兰州-民和盆地八盘峡剖面河口群沉积物色度纪录的140.66～124.19Ma间气候变化.docx

1、地质学报ACTAGEOLOGICASIN1CA兰州民和盆地八盘峡剖面河口群沉积物色度纪录的140.66124.19Ma间气候变化黄常），谶W），张明科,黄永虾，孔立气财七刘学D,朱强2）1）兰州大学西部环境教育部重点实验室&资源环境学院，兰州,730000；2）中国科学院寒区旱区工程研究所，兰州,730000内容提要：随着新生代全球气候变化研究的不断深入，迫切需要了解前新生代气候变化背景，特别是白垩纪作为距今最近的“温室地球”时期，其气候变化已成为当今研究的重点课题。本文通过对兰州-民和盆地八盘峡剖面河口群沉积物采样与色度测址，获得了兰州-民和盆地140.66124.19Ma期间的色度

2、变化序列.对色度值变化机制分析发现,河口群总体为一套红色色调的碎屑沉积岩石组合，有机质含感极低.色度值变化与风化作用及沉积环境有关，亮度值的高低主要与沉积物中钙质胶结物的含址有关,而红度（黄度）值的变化主要与赤铁矿含髭多少有关。综合分析色度值及沉积环境变化显示盆地沉积时处于暖湿气候环境.进一步分为140.66137.43Ma气候相对湿热、137.43127.41Ma气候相对温湿和127.41124.19Ma气候相对干热3个阶段，这种阶段性变化以气候的快速转型为界,而且比海洋沉积物记录的全球海平面温度阶段性变化的起始时间提前约11.3Ma。关键词：色度；气候变化；早白垩世;河口群；兰州-民和盆地

3、白垩纪是全球构造与环境的重要转折时期，期间发生的许多重大构造-环境事件对现今全球构造和环境格局形成具有重要作用，如大洋快速扩张（Larson,1991；Larsonetal.,1999；Jonesctal.,2001）及南方大陆解体、环赤道海槽和特提斯海萎缩与关闭（Vander,1993；Audley-Charles,1998；Metcalfe,1999），大型火成岩省喷发（Schlangeretal.,1981jTardunoetal.»1991）和超地幔柱的强烈活动（Schlangeretal.,1981；Tardunoetal.,1991;Larson,1991）等构造事件改变

4、了地球海陆分布及大气碳循环，导致全球海平面、大气CO?含量及全球平均温度均比现今高。白垩纪作为距今最近的典型“温室地球''时期（Berner,1994；Hermanetal.,1996；Berneretal.,2001；Gradsteinetal.,2004；Gerta,2008）,研究它的气候环境演变对认识地史时期地球"温室状态”与“冰室状态”交替演变（Gradsteinetal.,2004）、预测未来气候变化趋势具有重要意义，因而受到地质学家的广泛关注。近20年来，通过对海洋沉积物纪录的环境变化信息研究,白垩纪是全球构造与环境的重要转折时期，期间发生的许多重大构造

5、-环境事件对现今全球构造和环境格局形成具有重要作用，如大洋快速扩张（Larson,1991；Larsonetal.,1999；Jonesctal.,2001）及南方大陆解体、环赤道海槽和特提斯海萎缩与关闭（Vander,1993；Audley-Charles,1998；Metcalfe,1999），大型火成岩省喷发（Schlangeretal.,1981jTardunoetal.»1991）和超地幔柱的强烈活动（Schlangeretal.,1981；Tardunoetal.,1991;Larson,1991）等构造事件改变了地球海陆分布及大气碳循环，导致全球海平面、大气CO?含量及

6、全球平均温度均比现今高。白垩纪作为距今最近的典型“温室地球''时期（Berner,1994；Hermanetal.,1996；Berneretal.,2001；Gradsteinetal.,2004；Gerta,2008）,研究它的气候环境演变对认识地史时期地球"温室状态”与“冰室状态”交替演变（Gradsteinetal.,2004）、预测未来气候变化趋势具有重要意义，因而受到地质学家的广泛关注。近20年来，通过对海洋沉积物纪录的环境变化信息研究,初步恢复了白垩纪气温变化趋势，同时发现存在明显的气温高低波动及3次全球性的降温事件（Gradsteinetal.,200

7、4；Gerta,2008），这为恢复白垩纪气候环境提供了重要依据，但目前缺乏白垩纪陆相沉积物纪录的气候变化信息，制约着对全球白垩纪质候演变、海-陆-大气系统相互作用等重大问题的准确认识。陇中盆地出露巨厚的连续的白垩纪陆相沉积地层，是提取陆地环境变化记录的理想地区。古地磁结果显示盆地在白垩纪时位于北纬25°左右（孟自芳，1994）,古生物等资料进一步揭示该区处于南方干旱亚热（热）带和北方温湿暖温带过渡地区（殷鸿福,1988；中国地质科学院地质研究所等，1985）；现今陇中盆地位于我国温带、亚热带和高寒带的交汇部位（图1）;是认识我国白垩纪以来气候环境演变的理想地区之一。民和-兰州盆地是

8、陇中盆地白垩纪地层出露最连续的次级盆地，其中下白垩统河口群总厚约3500m,为一套河流-湖泊相沉积，1:2C万兰州幅将其分为上、下两个岩组，对上岩组中的注：本文为国家自然科学基金顼日（瑞号40972025、40721061、40571017）,教育部新世纪人才计划（NCET-07）.国家柬点基础研究发展计划（堀号2005CB422001）.高等学校学科创新引智计划（编号B06026）联合资助成果.收稿日期：2010-04-15,改何日期,2010-11-20,责任编辑：周健，作者简介：戴霜.男.1967年生.教授，主要从事中一新生代构造与环境研究.Email：daisher.DOI,CNKI,

9、11-1951/P.20110517.1012.005网络出版时（：2011-5-1710,12网络出版地址:http：/oftheHekouGroupfromLanzhou-MinheBasinDAIShuang°,LIUJunwein,ZHANGMingzhe",HUANGYongbo1>,KONGLin,ZHAOJien,LIUXuen,ZHUQiang2,1)KeyLaboratoryofWesternChinasEnvironmentalSystems*MinistryofEducationofChina&CollegeofResourcesandE

10、nvironment,LanzhouUniversityLanzhou730000;2)ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute.CAS,Lanzhou,730000AbstractWiththeincreasingresearchofglobalCenozoicclimatechange,itisimperativetounderstandthebackgroundofclimatechangepriortotheCenozoic*especiallytheCretaceousclimatewhichisch

11、aracteristicofthe"greenhouseEarth"alikepresent-day'sclimate.TheCretaceousclimatechangehasbeenattractingamagnitudeofattention.ThisstudyobtainedthesequenceofcolorvariationoftheLanzhou-Minhebasinduring140.66124.19MabysamplingandcolormeasurementfortherednonmarinesedimentsfromtheLowerHekouG

12、roupalongtheBapanxiasectionintheLanzhou-MinheBasin.AnalysisofthemechanismforcolorvariationshowsthatHekouGroupisgenerallyonesetofreddetritalsedimentaryrocksassemblage,withtheleastamountoforganicmaterial.Thecolorvariationwaspredominantlycontrolledbytheweatheringofthesourceareaandsedimentaryenvironment

13、.Thelevelofbrightness(L,)valueswasrelatedmainlytothecontentofthecalciumcement(thesedimentsarepoorintheorganicmatter)andtherednessandyellowness(a*and6*)tothecontentofthehematite.Thestepwisevariationofthecolortogetherwiththesedimentarysettingssuggeststhatthebasinwasinawetwarmclimateenvironment»wh

14、ichcanbefurtherdividedintothreestages：relativelywethot-warmstageatthe140.66124.19Ma,relativelywetandwarmstageat137.43127.41Ma>anddry-warmstageat127.41124.19Ma.Theclimatetransitionwasboundedbytherapidclimateshift,andtheinitiationofthisshiftwasapproximately11.3Mapriortotheageobservedfromtherecordof

15、themarinesediment.Keywords:color；climatechange；EarlyCretaceous；HekouGroup；Lanzhou-Minhebasin图1中国早白坚世(实线)与现代气候(虚线)格局(据殷鸿福，1988；中国地质科学院地质研究所等,1985改编)Fig.1TheChineseclimatepatternduringCretaceous(darklines)andpresent-day(dashedlines)(modifiedfromYin,1988；InstituteofGeologyinChineseAcademyofGeologicalSc

16、iencesetal.,1985)中国现代气候分区：I一热带»n-亚热带；皿一温带；N一寒带；V一高原寒带TheChineseclimatepatternduringpresent-day：Itropics>Usubtropics>皿temperatezone；IVfrigidzoneiVfrigidzoneoftheplateau抱粉分析显示早白垩世晚期气候处于亚热带环境（吉利明，1994,1995）,目前还缺乏下岩组记录的气候环境信息。野外考察发现，该套地层宏观颜色变化明显，是利用色度等代用指标进行高分辨率气候演变研究的理想材料。本文通过对兰州-民和盆地八盘峡剖面下白

17、垩统河口群下部沉积物色度测量，结合已获得的古地磁测年初步结果，获得了140.66124.19Ma间的色度变化序列，并探讨了色度记录的气候变化信息，为全球海-陆气候纪录对比提供了基础资料。1河口群地层岩性与年代下白垩统河口群最初由孙健初等（1946）命名为河口系，1:20万兰州幅称河口群，并分为上、下两个岩组。1：25万兰州幅将河口群自下而上划分为8个组级非正式岩石地层单位;其中第一至第五组对应于原下岩组，第六至第八组对应于上岩组，经野外考察与剖面测量，各组岩性特征见表lo关于河口群的时代，生物化石资料显示属早白垩世（甘肃省地质矿产局,1989）Aptian-Albian期（吉利明，1994,1

18、995）,少量的古地磁研究认为其底部年龄约为M3Ma（孟自芳，1994）,对八盘峡剖面按照14m间隔连续进行古地磁采样和测量，分别获得了24个正极性和负极性事件，与GPTS2004标准极性M0M15相对应，获得第一至第五组年代为140.66124.19Ma（唐玉虎，2008）。2样品采集与测量结果2.1样品采集与测八盘峡剖面河曰群第一组至第五组厚2194m,野外采样间隔24m,部分地段加密到0.5-1m,共采集新鲜岩石样品500余件，平均每个样品时间分辨率为32.8ka左右，完全能满足本次研究需要。样品经过自然晾干，取5g在实验室经玛瑙研钵磨衰1兰州-民和盆地河口群地层划分及岩性特征Table

19、1ThestratigraphicsynthesisanditslithologiesofHekouGroup,Lanzhou-Minhebasin地层划分序度（m年代（Ma）岩性描述河n群一八纽230得色一褐红色钙质泥岩央薄层粉砂岩组成七组258主要由钙质泥页岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成六组873主要由褐红色、灰紫色、暗紫红色钙质泥岩、砂岩夹6层41。m厚层黄吨、绿色不等厚淀岩.见有发育底冲刷、斜层理、波痕、泥裂以及生活活动遗迹虫管等五组708130.60124.19下部为巨厚原状灰绿色、灰泵红色含砾砂岩夹泥质砂岩薄层.厚142中部为厚巨照层状灰绿色、灰紫红色砂岩夹灰绿色砂岩，厚142m；

20、上部为中呼层状灰紫红色一灰紫色细砂岩夹中海层状灰绿色泥质砂岩、砂质泥岩.摩424m四组818137.13130.60下部灰紫一暗紫红色中细粒石英砂岩、泥质砂岩，见有交借层理、平行层理、泥裂发存；上部暗紫红色粉砂质块状泥岩，灰紫紫红色砂岩夹灰绿色一蓝灰色砂岩组成三蛆81137.42137.13巨以层暗紫红色中砾石英砂岩见有大型斜层理发育二组546140.52137.42主要由紫统、棕统色厚层一巨厚层粉砂质泥岩夹棕红色泥质物砂岩及少量羯紫色中一薄层细砂岩、灰白色块状长石石英砂岩一组41140.66140.52下部为灰绿色厚层砾岩；中部为灰绿色、灰紫色中一厚层砾岩夹棕色中一厚薄层粉砂质泥岩；上部为灰

21、紫色中一厚层细砾岩、中-薄层细砂岩与棕色中层粉砂质泥岩互层细到200目以下，用美国X-Ritc948型分光测色仪（使用D65标准光源、CR-A74白色校正板，标准偏差V0.5%,色差<0.25CIELABDE*）在压平实的样面上随机选取3个区域（10°视野）测量样品的亮度（L'）、红度GT）和黄度O'）值，对测量数据进行3点平滑后得到了河口群下岩组的色度变化序列（图2）。2.2测量结果采样剖面L值总体呈升高趋势（图2D），和扩值呈降低趋势且二者变化趋势一致（图2E、F）,但与L值变化趋势相反。色度值变化明显分为I、D、U1三个阶段（图2D、E、F、G）,各段特征

22、值见表2。第I段自剖面底部至587m（对应的年代为140.66137.43Ma）,包括河口群第一组和第二组（图2A）。L.值在全剖面最低,a,&值在剖面最高。进一步分为la和Tb两个亚段，其中Ta亚段即剖面0139m（140.66139.86Ma）,包括河口群第一组和第二组下部，L/值呈明显增高趋势，厂值均呈急速下降趋势，主要岩性为灰绿色砾岩夹砾质砂岩、泥岩，沉积相为冲积扇（第一组）和扇三角洲相（图2B）；Ib亚段即剖面139587m<139.86137.43Ma）,L*平均值为48.43,为全剖面最低,2、b，平均值分别为21.07和38.32,为全剖面最高；岩性为第二组上部扇

23、三角洲砂岩夹泥岩。第II段即剖面5871816m（137.43127.41Ma）,包括河口群第三组、第四纽和第五纽下段，相对第I段f值较高并逐渐升高，、和b'值较低且逐渐降低（表2,图2）。进一步分为Ila、Ub、IIc和Ud四个亚段，11a亚段对应于河口群第三组（587668m,137.43137.13Ma）,L,值急速增高和$值急速下降，岩性为辫状河沉积砾岩、石英砂岩；Ub亚段对应第四组下部（6681050m,137.13*2八盘峡剖面不同阶段色度值对比Table2ThecolorvalueinvariousportionoftheBapanxiasection阶段年代（Ma）变化

24、范围平均值La,b,IT皿fflb124.19126.2448.7375.541.27-17.3810.8829.8761.159.3】19.58IDa126.24127.4141.3978.332.0720.2810.4741.655.4713.0727.08D1平场值41.3978.331.2720.2810.4741.658.3111.1923.33fld127.41131.2146.4385.260.125.098.9844.5663.228.0018.57De131.21133.5742.1475.036.622.5914.8140.2452.6716.1227.5711Db133.

25、57137.1342.11-83.590.2323.819.2944.6853.8317.0032.12Da137.13137.4315.6675.465.1221.2614.7637.6158.3711.9624.30n平均值15.6685.260.125.098.9844.6857.8612.7325.10TIb137.43139.8636.7866.186.3354.771365.5548.4321.0738.321la139.86140.6634.2886.070.127.2911.5364.9451.2117.9638.49I平均值34.2886.070.154.7711.5365.

26、5549.1020.3238.362200210020001900220021002000190014004龄!1WC浅和-U4t125-126-127-5.浅湖11128-120-130-滨浅湖tfi.、湖相.131-132-.,133-134-135-.BZH'、ffi洲411136-4UK-139-yc冲枳ii4MO-141-；泥7；:二一；帝砂成呢公mudstone"siltymudstone物砂为siltstoneGH上:上pebbledsandstonepebblcsioneBZH-醇状河流4l1(anabtomosedstream)宕，妣学栗样位置(thepla

27、cementofthesampleforrockmagnetism)图2兰州-民和盆地八盘峡剖面河口群色度测最结果Fig.2ThecolormeasurementofthesedimentsoftheHekouGroupfromtheBapanxiasection*Lanzhou-MinhebasinA-地层岩性；B沉积环境;C-年代;DL.亮度；E-q红度；F-b黄度；G一色度参数变化阶段：II一气候阶段d-«同位素记录的口星纪温度变化AFormationlithology(Bsedimentaryenvironment»CagejDL*brightnessindex|E

28、a*rednessindex：Fb*yellownessindex<GthestepsofcolorparametersHthestepsofclimaticilthechangeoftempertureinCretaceousrecordedbyoxygenisotope133.57Ma),L，较低,和廿值较高；岩性为滨湖相石英砂岩、泥岩；Ilc亚段对应于第四组中上部(10501322m,133.57131.21Ma),!/、厂和5.平均值相对于口b均有所降低，岩性为滨浅湖相沉积厚层砂岩、粉砂岩、泥岩；na亚段为河口群第五组下段(13221816m,131.21127.41Ma),I/

29、平均值为63.22,为全段也是全剖面最高且逐渐升高；a*M.平均值为全剖面最低且逐渐降低；主要岩性为浅湖相沉积的紫红色泥岩、砂岩夹灰绿色砂岩、泥岩等。第HI阶段为剖面上部18162194m,即河口群第五组上部(127.41124.19Ma),；/平均值为全剖面最高并逐渐升高，。、/平均值全剖面最低并呈降低趋势(表2,图2D、E、F)。该段进一步可分为Dla.nib两个亚段，DIa亚段为第五组中部(18161980m,127.41126.24Ma),L,平均值较低且逐渐降低，析M平均值较高并逐渐升高；岩性为滨浅湖相沉积的褐红色夹少量灰绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩;IDb亚段为第五组上部(19802

30、194m,126.24-124.19Ma),I/、和b，平均值接近ID段均值,、。值均呈上升趋势；岩性为滨湖相沉积的厚层砂岩、粉砂岩、泥岩。3讨论3.1河口群沉积物色度值变化机制探讨3.1.1色度值变化与岩石成分、沉积环境沉积物色度是反映气候变化的一个重要指标，其中亮度（L）反映沉积物的明亮程度，它的大小主要与沉积物中碳酸钙、石膏、石英、长石等浅色矿物及有机质的含量多少有关，浅色矿物含质越多和/或有机质含量越低，亮度值越高。红度（。）和黄度（甘）值则与沉积物中赤铁矿、针铁矿、磁铁矿等致色矿物的含量密切相关，尤以赤铁矿对红度值（厂）的贡献最大。浅色矿物及铁氧化物、有机质的含量与物源区的物质组成、

31、生物繁盛程度及风化搬运过程有关，在物源区物质组成和生物产量没有显著变化，或风化作用过程缓慢彻底的情况下，这些物质成分的变化及其控制的色度参数值的变化主要反应了气候变化的信息（方小敏等，1997；王乃昂等，1999；沈吉等,2001；Yanget.al,2003；吴艳宏等，2004；Jianget.al,2007;徐丽等，2009）。研究表明，盆地周边山体在河口群沉积时经历了3个阶段的隆升过程（唐玉虎等，2008）,剖面跨越的时间段代表一种快速隆升过程，尽管存在磁化率的次级波动，而且这种波动可能也代表了一种构造隆升强度或者速率的变化，但从磁化率总体变化来看，是处于大的相对“平稳”的构造隆升过程。

32、野外观察发现河口群岩石成分比较稳定，砂岩、泥岩等主要由不同粒级的石英、长石及粘土矿物组成，不含石膏，仅底部砾岩段含有大量的花岗闪长岩、闪长岩角砾；说明沉积过程中物源区比较稳定，而随着时间变化沉积环境即冲积扇、河流相和湖相的变化，可能是气候因素造成的。另外，冲积崩、崩三角洲和河流相沉积物由碎屑和泥质胶结，而湖相沉积物尚有不等量的钙质胶结物；通过对剖面典型样品测试发现，样品有机质含量0.01%1.12%；说明生物产量很低；同时，我们根据亮度数据选取具有代表性的样品（100个左右）进行碳酸钙含量测试，并与亮度（1/）进行相关性分析（图3）,发现八盘峡剖面河口群沉积物的亮度指标与碳酸钙含量两者呈正相关

33、性，相关系数为0.5487。因此判断亮度（L）值的变化在此剖面上与沉积物的钙质胶结有关，并揭示了沉积过程中的气候变化。通过对剖面代表性样品（位置见图2）的岩石磁学测量，剖面上以绿色色调为主的样品，在外加磁场达到100200mT时，等温剩磁已接近饱和，剩磁图3兰州-民和盆地八盘峡剖面河口群代表性样品亮度（L）与碳酸钙含址相关性Fig.3thecorrelationbetweenbrightness（L*）andthecontentofcalciumcarbonatefromtherepresentativesamplesoftheHekouGroupintheBapanxiasection,La

34、nzhou-Minhebasin矫顽力分布为60mT和89mT（图4a、b）,说明样品中铁氧化物主要为磁铁矿（唐玉虎等，2008）；而以红色色调为主的样品，在外加磁场达到1000mT时获得的等温剩磁相当于饱和剩磁的65%,剩磁矫顽力分别为347mT和431mT（图4c、d）,说明含有高矫顽力铁氧化物（唐玉虎等，2008）,三轴等温剩磁退磁曲线显示高、中矫顽力分量在700笆时解阻，且中矫顽力分剧在250450P时略有降低（图4e、f）,说明样品中含有赤铁矿和少果的磁赤铁矿（Thompsonetal.,1995）。剩磁强度与样品中所含的磁性矿物（铁氧化物）含量成正相关，河口群不同层位不同岩性在实验

35、室获得的剩磁强度不同，对于绿色色调岩石，砂岩（hkl586）的剩磁强度是泥岩（hkl976）的5.44倍（图4a、b）,说明前者磁铁矿含量相当于后者的5.44倍，对应的色度值分别为L=66.44,。=5.59,6*=17.87和1/=47.34,2=16.32,。=31.55,如果不考虑其他因素，则磁铁矿含量越高，亮度值越高、而红度值与黄度值越低。对于红色色调岩石，紫红色泥岩（hk58）的剩磁强度是灰紫色砂岩（hkl053）的3.08倍（图4c、d）,说明泥岩相对于砂岩含有较多的赤铁矿；对应的色度值分别为L，=47.67,a'=21.57,5,=46.93和L*=53.51,cz,=1

36、3.63,6-=23.26,在不考虑其他因素的情况下，则赤铁矿含量越高，亮度值越低、红度值与黄度值越鼠上述结果揭示了两个事实，一是亮度值与磁铁矿（绿色岩石中）含量呈正相关、与赤铁矿（红色岩石中）含量呈反相关，红度和黄度值则反之。由于磁铁矿有比赤铁矿强的金属光泽，因而磁铁矿对亮度的影响比赤铁矿的大；赤铁矿为红色、磁铁矿为黑色，所以红度值与磁铁矿含量成反相关、而与赤铁矿含10002000H(mT)(c)SIRM".2SA/mBcr=60mT2.00.010002000H(mT)(b)/*SIRM=1.56A/mJVBcr=347mT0.f_i_r4010002000H(mT)(d)低轿顽

37、力分眼<0.12T)ASoftIRMs<0.I2T)高桥访力分*<2.ST)HardIRMs(2.5T)中矫顽力分(0.5T)IntermediateIRMs(0.5T)图4河口群代表性样品岩石磁学测试结果Fig.4Therock-magneticmeasurementoftherepresentativesamplesoftheHekouGroup-hkl586绿色砂岩;一hk58红色泥岩；一hkl976绿色泥岩；一hklO53灰紫色砂岩hkl586greensandstone：一hk58redmudstone；一hkl976greenmudstonej一hkl053gra

38、ypurplesandstone量:成正相关。二是绿色砂岩中磁铁矿含量比泥岩中高，红色泥岩中赤铁矿含量比砂岩中高，显示河口群在风化沉积过程中，沉积物粒度越粗，氧化程度越低，可能是绿色砂岩相对于泥岩快速堆积与埋藏从而保留了较多的磁铁矿，在红色岩石中泥质沉积物相对于砂质沉积物经历了较长的风化过程赤铁矿作为风化终端产物在泥岩中比砂岩中富集。这些都说明铁氧化物的种类和含量控制了样品的色度值变化，结合河口群宏观岩性比较稳定这一事实，说明铁氧化物含量的变化可能是由于风化沉积过程中气候变化造成的。统计发现（表3）,岩石粒度越细，亮度越低，红度越高；而且岩石颜色从暗紫色-紫色到浅灰紫-灰紫色再到灰绿-绿色，亮

39、度值逐渐升高而红度值逐渐降低，说明风化、沉积过程中地表沉积物颜色逐渐变红、粒度逐渐变细、粘土矿物（相应的浅色矿物含量降低）及赤铁矿（铁氧化物的风化终端产物）含量逐渐增高（红度相应增高）。同时，湖相沉积物比非湖相沉积物亮度值高，红度值低（图2,表4）,湖水越深，亮度越高，红度越低（湖水较深时处于还原环境，不利于赤铁矿的保存），由于湖相沉积物大多含有碳酸钙质胶结物，指示钙质胶结物是决定亮度值高低的又一重要因素，这些都与地质观测事实相一致，说明本文获得的色度参数值客观地反应了河口群源区风化与沉积时的气候变化情况。综上，河口群岩石以砂岩、泥岩为主，岩石矿物组成变化不大，总体为一套以红色色调为主的碎屑沉

40、积岩石组合，剖面上不连续的夹有68层绿色色调岩石，绿色岩石一般厚14m,由于野外采样间隔为14m,每个绿色层内最多有两个样品，绿色层的出现并未导致色度值阶段性变化的趋势（图2）,因此剖面色度值的变化趋势可以简单的看成是由红色岩石引起的。剖面典型样品有机质含量极低，沉积物色度值变化主要与沉积物粒度、所含铁氧化物种类与含量、碳酸钙质胶结物关系密切。3.1.2色度值与气候变化关系现代土壤颜色与气候关系研究表明（杨胜利等,2001）,红度值和黄度值在干冷环境变化不敏感，而在暖湿环境变化极为敏感，并与温度和降水呈正相关关系，据此可以反演成土过程中的气候变化。土壤是地表风化作用的最终产物，对于尚未成土或者

41、成土作用很弱的不同沉积环境的沉积物来说其气候意义则显得比较复杂（周伟等，1990；方小敏等,1997；王乃昂等，1999；沈吉等，2001；Yangetal.,2003；吴艳宏等,2004；宋春晖等,2005；Jiangetal.,2007；徐丽等,2009）。对于河口群沉积物来说，我们«4河口群不同沉积相色度值统计Tabel4ThecolorvaluevariationwithsedimentaryfaciesoftheHekouGroup沉枳环境色度L'a.前三角洲相48.4321.06冲枳扇相51.2117.96辫状河相58.37)1.96滨湖相53.8317.00滨浅

42、湖相55.4713.07浅湖相61.309.24容性紫-暗紫色浅灰紫-灰紫色灰绿一绿色平均值（按岩性）L.aaL'aLa含砾砂岩51.8716.8560.5410.2175.042.9162.489.99砂岩50.6116.2360.899.8070.293.2460.609.76细一粉砂岩51.8316.6858.8210.1855.3313.43泥质砂岩49.7020.2062.1611.7255.9315.96泥岩50.7518.7247.8515.8049.3017.26平均值（按颜色）50.9517.7458.0511.5472.663.07容性紫-暗紫色浅灰紫-灰紫色灰绿一

43、绿色平均值（按岩性）L.aaL'aLa含砾砂岩51.8716.8560.5410.2175.042.9162.489.99砂岩50.6116.2360.899.8070.293.2460.609.76细一粉砂岩51.8316.6858.8210.1855.3313.43泥质砂岩49.7020.2062.1611.7255.9315.96泥岩50.7518.7247.8515.8049.3017.26平均值（按颜色）50.9517.7458.0511.5472.663.07表3河口群不同岩性色度参数统计Table3Thecolorvaluevariationwiththelitholog

44、yoftheHekouGroup认为需要考虑沉积物的粒度、赤铁矿及碳酸钙含量及色度值变化与风化作用强度、搬运距离及沉积环境的关系来探讨其记录的气候意义。一般地，沉积物的粒度主要与源区岩石的风化强度及搬运距离有关，风化程度越强或/和搬运距离越长，碎屑粒度越细，赤铁矿越富集，在地表环境下相应的亮度值越低而红度值越高。但本文获得的色度值变化与这种情况并不完全相符，在色度值变化第I阶段，沉积物形成于冲积扇和扇三角洲环境，源区物理和化学风化作用相对较强，剥蚀区和沉积区相对高差较大，搬运距离较短，沉积物粒度一般较粗，赤铁矿颗粒易于保存，总体显示为亮度值低而红度值高，这种情况对应于湿热环境，降水比较丰富，风

45、化作用强烈；而在第口、皿阶段，沉积物沉积于湖相环境，亮度值较高而红度值较低，且R、皿段色度值内波动变化趋势特征明显，不仅是沉积环境变化而且可能是气候发生了显著的变化.从原来的湿热环境变为温湿环境及至干热环境。3.2河口群沉积物色度记录的140.66124.19Ma气候变化白垩纪总体处于全球温度较高阶段，其中海洋沉积物记录的全球海平面温度在141124Ma期间为922*C（Gerta,2008）,且温度逐渐升高并存在比较明显的阶段性变化（图21）。河口群为一套红色色调为主的碎屑岩沉积组合，总体显示沉积物形成于暖湿气候环境，这与占生物资料揭示的盆地沉积时位于南方型干早亚热（热）带和北方型温湿暖温带

46、的过渡地区（殷鸿福，1988；中国地质科学院地质研究所等，1985）,晚期处于亚热带环境（吉利明，1994,1995）的结论相一致。同时，本文获得的色度值变化结合地层沉积观测结果进一步揭示出该阶段气候经历了干湿和温热的波动变化，这种波动变化以快速的气候转型为界，可以分为140.66137.43Ma气候相对湿热、137.43127.41Ma气候相对温湿和127.41-124.19Ma气候相对干热3个阶段（图2G）。通过与全球海平面温度阶段性变化时间对比发现,河口群沉积物记录的3个阶段之间气候转型（甚至次级色度值变化阶段转换）发生的时间均比全球海平面温度变化的时间提前约1L3Ma（图2G、I）,这

47、种时间上的差异可能反映陆地系统比海洋系统更能敏感地反馈全球气候变化。3.2.1140.66-137.43Ma气候湿热阶段色度值变化第I阶段，对应河口群第一组和第二组，剖面上河口群不整合于加里东期花岗闪长岩之上，底部（第一组）由冲积砾岩夹砂岩及泥岩组成，其后为第二组扇三角洲沉积的砂岩、泥岩互层，总体显示为快速沉积的碎屑岩。L.平均值为全剖面最低、q和5.平均值在全剖面最高（表2）,这与沉积物以碎屑胶结和赤铁矿含量较高（图4c）密切相关，即由于较高的降水量和比较通畅的排水环境，导致碳酸钙大量淋失而赤铁矿大量保存，反映了一种湿热的气候环境，河口群发育的冲积扇和扇三角洲沉积，属大气降水比较充足形成的。

48、另外，第la亚阶段L*值逐渐波动性升高、。和殳值逐渐波动性降低，然后在第Ib亚阶段色度值持续平稳波动变化（图2）,前者处于冲积扇环境,沉积物粒度从下向上逐渐变细，其中含有的灰绿色一绿色花岗闪长岩砾石向上逐渐变少，岩石颜色逐渐变红，可能是就地风化沉积的赤铁矿颗粒含量逐渐变少造成的；而后者处于一个比冲积环境相对稳定的扇三角洲环境，但洪水期快速堆积的较粗的砂岩胶结物较粗，孔隙度大而渗透性强导致碳酸钙淋滤流失，致使L较低。这种沉积环境的变化及次级规模的色度值变化反映了该时期气候的阶段性变化，具体情况尚待进一步的探讨。3.2.2137.43127.41Ma气候温湿阶段河口群色度值第II阶段相比第（阶段L

49、.值高而。.和U值低（图2、表2）,说明该阶段气候环境有别于第I阶段。阶段伊始的第Ua亚段，L.值快速升高、而。.和6值快速下降，反映了气候的快速变化过程该亚段沉积物为辫状河流相砂岩夹砾质砂岩条带，岩石粒度较粗，颜色呈灰色色调，大型斜层理发育，属快速剥蚀沉积产物，红度值逐渐快速降低，说明岩石中赤铁矿的含量有所减少，进而指示风化沉积时气温比前期有所降低。此后11b和He亚阶段1/值处于较高水平，而/和b'值处于较低水平，并持续在均值附件波动（图2）,岩石主要为紫红色夹灰色泥质砂岩，含有大量的虫迹，为钙质胶结，赤铁矿含量相对第I阶段少，同样指示沉积时气温较第I阶段较低。沉积相变化说明区域性

50、大气降水的增加导致剖面所在位置很快转变为滨湖一滨浅湖，致使沉积物处于半氧化一半还原环境，钙质胶结物增加、不甚利于赤铁矿的保留，因而亮度值升高而a：、/值降低，说明该阶段气候相对湿润。而Ud阶段L.值快速逐渐升高，均值为全剖面最高、而厂和值逐渐降低，均值为剖面最低，沉积环境为浅湖环境，岩石为河口群第五组下段粒度较粗的中粒砂岩，色调为灰紫色间夹绿色,且绿色岩石中铁氧化物为磁铁矿（图4a）,表明此时降水极度充沛、风化剥蚀速率和湖泊充填速率相对较快，进一步说明此时气候相对温湿。需要说明的是，在Ud亚段岩石主要为碎屑胶结，钙质胶结物含量比前述亚段有所减少，亮度值的增加可能是粒度变粗,其中含有大量石英颗粒

51、的缘故。3.2.3127.41124.19Ma干热气候阶段第II阶段末，色度值再次突变，其中L.值急剧降低然后逐渐升高00值快速升高后逐渐降低（图2D、E、F）,说明此时发生了气候的快速转型。这一转型可能与发生在约126.3Ma时全球海平面温度的快速升高事件是同一事件，只不过海洋系统比河口群沉积物记录的这一事件的时间滞后约1.1Ma。色度值的突变可能是由于第口阶段特别是Ud亚段降雨量的持续增加，导致源区钙质快速淋溶，铁质成分在残积物中富集，沉积物中含有较低的钙质和较高的铁质，在气候突然变干时铁质形成赤铁矿，因而使亮度值急剧降低而红度和黄度急剧升高。该阶段沉积环境由浅湖相转变为滨浅湖一滨湖相，岩

52、石以紫红色为主，粒度变细，河口群第五组中段上部（色度值第IDa亚段）夹有少量绿色及灰黑色泥岩，指示湖水逐渐变浅并一度变成湖沼环境，说明气候变干，降水变少，气候处于相对干热环境。在色度值第Ola亚段，L，值继续升高，'&值突然降低，波动幅度变小,a，f值此时与U值变化趋势一致即呈升高趋势，这种变化可能反映输入湖泊的沉积物（包括赤铁矿）的减少，进而指示源区风化作用减弱，亮度值的增加可能是湖盆内水体逐渐减少而碳酸钙不断沉淀的结果，而红度值的缓慢增加可能是沉积物在地表暴露时间较长，赤铁矿相对富集造成的。4结论河口群沉积物色度测量结果显示出明显的阶段性变化特征，这种变化与岩石组成及胶结物

53、、沉积环境的变化有关。盆地周边山体在本文涉及的时间段内处于构造快速隆升阶段，沉积物组成和沉积环境变化反映色度值变化（包括山体隆升速率的波动）很大程度上是由于气候的波动造成的。色度值反映兰州-民和盆地在140.66124.19Ma期间气候总体处于暖湿环境，而阶段性变化说明气候存在干湿、冷暖变化，可分为140.66137.43Ma气候相对湿热,137.43-127.41Ma气候相对温湿和127.41124.19Ma气候相对干热3个阶段。影响河口群沉积物亮度值和红度值变化的主要因素分别是沉积物中钙质胶结物及铁氧化物的种类和含量，对于沉积环境变化引起的色度值的变化要结合风化沉积过程来分析。沉积物色度作

54、为反应气候的直观指标，虽然可用来揭示气候环境的变化信息，但还需要其他辅助指标来综合分析。参考文献方小敏，奚晓贯.李育均,等.1997.中国西部晚中新世气候变干事件的发现及其意义.科学通报，42（23）:25212524.甘肃省地质矿产局.1989.甘肃省区域地质志.北京：地质出版社.69】.孟自芳.1994.兰州附近下白垩统河口群中下岩段磁性地层划分.地球物理学报，37（增刊I）：342347.吉利明.1994.甘甫民和盆地早白垩世弛粉植物群的古气候环境和地理分区位置.沉积学报.12（2）:133-142.吉利明.）995.民和盆地早白坚世晚期的抱粉组合.植物学报，37（7）：566573.宋

55、春晖，白骨峰，赵彦德，等.2005.临夏盆地13-4.4Ma湖相沉积物颜色记录的气候环境变化探讨.沉积学报.23(3)：507513.沈吉，张恩楼，夏威岚，等.2001.青海湖近千年来气候环境变化的湖泊沉积记录.第四纪研究，21(6):508513.唐玉虎.2008.兰州-民和盆地早白垩世磁性地层年代与育藏高原北部隆升.兰州大学硕士学位论文.唐玉虎，戴霜，黄永波，等.2008.兰州-民和盆地河口群沉积相和岩石磁化率记录的白垩纪祁连山隆升.地学前缘.15(1),26】271.ThompsonR,OldfieldF.1995.环境磁学.严尧基，吴邦灿等译.北京：地质出版社，1415.王乃昂，李吉均

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