青藏高原古近纪沱沱河盆地磁性地层及其古环境演变

印度板块与亚欧板块的碰撞形成了面积超过250万平方公里,平均海拔在5000m以上的青藏高原。由于青藏高原具有如此大的面积和海拔高度,它的隆升不仅对我国的气候产生重大影响,而且造成全球气候格局的改变。同时青藏高原是印度板块与欧亚板块碰撞的结果且这种碰撞作用仍然在继续,所以青藏高原也是研究碰撞造山带、大陆变形以及地球动力学的天然场所。到目前为止,对于印度板块与欧亚板块碰撞的时间、高原隆升的过程、机制都存在较大的争议。沉积盆地是研究构造隆升的重要场所,目前青藏高原周边的盆地都得到了较高程度的研究,而高原中部的盆地研究相对滞后。沱沱河盆地属于可可西里盆地的一部分,位于可可西里盆地的南边,北边是金沙江缝合带,南边是唐古拉山逆冲断裂带。沱沱河盆地包含有完整的一套从晚白垩到中新世的地层,即风火山群、沱沱河组、雅西措组、五道梁组。这套地层有可能记录了印度板块俯冲以及与欧亚板块碰撞所产生的构造响应,对于理解青藏高原的隆升过程研究具有明显的帮助,同时还有助于解决风火山群的年代问题。本文通过岩石磁学、磁性地层学、沉积相、生物地层学以及磁化率各向异性等研究了沱沱河盆地的主要磁性矿物、高原隆升可能的时间节点、主要的古气候变化事件等。本文得到以下结论:1.通过磁化率随温度变化曲线(K-T)、等温剩磁(IRM)获得曲线以及等温剩磁的CLG模型分析,沱沱河盆地剖面的主要磁性矿物是赤铁矿和磁铁矿。同时在热退磁的过程中,有些样品在120℃左右磁化强度显著的降低到原磁化强度的15%左右,说明存在一定量的针铁矿。2.沱沱河盆地剖面自下而上(由老到新)可以划分为沱沱河组、雅西措组。磁性地层及其生物地层研究表明沱沱河组的地质年代为59.8-52.6Ma,雅西措的地质年代为51.8-24.1Ma。如果风火山群和沱沱河组是同一套地层,那么风火山群的年龄至少要老于52.6Ma,如果沱沱河组不整合于风火山群之上,那么风火山群的年龄至少在59.8Ma之前。3.沉积相表明沱沱河盆地存在5次明显的沉积相变化,分别是:第一次明显变化开始的时间为52.6Ma,在此之前气候干旱,从52.6Ma开始,气候变得湿润。通过孢粉、化石的分析以及与区域性的孢粉、化石对比,再结合全球温度的变化,52.6Ma之前的干旱主要是受控于副热带高气压带以及全球气温降低的双重控制。之后气候变得湿润主要是受到早始新世气候适宜期的影响。结合降水的变率以及这个时期气候湿润期的分布范围,此时季风有可能已经发育。考虑到沱沱河盆地位于青藏高原的中部,不排除青藏高原的构造隆升对盆地的气候会产生影响。第二次明显变化开始的时间为43.2Ma,地层中出现了白色的顺层石膏。第三次开始的时间为41Ma,出现了厚层的石膏。这两次时期的干旱化原因有可能是特提斯海的退却、青藏高原的构造隆升、全球气候的变冷共同导致的。但是特提斯海的退却很大程度上是受控于全球气候变化,同时,磁组构和磁学相关指标分析表明,在41Ma左右青藏高原发生了一次构造运动,而且磁学指标表明高原的隆升对区域的干旱化作用开始变得明显,因此青藏高原的隆升开始超过全球气温及特提斯海对区域的影响。第四次变化开始的时间为34.5Ma,地层中出现了厚层的石膏。这个时期的干旱同样可以由特提斯海的退却、青藏高原的隆升、全球气候变冷导致形成,特提斯海的退却还是受控于全球气候变化,另外后面的磁学指标从这个时候开始都整体下降,而全球的温度变化幅度较大,磁学指标与之变化的趋势逐渐不一致,说明全球因素对沱沱河盆地的影响逐渐减小,而青藏高原的影响因素加大,占据主导。第五次变化也是出现了非常厚层的石膏,开始的时间为26.9Ma。磁学指标暗示青藏高原对区域的干旱化作用更明显。4.磁化率各向异性表明沱沱河盆地受到了构造应力的作用,从老到新可以划分出四次构造应力期,分别是:T1段:地质年代为59.8-52.6Ma,构造应力方向为南西,印度板块与欧亚板块在这个时间段之前已经发生碰撞。T3段:地质年代为46.8-44Ma,构造应力的方向为南西。这段的构造应力作用比较明显,具有区域性。根据沉积相的变化,C段以后出现了石膏,推测此时沱沱河盆地南部已经存在可以阻挡水汽深入北进的地貌,促进了沱沱河盆地的干旱。T5段:地质年代为41.1-34.3Ma,磁偏角的平均值,在41.1Ma发生了明显的偏转,应力的来源不仅来自南西,还来自南东。41.1Ma出现的南东方向构造应力,表明此时印度板块在东部与欧亚板块之间开始碰撞。此时青藏高原的平均海拔加大,对水汽的阻挡更加显著。T7段:地质年代为26.2-24.1Ma,应力方向为南西方向和南东,通过磁学指标分析,暗示着此时高原的构造运动更加强烈。5.沱沱河盆地磁化率与频率磁化率、百分比频率磁化率之间的反位相关系表明超顺磁颗粒组分对剖面的磁化率几乎没有贡献。另外磁学指标在51.8-41Ma与41-32Ma整体都趋于下降,与全球这个时间段温度的下降以及沱沱河盆地逐渐变干的趋势相符合,说明全球的气候在51.8-41Ma与41-32Ma范围内对区域气候有影响。但是在41-32Ma,各个指标整体都高于51.8-41Ma、32-24.1Ma,分析表明约41Ma开始,青藏高原发生了一次构造运动(磁化率各向异性结果也支持这个结论),此时青藏高原的构造隆升对沱沱河盆地干旱的影响是叠加在全球的降温趋势上,但是高原对区域的影响开始占主导。在32-24.1Ma,指标都整体下降,此时全球的温度却变化幅度较大,磁学指标与之变化的趋势逐渐不一致,说明全球因素对沱沱河盆地的影响逐渐减小,而青藏高原的影响因素加大,占据绝对主导地位。