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青海湖是我国最大的内陆咸水湖,东邻黄土高原,西北连接荒漠和沙漠,处于东亚季风湿润区和内陆干旱区的过渡带上;既受亚洲季风的影响,又受西风急流的影响,对气候和环境变化反映灵敏;同时青海湖地区环境变化也与青藏高原新近纪隆升和区域构造的环境效应密切相关。该区湖相沉积连续完整,保留了大量的气候与环境变化的信息。青海南山的隆起造成了青海湖盆地与共和盆地的最终分隔;将青海湖沉积记录与青海南山南侧相关地质记录进行对比研究,可以揭示青海南山的隆升历史以及青海湖对南山隆升的响应。以青海湖沉积记录为核心,并与黄土高原的风尘堆积及深海沉积进行比较,可以建立我国季风-干旱环境系统发生、发展和变迁的框架。
本文选择青海湖YLJ、ELJ钻孔岩芯和共和盆地XSQ剖面样品作为研究对象,通过对沉积岩芯的岩性描述,碳酸盐含量及氧碳同位素等指标的实验测试和分析,结合前人所测指标,初步重建了青海湖区晚中新世以来的环境演变过程;通过青海南山南北两侧地质记录的对比研究,揭示了青海南山的构造隆升事件;并将青海湖记录与来自黄土高原及全球海洋所揭示的气候记录进行了初步对比。
青海湖区晚中新世以来的环境演变过程如下:
8.10-7.60Ma,为风成红粘土沉积。
7.60-5.85Ma,为半深湖相沉积,早期δ18Oc值稍低,湖水相对较深。
5.85-4.64Ma,为风尘堆积阶段,湖泊干涸。
4.64-3.60Ma,为深湖沉积,受蒸发作用的影响,δ18Oc值总体偏重(-4‰。左右);早期(4.59-4.08Ma)δ18Oc值稍低而水深,后期(4.08-3.55Ma)δ18Oc值稍高而水浅。
3.60Ma左右,δ18Oc值从-4‰突降到-11‰,接近于入湖河水的δ18Oc值;同其它指标一道揭示了此时湖水突然变浅,这可能源于青海湖南湖盆随青海南山一起隆升。
3.55-1.77Ma,δ18Oc值非常接近入湖淡水δ18O值,钻孔处于浅湖环境,入湖淡水的氧同位素组成控制了总碳酸盐的氧同位素组成,湖水位与δ18Oc值正相关。
1.77Ma以后,湖泊水体明显受周边淡水补给影响,碳酸盐氧同位素值明显变负为低于-9.00‰,接近于目前青海湖周边岸边沉积物总碳酸盐的氧同位素组成。
3.60Ma,所有指标的大幅度变化,尤其是碳酸盐氧同位素值高达8-10‰的降低,以及青海南山南侧位于共和盆地小水桥剖面上新世地层顶部角度不整合面的存在,可能揭示了青海南山在3.6Ma的隆升事件。角度不整合面上下常量元素含量、元素比值、元素内部关系及岩石化学分类均有明显的差别,再一次证明了角度不整合面附近沉积物源区发生了明显的变化。青海南山并不是下伏地层的沉积源区;青海南山形成后成为两侧盆地的物源区。
论文将青海湖沉积记录与来自黄土高原、南中国海、北极及全球海洋所揭示的气候记录进行了初步对比,对比表明,青海湖与东亚暖湿的夏季风、干冷的冬季风、亚洲内陆干旱、以及高原生长/隆升密切相关。
8.10-7.60Ma,岩性以浅褐灰色粘土、褐黄色粉砂岩为主,间杂细砂岩,为风成红粘土沉积。这与来自北太平洋(粉尘通量高)、南中国海(高δ18O值)、黄土高原(堆积速率高)等地的证据相吻合,说明此期间亚洲内陆处于干旱阶段且冬季风加强。
7.60-5.85Ma,岩性以具有微层理的青灰色与杂色亚粘土,亚砂土为主,间杂灰色、灰黄色粉-细砂,为半深湖相沉积;反映湖面上升,东亚夏季风加强导致降水增多,青海古湖扩张。这与南中国海浮游有孔虫、放射虫增多,底栖有孔虫δ13c值出现重值,黄土高原高磁化率,黄土.古土壤的δ13C值和巴基斯坦土壤碳酸盐记录的C4植被扩张,酒西盆地的植被由针阔叶混交林向草原植被转化等证据相吻合,表明东亚夏季风此时己深入到青海湖内陆地区。这也与青藏高原东北缘的重要隆升事件密切相关,隆升导致了断陷湖盆的形成以及夏季风环流的加强。
5.85-4.64Ma,青海湖区发育风成红粘土堆积,东亚冬季风影响增强,古湖盆收缩,夏季风对该地区的影响减弱,与同期北太平洋记录的北极冰筏事件、塔克拉玛干沙漠形成于5.3Ma前后、及南太平洋和黄土高原等地证据一起,揭示了此时亚洲内陆干旱,东亚冬季风加强。
4.64-3.60Ma,青海湖区发育具微层理的青灰色湖相粘土,有机质含量显著增加,<4um细颗粒含量显著增加,彩度a*降低,湖面上升,这与黄土高原、南中国海及南太平洋记录相一致,从而记录了夏季风的加强事件,形成了现代意义的青海湖。
3.60-2.60Ma,青海湖发育细砂、粉砂、泥岩互层,有机质含量和<4um颗粒含量显著降低,彩度a*增加,反映湖面降低,这与来自南中国海及南太平洋氧同位素值增加,北太平洋粉尘通量增加,以及来自黄土高原粉尘通量增加及粗颗粒含量增加等证据相吻合,记录了冬季风的加强。但与黄土高原磁化率增加,红粘土δ13C值偏重指示的C4植被扩张,南海δ13C值及浮游有孔虫含量增加所反映的东亚夏季风加强的趋势不一致。这可能记录了青藏高原东北缘的隆升事件,即3.60Ma的青海南山隆升。
2.60Ma以后,以浅湖相的灰绿色和杂色粉砂质粘土为主,并有多个灰黄色含砾粗砂、风成砂和粉砂质黄土夹层,它们与其它代用指标一起指示了轨道强迫的青海湖的多次扩张与收缩。表明随着大冰期的来临,冬季风和西风环流的增强以及由太阳辐射和全球冰量变化所诱导的东亚夏季风锋面多次进退对该地区的影响。东亚冬夏季风阶段性加强,亚洲内陆干旱化增强,青藏高原脉动式生长。