论文摘要
新近纪环境变化研究是全球古气候与古环境研究的重要领域之一,关系到正确认识和解释中新世以来全球气候变化过程、南北半球冰盖形成等许多关键科学问题。开展我国新近纪以来环境演变研究对于认识亚洲内陆干旱化、亚洲季风形成与演化以及青藏高原隆升的时间、形式、幅度及其环境影响具有重要价值。陇中盆地东南隅的天水-秦安地区处于南部西秦岭、北部华家岭与东部六盘山所围陷的青藏高原东北缘构造单元的敏感部位,是研究构造与气候变化的理想之所。这一区域广泛发育的新近纪沉积地层,是研究这一地区的环境变化的天然载体。但与同属陇中盆地的临夏盆地、兰州盆地、西宁盆地等相比,对天水-秦安盆地研究相对薄弱。2002年,郭正堂研究员等报道了本区发现22Ma以来类似第四纪黄土的风尘沉积,提出亚洲内陆干旱化可能始于22Ma,使这一区域成为研究的热点地区。但是从整个陇中盆地来看,具有相似构造与沉积环境背景的临夏盆地、兰州盆地等新近纪都沉积了广泛的河湖相沉积,古生物资料也反映出当时气候较湿润。而且在天水盆地之内,也存在大面积的典型河湖相地层序列,与其报道的新近纪地层风成说存在矛盾。为查清这一矛盾问题,正确理解天水-秦安地区新近纪沉积物的成因及环境变化,本文基于大量野外考察所获取的地质、地貌、古生物等资料,开展了天水盆地从南到北的一系列新近纪典型沉积剖面的地层序列、岩性特征、磁性地层学、沉积相演化及沉积物的物理、化学和生物指标等的对比与分析,获得了以下主要结论:1.通过横跨整个盆地南北的下山、尧店和喇嘛山三个新近纪典型剖面的地层对比,利用高分辨率磁性地层年代和古脊椎哺乳动物化石年代控制,建立了天水盆地从17.02～1.4Ma的新近纪地层年代序列。依据天水盆地代表性剖面的岩性组合、地层接触关系和地层空间分布特征,结合哺乳动物化石和前人研究获取的新近系下伏的火山岩年龄,宏观上将天水盆地新近系地层划分为四段,自下而上依次为:“下红层”甘泉组、“班马层”尧店组、“上红层”杨集寨组和“上绿层”喇嘛山组,其年代分别为22～11.70Ma、11.70～7.1Ma、7.1～4.07和3.6～1.4Ma。2.通过对QA-I剖面、典型湖相和下山剖面沉积物以及黄土的各种粒度参数指标、地球化学的常量、微量和稀土元素分析,发现QA-I剖面沉积物与典型湖相和下山剖面沉积物特征更为接近,却是与黄土相差较远,明显不具有类似风尘沉积特性。从沉积物中提取的有机生物标志化合物、镜下微形态和硅藻指标的分析结果可以看出,QA-I剖面与尧店、喇嘛山剖面典型湖相沉积具有环境成因上的相似性,可能为洪泛平原或湖滩泥坪沉积的产物。3.通过天水盆地大量古脊椎哺乳动物化石的空间分布、组成特征和沉积环境的分析,认为当时环境是比较适合大型哺乳动物生活的湖滩泥坪或近水环境,气候相对湿润。根据丰富的大型哺乳动物化石埋藏情况和沉积速率也显示＞6Ma以前该区没有风尘沉积埋藏完整大型哺乳动物化石的可能性。4.根据野外考察,初步确定了天水盆地新近纪古湖沉积分布的大致范围。并依据天水盆地沉积岩性组合和岩相时空分布特征,通过前陆盆地性质和构造特征分析,建立了天水盆地新近纪沉积模式。天水盆地新生代以来划分为六个演化阶段:＞22Ma,盆地雏形阶段;22Ma～11.67Ma,构造活动与盆地形成阶段:11.67Ma～7.1Ma,构造活动与盆地发展阶段;7.1Ma～＜4.07Ma,构造抬升与盆地萎缩阶段;＜4.07Ma～3.6Ma,构造隆升与盆地消亡阶段;3.6Ma～1.4Ma,山间盆地阶段。5.从风尘的物源、搬运动力、堆积地貌、保存和气候条件等方面讨论了天水盆地中新世不具有风尘堆积形成与保存的条件。同时将天水盆地与同属统一陇中盆地的临夏盆地、兰州盆地的沉积特征进行对比,结合陇中盆地哺乳动物以及临夏盆地和河西走廊酒泉盆地孢粉资料,进一步对天水盆地中新世风尘堆积提出质疑,并认为亚洲内陆的干旱化很可能始于8Ma左右,并非所谓的风尘堆积所指示的是从22Ma就开始的。