柴达木盆地沉积通量及元素地球化学记录的新生代风化剥蚀

新生代以来全球气候、构造及地貌格局都发生了显著变化,如青藏高原隆升、全球变冷及亚洲内陆干旱化等。大陆风化剥蚀是地貌演化与地表沉积的主要推动力,同时大陆风化剥蚀与构造和气候有密切联系。大陆风化剥蚀是平衡地球温度最重要的机制,青藏高原隆升被认为加速了剥蚀和风化过程,导致区域和全球降温。因而青藏高原隆升-风化剥蚀-气候变化及其耦合关系成为地学界广泛关注的热点。然而目前青藏高原北部连续的风化剥蚀记录的匮乏,使得我们难以全面理解新生代以来青藏高原风化剥蚀过程及其与气候、构造的相互关系。柴达木盆地是位于青藏高原北部最大的一个封闭盆地,盆地内发育了巨厚且连续的新生代地层,记录着周缘山体构造隆升、风化剥蚀过程和区域气候演化历史。本文选取柴达木盆地,根据盆山耦合中周缘山脉抬升剥蚀和盆地沉降充填过程中剥蚀区的剥蚀总量与盆地充填总量大致相等原理,在前人建立的柴达木盆地新生代高精度地层年代、区域重大构造事件和气候环境变化序列的基础上,通过贯穿柴达木盆地的七条NE-SW向地震地质剖面的平衡剖面恢复,结合控盆剖面的野外地层测制及钻孔地层资料、新生代不同时期沉积特征（沉积组合、地层厚度、沉积速率等）以及它们空间变化规律的研究,恢复了柴达木盆地新生代不同时期沉积边界和地层等厚图,定量计算了新生代以来盆地不同阶段沉积通量（代表物源区剥蚀速率）,并与该区获得的新生代重大构造和气候变化事件以及全球气候变化曲线对比,揭示了其可能的驱动机制。同时,通过柴达木盆地东北部怀头他拉剖面（15.3-1.8 Ma）沉积物<2μm硅酸盐粘粒组分的元素分析,获得了青藏高原东北部晚新生代以来化学风化序列,探讨了在青藏高原强烈隆升、剥蚀加强时期高原北部化学风化强度是如何变化,以及化学风化强度与气候的相互关系。通过研究获得主要结论和认识如下:（1）通过柴达木盆地七条NE-SW向地震地质剖面的平衡恢复表明:新生代以来柴达木盆地经历了两期快速和两期缓慢的盆地持续缩短变形过程,两个快速缩短期分别发生于43.8-35.5 Ma和15.3-0 Ma,缓慢缩短期分别为53.5-43.8 Ma和35.5-15.3 Ma;柴达木盆地从西到东,地震地质剖面的缩短率及缩短速率呈减小趋势,表明盆地西部挤压变形相对东部强烈。（2）根据平衡剖面缩短量、地层厚度、钻孔资料及沉积特征,恢复了柴达木盆地新生代不同时期沉积分布范围和地层等厚图,并定量计算了柴达木盆地新生代不同时期沉积通量（代表物源区剥蚀速率）,建立了青藏高原北缘柴达木盆地新生代沉积通量及其变化趋势。显示53.5-35.5 Ma盆地沉积通量逐渐增大、35.5-22 Ma沉积通量相对降低、22 Ma以来沉积通量呈阶段性增加（尤其2.5 Ma以来盆地沉积通量快速成倍增加）。（3）通过柴达木盆地沉积通量与该区获得的新生代重大构造事件和区域气候变化以及全球气候变化曲线的对比分析,揭示了盆地沉积通量（代表物源区剥蚀速率）主要受气候和构造双重因素的控制。53.5-43.8 Ma沉积通量变化主要受青藏高原北部构造隆升和当时较温暖湿润气候的共同影响;43.8-35.5 Ma沉积通量增大主要受青藏高原北部构造活动因素的控制;35.5-22 Ma沉积通量相对减小主要受较稳定构造与相对干冷气候的共同控制;22-15.3 Ma沉积通量增大主要受到青藏高原强烈构造活动与温暖湿润气候的共同影响;15.3 Ma以来沉积通量逐步增大（尤其2.5 Ma以来快速成倍增大）,主要由青藏高原晚期阶段性强烈构造隆升导致。（4）依据柴达木盆地东北缘怀头他拉剖面<2μm硅酸盐粘粒CIA（化学风化指数）、Rb/Sr、K2O/Al2O3等元素比值变化特征,获得了柴达木盆地中中新世以来化学风化强度变化序列,即15.3-12.6 Ma化学风化较强,12.6 Ma以来化学风化强度呈逐渐减弱趋势。结合生物化石和前人研究成果,认为柴达木盆地中中新世以来气候经历了由15.3-12.6 Ma相对湿润转变为12.6-6.6 Ma半干旱-半湿润、以及6.6 Ma以来显著干旱的阶段性演化过程。（5）中中新世以来柴达木盆地化学风化强度变化趋势与全球温度变化曲线较吻合,指示化学风化强度主要受全球气候变化的影响。