楊彥峰，符超峰,*，徐新文，王 鳳，孟媛媛,4，強(qiáng)小科

(1. 長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054; 2. 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室，陜西 西安 710061; 3. 西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127； 4. 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

0 引 言

自新生代以來，全球氣候環(huán)境發(fā)生了重大的變化，全球的海陸分布和地形地貌也發(fā)生了很大變化，如青藏高原的隆升、兩極冰蓋形成和特提斯海的消亡[1-3]。青藏高原的隆升對全球以及區(qū)域氣候的變化影響重大：高原隆升改變大氣環(huán)流格局，加大海陸間的熱力差異，形成季風(fēng)性降水[4-6]；高原隆升也有利于硅酸鹽風(fēng)化，降低了大氣中CO2濃度，導(dǎo)致全球氣候環(huán)境發(fā)生變化[7-10]。因此，青藏高原隆升是新生代以來全球氣候變冷的主要驅(qū)動機(jī)制之一，也是驅(qū)動?xùn)|亞季風(fēng)和亞洲內(nèi)陸干旱化相繼形成的重要影響因素。青藏高原東北緣是青藏高原構(gòu)造隆升向北東向延伸的前緣部位，處于東部季風(fēng)濕潤區(qū)、西北干旱區(qū)和青藏高原高寒區(qū)的交匯地帶，又受東亞季風(fēng)、西風(fēng)環(huán)流和印度季風(fēng)的共同影響，對氣候變化比較敏感[11-12]。青藏高原東北緣新生代以來形成諸多斷陷盆地，盆地內(nèi)發(fā)育有連續(xù)巨厚的新生代沉積物，青藏高原的隆升過程、東亞季風(fēng)的演化及亞洲內(nèi)陸干旱化過程等信息都蘊(yùn)含其中，是研究青藏高原隆升和氣候環(huán)境演變的理想?yún)^(qū)域。

近年來，米蘭科維奇旋回已經(jīng)從不同地質(zhì)年代的沉積地層中被揭示出來[13-15]，天文旋回理論在古氣候研究中已得到了普遍認(rèn)可和廣泛應(yīng)用，基于米蘭科維奇旋回理論建立高分辨率的天文年代標(biāo)尺被認(rèn)為是地層學(xué)解讀時間的第三里程碑[16]。在中國北方黃土高原，更新世以來斜率周期主導(dǎo)著夏季降雨，這可能與北方夏季太陽輻射有關(guān)[17]；磁化率和粒度數(shù)據(jù)記錄的地球軌道周期在約0.9 Ma發(fā)生明顯變化，0.9 Ma之前以41 ka的斜率周期為主，0.9 Ma之后以100 ka的短偏心率周期為主[18-19]；上新世紅黏土的磁化率和粒度數(shù)據(jù)分析都顯示出較強(qiáng)的405 ka長偏心率周期和較弱的100 ka短偏心率周期[19-21]。在中國南方地區(qū)，石筍中的δ18O值記錄顯示20 ka的歲差周期在過去1.8 Ma以來占主導(dǎo)地位[22-23]。

由于采樣分辨率的影響，旋回地層學(xué)在青藏高原東北緣盆地中的研究工作相對較少，已有的一些工作也主要分布在湖相地層中。柴達(dá)木盆地湖相地層的旋回地層學(xué)研究表明：在8.5～7.0 Ma的湖泊擴(kuò)張主要受到100 ka周期控制[24]；貴德盆地阿什貢組(14～10 Ma)的湖泊記錄顯示強(qiáng)的100 ka周期和弱的41 ka周期[25-26]；天水盆地湖相地層旋回地層學(xué)分析認(rèn)為，中新世中晚期(14～7 Ma)青藏高原北部湖盆演化主要受100 ka周期調(diào)控[27]，然而在13.7～13.2 Ma天水盆地的沉積記錄顯示41 ka的斜率周期，是驅(qū)動青藏高原東北緣盆地降雨量的主控周期[28]。青藏高原東北緣尖扎盆地沉積有巨厚的風(fēng)成沉積物夾雜有河湖相沉積物層段，在已有高分辨率的磁性地層學(xué)和環(huán)境磁學(xué)研究基礎(chǔ)上[29]，在尖扎盆地開展晚中新世風(fēng)成沉積地層的的旋回地層學(xué)研究具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

尖扎盆地位于青藏高原東北緣(圖1)，處于東部季風(fēng)濕潤區(qū)、西北干旱區(qū)和青藏高原高寒區(qū)的交匯地帶，造就了研究區(qū)復(fù)雜多樣的氣候變化[5-6,11,30-31]。尖扎盆地主體受多種大型斷裂帶(阿爾金斷裂、東昆侖斷裂等)控制，同時還受到SN向擠壓作用，盆地構(gòu)造格局主要受西秦嶺北緣斷裂帶、東昆侖斷裂帶和拉脊山斷裂帶的共同影響[12,32]。盆地東為德恒隆—加吾力吉隆起帶，西鄰扎馬山，南為巴吉山隆起帶，北靠拉脊山，是典型的因強(qiáng)烈構(gòu)造變形作用而形成的山間斷陷盆地，受斷裂帶與構(gòu)造隆起的影響，尖扎盆地與周邊的西寧盆地、循化盆地和貴德盆地分割開來[33-34](圖1)。尖扎盆地海拔為1 960～4 616 m，盆地內(nèi)地勢西北高、東南低[35]，地形以山地為主，處于干旱—半干旱氣候區(qū)，年均降水量為340～495 mm，主要集中在夏季，冬季降雨較少，年平均溫度為8.3 ℃，溫度落差較大。

圖片引自文獻(xiàn)[29]，有所修改圖1 青藏高原東北緣尖扎盆地加讓剖面地理位置 Fig.1 Geographical Location of Jiarang Section in Jianzha Basin, the Northeastern Margin of Tibetan Planteau

研究剖面位于青海省尖扎縣馬克堂鎮(zhèn)加讓村，被稱為“加讓剖面”，距尖扎縣城約9 km，厚度為361 m，底部高程為2 200 m，經(jīng)緯度為(35°57′43.1″N，101°58′24.1″E)[36-38]?；谝巴鈱幼屍拭娴膸r性和地層觀察，根據(jù)前人的研究成果以及與周邊盆地的對比分析，將尖扎盆地新生代沉積劃分為下東山組和加讓組[29]。加讓剖面頂部(0～21.8 m)為加讓組，以河流相夾風(fēng)成沉積為主，沉積物以青灰色細(xì)砂和砂礫為主，夾有紅黏土沉積，分選、磨圓較差，含膠結(jié)程度差的鈣質(zhì)膠結(jié)；加讓剖面21.8～361.0 m為下東山組，以風(fēng)成堆積夾淺湖相沉積為主，風(fēng)成堆積以無層理、塊狀結(jié)構(gòu)的棕黃色黏土質(zhì)粉砂為主，分選、磨圓較好，淺湖相沉積以灰綠色土狀堆積物為主，粒度較細(xì)，分選、磨圓較好。加讓剖面地層整體近水平展布，地層中含有水平分布的鈣質(zhì)結(jié)核薄層，沉積物結(jié)構(gòu)大都以塊狀為主，垂直節(jié)理發(fā)育，沖溝和黃土洞等微地貌類型沿節(jié)理方向發(fā)育，典型的黃土-紅黏土剖面也有類似的沉積特征。因此，尖扎盆地沉積物以風(fēng)成紅黏土堆積為主，夾雜有短暫的湖相及河流相沉積[29]。根據(jù)磁化率和沉積相的變化(圖2)，將加讓剖面分為3個階段：①152.2～361.0 m，該階段磁化率總體較低，巖性以棕黃色土狀堆積物夾青灰色淺湖相堆積物為主，指示該階段整體較寒冷干旱,青灰色湖相堆積物對應(yīng)的磁化率稍有增大，指示氣候較濕潤；②90.0～152.2 m，磁化率上升趨勢明顯，巖性主要為巨厚層棕黃色粉砂質(zhì)黏土，表示氣候向暖濕轉(zhuǎn)變；③0.0～90.0 m，磁化率大幅波動減小，巖性為棕黃色粉砂質(zhì)黏土，頂部夾有青灰色砂礫與細(xì)砂，表示該階段氣候由暖濕向干冷轉(zhuǎn)變。

2 數(shù)據(jù)選擇與處理

選取合理的古氣候替代性指標(biāo)對旋回地層學(xué)研究意義重大。合理的古氣候替代性指標(biāo)應(yīng)該具有對氣候變化十分敏感、能夠較完整保存古氣候變化信息、受后期沉積環(huán)境變化的影響較小等特點[39-41]。目前常采用的古氣候替代指標(biāo)主要有：地球化學(xué)參數(shù)(CaCO3含量、Al2O3含量、總有機(jī)碳(TOC)及穩(wěn)定碳氧同位素)和地球物理參數(shù)(自然伽馬、磁化率、色度和巖石密度)等[42-44]。

本研究采用頻率磁化率(χfd)作為古氣候替代性指標(biāo)進(jìn)行旋回分析，對青藏高原東北緣尖扎盆地加讓剖面樣品進(jìn)行高分辨率磁化率測量。每個樣品在高頻(4 700 Hz)和低頻(470 Hz)下分別測量兩次，然后平均計算得到高頻磁化率(χhf)和低頻磁化率(χlf)，進(jìn)而計算出頻率磁化率和頻率磁化率百分比。磁化率指樣品在外加弱磁場中感應(yīng)磁化強(qiáng)度與外場磁場強(qiáng)度的比值，磁化率變化受到沉積物中磁性礦物種類、含量、粒度的綜合影響，常被用作度量樣品中鐵磁性及亞鐵磁性礦物含量變化[45-46]。在中國黃土-古土壤序列中，古土壤的磁化率較高，指示夏季風(fēng)主導(dǎo)的溫暖濕潤氣候；黃土的磁化率較低，指示冬季風(fēng)主導(dǎo)的寒冷干旱氣候[47-48]。頻率磁化率是低頻磁化率與高頻磁化率的相對差值，細(xì)小的超順磁礦物顆粒具有較高的頻率磁化率[45-46]，這往往指示了成壤作用的效應(yīng)。頻率磁化率也是古降水量的定量指標(biāo)，與東亞夏季風(fēng)有直接關(guān)系。磁化率對地球軌道驅(qū)動的氣候變化響應(yīng)十分敏感，可用于古氣候及古環(huán)境重建工作；用磁化率作為一種高效且可靠的古氣候替代性指標(biāo)來解譯地球軌道的周期變化已經(jīng)在眾多研究中得到證實[49-52]。

在進(jìn)行旋回分析之前，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，目的是去除數(shù)據(jù)中的超低頻和超高頻信號。本文采用Acycle軟件程序包[53]進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和頻譜分析的相關(guān)計算。首先要去除數(shù)據(jù)的異常值，以降低異常值對正常軌道周期的影響；然后利用Sort/Unique/Delete-empty程序包[53]對數(shù)據(jù)按時間或深度排序，刪除空值以及平均相同時間或深度的多個數(shù)據(jù)點；因采樣時采樣間隔會根據(jù)野外地質(zhì)情況調(diào)整，而頻譜分析要求等間距的數(shù)據(jù)序列，所以需要用Interpolation程序包[53]對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值獲得等間距的數(shù)據(jù)序列；原始數(shù)據(jù)如果有逐漸增加或逐漸降低的趨勢，那么需要用Detrending程序包[53]將這個趨勢去除(去趨勢化)，目的是去除因構(gòu)造或者沉積環(huán)境變化影響而引起的趨勢背景值噪音信號，選擇Lowess或Loess這兩種去趨勢擬合線，窗口寬度根據(jù)去趨勢程度的大小選擇，默認(rèn)35%的窗口寬度可滿足多數(shù)去趨勢的要求；使用Spectral Analysis程序包[54]通過Multi-taper Method (MTM)方法[55]進(jìn)行頻譜分析，添加Robust AR(1)的噪聲模型[56]，選擇20%滑動窗口；使用Evolutionary Spectral Analysis程序包[57]繪制深度域和時間域的演化圖譜，選擇Fast Fourier Transform(LAH)方法[57]，滑動窗口根據(jù)實際情況選擇，一般選擇主導(dǎo)周期的2～4倍；使用Wavelet Transform程序包[58]繪制時間域的小波分析圖譜；使用Filtering軟件包的高斯帶通濾波[57]進(jìn)行濾波輸出處理。

R和N指極性；古地磁年齡引自文獻(xiàn)[29]；標(biāo)準(zhǔn)極性柱數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[59]圖2 加讓剖面巖性特征、古地磁年齡、沉積速率和頻率磁化率數(shù)據(jù)序列Fig.2 Lithologic Characteristics, Paleo-magnetism Age, Sedimentation Rate and Frequency-dependent Magnetic Susceptibility Data Series of Jiarang Section

3 地層年代學(xué)研究方法

連續(xù)完整的沉積地層是進(jìn)行旋回地層學(xué)研究的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上需要有磁性地層學(xué)、放射性同位素年代學(xué)等良好的年代控制點，良好的年代控制點能夠估算出沉積階段的平均沉積速率[43]，為進(jìn)一步的深度域頻譜分析計算沉積旋回提供依據(jù)。地球軌道參數(shù)約20 ka歲差周期、約41 ka斜率周期、約100 ka短偏心率周期和約405 ka長偏心率周期的比例為1∶2∶5∶20；通過比較識別出的幾個主要沉積旋回的比值與地球軌道參數(shù)周期的比值，可以判別青藏高原東北緣尖扎盆地加讓剖面的沉積旋回是否受到天文旋回的影響[60]。

在野外采樣時，足夠分辨率的采樣間隔對旋回地層學(xué)研究極為重要。采樣間隔過大，在頻譜分析過程中會導(dǎo)致識別不出高頻部分的旋回周期；采樣間隔過小，會增加工作量和成本?？山Y(jié)合前人研究結(jié)果大致估算年代框架，計算出沉積速率和旋回厚度，進(jìn)而確定出采樣密度，一般每個旋回應(yīng)至少包含4個等間距分布數(shù)據(jù)點[60]。

地球軌道參數(shù)的(準(zhǔn))周期性變化引起地球接受日照量發(fā)生緯度梯度上和季節(jié)性的變化，從而導(dǎo)致全球尺度的氣候(準(zhǔn))周期性變化，這樣氣候變化可以用地球軌道參數(shù)(偏心率、斜率和歲差)來表達(dá)[42,61]。周期性變化的氣候信息會記錄在對氣候敏感的地層中，使沉積地層具有韻律性的旋回特征[62]。通過對氣候環(huán)境替代性指標(biāo)數(shù)據(jù)的頻譜分析，可識別出地層中存在的旋回周期。在數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，首先對深度域數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析識別出主要的沉積旋回，計算出每個沉積旋回所對應(yīng)的周期；然后利用識別出的穩(wěn)定主導(dǎo)沉積旋回天文調(diào)諧來建立年代標(biāo)尺；最后利用調(diào)諧后的時間域頻譜分析來驗證建立的年代標(biāo)尺可靠性以及分析主導(dǎo)的天文軌道周期。

4 結(jié)果分析

4.1 深度域頻譜分析

青藏高原東北緣尖扎盆地加讓剖面的采樣間距為20 cm，3～361 m的地層共獲得1 718個樣品的頻率磁化率數(shù)據(jù)?；诖判缘貙訉W(xué)研究估算了地層的沉積速率變化(圖2)，平均沉積速率約為6.07 cm·ka-1。本文選取頻率磁化率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行旋回分析。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，共得到1 791個數(shù)據(jù)點的剩余值序列，然后進(jìn)行頻譜分析，獲得頻譜分析圖譜。

3～361 m層段頻率磁化率數(shù)據(jù)序列深度域頻譜分析[圖3(b)]顯示出約150.0 m、約50.0 m、約26.0 m、約14.0 m、約6.7 m、約3.0 m、約2.5 m、約1.4 m和約1.2 m的主要沉積旋回。按照平均沉積速率(6.07 cm·ka-1)推算：約150.0 m的沉積旋回代表了約2.4 Ma的超長偏心率周期，這是火星對地球的萬有引力作用引起的[63]，這個長周期并不穩(wěn)定，可能演變成其他的天文共振周期；約50.0 m的沉積旋回代表了約820 ka的周期，這可能是受不穩(wěn)定的約2.4 Ma超長偏心率周期的影響；約26.0 m的沉積旋回代表了約405 ka的長偏心率周期；約14.0 m的沉積旋回代表了約230 ka的周期；約6.7 m的沉積旋回代表了約100 ka的短偏心率周期；約3.0 m和約2.5 m的沉積旋回均代表了約41 ka的斜率周期；約1.4 m和約1.2 m的沉積旋回均代表了約20 ka的歲差周期。從滑動窗口深度域演化圖譜[圖3(a)]可以看出，代表約405 ka長偏心率周期的約26.0 m沉積旋回是穩(wěn)定存在的，而其他沉積旋回隨著深度有所變化。上述沉積旋回置信度均超過95%，表明本文對頻率磁化率數(shù)據(jù)序列深度域頻譜分析是可靠的。

E為長偏心率周期；e為短偏心率周期；O為斜率周期；P為歲差周期圖3 加讓剖面頻率磁化率數(shù)據(jù)深度域演化圖譜及頻譜分析Fig.3 Evolution Profile and Spectrum Analyses of Frequency-dependent Magnetic Susceptibility Data in Depth Domain in Jiarang Section

4.2 天文年代標(biāo)尺的建立

在地質(zhì)歷史時期，405 ka的長偏心率周期變化較小，是最為穩(wěn)定的地球軌道參數(shù)，被譽(yù)為“地質(zhì)計時鐘”[62]，在旋回地層學(xué)的研究中可作為一個地質(zhì)計時單位來校準(zhǔn)地質(zhì)年代。Fu等研究表明加讓剖面頻率磁化率用作古氣候替代性指標(biāo)，高值指示暖濕氣候，低值指示冷干氣候[29]。地球軌道參數(shù)的變化影響地球表面接受日照量的多少，峰值代表北半球夏季輻射量的最大值，在本次研究中將頻率磁化率的峰值對應(yīng)于長偏心率的峰值，指示暖濕氣候。

粗虛線為選取的古地磁年齡控制點及其對應(yīng)深度；E1～E14為識別出的14個代表長偏心率周期的26 m沉積旋回；天文理論數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[63]圖4 加讓剖面頻率磁化率數(shù)據(jù)天文調(diào)諧綜合分析Fig.4 Comprehensive Analyses of Astronomical Tuning for Frequency-dependent Magnetic Susceptibility Data in Jiarang Section

基于識別出的沉積旋回，選取Laskar等提出的長偏心率[63]作為目標(biāo)曲線，對深度域的頻率磁化率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行天文調(diào)諧，結(jié)合磁性地層年齡，建立具有絕對年齡的天文年代標(biāo)尺[62,64]。經(jīng)過高斯帶通濾波，在3～361 m層段中識別出14個代表長偏心率周期的26 m沉積旋回(圖4)，高斯帶通濾波帶寬為(0.039±0.010)cycles·m-1；對偏心率曲線進(jìn)行高斯帶通濾波，濾波帶寬為(0.002 5±0.000 6)cycles·ka-1，獲得天文調(diào)諧目標(biāo)曲線。在天文調(diào)諧中，將古地磁年齡作為絕對年齡控制點，但由于K-Ar定年有誤差，所以在調(diào)諧過程中古地磁年齡在誤差范圍內(nèi)有所調(diào)整(表1)。在加讓剖面磁性地層年代框架內(nèi)，選取6個古地磁年齡作為絕對年齡控制點(表1)，將頻率磁化率數(shù)據(jù)序列26 m濾波曲線的極大值與長偏心率濾波曲線的極大值對應(yīng)，選取明顯的周期，共讀取16個旋回控制點，將頻率磁化率數(shù)據(jù)序列從深度域轉(zhuǎn)換到時間域[65]，獲得了11.758～5.890 Ma的頻率磁化率數(shù)據(jù)時間序列(圖4)。

經(jīng)過天文調(diào)諧后，尖扎盆地加讓剖面3～361 m的地層顯示了11.758～5.890 Ma的沉積記錄；年齡誤差由約405 ka長偏心率周期的帶通濾波誤差以及選取的古地磁年齡控制點的誤差造成，進(jìn)行帶通濾波分析時選取的帶寬一般約為濾波波長的1/4[25,65]，即利用405 ka長偏心率周期進(jìn)行天文調(diào)諧時具有約100 ka的誤差。天文調(diào)諧選取的旋回控制點與對應(yīng)的深度具有很好的相關(guān)性(圖5)，這也表明本文所建立的天文年代標(biāo)尺的可靠性。

表1 絕對年齡控制點及誤差

圖5 加讓剖面天文調(diào)諧年齡與深度的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Relationship Between Age and Depth Based on the Astronomical Tuning in Jiarang Section

4.3 時間域頻譜分析

依據(jù)天文調(diào)諧建立的天文年代標(biāo)尺時間域頻譜分析，可以評估所建立的天文年代標(biāo)尺的準(zhǔn)確性和合理性。在時間域頻譜分析中，除顯示較強(qiáng)的天文調(diào)諧所使用的地球軌道參數(shù)周期外，其他參數(shù)周期的峰值也都在置信區(qū)間之內(nèi)，則建立的天文年代標(biāo)尺較為可靠[62]。對經(jīng)過天文調(diào)諧的11.758～5.890 Ma(對應(yīng)深度從361 m到3 m)頻率磁化率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行時間域頻譜分析[圖6(b)和圖7]，結(jié)果顯示主要周期有：約2 Ma和約800 ka的超長周期，這可能是約2.4 Ma超長偏心率的調(diào)制周期；約405 ka的長偏心率周期和約105 ka的短偏心率周期；約210 ka的周期，這可能受到偏心率周期影響；約41 ka的斜率周期和約20 ka的歲差周期。上述周期的置信度均超過99%，時間域頻譜分析與深度域頻譜分析的結(jié)果一致，除顯示較強(qiáng)的長偏心率周期外，其余天文軌道周期也都有體現(xiàn)，這表明建立的天文年代標(biāo)尺是可靠的。

圖6 加讓剖面頻率磁化率數(shù)據(jù)時間域演化圖譜及頻譜分析Fig.6 Evolution Profile and Spectrum Analyses of Frequency-dependent Magnetic Susceptibility Data in Time Domain in Jiarang Section

圖7 加讓剖面頻率磁化率數(shù)據(jù)時間域分段頻譜分析Fig.7 Segmented Spectrum Analyses of Frequency-dependent Magnetic Susceptibility Data in Time Domain in Jiarang Section

天文軌道參數(shù)的周期在時間域演化圖譜[圖6(a)]上也有體現(xiàn)，各個周期在時間維度都有變化。為進(jìn)一步分析加讓剖面天文軌道參數(shù)周期的具體變化，依據(jù)頻率磁化率數(shù)據(jù)序列的變化，分別對7.200～5.890 Ma(對應(yīng)深度從90.0 m到3.0 m)、8.500～7.200 Ma(對應(yīng)深度從152.2 m到90.0 m)和11.758～8.500 Ma(對應(yīng)深度從361.0～152.2 m)頻率磁化率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行頻譜分析(圖7)。結(jié)果表明：在7.200～5.890 Ma，以強(qiáng)105 ka的短偏心率周期為主，約190 ka的周期可能受到偏心率周期影響；在8.500～7.200 Ma，以強(qiáng)41 ka的斜率周期為主，19 ka的歲差周期次之；在11.758～8.500 Ma，405 ka的長偏心率周期、41 ka的斜率周期和20 ka的歲差周期較為突出，約180 ka的周期可能受到長偏心率周期影響。加讓剖面深度域頻譜分析和時間域頻譜分析都顯示有約200 ka的周期，這一周期在古環(huán)境記錄中早已被證實存在，甚至被認(rèn)為是偏心率周期的另一頻率分量[66]。Westerhold等研究東南大西洋晚中新世氧同位素記錄的180 ka周期，認(rèn)為其是斜率周期的調(diào)制周期[67]。大西洋漸新世晚期—中新世早期的海底穩(wěn)定同位素記錄中也發(fā)現(xiàn)了弱的約200 ka周期，該周期代表斜率周期或長偏心率周期的調(diào)諧周期[68]。

為了分析晚中新世主導(dǎo)周期在7.2 Ma前后的變化，對南海底棲有孔蟲氧同位素記錄進(jìn)行頻譜分析。在7.2～5.8 Ma顯示出強(qiáng)的短偏心率周期和斜率周期[圖8(a)]；在11.8～7.2 Ma顯示出強(qiáng)的斜率周期和弱的短偏心率周期[圖8(b)]。這一結(jié)果與加讓剖面天文調(diào)諧后頻率磁化率數(shù)據(jù)序列時間域頻譜分析基本吻合(圖8)，即7.2 Ma之前都存在強(qiáng)的41 ka斜率周期，7.2 Ma之后存在強(qiáng)的100 ka短偏心率周期?；谝炎R別出的主導(dǎo)周期，以7.2 Ma為分界點，對頻率磁化率數(shù)據(jù)序列和南海底棲有孔蟲氧同位素數(shù)據(jù)濾波，100 ka短偏心率周期的濾波帶寬為(0.010±0.002)cycles·ka-1，41 ka斜率周期的濾波帶寬為(0.025±0.006)cycles·ka-1。在7.2～5.8 Ma的頻率磁化率和氧同位素的100 ka濾波曲線基本吻合(圖9)，由于這一時期氧同位素受強(qiáng)的短偏心率周期和斜率周期共同影響，所以100 ka的部分濾波曲線存在偏差；在11.8～7.2 Ma的頻率磁化率和氧同位素的41 ka濾波曲線有很好的對應(yīng)關(guān)系(圖9)。

深海氧同位素數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[7]圖8 加讓剖面頻率磁化率與深海氧同位素記錄的頻譜分析對比Fig.8 Comparisons of Spectrum Analyses for Frequency-dependent Magnetic Susceptibility in Jiarang Section and Marine Oxygen Isotope Records

比較天文調(diào)諧后的頻率磁化率數(shù)據(jù)序列和深海氧同位素序列發(fā)現(xiàn)：在約8.5 Ma之前，頻率磁化率較低，變化平緩且周期性波動，深海氧同位素升高，表明這段時期可能受全球變冷影響，氣候較干冷，成壤作用弱；在8.5～7.2 Ma的頻率磁化率急劇升高，深海氧同位素降低，指示這一階段由于青藏高原的隆升和全球冰量減少，使東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，降雨增多，氣候溫暖濕潤；約7.2 Ma之后，頻率磁化率降低，深海氧同位素升高，說明約7.2 Ma之后北極冰蓋開始形成[69-70]和全球變冷導(dǎo)致東亞夏季風(fēng)減弱[29]，亞洲內(nèi)陸水汽供應(yīng)不足，尖扎盆地又轉(zhuǎn)變?yōu)楹涓稍餁夂?。約7.2 Ma的控制東亞夏季風(fēng)演化的主導(dǎo)周期轉(zhuǎn)變可能也與此有關(guān)。

深海氧同位素數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[7]圖9 加讓剖面天文調(diào)諧后頻率磁化率數(shù)據(jù)序列和深海氧同位素記錄的對比Fig.9 Comparisons of Frequency-dependent Magnetic Susceptibility Data Series After Astronomical Tuning in Jiarang Section and Marine Oxygen Isotope Records

5 結(jié) 語

(1)通過對青藏高原東北緣尖扎盆地加讓剖面3～361 m沉積地層系統(tǒng)的旋回地層學(xué)研究，頻率磁化率數(shù)據(jù)序列深度域頻譜分析表明：3～361 m層段存在穩(wěn)定的代表長偏心率周期的26 m沉積旋回，代表其他天文軌道周期的沉積旋回也有所體現(xiàn)，但并不穩(wěn)定，隨深度有所變化。

(2)基于識別出的主導(dǎo)沉積旋回，利用穩(wěn)定的405 ka長偏心率周期對3～361 m深度域頻率磁化率數(shù)據(jù)序列進(jìn)行天文調(diào)諧，結(jié)合加讓剖面磁性地層年代框架，建立了11.758～5.890 Ma絕對天文年代標(biāo)尺。經(jīng)過天文調(diào)諧的頻率磁化率數(shù)據(jù)序列時間域與古地磁年代結(jié)果吻合較好，表明建立的天文年代標(biāo)尺是可靠的。

(3)南海底棲有孔蟲氧同位素記錄的頻譜分析表明：在7.2～5.8 Ma顯示出強(qiáng)的短偏心率周期和斜率周期；在11.8～7.2 Ma顯示強(qiáng)的斜率周期和弱的短偏心率周期。這一結(jié)果與加讓剖面的頻率磁化率數(shù)據(jù)序列頻譜分析基本吻合。約7.2 Ma，北半球冰蓋開始形成，致使全球變冷，海平面下降，東亞夏季風(fēng)減弱，亞洲內(nèi)陸水汽供應(yīng)不足，尖扎盆地氣候開始向寒冷干旱轉(zhuǎn)變。約7.2 Ma的控制東亞夏季風(fēng)演化的主導(dǎo)周期轉(zhuǎn)變可能與北極冰蓋開始形成、全球變冷有關(guān)。

中國地質(zhì)大學(xué)(北京)吳懷春教授在論文修改過程中給予了建設(shè)性建議，長安大學(xué)左俊同學(xué)和中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所董俊超老師等在野外考察和采樣中提供了大量幫助,在此一并表示感謝！