基于沉积记录的大同盆地火山活动历史与古环境研究

摘要

环境科学以研究人类赖以生存的地球环境为内容，关注人类生存环境的变化。大同盆地的火山活动和古湖泊演化与人类生存环境息息相关。火山活动是威胁人类生存环境的重大自然灾害之一。上世纪七十年代，地质学家尹赞勋教授曾为“大同火山是否会再次爆发”的疑问而进入该地区开展深入调查。自此以后的几十年里，大同火山受到众多学者、专家的关注，相关研究始终不曾中断，特别是关于火山喷发年代的研究尤为突出。然而，大同盆地火山阶段性活动的历史仍是一个尚未被揭示清楚的地学问题。另一方面，大同盆地在第四纪时期长期被古湖占据，火山活动产生的火山灰、以及周边的风化物质和大气粉尘为古湖提供了丰富的营养物质，植被繁盛、具有动物多样性，为早期古人类提供了良好的生存环境，因此，古湖的扩张和萎缩也是古人类活动与生存的控制因素之一。根据前人研究结果，导致大同地区古湖演变的主要因素是构造因素，而火山活动正是第四纪时期大同盆地最主要的构造运动，因此，大同盆地的火山活动对本区域的古湖泊演变必定产生影响。火山活动喷发的物质与区域河湖相沉积、黄土-古土壤沉积呈互层分布，在广大区域内留下了众多地质记录。本文借助于沉积记录的研究，在揭示大同火山的阶段性活动历史的同时，挖掘火山活动与古湖泊演变之间的关系，可以为本区构造演化及环境变迁研究提供新的基础资料，对大同盆地的古环境研究具有一定的意义。
　　本文在区域内选择典型的湖相沉积剖面，黄土沉积剖面（黑山火山东南沟剖面），对其进行细致地野外调查和采样，并在室内开展磁化率、化学成分、粒度和古地磁的测试分析。结果发现：古湖滨处的肖家窑火山东沟剖面1显示，具有粒度韵律变化的火山碎屑层存在四个不同倾角的倾斜，产状分别是125∠30o、137∠21o、45∠9o、95∠4o，越底部的碎屑层倾角越大，指示过去火山曾有过多个活跃期；每期有多次火山喷发，每次喷发都会形成一套下部细、上部粗的粒度韵律变化“特征层”；古湖近岸地处的肖家窑火山东沟剖面2显示，湖相沉积中夹有四层火山碎屑层，且每层中包含多套“特征层”；古湖深处的陈庄剖面中存在四个磁化率显著正异常的层位，且四个层位的粒度都较粗；从陈庄剖面磁化率显著正异常的层位中提取的疑似黑色火山灰物质，其磁化率、Ti、Fe元素含量与区域火山灰的测试结果非常近似；古湖岸上的黑山火山东南沟黄土沉积剖面中出现了三个磁化率为峰值、金属元素 Rb/Sr比为谷值的层位；陈庄湖相沉积剖面的古地磁测试结果显示存在B/M和Jaramillo磁极性界限。对这些结果进一步分析，得出以下一些认识：肖家窑火山东沟剖面的火山碎屑层产状变化、陈庄剖面所显示的四个磁化率显著正异常层位都指示了区域火山活动曾经历过四个活跃期。根据陈庄剖面中的B/M、Jaramillo磁极性界限及多个沉积韵律层的厚度，推算出四个火山活跃期的开始年代分别是早于0.90MaB.P.（第一活跃期）、～0.51MaB.P.（第二活跃期）、～0.32MaB.P.（第三活跃期）和～0.09MaB.P.（第四活跃期）；黑山火山东南沟剖面还记录了一次发生于～0.19MaB.P.的活跃期；陈庄剖面的粒度曲线反映出四个沉积韵律序列，指示了区域曾经发生过四次大规模的湖退事件；区域四个火山活跃期与四个湖退期在发生时间上具有一致性，火山平静期与湖侵期相对应，指示火山活动与古湖泊演变存在某种机制上的关联，即上地幔岩浆的间歇性强烈活动是导致区域湖退-湖侵的动力原因。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究现状

1.3选题依据

1.4研究思路、方法和技术路线

第2章 研究区概况

2.1地理位置

2.2地质背景

2.3地貌分布特征

第3章 采样与测试方法

3.1 样品的采集与加工

3.2样品测试方法

第4章 大同盆地火山阶段性活动在湖相沉积记录上的特征

4.1肖家窑火山东沟剖面

4.2陈庄剖面

第5章 大同盆地火山阶段性活动在黄土沉积记录上的特征

5.1黑山火山东南沟剖面

5.2水沟村剖面

第6章 大同盆地火山阶段性活动历史与古湖泊环境演变

6.1大同盆地火山阶段性活动期次分析

6.2大同盆地火山活动与古湖泊环境演变之间的联系

第7章 主要结论、创新与展望

7.1主要结论

7.2讨论与创新

7.3研究展望

参考文献

附录A

附录B

附录C

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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