋藏,而且鱼类的分布严格受水系格局的限制,而水系格局又受地质事件的制约,其系统演化与隆升并进尤为明显.因此鱼化石研究可揭示诸如古气候、古水系格局、古高度等古环境方面的因素,进而协助重建高原隆升的历史.近年来我们在青藏高原发现了非常丰富且保存精良的新生代鱼化石,其中包括裂腹鱼亚科内罕见的全身长有粗骨头的伍氏献文鱼(Hsianwenia wui),它曾生活在含钙极高的特殊盐度的水域中,见证了柴达木盆地的干旱化过程.青藏高原新生代鱼化石的研究显示,有些现在已经相当高的地点,在渐新世、中新世和上新世时仍分别处于很低的地位,而另几个地点在上新世时就已经和现在高度大致相当.我们还推算出,从晚上新世到现代东昆仑的抬升幅度不会超过1000 m.这与目前氧、碳同位素的研究结果(即东昆仑同期曾抬升了2700±1600 m)很不相同,但我们认为化石证据或更可信些.

川西高原松潘红土坡中新统马拉墩组孢粉组合及其古环境意义

文中研究报道产自川西松潘县红土坡的中新统马拉墩组孢子花粉植物群。迄今为止,人们关于青藏高原东北边缘新近纪古植被的所知甚少。红土坡马拉墩组孢粉组合的总体特征是榆科(Ulmaceae)、桦木科(Betulaceae)以及松科(Pinaceae)花粉比较丰富,蕨类孢子稀少。被子植物花粉在整个组合中含量最高,占孢粉总数的52.4%—84.4%;其次是裸子植物花粉,占13.8%—44.1%;蕨类孢子仅占1.2%—5.1%。被子植物中以榆科和桦木科花粉最多。榆科花粉可达孢粉总数的14.7%—28.8%,其中绝大多数是榆属(Ulmus),其他可能包括少许榉属(Zelkova)。桦木科花粉含量也很高,达12.6%—25.7%,主要为桦木属(Betula)和桤木属(Alnus)。此外,杨柳科(Salixaceae)、山毛榉科(Fagaceae)以及胡桃科(Juglandaceae)也有一定含量。这样的孢粉组合代表了以落叶阔叶树为主的针阔叶混交林。与此组成相同或相近的森林在我国现代落叶阔叶林或针阔叶混交林植被中很难见到。根据和同期与红土坡纬度相当地区的孢粉组合的对比,推测在早中新世当地的海拔高度已经超过1000 m,甚至达到2000 m左右,也即已经接近或仅略低于当地现今的高度。

青藏高原东缘表土正构烷烃δD高度效应及其分馏值的高程变化

稳定同位素高度计极大地促进了全球较大山体隆升历史的研究,然而,古土壤氢氧同位素古高度计获得的古高度结果一般比通过古生物化石获得的要高得多.因此,需要在不同地区深入评估其现代高度关系及其影响因素,借此探讨稳定同位素古高度重建方法的校正.本研究测定了青藏高原东部东亚季风区龙门山29个表土叶蜡正构烷烃氢同位素值(δD_(wax))、22个土壤水氢同位素值(δD_(sw)),以及贡嘎山47个河水氢同位素值(δD_(rw))、55个泉水的氢同位素值(δD_(springw))和2个水文观测站的夏季降水氢同位素值(δD_(p)).龙门山断面表土δD_(wax)值分布在.160~.219‰(其δD_(wax)高程递减率为.18‰km.1(R2=0.83;p<0.0001;n=29),比贡嘎山断面整体上偏正约40‰.气候和水汽来源的区域差异性可能导致了两个地区δD_(rw)值、表土δD_(wax)和ε_(wax)/p值的不同.另外,本研究发现两个断面表土δD_(wax)相对δD_(rw)、δD_(p)和δD_(sw)的分馏值(ε_(wax)/_(rw)、ε_(wax)/p和ε_(wax)/_(sw))整体上随海拔高度的升高而增加(两个断面分别高达34‰和50‰).通过这两个高程断面的表土δD_(wax)、δD_(p)、δD_(rw)(δD_(springw))和δD_(sw)的对比研究,讨论了水汽再循环、冰川融水、蒸散发、植被类型、纬度和山形等因素对ε_(wax)/p值随高程变化的综合影响.因此,在估算高海拔处的古高度时,如果仍然参考有些低海拔处估算的植物的ε_(wax)/p值,那么,以此推导的古降水δD_(p)偏负于实际值,因而高估古高度.