（第四纪地质学专业论文）西宁盆地末次冰期晚冰阶古气候变化的黄土记录.pdf

两南大学硕十学伊论文 摘要 西宁盆地末次冰期晚冰阶古气候变化的 黄土记录 第四纪地质学专业硕士研究生严焕德 指导教师王建力教授 中文摘要 黄土研究在中国第四纪研究中独树一帜，始终位于国际第四纪研究的前沿， 其中最突出的成就在于对黄土堆积序列古气候变化过程的认识领先于对其它堆积 物的研究。黄土是记录新生代晚期以来全球自然环境和气候变化的最好载体。与 深邃的海洋或寒冷的极地相比，黄土保存环境信息的数量和内容都比前两者为多 为好，而且陆地是我们人类自己生存的环境，它所提供的气候、生物和化学以及 物理变化的信息远比深海和极地对人类生存更为直接和重要( 刘东生) 。 中国黄土由于包含可以反映气候变化的黄土一古土壤序列，并具有分布广，厚 度大，地层连续完整等特点，使之成为全球变化研究中更为理想的地质记录。 它不仅可以与深海沉积记录相对比，而且能够准确可靠地提供时空分辨率更高的 全球变化信息，有能力确定和对比不同时问尺度的变化事件，从而认识过去环境 演变的特征与机制，以及它们在评价预测未来变化中的作用。因此，在目前的全 球变化研究中，已把中国黄土序列作为探讨第四纪古环境演化的关键性记录，并 且开展了大量的工作，取得了许多令人瞩目的进展( 石建省) 。这些进展主要包括： 通过黄土高原不同剖面的对比，基本查明了2 5m a b p 以来古气候的长周期性变 化；在地层学研究的基础上，成功的识别与标定了若干第四纪地质事件；通过对 黄土一古土壤序列的生物地层、磁性地层、化学地层土壤特征与土壤组合等有 关指标的气候解释，初步揭示了整个第四纪时期黄土高原古气候变化的时空格局。 在与深海沉积记录对比的同时，联系地球轨道三要素( 岁差，偏心率和地轴倾斜 度) 的变化，进而理解第四纪古气候变化的驱动机制。进一步的工作目标主要集 中在短周期事件上，深入研究短时段( 特别是以2 5 万年以来和近2 0 0 0 年以来的古 气候变化作为重点) 的古环境及对环境要素的定量评价。 西宁盆地位于高原季风的控制区，这罩的黄土堆积良好地记录了第四纪古环 境变化的过程，对其进行深入研究可望获得高原季风气候变化的信息。同时，西 宁盆地位于我国东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区三大自然地理区的交界处， 是环境、气候变迁的敏感地带，这里沉积的厚层黄土敏感地记录了第四纪气候变 两南大学硕十学竹论文 摘要 化的过程，加强该区域的研究对于认识青藏高原隆起对我国及至全球的环境变化 和我国三大自然地理区的分异过程的影响以及揭示青藏高原甚至全球第四纪环境 变化都有重大意义。 过去对该区黄土的研究主要集中在沉积学，磁性地层学和年代学，磁学性质 和地球化学等方面，对高分辨率的第四纪环境变化研究较少。本次研究意在探讨西 宁盆地末次冰期晚冰阶西宁盆地高分辨率的气候变化过程。 本次研究的剖面总体表现为晚期马兰黄土l l l l ，但二个层位有弱成壤作用。 根据对剖面的观察及分析，将西宁盆地黄土剖面地层从上到下划分为六个地层单 元，黄土层从上到下依次划分为l 正l 、l i l i l 2 、l i l i l 3 ：古土壤层从上到下划分 为l l l l s l 和l i l l s 2 ( 又分为淋溶层l i l l s 2 e 和淀积层l t l i s 2 b ) 。对该剖面自下而上 每2 c m 连续采样，共采得样品1 7 0 个，进行分析研究。并且获得4 个年代测定样 品，进行了“c 年龄测定。 主要研究内容：1 剖面的选定及其样品的采集：2 实验项目的选定；3 样品 的处理及其测定分析；4 实验数据的分析及其讨论。 粒度是衡量季风强度长期变化的代用指标；全氧化铁含量与成壤强度成正相 关；有机碳和高温烧失量与黄土堆积之后的生物气候环境密切。本文采取以上四 个气候代用指标对本研究剖面进行了实验分析，并进行了年代测定，获取了次冰 期晚冰阶西宁盆地环境变化的资料。 代用指标的实验分析方法：粒度m s 2 0 0 0 粒度分析仪，全氧化铁一火焰法 ( t a s 9 8 6 原子吸收光谱仪) ，有机碳一重铬酸钾硫酸氧化法，高温烧失量一减重法。 年代测定用“c 法。 本文根据野外考察和实验分析，总结了西宁盆地末次冰期晚冰阶气候变化的 基本舰律，得出如下结论： 西宁盆地末次冰期晚冰阶内有二个间冰段事件和三个冰段事件。2 6k a b p 以 前处于未次冰期晚冰阶中的冰段，气候以干冷为主，冬季风占优势，夏季风削弱； 2 6k a b p 2 2k a b p 处于末次冰期晚冰阶中的自j 冰段，气候相对较为温湿，是末 次冰期晚冰阶中气候相对较好的一个时期；2 2k a b p 1 6k a b p 又处于末次冰期 晚冰阶中的冰段；1 6k a b p 后又经历了一次间冰段和冰段的交替。 关键词：西宁盆地末次冰期晚冰阶古气候变化黄土一古土壤代用指标 i i 两南大学硕十学伊论文摘要 p a l e o c l i m a t i cc h a n g ed u r i n gl a t es t a d i a lo ft h el a s t g l a c i a t i o nb a s e do nl o e s sf r o mx i n i n gb a s i n m a j o r ：q u a t e r n a r yg e o l o g y d i r e c t i o n ：q u a t e r n a r yg e o l o g ya n de n v i r o n m e n t t u t o r ：p r o f e s s o rw a n gj i a n l i p o s t g r a d u a t e ：y a nh u a d e ( s 2 0 0 4 0 9 8 7 ) a b s t r a c t d u r i n gt h el a t es t a d i a lo ft h el a s tg l a c i a t i o ni n l a t ep l e i s t o c e n e s e v e r a ll o c s s s e c t i o n s 、i t l lp a l e o s o lh a v eb e e nf o u n di nt h en o r t h e a s t e r nf i - i n g eo fq i n g h a i t i b e t p l a t e a u n 忙l o e s sa n dp a l e o s o le m e r g e da l t e r n a t e l yi nt h e s es e c t i o n s w h i c hr e v e a l e d t h ee n v i r o n m e n t a la n d o rc l i m a t i cc h a n g e s r e s e a r c hh a si n d i c a t e dt h a tt h e p a l e o c l i m a t ei nl a t es t a d i a lo f t h el a s tg l a c i a t i o ni su n s t a b l e x i n i n gb a s i no fq i n g h a ip r o v i n c ei s s i t u a t e di nt h ea l t e r n a t e dz o n eo fe a s t m o n s o o na r e a n o r t h - w e s ta r i da r e aa n dq i n g h a i - t i b e tp l a t e a u t h e r ed e p o s i t e dal o to f d e e pl o e s si nt h i sb a s i n t h es e c t i o ni nx i n i n gb a s i ni ss t u d i e di nt h i sp a p e r f i e l di n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fg r a i ns i z e ，t o t a lf e r r i co x i d e ( t f e ) ，t o t a lo r g a n i c c a r b o n ( t o c ) a n dh i g h t e m p e r a t u r el o s so ni g n i t i o n ( h l i ) i nt h es t u d i e ds e c t i o n d e t a i l e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp a l e o c l i m a t i cc h a n g ed u r i n gl a t es t a d i a lo ft h el a s t g l a c i a t i o n t h et h e s i sd r a w st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n ： t w ow e a k l ys o i l f o r m i n gl a y e r sc o n t a i n e di nt h es t r a t ao fl a t es t a d i a lo ft h el a s t g l a c i a t i o n t h e yr e f l e c t e dc l i m a t i ce v e n t si no n es t a d i a lp e r i o d ，2i n t e r g l a c i a li n t e r v a l s a n d3g l a c i a ls t a g e sr e c o r d e di nt h el o e s s b e f o r e 2 6k a b p ，p a l e o c l i m a t ew a sc o l d a n dd r yi nx i n i n gb a s i n w i n t e r m o n s o o nw a ss t r o n g e ra n ds u m m e rm o n s o o nw a sw e a k e r i tw a sag l a c i a ls t a g ei nl a t e s t a d i a lo f t h el a s tg l a c i a t i o n d u r i n g2 6k a b p 2 2k a b pp a l e o c l i m a t ew a sr e l a t i v e l yw a r m a n dh u m i d i tw a s a ni t e r g l a c i a li n t e r v a la n dt h ec l i m a t ew a sm i l di nt h ei a t es t a d i a lo f t h el a s tg l a c i a t i o n d u r i n g2 2k a b p 1 6k a b p ，i tw a sa n o t h e rg l a c i a ls t a g ei n l a t es t a d i a lo ft h e l a s tg l a c i a t i o na n dp a l e o c l i m a t ew a sc o l da n dd r y a f t e r1 6k a b p ，t h e r ew a sa na l t e r n a t i o no f g l a c i a ls t a g ea n di n t e r g l a c i a li n t e r v a l k e yw o r d s ：x i n i n gb a s i n ；t h e l a t es t a d i a lo ft h el a s tg l a c i a t i o n ； p a l e o c l i m a t i cc h a n g e ；l o e s s - p a l e o s o l ；p r o x y 1 1 1 独创性声明 学位论文题目： 耍主坌地盔逸鲨塑览盎险直氢送变丝鲍黄迢丞 本人声明所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者：乎炊 缸签字日期：弘舞名月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：乎 袭德，导师签名：歹多多# 多 签字日期：伽7 年乒月7 0 1 j签字日期：加7 年乒月2 - o e i 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话：(! 邮编： 两南犬学硕十学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 黄土研究在中国第四纪研究中独树一帜，始终位于国际第四纪研究的前沿， 其中最突出的成就在于对黄土堆积序列古气候变化过程的认识领先于对其它堆积 物的研列1 ，2 l 。黄土是记录新生代晚期以来全球自然环境和气候变化的最好载体。 与深邃的海洋或寒冷的极地相比，黄土保存环境信息的数量和内容都比前两者为 多为好，而且陆地是我们人类自己生存的环境，它所提供的气候、生物和化学以 及物理变化的信息远比深海和极地对人类生存更为直接和重要p j 。 全球变化研究是对人类赖以生存的地球环境进行探讨过去、对比现在，并预 测未来的工作。它要求把一定时期的古气候，古环境进行全球对比，以揭示其变 化的区域性差异和驱动机制。要达到这一目的，首先需要以研究不同地点的沉积 记录为基础。从时间尺度上看，第四纪，尤其是晚第四纪沉积记录是研究过去全 球变化最有价值的信息库。二十世纪五十年代以来，科学工作者已经从深海沉积 记录中获取了大量的有关参数。这些参数在理解全球变化方面具有非常重要的意 义。但是，进几十年的工作表明，中国黄土由于包含可以反映气候变化的黄土 古土壤序列，并具有分布广，厚度大，地层连续、完整等特点，使之成为全球变 化研究中更为理想的地质记录 4 1 。它不仅可以与深海沉积记录相对比，而且能够 准确可靠地提供时空分辨率更高的全球变化信息，有能力确定和对比不同时间尺 度的变化事件，从而认识过去环境演变的特征与机制，以及它们在评价预测未来 变化中的作用。因此，在目i ；i 的全球变化研究中，已把中国黄土序列作为探讨第 四纪古环境演化的关键性记录，并且开展了大量的工作，取得了许多另人瞩目的 进展【”。 这些进展主要包括：通过黄土高原不同剖面的对比，基本查明了2 5m a b p 以来古气候的长周期性变化；在地层学研究的基础上，成功的识别与标定了若干 第四纪地质事件；通过对黄土古土壤序列的生物地层、磁性地层、化学地层、土 壤特征与土壤组合等有关指标的气候解释，初步揭示了整个第四纪时期黄土高原 古气候变化的时空格局。在与深海沉积记录对比的同时，联系地球轨道三要素( 岁 差，偏心率和地轴倾斜度) 的变化，进而理解第四纪古气候变化的驱动机制。进 一步的工作目标主要集中在短周期事件上，深入研究短时段( 特别是以2 5 万年以 来和近2 0 0 0 年以来的古气候变化作为重点) 的古环境及对环境要素的定量评价【4 j 。 有关西宁盆地黄土的研究取得了以下几个方面的成果： l 、西宁盆地黄土形成年代物质组成和古气候信息 根据古地磁、磁化率、粒度和重矿物分析及电镜扫描石英砂表面特征研究， 西宁盆地黄土形成时间为1 2m a b p ，包括全新世黄土、马兰黄土、离石黄土和 荫南大学硕士学伊论文第一章文献综述 午城黄土。重矿物以不透明矿物、角闪石为主，次为绿泥石、锆石和金金红石等。 西宁盆地黄土记录了1 2m a b p 的古气候信息。l i 和l 2 是末次冰期和倒数第二次 冰期的产物。倒数第二次冰期比未次冰期更为干冷，极盛期为0 1 5 5m a b p 。s i 、 s 2 和s 4 可能代表1 2m a b p 以来本区最为温暖湿润的时期f 5 。j ；西宁盆地黄土记录 的高原季风环流在相当于深海氧同位素阶段5 e 特别强，在5 a 和5 c 阶段接近于阶 段3 。高原夏季风和冬季风存在位相差以及冬季风强的时候夏季风不一定弱，夏 季风弱的时候冬季风不一定强l ”。 2 、西宁盆地黄土物质来源研究 西宁盆地黄土包括从s o 至l 1 7 连续黄土序列，黄土开始发育的时间为l t 2 m a b p 黄土粒度粗，不稳定重矿物含量高，表明西宁盆地黄土区距黄土物源区近， 黄土中的石英砂粒多具冰川、冰缘作用的表面机械微结构和形态，结合离石黄土 古风向研究及大气环流特征，西宁盆地黄土主要来源于青藏高原第四纪冰川作用 所产生的大量粉砂物质恤1 6 1 。 3 、西宁盆地黄土元素组分变化 通过对西宁盆地黄土常微量元素的测定，研究了该地区黄土沉积的地球化学 特征相对于上部陆壳元素平均值，西宁盆地黄土显著c a 、m g 、t i 、v 、c r 、n i 、 y 、z r 等，而亏损s i 、a l 、k 、n a 、s r 、n b 等；相对于中国黄土元素平均值，明 显富含f e 、c a 、m g 、k 、t i 、c r 、m n 、c u 、r b 、s r 、n b 、b a 、p 、s i 、n a 、c o 、 n i 、p b 则表现为亏损。西宁盆地黄土尚处于脱c a 、m g 的初级风化阶段。风尘堆 积时该区的气候比黄土高原干冷，这与青藏高原第四纪以来的强烈隆升有直接关 烈n 1 8 l 。证明s r 、c a o 含量变化可以作为西宁盆地黄土灵敏的古气候代用指标 【l ”1 1 。 4 、西宁盆地黄土磁性地层学研究 学者们在西宁盆地开展了大量的黄土剖面磁性地层学研究 2 2 - 2 6 l ，在s 。古土壤 内发现了清晰的磁极性异常，s l 主要寒冷时期对应于深海5 d 阶段，s l s 2 对应于5 e 阶段，s l s l 三层分别对应于深海5 a 、5 b 、5 c 阶段，布拉克极性倒转事件( t h eb l a k e g e o m a g n e t i cp o l a r i t yr e v e r s e de v e n t ) 持续2 万年1 2 引。 从二十世纪世纪三十年代始，杨钟健、德日进等中外学者就开始研究中国黄 土，确定华北晚更新世黄土为典型的风力堆积物，定名为马兰黄。八十年代以静， 对于第四纪黄土的分布、成因和地层化分作了大量的工作，但对于晚更新世黄土 的系统研究较少吲。 八十年代以来，刘东生【1 2 酊、王永焱1 2 9 1 、张宗祜圳、安芷生1 3 l l 、李吉均【3 2 】等 将许多新的研究手段和方法引入黄土研究中，在黄土与古土壤的年代测定、地层 划分，以及形成环境等方面取得了巨大的进展。晚更新世黄土地层含有最后一个 2 州南大学硕十学伊论文第一章文献综述 间冰期一冰期旋回中环境变迁的多种信息，对其研究引起了广泛的重视，人们期 望从中提取更多更详细的反应古气候、古环境演化的信息i ”1 。王永焱口9 】曾指出六 盘山以东黄土高原南部的晚更新世黄土中夹有一二层灰棕色古土壤。安芷生p l j 提 出北京斋掌马兰黄土央有一层褐灰色古土壤，其1 4 c 年龄为2 3 0 0 0 _ + 1 2 0 0 年。黄春 长1 3 3 1 在研究武功尚家坡剖面、洛川秦家寨剖面和蓝田城东剖面等马兰黄土时，发 现其中夹有两层明显区别于黄土的褐灰色、褐红色层，并对其进行了追索，发现 其侧向延伸比较稳定，经过深入分析研究，确定它们是发育程度较低的两层古土 壤，明确地将马兰黄土划分为五个地层单位，进而揭示其形成时期气候有明显的 波动口7 l 。 刘东生 2 s l 、安芷生【3 4 1 、孙建中【3 5 1 、刘嘉麒【3 6 1 等许多学者利用多种手段对晚更 新世黄土和古土壤进行了广泛深入的研究，证明马兰黄土中广泛地存在两层古土 壤；马兰黄土之下的s l 为复合型古土壤。从中获得了大量的环境变化信息和测年 数据，并建立了许多气候代用指标，用于论证过去1 2 5 万年东亚季风演变的规律 1 2 7 l 。 马兰黄土l l 包含五个次一级地层单位，对应于末次冰期次一级旋回的季风 气候变化，已经在大量的晚更新世黄土地层剖面得到证实【3 7 3 8 l 。黄土记录的末 次冰期气候事件分为五个冰阶 2 1 ，l l l i 是最后一个冰阶。冰阶气候也是波动的， 青藏高原边缘甘肃临夏盆地塬堡马兰黄土剖面中l l l l 内有二个间冰段事件和三 个冰段事件【3 9 1 ，这与末次冰期中气候的不稳定性有关。 两南大学硕+ 学伊论文 第：章绪论 第二章绪论 2 1 选题意义 青藏高原的热力和动力作用形成了独特的高原季风现象，青藏高原及其周边 地区的气候变化受控于高原季风强度的变化，与东亚季风相比，二者在影响范围、 气候特征和驱动因子等方面都有重要不同，而且地质时期高原季风变化的研究还 相当薄弱。而西宁盆地位于高原季风的控制区，这里的黄土堆积良好地记录了第四 纪古环境变化的过程，对其进行深入研究可望获得高原季风气候变化的信息。同 时，西宁盆地位于我国东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区三大自然地理区的 交界处，是环境、气候变迁的敏感地带，这里沉积的厚层黄土敏感地记录了第四 纪气候变化的过程，加强该区域的研究对于认识青藏高原隆起对我国及至全球的 环境变化和我国三大自然地理区的分异过程的影响以及揭示青藏高原甚至全球第 四纪环境变化都有重大意义。 开展本地区的短时间尺度的高分辨率的环境变化研究，可以丰富我国黄土研 究的内容，揭示青藏高原隆升的环境效应。 2 2 研究内容 主要研究西宁盆地黄土剖面的粒度、全氧化铁、有机碳和高温烧失量等的变 化特征，并由此探讨末次冰期晚冰阶西宁盆地的气候变化过程。主要研究内容如 下： 1 剖面的选定及其样品的采集； 2 实验项目的选定； 3 样品的处理及其测定分析； 4 实验数据的分析及其讨论。 2 3 代用指标的选择 黄土由于包含可以反映气候变化的黄土一古土壤序列，并且具有分布广、厚度 大、地层连续完整的特点，使之成为全球变化研究中理想的地质记录。黄土记录 的古气候古环境研究中的代用指标主要有；孢粉、氧化铁、元素组分、稳定同位 素、重矿物、古土壤显微结构、粒度、磁化率、c a c 0 3 、高温烧失量、岩石风化系 数、有机质等【4 1 。 本次研究结合实验条件，选择粒度、全氧化铁、有机质和高温烧失量四项代 用指标进行实验分析。 4 两南大学硕十学( 青论文第：章绪论 2 4 研究过程 2 4 1 技术路线 2 4 2 工作流程 图2 - 1 技术路线 f i g 2 一lt h et e c h n o l o g yl i n eo f r e s e a r c h 图2 _ 2 工作流程 f i g 2 2t h er e s e a r c hp r o c e s s 西南大学硕+ 学侍论文第：章绪论 2 5 拟解决的问题 西宁盆地地处黄土高原的西端，青藏高原的东北缘，在地理位置上处于我国 东部湿润季风区、西北内陆干旱区和青藏高原高寒区的交汇地带。西宁毓地黄土 沉积速率快，记录了丰富的第四纪环境变化信息【5 l 。过去对该区黄土的研究主要 集中在沉积学【5 13 1 、磁性地层学和年代学 1 0 , 1 4 - 1 8 l 、地球化学 1 7 - 2 1 】和磁学性质1 7 2 埘l 等方面，对高分辨率的第四纪环境变化研究较少。本次研究意在探讨西宁盆地末 次冰期晚冰阶西宁盆地高分辨率的气候变化过程。 6 两南天学硕+ 学静论文 第，章研究区域概况 曼曼鼍寰鼎燃皇曼曼! 曼曼璺鼍鼎鼎删舞皇曼皇曼舅量冀 i l l l l i i i i h l l 皇! 烹曼皇! 鼍篁慧燃皇曼曼曼曼曼曼邕 第曼章研究区域概况 两宁瓮地位于青海东部，瑟面积为7 6 0 0 平方千米，禚地理位置上处于我国黄 土高躐与青藏高原过度地带，其地形地貌兼俱二者特色。在地质构造上属于祁连 山地檄蓿皱系毯宁孛薪生代断酸靛遗，境内由意重叠，秘流沟岔纵横甥割严重， 主要由豚均为大援谴l 和拉脊由余躲，瑰貔复杂，海拔2 1 7 0 4 8 9 8 米，稽对商差 2 7 2 8 米。湟水自两向东横贯西宁笳地，河谷两岸大多由3 4 级阶地构成，多者 达6 缀以上的河流阶地【4 0 】。高山地区由古老变质岩、火成岩构成，岩猫裸露。 阐3 - 1 西宁盆地位置示意图 f i g 3 * it h el o c a t i o no f x i n i n gb a s i n 园 l 。，一 飚宁盆地形成予晚三叠世一新生代陆内纛覆造由阶段。箕构造演纯大致划分为 三个时期：第一个时期是陆内逆冲一逆掩造山，其特征表现为地壳的犬规模缩短， 形成遵冲和逆掩造山带；第二令珏寸期为走滑逡山，表现为造出带各条块剃通过走 淆鞭袋进行程互靛翟麓诱整，敬逶应掰夔琏球动力学体系，英特征燕澎簸大型的 走滑断裂和走滑懿地；第三个时期是以山体隆升和盆地沉降为特征的隆升造山期， 形成陆内盆地一山构造体系。这三个时期的分界大致为：第一个时期含熬个晚三叠 夔，繁二令辩麓姨稼罗纪至杏邋绝，第三令骥麓簸更薪 登羚始一壹持续鲤现在撙i 。 黼宁盆地处予漩带草原气候的西部边缘附近，基本t 为西风带所控制，东南 季风影响较弱，冬擘还受蒙古黼压的影响，属中干旱高原犬陆性气候。其特点为： 气候瀑凉，日温馨每年温差较大，降水不足，蒸发强烈，耀照长，辐射强。多年 平均降承量兔两宁3 6 7 5 毫米、浚中5 3 3 。4 毫米、大逶5 1 5 ，8 毫米。蔻区麓异较大， 7 两南犬学硕士学位论文第二章研究区域概况 豳3 - 2 西宁簸地范围示意嗣( 据黄有元等m l1 9 8 2 ) f i g 3 - 2t h eb o u n d a r y o f x i n i n gb a s i n 最太的湟中与最小的西宁站极麓这1 6 5 9 毫米。局部小戮的降水分布麓异也十分 明最，山地地区降水量明显高予河谷和丘陵地区。降水爨在年内的分布也有很大 差异，6 9 月降水占全年降水爨6 8 7 3 ，1 0 月份至3 月份的降水仪占全年降 承鼙翡1 0 1 3 。年蒸发量多年平均毽鬼，题宁1 7 2 9 。2 惫米，湟牵1 3 4 4 0 毫米， 大通1 2 1 5 5 毫米。蒸发量年际变化与降水量的变化趋势数。西宁锰地处我国地 势的第一级阶梯和第二级阶梯的过渡地带，在地貌、气候和生物等方灏都有过渡 经熬逸疆特征，甄蠢衰寒裹溅熬特征，又鸯誓手旱出区麓特征。盆缝疆悫跟半于 旱气候，年平均气温为3 4 ，夏季日极端最黼气温为3 3 。9 。c ，冬季目极端最低气 温为* 2 6 6 。降水主要集中在疑、秋两季，宵温带季风气候的特征【4 引。 隧内域光照资源比较充足，全年8 照时数在2 5 5 4 2 7 5 3 小时之阗，日照酉分 率奁5 0 6 0 ，年慧辐射交纛5 8 4 9 6 3 1 8 k j c m 2 ，差雾较小，高予戮纬度我国 东部地区，是太阳辐射资源丰寓的地区之一1 4 j j 。 灏宁盆地是由青藏高原在新生代强烈隆升过程中形成的构造凹陷虢地。在地 覆稳造上湟拳谷薅耩连由结豢磬辘。蒸玉运动薅麓，零送发生7 叛爱醒貉，沉 积了撤厚的第三系红色砂岩与砾岩，喜马拯雅山运动使帮三系发生了平缓的褶皱 和断裂。以后又受到长期的侵蚀副蚀，第四纪又堆积了较厚的黄土。近代新构造 运动继续强烈地上辨，形成出欺。河流的下切形成了宽谷翁地，为湟承流域最为宽 阔豹溺谷盆逸p i 。 两宁盆地属滚水流域，湟水是西宁盆地的主要河流，发源于青海销海晏县境 内，幽西向东自托落图进入湟源县境内，经下膀脖项进入湟中县，药水河为湟水 荭入豹主要支滚，发源 二湟源瑟辩孛玉彝毒羧函，垂鸯巍爱，经曩秀囊j 嚣平乡在 城关汇入湟水。避入谣宁市后，相继又有源于湟中县境内的云谷川河、源于拉脊 g 两南大学顽十学付论文第三章研究区域概况 山北麓的南川河源于大坂山南麓的北川河以及源于互助北山的沙塘川i 河汇入。河 谷阶地有较丰富的地下水，水质较好；河谷两侧多为黄土沟壑，地下水资源比较 贫乏，泉水稀少且分布不均；山体上部以裂隙潜水为主，水质良好，水量分布不 均匀。西宁市境内地形复杂，从山脊向谷地依次形成高山、中山、低山、丘陵、 阶地、谷地等地貌类型，土壤质地由粗变细，地带性土壤为栗钙土，成土母质多 为黄土，水土流失严重，重力滑坡较多。盆地植被总体上属于森林草原区，但以 草原植被为主。植物区系成分较为复杂，在高位石质山地有寒温性针阔叶林，林种 以云杉、圆柏、桦树、山杨为主；许多地方有残留的小片“占林”。在浅山区则 为蒿类和针茅为主，盖度较低，河谷地区以农作物和杨树林等人工植被为主即j 。 - - - j 图3 - 3 青海东部黄土分布图( 据李珍等吲1 9 9 6 ) f i g 3 - 3l o e s sd i s t r i b u t i o ni nt h eq i n h a ie a s t 西宁盆地第四系黄土分布广，厚度大，最厚达1 6 1 6 米( 大墩岭) 【5 】。黄土覆 盖于第三纪红层之上。黄土地貌类型虽然不象黄土高原典型，但黄土梁、黄土峁、 黄土沟谷、黄土陷穴等均有分布。黄土梁、黄土峁是西宁盆地的主要黄土地貌类 型，是黄土原始覆盖面受湟水及其两侧的支流北川河、沙唐川河、南川河等的侵 蚀切割所致。 第四纪以来，随着青藏高原阶段性隆升与全球气候的振荡变化，西宁盆地发 育了多达6 级以上的河流阶地【4 。各级阶地面上覆盖了上百米的黄土地层，构成 了盆地独特的黄土古土壤一阶地序列。 9 两南人学硕十学伊论文 第二章研究区域概况 西宁盆地地处我国西北干旱区、东部季风区、青藏高原区三大区域的交汇地 带，对气候变化十分敏感，是研究第四纪古气候演化的理想地区之一。 0 两南人学硕+ 学忙论文第期牵样品采集缝层特征、年代及沉积速率 第四章样品采集、地层特征、年代及沉积速率 4 1 样品采集 采样点在西宁靛地湟水北岸三级阶地上，海拔2 3 2 5 米，东经1 0 1 0 5 0 ，北纬 3 扩3 5 。 剐面厚3 4 0 米，自下而上簿2 厘米连续采样，共采襻样品1 7 0 个。 4 2 地层划分、特征描述及剖面图 4 2 ， 缝层翊分及特征播述 本次研究的剖面总体表现为晚期马兰黄士l 1 l i ，但二个层位有弱成壤作用。 根据对削蘑的观察及分析，将灏宁盆地黄土剡面地层从上刹下划分为六个地层单 元，焚主层麸上弱下莰次瑟分为0 正l b 、l l 毛l 如、鑫l t r 蠢主壤篡苁童翻下麓分 为l | l i s i 和l l l i s 2 ( 又分为淋溶艨l l l i s 2 e 和淀积层l l l i s 2 h ) 。各地层特征描述如 下： l l l 丑l 浅黄德，砂矮耪砂为主，手可接成粉末，浑2 2 c m ，上郝为5 c m 现钱革 穰屡( 除去 。 l i l i s l浅灰棕黄色，粘土质粉砂，块状结构，含黑色碳腾，碳酸钙结核较多，厚 2 8 c m 。 b l l 如浅获舞色，移囊粉砂必主，手霹绉残耪宋，台璇羧锈缓丝藩，浮8 2 c m 。 l i l i s 2 e 浅褐黄色，粘土质粉砂，粒状结构，有较明显的碳酸钙假壁体，弱成古 土壤淋溶层( e ) ，厚1 0 6 e m 。 l i l i s 2 b 浅灰黄色，糙痰猃妙，粒状缝掬，骞大量懿碳羧钙结孩酝1 5 e r a ) ，弱 成古土壤淀积层( b ) ，厚4 4 c m 。 l i l i l 3 浅灰黄色，砂质粉砂为主，手可拈成粉末，厚5 8 c m ，未见底。 4 ，2 。2 嚣宁盆地黄童溯嚣图 两南夫学硕十学静论文第弼章样品采集、缝层特征、年代及沉积速率 i i i i 撵度c m 静挂拄年t t g , , k a b p 钙结核 壤 豳4 - 1 磷守盆地黄土剖砸地层桂及测年绺祟 f i g a - ls t r a t i g r a p h yo f l o e s ss e c t i o na n dd a t i n gr e s u l ti nx i n i n gb a s i n 4 3 雄龄 4 。3 。l 4 e 年龄澍突豹基本嚣瑾渊 ( 1 ) 碳同倪素碳是丽素周期表中第族的个成员，原子量为 1 2 0 0 3 8 a m u ，原予序数z 为6 ，芨外电子层衡4 个电子，因此，它得刹翻失去电 子懿戆势都是最小戆，瘊戮形成了众多豹共徐纯含兹，碳纛大气霾审瑷气态( c o d 存在，在水圈中以备种离子( 如i c 0 3 一，h 2 c 0 3 ) 形式存在，在自然界中以金刚石和 石墨两种单质出现，在煤炭中以无定形碳存张，还以活的溅死的有机质( 如蛋白 质、碳瘩纯会物、媵殖酸、烃类) 及多种化台物出现，翔缀诧物，碳酸，碳酸盐 及磙氮化舍物等。它是组成生愈盼重要元素_ 乏。 碳有六种同位索，它们的质量数分别为1 0 、1 i 、1 2 、1 3 、1 4 、1 5 。其中o c ， “c 和1 为短寿命放射性同位所，它们的半袋期极短，仅2 4 秒至2 0 分钟，因此 在鑫然赛是不存在戆。在叁然嚣存在蕤碳图像素哭毒抢c ，好c 秘1 4 c 三耪，z c 窝 “c 为稳定同位素。魑自然界碳的主要组成部分，其丰度分别为9 8 8 9 2 和1 1 0 8 。 1 2 口胜口熊皿眦圆 l l 2 2 3 3 辑南大学硕十学帝论文第溺奄样品果集、地层特征、年代及沉积速率 目!g嬲i,iii i i ! ! ! ! ! ! ! ! ! 燃! ! ! ! ! ! ! ! 置 1 4 c 熬骞一放射援，其半衰期为57 3 0 = 1 ：4 0 簪，丰疫仅为1 2 x l o 。 ( 2 ) h c 的交换循环字游射线在高空大气中与氮孩反应形成4 c 式中：n 受孛予；n 为氮孩；辩隽核爱绒产耪，郄矮子。 新生的1 t 原子不可能长期单独地存在于高空，它很快就与氧化岔形成c 0 2 ， 这种禽有“c 放射性的c 0 2 ，其化学性质与一般c 0 2 相同，因此，4 c 0 2 很快与原有 戆大气c 0 2 穗互溪会，嫒整令大气都具有1 4 c 熬放射蛙。警携霞嚣瘩溷镶透过与大 气c 0 2 进行交换循环，使其禽碳物质也具有w c 放射性。 ( 3 ) 4 c 年龄处于交换平衡状态的含碳物质，一鼠终止了与大气的交换， 则它的1 4 c 从此得水到薪的补充，恧原有的1 4 c 却按衰变规律恧减少，每隔57 3 0 年委| j 减少为原有静半，箨壹交换年霞越久，葵幸c 蔽瓣毪魄度剐越，j 、( 燕表4 - 1 ) 。 表4 1 。4 0 放射性比度 t a b l e4 - 1 r a d i o a c t i v i t yr a t i oo f 4 c 样品年代( 鼯今年) 现代碳 57 3 0 l l4 6 0 七放射住魄缱( 次竟分钟) 1 3 6 6 8 3 4 从表4 _ l 可以看出，样品1 4 c 放射性比魔变化与半衰期之间的关系。因此， 只要翅撵晶碳剩余豹4 c 敷_ 鸯| 性与原始h c 放射性终比较，藏可按公式 肛tl i l ( 1 0 1 ) 计算出该样品碳停止交换( 生物死亡、碳酸盐沉积) 的年代。 原始1 4 c 放射瞧是无法测擞的。现按利贝关于数万年来丈气1 4 c 浓度在1 0 的 误差藏溷疼摹本不变瓣缓设，敬现钱瑗栎壤寒代替。实测辩还舂本底诗羧应予撩 除。计算公式则为 a = ti n ( i o i b ) ( i i b ) 戏孛矗为1 4 c 测定年钱( 零) ；i o 为楚予交换乎簿获态跨弋敦象燃计数率， 以现代碳标准代之：l 为停止交换a 年后的样黼碳现在所剩籍的4 c 放射性计数率： i b 为本底计数率；t 为4 c 平均寿命( 82 6 7 年) 已被精确确定。 t 为已知数，i b 在测量条件不变时也为常数，因此只须测碍i o 和i 豹衰变数， 裁霹诗算出释菇瓣年龄。 4 3 2 c 年龄测臻结果 两辫炙学硕+ 学伊论文第斟章样品采集、地层特征、年代及沉积速率 袭4 _ 2 西宁盆地黄土4 c 年龄 t a b l e4 - 2 a g eo f t h el o e s si nx i n i n gb a s i n 洼：奄年静鬻定垂兰搦丈母重亲茕老捧，暮键秀教授宠或。 从“c 年龄看，西宁盆地黄士剖面属于晚熙新世末次冰期晚冰阶的一部分 4 5 1 。 4 。4 沉积速率 3 。0 喜2 0 0 遥，5 0 堑b 1 1 6 0 0 01 8 0 0 02 m2 糊2 4 0 0 02 8 0 0 0 2 日o o o 时间 0 0 5 嘲或 5 0 岬称为砂粒： 粒径0 0 5 o 0 l 岫或5 0 1 0 9 m 称为粗粉砂； 牧经0 o l o 0 0 5 嬲或l o 5 1 x r n 称为细粉妙； 糍径0 0 0 5 0 0 0 l 蕊或5 l i t m 称为赣稳； 粒径 o 0 0 1 黼或 0 0 6 2 5 黜称为砂粒，对应的巾值4 ： 謇直径0 0 6 2 5 0 0 3 1 3 帆称为粗粉砂，对应的m 值4 5 ； 粒经0 0 3 1 3 0 0 1 5 6 搬称必巾粉砂，对寂的雪蓬5 6 ； 粒径0 0 1 5 6 0 、0 0 7 8 嘲称为细耪砂，对应的垂值6 7 ： 粒径0 0 0 7 8 0 0 0 3 9 衄称为极细粉砂，对应的m 值7 8 ； 粒径 8 。 我蓬荑主要篷由0 。2 5 黼戳下豹鬏粒缀藏。缀戎蓑主匏基奉镑溪楚粉涉级 ( o 0 5 o 0 0 5 衄) 的石英、长石锋颗粒。从粒魔成分来说，以粉沙为主怒我国黄土 的重鼹特征之一。其中又以粗粉士粒级( o 0 5 o 0 1 咖) 为燕，平均含爨可达5 0 班上，缨粉土粒级( o 0 1 t 0 。0 0 0 5 嬲) 戆含量仅在l o 左农；黄孛还禽窍一定数 量的沙砾，但以叛细沙( o 1 o 0 5r m ) 为主，不含或很少禽粒径大予0 2 5 嘲的颗 粒。此外，还含有定数量的粒级 o 0 0 5 姒的粘粒1 1 1 。 黄土一古土壤廖捌的粒度缎成中，0 ，0 5 o o l 衄粒径的颗粒易浮动、易分敖， 蔗藏力长距离搬运熬基本组分。该粒缝含量程餐一吉主壤麓蘑孛静交能鬻被作为 衡量两北季风强度和粉尘堆积速率的代用指标4 8 。 0 i 隧鹃颞粒狳过c a c 0 3 结菝之努，往往能够 指示入类活动影响和逑表径流豹活动情况。由上述所知，作为一稀风辍组分为主 的堆积，黄土高原的黄土堆积藏要与冬季风环流的搬运密切相关1 4 9 1 。闲此，黄土 被当作反映东亚攀飙交化的标虑。粒度是用来反映黄土糖缨程度的指标，粒度的 夫夺麓躅反浃了风力搬运强度瓣差爨，嗣辩籀示了堆积嚣壤的成壤终掰强度。 5 2 实验分析方法和过程 瓣黄土一吉壤样品露言主要是除去撑黥巾熬有祝矮秘碳酸盐等胶绻物矮，磺 究者掇出了较好的静处理方法。由于黄主和蠢土壤中部分秸土矿物静形成可链与 黄土沉积后的成壤作用有关 l 4 9 ，为除去这一影响，可以采用较彻底的胁处理方法 以除去与成壤作用旨关的有机璇、碳酸盐和牯土矿物等【5 0 l 。这一方法被广泛用于 现妖海槎、陆稷承戏及减成滚积锈程度分橇审掰侧，氇是疆籍黄主一吉主壤较度溅 量中推荐的最佳方法t 5 2 删。 粒度测量步骤和方法： ( 1 ) 取0 3 左森藤获强干谨骚，置 ：2 5 黼l 熬娆搴l ：孛，麴入约1 0 m l1 0 熬过 氧化氯( 俗称双氧水) ( h 2 0 2 ) ，在电热板上轻微加热，使其充分反应，酴去有机质， 当气泡排完后，取下冷却； ( 2 ) 加入l o m l1 0 的盐酸( h c i ) ，在电热板上适当加热使其充分反暾，除去碳 酸簸，蚤气淹攘宠籍，取下冷帮； ( 3 ) 给烧杯注满蒸馏