陇西盆地东南隅新近纪沉积与环境演变

摘要

青藏高原隆升不仅导致了亚洲大陆内部强烈的新生代构造变形，而且还对周边地区的地貌格局和环境演化产生了重大影响，因此，青藏高原隆升及其环境效应成为国际全球变化研究的热点问题之一。但目前人们对于高原开始隆升的具体时间、何时达到现今的高度以及对周边地区环境演化过程的影响等的认识还存有较大分岐。 青藏高原内部及周边诸多盆地是在地壳变形和隆起过程中形成的，盆地沉积物是盆地水系范围内造山带岩石经风化、剥蚀、搬运和沉积的产物，它们不仅反映了盆地充填过程中周围造山带的动力学性质，而且记录了沉积物在各种地质作用过程中的气候和环境变化信息。陇西盆地东南隅位于青藏高原东北缘六盘山与西秦岭两个重要构造带交汇处，是青藏高原与黄土高原的交接部位，其南界西秦岭造山带是中国大陆南、北构造交汇、衔接和转换的关键部位，其东界六盘山是我国东西有重要气候与构造意义的分界线，因此，陇西盆地东南隅是中国大陆构造和环境变化的敏感地带。 本文通过对陇西盆地东南隅进行广泛野外考察和大量室内分析，综合各种指标分析结果与相关资料，主要获得了以下的发现与认识： 1、陇西盆地东南隅古近纪沉积以山麓洪积扇相红色粗碎屑岩为主，22Ma左右青藏高原构造活动使其变形，并形成地幔热源的钾霞橄黄长质火山岩喷发，新近纪地层不整合于古近系之上，表明至少22Ma左右印度板块与欧亚板块碰撞变形远程效应已达青藏高原东北缘。新近纪以来陇西盆地东南隅形成沉积盆地，盆地广泛接受稳定的细粒河湖相沉积物，古生物繁盛，表明22Ma左右的构造活动尚未造成高原大幅隆升。 2、自西秦岭山前凹陷向北至广阔盆地及北部华家岭洪泛平原带，新近纪沉积厚度迅速变薄(即由＞1000m减薄为200-300m)，沉积物粒径变细，沉积相发生明显的水平分异。在垂向上，15.6MaB.P.以来陇西盆地东南隅沉积演化经历了如下主要阶段：15.6-9.23Ma洪泛平原和河流沉积，沉积以红色泥岩与钙质泥岩或钙质层(calcrate)韵律互层为主的“下红层”；9.23-7.1Ma盆地广泛接受湖侵，沉积灰绿色泥灰岩与红色泥岩互层的“斑马层”；自7.lMa开始湖泊退缩、盆地广大地区转变为洪泛平原沉积，7.1-3.6Ma期间形成以红色泥质层和粉砂层为主的“上红层”沉积，在其顶部，局部地区出现膏盐沉积；3.6Ma左右受青藏高原强烈隆升的影响，在靠近西秦岭的盆地南部再次断陷、凹陷成湖，3.6-1.4Ma沉积灰绿色泥岩与蓝灰-灰白色泥灰岩互层的“上绿层”；约1.4Ma左右强烈隆升使该区湖泊发育史结束，此后转为上升剥蚀、水系重组，发育河流阶地，接受第四纪风尘黄土沉积，形成以红层为基础，薄层黄土披盖的高原。 3、古近纪末期，气候较为干旱，堆积巨厚层红色钙质胶结砂砾岩。进入中新世气候明显转湿。研究区相邻的临夏盆地以及向西北1100千米的酒泉盆地孢粉记录指示古近纪末期为疏林草原植被，中新世早期转变为森林植被，气候变湿润。陇西盆地东南部新近纪时亦沉积细粒河湖相沉积物，犀、象、三趾马、鹿及羚羊等大型哺乳动物繁盛，气候湿润。但在湿润的气候背景下，存在着干与湿交替变化。15.6-9.23Ma，气候湿润，河流作用旺盛；9.23-7.1Ma，气候进一步变湿，湖泊扩张；7.1-3.6Ma，湖泊退缩，气候相对变干，由于气候干旱程度不断加剧，后期局部发育厚层膏盐沉积；3.6Ma以来受构造与气候共同控制湖泊再次发育，1.4Ma之后湖泊沉积结束，风尘沉积发育，进而形成现今的环境格局。 4、Guoetal(2002)对秦安郭嘉剖面22-6.2Ma期间沉积物的粒度、地球化学、微结构等研究认为该套红层属风成古黄土序列，由此而推论亚洲内陆从22Ma已开始干旱化，并认为这与青藏高原隆升有关。我们对QA-I新近系沉积物与天水喇嘛山、尧店新近系河湖相沉积物进行了详细对比： (1)对QA-I新近系沉积物、喇嘛山与尧店新近系河湖相沉积物及研究区第四纪风成黄土样品的粒度特征分析对比表明，QA-I新近系沉积物与天水河湖相沉积物的粒度特征更为相似，并且二者粒度概率曲线和累积曲线均十分接近，而与第四纪风成黄土有一定差异；在散点图上，可明显地区分为两类，一类为QA-I新近系沉积物与天水两个典型剖面的河湖相沉积物，另一类则为第四系风成黄土。 (2)地球化学特征分析表明：QA-I新近纪黄棕色“黄土”样品中的CaCO3含量可达15.76-46.34％(甚至更高)、SiO2为29.54-52.26％，与典型黄土的CaCO3(一股在20％以下)和SiO2(一般在55～65％)含量具有明显差别，而与天水新近纪河湖相沉积物的含量类似；QA-I新近纪“黄二土”与天水新近纪河湖相沉积物的稀土元素配分模式(REE配分模式)极为相似，均具有轻稀土适度富集、缓右倾斜型、Eu负异常的REE分布模式。 (3)在QA-I“黄土-古土壤”剖面序列中存在许多流水作用的沉积现象，如在剖面下部红色泥岩层序中夹有水平层理或沙纹层理的细砂岩和含大量下伏红色泥质团块或泥砾的泥灰岩，剖面中上部夹有主要成份为泥灰岩和磨圆较好的砾石透镜体或条带，部分层段沉积物显微镜下见内碎屑结构(intraclastictexture)和硅藻等。 从宏观上看，由盆地南部天水到秦安以北沉积相水平相变明显，如湖相“斑马层”的灰绿色泥灰岩在相距QA-I剖面20Km的杨家大庄、焦湾等地均存在，但较天水一带厚度变薄、颜色变浅；另一方面，QA-I附近新近系地层中发现有丰富的、埋藏较好的犀、象等大型脊椎动物化石，表明当时气候相当适宜，同时，根据埋藏学理论，若QA-I新近系沉积物为风成成因，以其1.67cm/kyr的沉积速率无法埋藏并保存如此大型的动物骨骼。 根据上述研究，初步认为QA-I剖面虽然外表酷似黄土-古土壤序列，但应属于盆地边缘低能细粒泥坪或洪泛平原沉积，经气下环境改造而成的产物。5、论文还讨论了亚洲内陆干旱化问题，研究表明新近纪早期亚洲内陆气候应当是温暖湿润的，这种变湿润可能与亚洲古季风建立相关，而古季风的起因可能与亚洲边缘海的扩张有关，尤其是南中国海此时的开裂和大规模扩张有关，它为古亚洲季风提供了重要的水汽通道；8Ma气候变干，红粘土开始沉积，可能与青藏高原此时隆升有关；2.6Ma随高原强烈隆升，亚洲季风稳定建立，内陆气候干旱，典型风成黄土开始沉积。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章研究区概况与典型剖面选取

第三章典型剖面沉积序列与地层年代

第四章天水-秦安一带新生代沉积演化

第五章环境演化

第六章陇西盆地东南隅新近系红层成因的讨论

第七章结论与展望

参考文献

博士在读期间发表的文章

致谢