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本文利用塔里木盆地腹地KT2号钻孔已有的资料和地层划分成果,结合其他资料,进一步探讨塔里木盆地上新世以来的新构造运动规律和环境演化格局。
塔里木地区的第四纪研究对于青藏高原的隆起,盆地环境格局形成具有极其重要的意义,其气候变迁是中国乃至世界第四纪以来气候变化的一个重要环节。但是,目前,绝大多数研究主要集中在塔里木盆地的边缘,真正深入塔克拉玛干沙漠腹地的研究较少,而揭穿第四纪的研究还没有。为了探讨塔里木盆地腹地第四纪沉积环境演化,建立塔里木盆地第四纪沉积环境演化序列,本次研究选择KT2号钻孔作为研究对象,该孔是塔里木盆地中部迄今揭露最深的第四纪水文地质勘探孔,孔深886.02米,通过分析为本区第四纪研究增添新的内容。
论文在充分应用前人工作成果的基础上,通过颗粒分析、矿物分析、粘土矿物分析等方法研究当时的水力强度,气候变化等因素,结合地层、构造等方面的其他资料恢复沉积环境。依据塔中KT2孔的孢粉资料,结合该孔已有的古地磁、C-14测年数据及岩石地层资料,探讨该区晚上新世以来的孢粉组合特征与古气候变化规律,建立本区第四纪古气候变化序列。取得如下一些研究成果:
1、该孔区自上新世以来地层序列发育完整,属于连续沉积,时代跨度约为340万年。钻孔之上的地层及沙漠为1万年来全新世沉积。钻孔0-30.79m,沉积时段为晚更新世,底界年龄为0.13Ma;钻孔30.79-130.25m,沉积时段为中更新世,底界年龄为0.73Ma;钻孔130.25-634.30m,沉积时段为早更新世,底界年龄为2.48ma;钻孔634.30米-885.99米,沉积时段为上新世,底界年龄为3.4ma。
2、沉积特征:该孔岩芯以砂层占绝对优势,另含大量粘土薄层。砂层结构松散,下部偶见弱胶结,粘土从上而下致密、坚硬程度逐渐增高。该孔岩石分选性、磨圆程度整体较差。粘土、亚粘土颜色由灰黄色-灰棕色-棕色-红棕色-棕红色过渡。粘土层的层数及厚度,由上往下,层数不断增多,单层厚度增大,硬度也逐渐增大,粘土纯度更高,特别是在600米以后尤其明显,显示气候自上而下更加湿润。280米以下粘土中大量出现虫孔,生物作用加强,且褐黄色锈斑及蓝灰色斑块在粘土及粉砂中大量发育,指示气候相对较以前湿热,而且虫孔数量由上往下逐渐增多,524米以下锈斑大量出现,呈血红色,且逐渐增多,指示气候更加湿热。
3、构造运动:由测年资料显示各时期沉积速率不同,反应各时期新构造运动幅度及盆地的沉降程度各有差异。沉降速率各时期分别为晚上新世27.1cm/ka,早更新世28.9cm/ka,中更新世16.6cm/ka,晚更新世25.7cm/ka。KT2孔所在中央隆起区整体以快速沉降为主,其中早更新世沉积幅度最大,中更新世沉积幅度最小。
4、沉积环境:从矿物分析可知,盆地一直处于快速沉降阶段,物源区没有发生改变,岩屑含量高且稳定,显示为冲洪积成因,但各时段又各有差异。
1)晚上新世(3.40ma-2.48ma)
继承了第三纪早期陆相、河湖相沉积的特征,随着气候逐渐向冷干方向演变,盆地快速沉降,冲洪积相广泛发育,有分选较好的河道相的中粗砂沉积,分选较差的粗粒-细粒混杂的洪积物及冲洪积前缘的泛滥相-浅湖相粘土沉积,夹薄层淤泥质粉砂。
2)早更新世:(2.48ma-0.73ma)
随着盆地沉降速度加大,冲洪积物更加发育,粘土碎块含量更多,粒度变化更大,河道沉积的中粗砂减少,冲积扇前缘的粉砂、粉细砂含量增多,随着水量减小,冲积扇前缘粘土沉积减少,气候更加干燥。
3)中更新世(0.73ma-0.13ma)
盆地沉积速度降低,沉积厚度减少,大部分为冲洪积沉积物,局部沉积物的粒度具风成砂的特征,但其他风成特征不明显,显示经历了水成作用的改造。
4)晚更新世(0.13ma-0.01ma)
盆地的沉积速度有所增加,气候更加干燥,含钙质富含的硬块。沉积环境有所变化。局部风成砂特征更加明显。但不具备形成沙漠的条件。
5)全新世(0.01ma-至今)
初期气候有回暖趋势,冲洪积的泛滥相发育,发育湖相沉积的介形类化石,后期沙漠大规模发育,气候异常干燥,形成现代的气候环境。
5、古气候变化
1)所有曲线均反映自上新世以来,古气候由温暖较湿逐渐变为寒冷干旱,而且是一个快速明显的过程。
2)在古气候的逐渐寒冷干旱的过程中,孢粉分析显示有四个相对温暖潮湿的时期,但这四个时期是短暂的,而且是快速的突变过程。这四个时期分别是:中更新世晚期0.13-0.33ma,早更新世奥杜威事件晚期之后1.46-1.79ma,早更新世尼旺事件(R2)时期2.12-2.14ma,上新世3.25ma左右,当时的植被类型均为针阔叶混交林,代表气候温暖较湿。
3)M/G界限634米左右,B/M界限130米左右是气候加速向寒冷干旱方向变化的转折点。