硕士论文范文——青海天峻木里冻土区末次冰期以来的气候变化研究

中国地质大学（北京）硕士学位论文青海天峻木里冻土区末次冰期以来的气候变化研究学 号： 研 究 生：专 业：地理学研 究 方 向：全球变化与区域响应指 导 教 师： 年 月摘要本文以青海省天峻县木里冻土地区为研究区，该研究区位于青藏高原东北部、祁连山中段南麓，借鉴前人研究成果，通过对研究区第四系地层剖面进行实测取样，进行粒度、磁化率和古温度分析，并与青藏高原古里雅冰芯50 ka.BP以来的氧同位素阶段进行了对比，恢复了研究区末次冰期中期以来的气候环境变化特征及演化历程。得到以下结论：1、研究区第四系地层，主要包括上更新统乐都组上部与全新统全部，其中上更新统乐都组上部与下覆基岩相接，交界处年龄约为44.84 ka.BP，而其与全新统的界限年龄约为11.37 ka.BP，交界处有一个灰褐色含砾石粘土层。2、该研究区晚更新世晚期末次冰期中期以来在古气候环境、沉积环境方面经历了三个阶段的变化。从旧至今分别为较暖的晚更新世晚期末次冰期中期间冰期阶段（约44.84 ka B.P.至31.54 ka B.P.），该阶段为暖湿背景下的冰水相和洪积相沉积，沉积物粒度相对偏粗，磁化率和古温度值也较高。期间气候波动，有异常温暖时期，沉积速率较快，降温较升温更迅速。寒冷的末次冰期盛冰期和冰晚期阶段（约31.54 ka B.P.至11.32 ka B.P.），在末次冰期中最冷，冰川规模最大的阶段就是末次冰期盛冰期和冰晚期，沉积特征为冷干背景下的冰水河流相沉积，水动力弱且不稳定，沉积物细粒成分增多，磁化率显著下降，在冰晚期气温回升。气候总体温润的全新世阶段（约11.32 ka B.P.至今），自此开始升温进入冰消期，主要为冰水沉积和冲洪积沉积物，沉积物粒度粗细介于盛冰期和末次冰期中期间冰期之间。磁化率和古温度较盛冰期偏高，在中期存在大暖期，总体气候暖湿，但仍存在次一级的较为频繁剧烈的冷暖波动。3、研究发现，在本研究区内铁氧化物比值恢复的古温度与磁化率、粒度数据相关性较好，在一定程度上可以用来作为高寒冻土区的环境代用指标。剖面与古里雅冰芯50 ka.BP以来的氧同位素数据匹配度好，发现可将研究区内末次冰期中期以来的气候环境变化过程分别对应于古里雅冰芯氧同位素的第1、2、3（a和b）阶段，且剖面数据特征峰谷值部位对哈因里奇事件（H1至H4事件）、新仙女木事件（YD事件）、Allerod-Bolling间冰阶暖事件均有较好响应。关键词：木里地区，气候环境变化，粒度，磁化率，古温度，氧同位素阶段AbstractThis paper seclected the quaternary stratigraphic in Muli permafrost aera of Tianjun county of Qinghai Province as research object, which is in the northeast of Qinghai-Tibet Plateau and adjacent to the south of Mid-Qilian Mountain. On the base of previous studies, this paper took some analysis about particle size, magnetic susceptibility and paleo temperature and compared the characteristics of them with the paleo oxygen isotope stages in Guliya Ice Core since 50 ka.BP. Then this paper rehabilitates the process and evolution of climate changing in research area since mid-last glacial age of Late Pleistocene. And the main conclusions are as follows:1. The quaternary stratigraphic in research area includes the upper Ledu formation of Late Pleistocene stratigraphic and all the Holocene stratigraphic. The age of the boundary between the upper Ledu formation and the bedrock which is below it is about 44.84 ka BP. And the age of the boundary between the upper Ledu formation and the Holocene stratigraphic in which lies a gray-brown clay containing gravel isabout 11.37 ka BP.2. The paleo climate and sedimentary environment of research area have three stages since mid-last glacial age. The most old and warm stage is a interglacial age of mid-last glacial age between the age 44.84ka BP and 31.54 ka BP. In this stage, the foremost sedimentary facies is outwash and flood depositions. The particle size is thicker, and the value of magnetic susceptibility and paleo temperature is greater than the otherss. During this stage, climate fluctuated and had a abnormal warm event, which leaded to a greater speed of sedimentary. Then it came the coldest stage which is called the Last Glacial Maximum and Late Glacial, dating age is between 31.54ka BP and 11.32 ka BP. The foremost sedimentary facies is outwash with some characteristics of fluvial deposits, meaning that this stage had a weak and unstable transportation power. Fine particles composition increases with a significant reduction of the value of magnetic susceptibility and paleo temperature. But during the later period of Late Glacial, the paleo temperature incressed gradually with some sudden and short cold events, such as YD event. The newest stage is Holocene from 11.32 ka BP to nowadays, The foremost sedimentary facies is outwash and alluvium-flood depositions. The the value of magnetic susceptibility and paleo temperature is greater than the priors. this stage has gone through cold dry- Megathermal-coolminor stages , which of the middle is a relatively long warm period, which is called Megathermal. Although the weather is warm and wet in general, it also has some minor intense and frequent fluctuations between warm and cold.3. The analysis show that the paleo temperature which is calculated and based on the Iron oxide ratio can be used as climate index of the cold plateau in some degree, because of its good correlation with particle size, magnetic susceptibility. And the climate change characteristics since mid-last glacial age in research area could be corresponding well to the different stages of the paleo oxygen isotope stages in Guliya Ice Core since 50 ka.BP respectively, such as OIS1, OIS2, OIS3a, OIS3b. In addition, the peaks and valleysof the climate change characteristics could also be corresponding well to the sudden cold events, such as Heinrich event(from H1 to H4), Younger Dryas event(about 11 ka BP), or the warm event, such as Allerod-Bolling event(shortly before YD event).Key words: Muli Area, Paleo Climate and Environmental Evolution, Particle Size, Magnetic Susceptibility, Paleo Temperature, Paleo Oxygen Isotope Stages目 录摘要4Abstract5第 1 章 前言11.1 选题依据与研究意义11.2 前人研究工作21.3 研究内容与技术路线31.3.1 研究内容31.3.2 技术路线41.4 主要工作内容安排41.4.1 野外工作41.4.2 室内工作5第2章 研究区自然和地质背景62.1 自然地理概况62.1.1 区位及交通62.1.2 气候及水文状况72.1.3 资源禀赋72.2 社会经济概况72.2.1 基本社会情况72.2.2 工农副业生产82.2.3 历史沿革82.3 区域地质概况82.3.1 地质背景82.3.2 冻土分布状况92.4 区域第四系地质92.4.1上更新统乐都组92.4.2全新统10第3章 剖面岩性描述及地层划分113.1 QH-13-1剖面地层描述及年代123.1.1 剖面1地层描述123.1.2 剖面1年代分析143.2 QH-13-2剖面地层描述及年代153.2.1 剖面2地层描述153.2.2 剖面2年代分析173.3 QH-13-3剖面地层描述及年代193.3.1 剖面3地层描述193.3.2 剖面3年代分析213.4研究剖面的地层划分与对比21第4章 木里地区末次冰期以来的气候演变234.1 环境代用指标234.1.1 粒度分析方法234.1.2 磁化率分析方法274.1.3 铁氧化物的古温度估算方法284.2 QH-13-1剖面揭示的古气候变化294.2.1 剖面1粒度分析294.2.2 剖面1古温度与磁化率和平均值的对比344.3 QH-13-2剖面揭示的古气候变化364.3.1 剖面2粒度分析364.3.2 剖面2古温度与磁化率和平均值的对比404.4 QH-13-3剖面揭示的古气候变化424.4.1 剖面3粒度分析424.4.2 剖面3古温度与磁化率和平均值的对比454.5研究区的古气候变化过程464.6 古气候变化与古里雅冰芯氧同位素记录的对比48第5章 结论525.1 结论与进展525.2 存在问题及研究期望53致谢54参考文献55附 录57中国地质大学（北京）硕士学位论文第 1 章 前言1.1 选题依据与研究意义第四纪期间青藏高原迅速隆起，逐渐发展成今天雄壮天下的世界屋脊。伴随青藏高原逐渐隆起，其气候环境的整体格局也发生了巨大变化。作为高寒仅次于南北极的世界第三极，青藏高原是全球气候变化重要的启动器和效应器，与全球气候的变化有着千丝万缕的密切联系，对于第四纪冰期和间冰期交替的气候变化影响极大。研究青藏高原区域气候环境已成为全球变化研究的热门话题，通过研究，我们不仅可以重建和探究青藏高原及其周边地区古气候环境变化过程、规律和环境效应，也可为有效预测推演未来气候变化提供可靠的数据，从而为人类更好地生存和发展提供科学的气候环境建议和参考。另外，工业革命以来，人类社会进入到了前所未有的快速发展期，如何解决环境污染的弊病、气候突变和缓解能源枯竭的威胁无疑是人类社会生产生活中的一个新的挑战，节能减排，实现经济社会生态协同发展的共赢局面已成为全球共识。天然气水合物（化学式CH4.n H2O，也可简称可燃冰）是一种高能高效且无污染的极优质清洁能源，被公认为是世界上仍尚待开发的最大最有远景的新型战略能源和资源。全球天然气水合物储量巨大，据估测，迄今为止，全球现今已探明的天然气水合物储量巨大，约在油气等全球传统化石能源储量的两倍以上。我国冻土分布广阔，总面积可观，达215万平方公里，位列世界第三，具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。据科学家初略估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。而我国祁连山冻土区地处青藏高原东北缘, 海拔在3000m以上，常年高寒，连续冻土区内的年平均地温低，为1.5至2.4，冻土面积广阔，约104km2，冻土层厚度大，为50至139 m(曹代勇等，2009)。祝有海等通过对祁连山南麓冻土区内木里煤田33号钻孔的各项资料进行综合分析，认为该区的温压条件对形成天然气水合物非常有利(祝有海等，2006)。随后在2009 年，我国地质界再传捷报，地调局在木里煤田聚乎更矿区首次钻取得到天然气水合物的实物样品，由此我国成为全球第一个在中低纬度高山冻土区取得到天然气水合物实物的国家(祝有海等，2009)。在时间尺度上，末次冰期是距离现代人类社会最近的一个深有影响的大冰期，期间研究区内冰川运动频繁，对天然气水合物的形成、赋存和散逸都有着紧密的影响，更好更精确地地掌握和了解第四纪末次冰期晚期以来木里地区的地层对比研究和气候环境变迁，可以为天然气水合物的赋存条件的影响机制探究和开采带来的气候环境影响提供必要的科学依据和参考，会极大地促进我国清洁能源发展和保障我国能源安全。本论文以中国地质大学（北京）承担的天然气水合物勘查与试采工程国家专项项目陆域天然气水合物环境监测及效应研究(编号: GZHL20110327)所属的祁连山木里地区晚更新世以来冻土剖面的取样和分析子项目为依托，项目来源于中国地质调查局油气中心。通过本项目内容的研究成果，可以完善和提高本研究区末次冰期晚期以来的地层数据的数量和精度；探求本研究区为代表的祁连山南青藏高原东北边缘地区的气候变化过程及特征表现，并据此力图恢复古温度，以探求研究区末次冰期以来的气候环境变化。1.2 前人研究工作至今国内外科研人员及专家对青藏高原气候环境变化进行了不同维度和指标的多项研究，取得的不少优秀的研究成果。通过对祁连山西段古地磁、孢粉、碳酸盐等资料进行研究，李麒麟认为青藏高原在第四纪一共经历了三个大的快速隆升期，这三个隆起期对高原气候格局形成和发展影响巨大，尤其是距今最近的晚更新世至今隆升期(160 ka. BP至今)对青藏高原气候环境的影响最明显，导致高原逐渐形成了以冷干与暖湿的气候波动组合为主的气候特征（李麒麟，2003）。贾玉连等通过对东亚季风区40 ka. BP 以来18个黄土/古土壤序列与27个湖泊沉积序列进行对比，发现青藏高原在40至24 ka. BP 期间存在异常暖期，甚至较 14至4 ka. BP 期间气候更为温暖湿润，在一些湖泊水面出现 40 ka. BP 以来的最高海拔和最大面积，这一时期是一次较大的湖泛期（贾玉连，2004）。沈吉研究分析了晚冰期以来青海湖沉积物植物孢粉、无机碳酸盐、地球生物等多项指标和数据，基本建立了青海湖自晚冰期以来的高分辨率古气候变化规律。结果表明，约18.2 ka. BP左右，青藏高原气候末次冰期盛冰阶消亡，开始转入晚冰期；在约 15.4 ka. BP气候开始偏于暖湿，到7.4 ka. BP 时达到了最暖期；在约4.5 ka. BP 以后气候又逐步转入凉干，在晚冰期转向全新世期间气候的冷暖干湿波动频率高且较剧烈（沈吉，2004）。陶铭灿通过对乐都盆地的研究，将青藏高原东北部靠近祁连山区上更新统地层划为乐都组（陶铭灿，1977）。程波通过对青藏高原东北缘共和盆地达连海末次冰消期以来的孢粉、粒度、碳酸盐含量进行研究分析，重建了共和盆地末次冰消期以来的古气候环境。其发现其末次冰消期以来的气候快速变化过程与北半球冰芯、深海沉积物沉积特征和高分辨率的石笋及泥炭记录都有很好的可比性，但响应相对滞后。其认为这种较短尺度的气候快速波动主要是受北大西洋温盐环流的突变影响，而长期气候变化影响因素可能是太阳辐射强度驱动西南季风进而影响气候变化（程波，2006）。姚檀栋等通过对古里雅冰芯氧同位素（其氧同位素阶段简称OIS）和60N太阳热辐射的研究，也得出了较为相近的结果和解释（姚檀栋，2001）。朱照宇等通过研究得出青藏高原东北缘的气候事件与其他广大地区在发生阶段和时间上的有着较好的相似性，其认为这表明青藏高原气候环境变化受全球气候动力系统的统一控制，并佐证了了气候和构造旋回的普遍对应性（朱照宇，1994）。但在对以本研究区为代表的青藏高原东北部冻土区气候环境变迁的研究在目前来看还有待于进一步完善，虽亦有对于此研究区内晚更新世以来气候环境变迁的研究，但所采用的试验方法、精度和分析方法还有待改进，故对于本研究区内的末次冰期中期以来的气候环境特征研究仍有待弥补的研究价值和有益的数据参考。1.3 研究内容与技术路线1.3.1 研究内容论文的主要研究内容是通过广泛收集国内外冻土区，尤其是青藏高原冻土区晚第四纪气候变化与多年冻土发育的研究成果，有针对性的在研究区对祁连山多年冻土区重点钻探区开展野外调查工作，进行地层剖面的测制和系统取样、古冰川遗迹的调查，选取具有代表性的层剖面，进而获取第四纪沉积物，运用光释光、14C 测年手段，对研究区第四系地层进行初步的划分，取得横向上的对比，确定研究区地层的界限及年龄；通过对第四系地层沉积物沉积相的观察、描述及实验测试分析，还原出研究区的沉积环境；利用磁化率、铁氧化物比值等古气候指示指标来重建研究区末次冰期晚期以来的古气候及古环境，并与全球性的气候事件和气候环境变迁特征进行对比研判。研究区内第四纪发育情况复杂，沉积类型多样，是记录地质历史时期重要的载体，在很多时候，沉积物的岩相和岩性特征可以反映出当时地质历史时期的沉积环境状况。一定程度上，对比分析沉积物的颜色变化特征，也有助于了解过去地质地貌的状况，可以很好地反映出沉积物形成地质时期的古气候变化特征，并以其为标志来划分和对比第四系地层；沉积物的粒度分析可以用来分析判断迥异的沉积作用的搬运介质强弱，这种重要依据可为古气候环境对比分析提供参考；样品沉积物的磁化率值受到沉积物形成时气候变化的影响，而沉积物颗粒的大小各异和不同的物质来源在一定程度上也会影响磁化率特征，磁化率是很重要的古气候指示指标，在第四纪古气候环境变化的研究中也得到了广泛的应用。主要进行的科学问题研究有：（1）、进行研究区域内地层剖面的测制和系统取样、地貌的调查；（2）、磁化率、粒度特征变化及与气候事件对比； （3）、沉积环境类型、特征的时空变化；（4）、铁氧化物还原古温度。1.3.2 技术路线论文总体的技术路线是：分析和了解项目背景和要求，确定与之相适宜的研究目标和预期结果广泛收集、整理并分析前人研究工作确定研究区范围和研究内容及有效指标制定出野外和室内的工作方案，做好准备工作野外制测剖面、取样（磁化率、粒度、年龄测试、孢粉、地球化学等样品）室内试验和结果分析得出结论，总结工作并就下一步工作做出相应安排。1.4 主要工作内容安排1.4.1 野外工作本论文的野外作业时间主要是在 2013 年6月至8月、2014年6月至7月期间进行，主要进行了以下几方面的工作：（1）野外踏勘，寻找具有典型代表的第四系地层剖面，本次野外测量第四系地层剖面共计 3条。测量剖面的厚度，记录剖面的岩性岩相特征，对第四系地层剖面进行分层描述，对标志层进行拍照，绘制野外剖面素描图。（2）野外踏勘，观察和记录研究区内第四纪冰期活动遗迹。（3）粒度、磁化率、地球化学、测年等样品采集，其中粒度和磁化率样品间距 10 cm；测年和地球化学样品根据实测剖面层位情况送测，间距不一。1.4.2 室内工作室内工作任务主要是资料的收集和样品的测试及结果分析，具体工作有：（1）进行前期资料收集，分析及提取有效信息。（2）运用CORADRAW等绘图软件绘制第四系地层剖面图和柱状图；整理野外照片和资料，统计样品并送测。（3）利用岩性岩相、光释光和14C测年方法确定相应地层年代。（4）进行粒度、磁化率、地球化学等样品的测试及数据分析，总结粒度、磁化率、地球化学数据分布特征，进而还原沉积物形成时期古环境、古温度信息，进行地层划分与对比，建立该地区末次冰期晚期以来的地层格架及古气候演变序列。得出结论，并就实际工作中存在的一些问题提出在接下来的工作中继续努力，加以完善的目标和任务。59第2章 研究区自然和地质背景2.1 自然地理概况2.1.1 区位及交通木里镇在行政上隶属于青海省海西州天峻县，地处县境北部，北纬3712至3820N和东经9716至9942E之间，距县城166千米，属于祁连山中段南麓和青藏高原东北缘过渡的木里盆地，东邻海北州，南与织合玛乡、舟群乡相连，西与阳康乡、龙门乡相接，北部与苏里乡毗邻。自西宁出发沿315国道西行315公里至天峻县后北转沿天木公路（天峻县城至木里镇）北行140余公里即可到达木里镇，天木公路部分是硬化道路，主要分布在途中各镇上，比较方便，但仍有相当部分路段还是砂石路面，行车较为颠簸，加之运输煤炭车辆较多，部分路段交通有时较为拥堵。木里镇境内有铁路45.9公里，可通往柴达木，镇上建有木里火车站和货场，主要以煤炭运输为主。项目研究区范围主要处于木里镇，地理坐标范围为：9850E至9930E，3755N至3813N之间（见图2-1）。图2-1 研究区位置及周边交通图2.1.2 气候及水文状况木里地区平均海拔4500米，为全县最高海拔，地势西高东低，多年冻土层广泛分布；地形以盆地和山地为主；气候上属高原大陆性气候，木里是天峻县气候最寒冷的地区，全年严寒干燥，年平均气温约为-5.3，四季差别不明显，最冷1月份为-17.2，最暖7月份为15.6；年均降水量为 280至780mm；草场广布，植被类型多以高寒沼泽类和高寒草甸类为主；年均日照时数高于全国平均水平，为3004 小时，太阳辐射量也较高，为160千卡平方厘米；常年风速较大，为3.5米/秒，最大风出现在在冬季，可产生风速最大达40米/秒的狂风。2.1.3 资源禀赋储量巨大的煤炭资源是木里主要的矿产资源，其储量可占全省煤炭储量的2/3，占全国煤炭储量的1/15。煤炭资源优质，具有低污染、低成本、高热量效能等特点，市场前景非常广阔。中国地质调查局于2009年在此发现了新型高能清洁能源天然气水合物的实物样品。此外，本地区其他矿藏资源也较丰富，诸如石膏、石棉、硫黄、铜等多种矿物资源，冬虫夏草、水母雪莲、红景天等名贵中药物材。境内珍贵野生动物有分布且种类较多，如野驴、野牦牛、雪豹、黄羊、湟鱼、狼、棕熊等。大小淡水湖泊近20个星罗分布于木里地区，其中以西北部的措喀莫日湖面积为最，湖水面积可达3.05平方公里，该湖是典型的冰蚀堰塞湖，旁边冰斗、刃脊、冰川谷等冰川遗迹均有出现，湖内盛产著名保护性鱼种湟鱼。哆嗦河、唐莫日曲在本研究区内属于主要河流，为大通河提供了极大量的水量。木里地区是地质科研、矿藏开掘、动物考察、休闲旅游的好去处。2.2 社会经济概况2.2.1 基本社会情况木里镇总面积约为2289平方公里，共辖佐陇、唐莫日、角合根、赛纳合让4个牧委会。全镇牧业总人口1000余人，民族成分以藏族为主，占总人口的98。流动人口约2.5万人，流动人口变动大，煤炭开发企业生产经营旺季人多淡季人少。各村基本实现路通，但相当一部分道路是砂石土路，镇内不通水，以河湖水为主要水源，局部地区已实现通电，但不时会出现停电，建有基础通讯设备，有圆通快递收发点，并已开通班车客运。镇域内党政机关、卫生院、商店、菜铺、加油站、兽医站、餐馆等较完备，主要沿天木公路两侧分布，自2011年开始，县民族小学开始安排接收木里小学学生入学。在木里，各煤炭企业均有自建的独立的作业区、办公区、生活区。木里镇藏族风情特色独特，自然景观壮观雄奇，分布有广阔的草原、湖沼、雪山等。2.2.2 工农副业生产全镇现存草场的总面积近60万亩，目前，有4个生态畜牧业专业合作社。截至2011年底统计数据，全镇共拥有各类牲畜3万余头，其中牦牛和羊分别近1.5万头，马400余匹。近年来木里煤炭资源开发和整合成果显著，相关部门通过多种方式和手段，将木里矿区现有企业整合重组，整合为青海矿业股份有限公司和青海大美煤业股份有限公司。木里、龙门等地牧民以集体参股形式从青海焦煤集团的采矿收益中取得红利，从2009年开始，牧民每年的分红利润可达500万元。长期以来，在本地区均有各种地质、环境生态等科研项目实施进行，各地勘院、地调院、105队等均在此取得了各种卓有成效的工作进展。2.2.3 历史沿革木里镇在行政上，自1956年至1960年隶属于上环仓区，1969年改为木里公社，在1966年、1984年又分别改为木里乡。2005年，天峻县进行乡镇行政区划调整，决定：撤乡建镇，其中木里镇政府驻地和行政区划范围不变，实行镇管村体制。2.3 区域地质概况2.3.1 地质背景自震旦纪以来，祁连山先后经历了震旦-中寒武世的大陆裂谷阶段、晚寒武-早中奥陶世的洋底扩张及沟弧盆体系阶段、早中奥陶世-晚奥陶世的俯冲造山阶段、志留纪泥盆纪的碰撞造山和石炭纪-三叠纪的两期陆内造山作用等演化阶段，形成了现今的地质构造格局（祝有海等，2006）。加里东运动使从早古生代就存在的祁连山地区古洋盆封闭并隆起受剥蚀；石炭纪期间，祁连山地区又开始沉降并接受浅海沉积；在二叠纪，北祁连隆起抬升成陆，南祁连直至三叠纪仍为浅海沉积，沉积一套海相砂泥岩夹灰岩建造；印支运动，使整个祁连山地区抬升受剥蚀；燕山运动开始，祁连山地区受影响较大，开始形成一些条带状断陷盆地，沉积了一套侏罗系含煤地层。红色细粒碎屑岩和粘土岩是白垩系和新近系地层的主要沉积物，在第四系主要以以冰水相、洪积相为主。研究区出露的地层主要包括中侏罗统江仓组(J2j)和木里组(J2m)，它们均含多个可采煤层，在盆地中第四系也有较为广泛分的布，沉积相以冰水-洪积和冰川相堆积为主。2.3.2 冻土分布状况木里盆地冻土分布广泛，季节性冻土发育，主要受季节变化和气温的影响，每年4月份季节性冻土开始融化，至9月回冻，季节性冻土层最大融化深度小于3m。木里盆地多年永久冻土发育程度和变化多受高程、地形、地下水和断裂构造等主要因素影响，厚度在60至80m之间，平均厚度61m，局部地区冻土深度最小厚度16m，最大可能达到120 m左右（尚铭森，2013）。2.4 区域第四系地质青海第四系地层皆为陆相沉积，具有高原沉积特征，有残积-坡积、冲洪积、风积、湖沼沉积、化学沉积、冰碛和冰水沉积等，沉积类型多样。本研究区位于祁连山隆起区的高寒区域，主要以冰川沉积为主，但也有零星风积黄土沉积分布。本研究区内自下而上、自地质年代从古到今建立了下更新统玉门组（Qp1y）、中更新统酒泉组（Qp2j）、上更新统乐都组（陶铭灿，1977年）、全新统地层。其中，下更新统、中更新统地层在本研究区分布较少，本文主要研究的是上更新统和全新统地层和上更新世和全新世以来的气候环境变迁机制。2.4.1上更新统乐都组上更新统乐都组（年龄约130Ka BP至10Ka BP）下部冰碛物沉积，以黄灰色砂砾层为主，厚约10至30m。本研究区内下部冰碛称为东沟冰期冰碛，冰川下达底线海拔为3200至3300m；中部为冰水-湖相砂砾、含砾亚粘土、含泥砾石层及黄土状堆积，属于东沟-三岔口间冰期产物，厚10至15m；上部冰碛层被称为三岔口冰期冰碛，沉积含砾砂岩、含泥砾石层。2.4.2全新统研究区内全新统（年龄约10Ka BP至今）厚约0至10m，为含砾的碎石或砂层、含泥砾石层，主要是冰碛-冰水沉积相，局部也有洪积、风积和湖沼沉积。第3章 剖面岩性描述及地层划分本研究共制取野外剖面3个，分别为QH-13-1（以下简称剖面1）、QH-13-2（以下简称剖面2）、QH-13-3（以下简称剖面3）三个剖面（剖面位置见图3-1），总厚度20.79m。其中剖面2为晚更新世晚期末次冰期中晚期以来的代表剖面，剖面1、3均为末次冰期期间的剖面，在一定程度上使得研究工作得以很好的对比和细化。图3-1 剖面位置及踏勘路线示意图3.1 QH-13-1剖面地层描述及年代3.1.1 剖面1地层描述剖面1位于木里镇多索河南岸，经纬度为380830N，991003E；海拔为4018.6m；剖面总高度为1040cm，下未见底。剖面1本身为天然露头，长度较佳，样品采集较丰富。该剖面共分14层，自下而上有三个从粗到细的旋回，岩性主要为一套砂砾石层。剖面描述（从上至下）如下（见图3-2、3-3）：1.腐殖层，呈深褐色，含植被根系，偶夹小砾石。 厚40cm2.灰黄色，粉砂，细砂，粉砂居多，含粘土及少量的小砾石。 厚10cm3.粘土质粉砂层，颜色比上一层浅，含有砾石。0.5-3cm砾石占多数，偶见大者粒径约6-8cm。 厚70cm4.砂砾层，灰黑色，砾石多为0.5-1cm，最大可达6cm。 厚50cm5.粉砂质粘土层，颜色为灰黄色。 厚40cm6.含砾亚粘土层，灰黑色粉砂质粘土夹小砾石。 厚10cm7.灰褐色粉砂质粘土层。 厚10cm8.含砾亚粘土层灰黑色粘土夹有小砾石。 厚30cm9.灰黑色粘土层，夹小砾石，砾石层多为2-5cm，中部灰黄色，下部颜色加深，粘土增多，且夹有一条黄色泥质条带。 厚120cm10.上部大砾石较少，多数粒径为4-8cm;中部砾石变大，填充小砾石磨圆较大砾石好；下部大砾石减少，多为3-8cm，夹有大小不一砾石，砂增多。 厚130cm11. 灰黑色黏土夹砾层,砾石分选性差，最大可达30cm，2-5cm居多。砾石多为次棱状，个别次圆状，小砾石较少,上部粘土增多。 厚40cm 12. 砂砾层,砾石大小不一，大者粒径达20cm，小者0.2cm左右底部平行向下约1m岩性一致,细砂充填其中;下部砾石变细，砾石减少，粘土增多。 厚190cm13. 砂质粘土，含砾石层。 厚80cm14. 砂砾层，粘土变少，砂和砾石增多,中部大砾石减少,小砾石和砂增多。 厚220cm图3-2 QH-13-1 剖面描述图3-3 QH-13-1 剖面部分层位示意图3.1.2 剖面1年代分析加速器质谱14C测年(简称AMS_14C)是上世纪80年代才逐渐发展起来的，是目前第四纪定年中精度最高、用途最广且最成熟的一种同位素定年法。AMS方法是利用C同位素衰变原理，计测样品现存的14C原子数，通过测定样品中14C与13C原子数目的比值，与现今标准含量对比，来推演相应的年龄和年代。该方法优势明显，测试所需耗的样品量用量极少，只需几毫克，甚至几百微克的碳量；快捷高效，测试的精度最高可达 0.5%，仅需30至60分钟即可完成测试；测试范围较传统14C测年方法大，因14C的半衰期为5730a，故传统14C测年方法主要适用于对距今约50000a的地质年代测定，而AMS技术的应用，使得在理论上，可以达到最大为 70000 a的测年范围，进一步扩大了14C法的测年范围，冰川冰缘冻土地区的土壤形态各异，碳同位素形成影响也较复杂, 季节性冻土层表层土壤由于受强烈的冻融作用，会发生土层位置变体积变化、地表膨缩、冰水冻融等现象，可能会使实际层位产生混乱或受到污染，甚至发生14C数据新旧颠倒的现象，这些对14C测年的准确性在一定程度上产生了消极的影响。而下面的永冻层，碳长期固结，与外界碳极少有交换，故测年结果会较精准。对于在钻孔中采集的样品，采集之前一定要剔除掉岩芯四周的污染物，特别要注意排除因钻孔工作时加人的泥浆。（顾功树等，1991年）。取样过程：首先，在剖面采制过程中选出一些颜色较深、有机质含量较多的层位；剔除掉所采样品周围的包裹围岩，尽量取层位内部未接触外界的样品100g左右，用塑料样品袋密封编号，冷冻保存；采每一个14C测年样品过程中都要戴上一次性塑料手套，避免外界碳质对样品产生污染。剖面1共送测14C测年样品4件，均在北京大学文博学院完成测试。分析剖面测年年龄与剖面深度关系（图 3-4），得出其拟合线性公式为：Y = 71.59X - 2244；R = 0.884（注：|r|1，若r0，说明两个变量正相关；若r0，则表明两个变量呈负相关；|r|越接近于1，分析数据相关程度越强；|r|越接近于0，则相关程度越若弱）。可以看出，地层的年代与剖面深度具有较好的相关性，符合变化规律和研究预期需求，因此年代数据是可取的。剖面1反映了第一副间冰阶早期的地层沉积。图3-4 QH-13-1 剖面年龄与剖面深度关系拟合图3.2 QH-13-2剖面地层描述及年代3.2.1 剖面2地层描述剖面2位于距木里镇多索河500至600m草甸草原较高位置处，经纬度为380532N，991013E；海拔为4063.2m；剖面总高度为440 cm，下覆为基岩。剖面2为神华集团507钻孔，涵盖年代较久，从末次冰期晚期直至现今，极具代表性。该剖面共分13层，自下而上有三个从粗到细的旋回，岩性主要为一套灰黑或灰黄色的含砾粘土层或砂砾石层。剖面描述（从上至下）如下（见图3-5、3-6）：1.灰黑色粘土层，混杂灰黄色粘土，内夹杂棕黄色条带粘土以及棕红色粘土。 厚60cm2.灰黑色粘土夹砾石，磨圆度差，大者5cm，小者几mm。 厚20cm3.灰黑色粘土层，粘土比上层偏细，含小砾石。 厚20cm4.灰黑色粘土层，颜色稍浅，砾石大小均匀，1cm左右，含大冰块。 厚20cm5.灰褐色粘土层，颜色浅，含大冰块。 厚20cm6.灰黄色粘土夹大砾石，砾石大者20cm，磨圆度差。 厚40cm7.灰黄色粘土，夹大砾石，磨圆度差。 厚20cm8.砾石层，冻土层。 厚20cm9.灰色粘土层，内夹小砂砾，砾石小的约1cm，大的约3cm。 厚20cm10.灰色粘土层夹大砾石，砾石大者在30cm，磨圆度差。 厚20cm11.灰色粘土层夹大砾石，最大砾石粒径可在20cm以上，磨圆度差。 厚100cm12.灰色粘土层永冻层在此结束。 厚20cm13.灰黑色粘土层夹黑色土，并且含有2cm大小砾石。 厚60cm图3-5 QH-13-2 剖面描述图3-6 QH-13-2 剖面岩心图3.2.2 剖面2年代分析近些年来，光释光测年法（optical stimulated luminescence dating）在热释光基础上发展起来，具有很好发展前景。其主要原理是：在埋藏之前晶体矿物受辐射完全激发，其释光信号被晒退置零，被埋藏后，受周围环境的电离辐射，结晶矿物释光信号又重新积累（陈慧娴，2013年）；在此过程中，释光信号积累的强度与所接受的环境辐射剂量成正比，而同一地点的晶体矿物的环境辐射剂量与积累时间也呈正相关；当结晶矿物再次被暴露受到辐射完全激发时，会再次释放出光释光信号，被仪器捕捉到即可进行测试，通过对所采样品的处理和检测可以用之反推测年样品上一次完全曝光到现今再次曝光的时间间隔，进而判别出所采样品的测年数据。其测年范围介于数百年到100万年之间，在第四纪地质环境研究中有着很好的用途和较为理想的数据结果。光释光测年年龄计算公式可以表示为（陈慧娴，2013年）: A = N / B 或 A = De/ Dy 公式(3-1)其中A表示样品的年龄，单位为千年(Ka)或年(a)；N表示样品埋藏阶段储存的环境辐射剂量总量；B表示样品所在埋藏环境单位时间内的辐射剂量；De表示等效剂量，即实验室产生相当于样品天然释光信号所需要的辐射剂量，单位Gy或mGy；Dy表示环境剂量率，即样品在埋藏环境中单位时间内所接受的环境辐射剂量，单位为Gy/Ka或mGy/a。传统观点认为，在被埋藏之前，冰川沉积物释光信号很难被完全晒退置零。另外，受到释光信号部分晒退和长石组分非正常衰减的影响，样品年代越老受到非正常衰减的影响越严重，因此，对于年代较老的样品可能会出现年代低于实际年代值的现象，而对于相对年轻的样品就可能出现年代值高于实际年代的现象，此外，在样品采集过程中，由于冰碛的相互叠压导致样品相互混杂从而不能准确反映地貌年代，这也会造成样品光释光年代与先前测定结果不一致（张志刚等，2012年）。但近年来实验表明，现代冰水沉积的光释光信号在被埋藏前是可以被完全晒退的。把石英矿物放在日光直接照晒20秒或长石在日光下照晒约6分钟后，其释光信号强度就会有至少99%的衰减；经几个小时的日光下暴露后，石英的释光信号甚至可以衰减近99.99%之多。相对而言，冰碛物更难被晒退，缘于其搬运距离较其它冰川沉积物更短，尤其是底碛和冰下沉积物更难暴露于阳光下，与表碛相比更难被晒退。研究表明，青藏高原东部的一些冰碛物主要为冰面表碛沉积，可获得可靠的光释光年龄（米小建等，2012年）。且青藏高原东部海拔较高，太阳高度较大，辐射强烈，所以在被埋藏之前，冰川沉积物释光信号可能被完全晒