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淮北平原地处我国东部半湿润区,又是在我国南北方气候、地貌、植被、生态过渡带上,其沉积物记录了晚新生代以来中国东部气候环境变化以及东亚季风的形成演化等信息。另外,淮北平原又是我国东部重要的粮食和能源生产基地,而且是人口密集区,其环境变化深刻影响着当地人的生产生活。因此,深入研究淮北平原晚新生代以来的气候环境演化不仅具有重要的科学意义,而且具有重要的现实意义。 晚新生代以来的古环境、古气候的研究,不仅对从长时间尺度理解古环境、古气候变化特征、规律和机制具有特别重要的意义,而且对于理解当前全球气候变暖的驱动机制及发展趋势具有重要意义。然而我国对于长尺度的气候环境变化研究主要集中在西部黄土高原和青藏高原周边以及南海等地,东部陆地地区长尺度的古气候古环境研究非常缺乏,在半湿润区几乎是空白。这阻碍了对东部地区晚新生代以来气候环境演化的认识。针对上述问题,本文对淮北平原中部的一根钻孔(淮南钻孔,进尺481.45m)开展了包括沉积学、地层学、磁性地层学、地球化学、古气候学(粒度、磁化率、色度等指标)等的研究,主要得到以下认识: (1)建立了淮北平原晚新生代沉积8Ma以来的古地磁年代框架和时间序列。根据古地磁测量结果与火山喷发记录,首次建立了中国东部半湿润区淮北平原晚新生代481m长岩芯的年代框架和时间序列:钻孔新生代底界年龄大约为8Ma,说明淮北平原中部新生代沉积可能始于8Ma前后。第四纪底界(2.588Ma)深度在132m,上新世与中新世界限(5.33Ma)深度为286.1m;B/M界限(0.78Ma)在孔深72m处,G/G界限(高斯/吉尔伯特界限3.58Ma)见于200.0m深处。 (2)建立了中国东部半湿润区淮北平原481m长岩芯的详细完整的沉积地层序列,结合岩性沉积结构、构造以及粒度分析结果进行了沉积相古环境分析,发现淮河盆地第四纪以前主要以河流-河滨-湖滨交替环境为主,第四纪晚期以来主要以泛滥平原环境为主。重建了淮北平原晚新生代(8 Ma)以来的气候环境变化序列,大致可以分为8个大的阶段: Ⅰ、8.0-7.8Ma氧化环境,气候较干热,冲洪积相; Ⅱ、7.8-7.1Ma深水湖环境,气候非常湿润,为深湖相; Ⅲ、7.1-3.7Ma长周期的河流-河滨-湖滨交替环境,气候为稳定的长周期的湿润-干旱交替波动,为河流-河滨-湖滨相特征; Ⅳ、3.7-2.7Ma河流-河漫滩环境,是气候快速波动的转型过渡期,总体上从相对湿润、降雨量较多转变为降雨量减少、气候向干旱化方向发展; Ⅴ、2.7-1.7Ma气候剧烈频繁波动,为气候快速波动情况下的河流相沉积环境; Ⅵ、1.7-0.75Ma气候相对稳定,相对干旱的气候背景; Ⅶ、0.55-0.75Ma湖沼环境沉积,为冷湿的气候环境,植被生长茂盛,为湖沼相; Ⅷ、0-0.55Ma泛滥平原沉积,为相对干旱的气候环境。 (3)首次发现中国东部半湿润区(淮北平原)8Ma以来在构造尺度上具有与西北干旱半干旱区(黄土高原)基本同步且相似的古气候波动特征。晚新近纪(7.1-3.7Ma)中国东部半湿润区与西北部半干旱区气候均存在相对稳定的长周期的湿润-干旱波动特征,而且几乎同步波动;3.7-2.7Ma为东西部均为气候转型期,气候环境在快速剧烈波动中从湿润气候向相对干旱气候转型过渡;第四纪(2.6Ma)以来东部半湿润区与西北部干旱半干旱区均具有干旱化加强趋势。其原因可能是:晚新近纪(7.1-3.7Ma)中国从东部半湿润区到西部干旱-半干旱区气候都主要受稳定的东亚夏季风控制,而3.7Ma以来,由于北极冰盖的形成与发展,季风增强,使得中国东、西部日趋干旱化。 (4)首次发现了史前大约13.2kaBP前后"黄河入淮"事件的地质证据。通过对淮南钻孔顶部8 m岩芯详细的地球化学分析,发现0-2m的沉积物的TiO2/Al2O3、SiO2/TiO2、Th/Nb、La/Nb、Zr/10-Th-Sc以及稀土配分组成都与中国北方黄土基本一致,指示该层为黄泛层。黄泛沉积的风化程度比北方黄土高,比南方黄土低。黄泛沉积的底部年龄为13200BP,说明黄河至少在13200BP(末次冰消期)可能就已经改道进入淮北平原,这比历史记录的最早的"黄河入淮"(361BC)早一万多年,是目前能够确认的最早的"黄河入淮"记录。黄河在末次冰消期改道进入淮北平原,可能是黄河上游冰川融水增加与下游降雨量增加共同作用导致的。这对于理解黄河的演化以及淮北平原的形成具有重要意义。