华北泥河湾盆地环境磁学与研究.pdfVIP

中国地球物理2011 ·23· ●l 2011年度傅承义奖候选人报告I◆ 傅承义奖候选人报告 华北泥河湾盆地环境磁学研究 EnvironmentaloftheNihewanBasininNorthChina magnetism 敖红1，2邓成龙2朱日祥2 Ao Zhu Hon91·2DengChenglon92Rixian92 1．中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室 西安710075 2．中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室 北京100029 Email：aohong@ieecas．cn 泥河湾盆地位于华北平原与内蒙古高原的过渡带上，是在晚新生代华北地台断陷带和大型裂陷盆地发 育大背景下形成的内陆断陷盆地。盆地内发育良好的更新世连续河湖相地层，并且蕴含大量早更新世古人 类遗址和哺乳动物化石：自20世纪20年代初英国地质学家巴尔博对泥河湾盆地进行古生物调查并命名“泥 河湾层”和“泥河湾动物群”以来，泥河湾以自己丰富的科学内涵和魅力成为我国乃至东亚第四纪地质学、古 生物学、古人类学、考古学、地层年代学和地理学研究的热点地区。尤其是泥河湾盆地蕴含大量更新世古 人类活动遗址，有东方Olduvai之称，是研究东亚早期人类演化和迁移的一个关键地区。近年来详细的磁 性地层学研究建立了这套地层及其蕴含的早期人类遗址和哺乳动物群的年代框架，这为进一步研究该地层 中蕴含的古气候信息及其对区域和全球环境变化的响应这一科学问题奠定了年代学基础。 沉积物中磁性矿物的形成、搬运、沉积和改造与气候变化和环境过程密切相关，因此，沉积物的磁学性 质可作为环境变化和气候过程的有效代用指标进而重塑气候和环境演化历史，这就是环境磁学研究的主要内 容。环境磁学测试具有“快速、简便、经济、非破坏性”等优点，近年来在全球气候环境变化研究中发挥了重 要作用，尤其在深海、黄土、湖泊沉积物的古气候重建等研究中得到广泛应用。然而，由于受多种因素控制， 精细解释泥河湾河湖相沉积物磁学性质所反映的古气候和古环境信息一直是泥河湾环境磁学研究的难点。为 此，我们通过系统的环境磁学测试，并辅以地球化学和矿物学等方法，综合分析了泥河湾河湖相沉积物中磁 性矿物的种类、含量和粒径分布等磁学特征及其相关地球化学和矿物学特征，确定了磁性矿物的来源、运移 及溶解作用等对其磁性的影响，揭示了其磁性的变化机制及其古气候指示意义，并通过磁学参数探讨了泥河 湾盆地更新世环境演化。研究过程中，我们引进了国际上必威体育精装版的岩石磁学技术和方法，发展了新的环境磁学 指标，并将海洋古气候研究中常用的轨道调谐方法运用到了泥河湾河湖相地层精细年代标尺的建立中来，开 拓了环境磁学在我国河湖相沉积物中古气候重建中的应用前景，同时也丰富了对我国北方，尤其是泥河湾盆 地，在更新世期间的气候过程和早期人类生活的环境背景的认识。获得的具体认识如下： 1．泥河湾河湖相沉积物磁性的变化机制 要深入理解泥河湾河湖相沉积物磁性与气候的关系，首先必须弄清其磁性变化的机制。而磁性变化机 制的确定又需要从全面认识沉积物中磁性矿物的类型、粒度、含量和成因等基本信息入手，揭示磁性矿物 这些性质变化的根本原因，尤其需要揭示碎屑输入和沉积后溶解作用对其磁学性质的影响。基于这一环境 磁学研究思路，我们通过岩石磁学和地球化学的综合研究，揭示出该河湖相沉积序列磁性强弱的旋回变化 主要是由于碎屑磁性矿物在氧化／还原环境中保存和溶解的动态过程控制的。磁性矿物的溶解通常发生在间 冰期，而在冰期时磁性矿物通常能较好的保存下来。因此，这表明泥河湾盆地河湖相沉积序列的强磁性沉 积单元可与冰期沉积环境对应，而弱磁性沉积单元可与间冰期沉积环境对应。 2．泥河湾盆地仙台、东谷坨和马梁旧石器遗址的精确年代 探讨早期人类在不同地区出现的确切年代及所处的环境背景一直以来都是学术界关注的热点。由于我 们前期的研究建立了泥河湾河湖相沉积物磁学性质在短时间 即冰期／间冰期 尺度上与气候存在的联系， ·24· 中国地球物理201I 这就使得可以通过轨道调谐方法建立泥河湾盆地古人类遗址更加精细的年代，并揭示遗址所处的环境背景 例如处于间冰期还是冰期 。调谐结果表明仙台遗址的年代为1．48Ma，对应深海氧同位素的49阶或中 的20阶或中国黄土序列的L8，处于冰期环境。调谐时间标尺确定的东谷坨和马梁遗址的年代与先前古地 磁确定的年代相差不大，而调谐时间标尺确定的仙台遗址的年代比先前古地磁确定的年代早0．12Ma。东谷 坨遗址经历间冰期和冰期环境表明早期人类早在一百万年以前已经能适应中国北方的冰期气候。 3．泥河湾盆地更新世气候在长时间尺度上的演化记录 揭示泥河湾盆地在更新世期间的气候变化对认识早期人类在中国北