1、 中国地质大学（北京）硕 士 学 位 论 文青海天峻木里冻土区末次冰期以来的气候变化研究学 号： 研 究 生：专 业：地理学研 究 方 向 ： 全 球 变 化 与 区 域 响 应指 导 教 师 ： 年 月摘要本文以青海省天峻县木里冻土地区为研究区，该研究区位于青藏高原东北部、祁连山中段南麓，借鉴前人研究成果，通过对研究区第四系地层剖面进行实测取样，进行粒度、磁化率和古温度分析，并与青藏高原古里雅冰芯 50 ka.BP 以来的氧同位素阶段进行了对比，恢复了研究区末次冰期中期以来的气候环境变化特征及演化历程。得到以下结论：1、研究区第四系地层，主要包括上更新统乐都组上部与全新统全部，其中上更新统乐
2、都组上部与下覆基岩相接，交界处年龄约为 44.84 ka.BP，而其与全新统的界限年龄约为 11.37 ka.BP，交界处有一个灰褐色含砾石粘土层。2、该研究区晚更新世晚期末次冰期中期以来在古气候环境、沉积环境方面经历了三个阶段的变化。从旧至今分别为较暖的晚更新世晚期末次冰期中期间冰期阶段（约 44.84 ka B.P.至 31.54 ka B.P.） ，该阶段为暖湿背景下的冰水相和洪积相沉积，沉积物粒度相对偏粗，磁化率和古温度值也较高。期间气候波动，有异常温暖时期，沉积速率较快，降温较升温更迅速。寒冷的末次冰期盛冰期和冰晚期阶段（约 31.54 ka B.P.至 11.32 ka B.P.）
3、 ，在末次冰期中最冷，冰川规模最大的阶段就是末次冰期盛冰期和冰晚期，沉积特征为冷干背景下的冰水河流相沉积，水动力弱且不稳定，沉积物细粒成分增多，磁化率显著下降，在冰晚期气温回升。气候总体温润的全新世阶段（约 11.32 ka B.P.至今） ，自此开始升温进入冰消期，主要为冰水沉积和冲洪积沉积物，沉积物粒度粗细介于盛冰期和末次冰期中期间冰期之间。磁化率和古温度较盛冰期偏高，在中期存在大暖期，总体气候暖湿，但仍存在次一级的较为频繁剧烈的冷暖波动。3、研究发现，在本研究区内铁氧化物比值恢复的古温度与磁化率、粒度数据相关性较好，在一定程度上可以用来作为高寒冻土区的环境代用指标。剖面与古里雅冰芯 50
4、 ka.BP 以来的氧同位素数据匹配度好，发现可将研究区内末次冰期中期以来的气候环境变化过程分别对应于古里雅冰芯氧同位素的第1、2、3（a 和 b）阶段，且剖面数据特征峰谷值部位对哈因里奇事件（H1 至H4 事件） 、新仙女木事件（YD 事件） 、Allerod-Bolling 间冰阶暖事件均有较好响应。关键词：木里地区，气候环境变化，粒度，磁化率，古温度，氧同位素阶段AbstractThis paper seclected the quaternary stratigraphic in Muli permafrost aera of Tianjun county of Qinghai Pro
5、vince as research object, which is in the northeast of Qinghai-Tibet Plateau and adjacent to the south of Mid-Qilian Mountain. On the base of previous studies, this paper took some analysis about particle size, magnetic susceptibility and paleo temperature and compared the characteristics of them wi
6、th the paleo oxygen isotope stages in Guliya Ice Core since 50 ka.BP. Then this paper rehabilitates the process and evolution of climate changing in research area since mid-last glacial age of Late Pleistocene. And the main conclusions are as follows:1. The quaternary stratigraphic in research area
7、includes the upper Ledu formation of Late Pleistocene stratigraphic and all the Holocene stratigraphic. The age of the boundary between the upper Ledu formation and the bedrock which is below it is about 44.84 ka BP. And the age of the boundary between the upper Ledu formation and the Holocene strat
8、igraphic in which lies a gray-brown clay containing gravel isabout 11.37 ka BP.2. The paleo climate and sedimentary environment of research area have three stages since mid-last glacial age. The most old and warm stage is a interglacial age of mid-last glacial age between the age 44.84ka BP and 31.5
9、4 ka BP. In this stage, the foremost sedimentary facies is outwash and flood depositions. The particle size is thicker, and the value of magnetic susceptibility and paleo temperature is greater than the otherss. During this stage, climate fluctuated and had a abnormal warm event, which leaded to a g
10、reater speed of sedimentary. Then it came the coldest stage which is called the Last Glacial Maximum and Late Glacial, dating age is between 31.54ka BP and 11.32 ka BP. The foremost sedimentary facies is outwash with some characteristics of fluvial deposits, meaning that this stage had a weak and un
11、stable transportation power. Fine particles composition increases with a significant reduction of the value of magnetic susceptibility and paleo temperature. But during the later period of Late Glacial, the paleo temperature incressed gradually with some sudden and short cold events, such as YD even
12、t. The newest stage is Holocene from 11.32 ka BP to nowadays, The foremost sedimentary facies is outwash and alluvium-flood depositions. The the value of magnetic susceptibility and paleo temperature is greater than the priors. this stage has gone through cold dry- Megathermal-cool minor stages , wh
13、ich of the middle is a relatively long warm period, which is called Megathermal. Although the weather is warm and wet in general, it also has some minor intense and frequent fluctuations between warm and cold.3. The analysis show that the paleo temperature which is calculated and based on the Iron o
14、xide ratio can be used as climate index of the cold plateau in some degree, because of its good correlation with particle size, magnetic susceptibility. And the climate change characteristics since mid-last glacial age in research area could be corresponding well to the different stages of the paleo
15、 oxygen isotope stages in Guliya Ice Core since 50 ka.BP respectively, such as OIS1, OIS2, OIS3a, OIS3b. In addition, the peaks and valleysof the climate change characteristics could also be corresponding well to the sudden cold events, such as Heinrich event(from H1 to H4), Younger Dryas event(abou
16、t 11 ka BP), or the warm event, such as Allerod-Bolling event(shortly before YD event).Key words: Muli Area, Paleo Climate and Environmental Evolution, Particle Size, Magnetic Susceptibility, Paleo Temperature, Paleo Oxygen Isotope Stages目 录摘要 .4Abstract .5第 1 章 前言 .11.1 选题依据与研究意义 .11.2 前人研究工作 .21.3
17、 研究内容与技术路线 .31.3.1 研究内容 .31.3.2 技术路线 .41.4 主要工作内容安排 .41.4.1 野外工作 .41.4.2 室内工作 .5第 2 章 研究区自然和地质背景 .62.1 自然地理概况 .62.1.1 区位及交通 .62.1.2 气候及水文状况 .72.1.3 资源禀赋 .72.2 社会经济概况 .72.2.1 基本社会情况 .72.2.2 工农副业生产 .82.2.3 历史沿革 .82.3 区域地质概况 .82.3.1 地质背景 .82.3.2 冻土分布状况 .92.4 区域第四系地质 .92.4.1 上更新统乐都组 .92.4.2 全新统 .10第 3 章
18、 剖面岩性描述及地层划分 .113.1 QH-13-1 剖面地层描述及年代 .123.1.1 剖面 1 地层描述 .123.1.2 剖面 1 年代分析 .143.2 QH-13-2 剖面地层描述及年代 .153.2.1 剖面 2 地层描述 .153.2.2 剖面 2 年代分析 .173.3 QH-13-3 剖面地层描述及年代 .193.3.1 剖面 3 地层描述 .193.3.2 剖面 3 年代分析 .213.4 研究剖面的地层划分与对比 .21第 4 章 木里地区末次冰期以来的气候演变 .234.1 环境代用指标 .234.1.1 粒度分析方法 .234.1.2 磁化率分析方法 .274.1
19、.3 铁氧化物的古温度估算方法 .284.2 QH-13-1 剖面揭示的古气候变化 .294.2.1 剖面 1 粒度分析 .294.2.2 剖面 1 古温度与磁化率和平均值的对比 .344.3 QH-13-2 剖面揭示的古气候变化 .364.3.1 剖面 2 粒度分析 .364.3.2 剖面 2 古温度与磁化率和平均值的对比 .404.4 QH-13-3 剖面揭示的古气候变化 .424.4.1 剖面 3 粒度分析 .424.4.2 剖面 3 古温度与磁化率和平均值的对比 .454.5 研究区的古气候变化过程 .464.6 古气候变化与古里雅冰芯氧同位素记录的对比 .48第 5 章 结论 .52
20、5.1 结论与进展 .525.2 存在问题及研究期望 .53致谢 .54参考文献 .55附 录 .57中国地质大学（北京）硕士学位论文1第 1 章 前言1.1 选题依据与研究意义第四纪期间青藏高原迅速隆起，逐渐发展成今天雄壮天下的世界屋脊。伴随青藏高原逐渐隆起，其气候环境的整体格局也发生了巨大变化。作为高寒仅次于南北极的世界第三极，青藏高原是全球气候变化重要的启动器和效应器，与全球气候的变化有着千丝万缕的密切联系，对于第四纪冰期和间冰期交替的气候变化影响极大。研究青藏高原区域气候环境已成为全球变化研究的热门话题，通过研究，我们不仅可以重建和探究青藏高原及其周边地区古气候环境变化过程、规律和环境
21、效应，也可为有效预测推演未来气候变化提供可靠的数据，从而为人类更好地生存和发展提供科学的气候环境建议和参考。另外，工业革命以来，人类社会进入到了前所未有的快速发展期，如何解决环境污染的弊病、气候突变和缓解能源枯竭的威胁无疑是人类社会生产生活中的一个新的挑战，节能减排，实现经济社会生态协同发展的共赢局面已成为全球共识。天然气水合物（化学式 CH4.n H2O，也可简称可燃冰）是一种高能高效且无污染的极优质清洁能源，被公认为是世界上仍尚待开发的最大最有远景的新型战略能源和资源。全球天然气水合物储量巨大，据估测，迄今为止，全球现今已探明的天然气水合物储量巨大，约在油气等全球传统化石能源储量的两倍以上
22、。我国冻土分布广阔，总面积可观，达 215 万平方公里，位列世界第三，具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。据科学家初略估算，远景资源量至少有 350亿吨油当量。而我国祁连山冻土区地处青藏高原东北缘, 海拔在 3000m 以上，常年高寒，连续冻土区内的年平均地温低，为1.5 至2.4，冻土面积广阔，约 104km2，冻土层厚度大，为 50 至 139 m(曹代勇等， 2009)。祝有海等通过对祁连山南麓冻土区内木里煤田 33 号钻孔的各项资料进行综合分析，认为该区的温压条件对形成天然气水合物非常有利(祝有海等，2006)。随后在 2009 年，我国地质界再传捷报，地调局在木里煤田聚乎更矿区
23、首次钻取得到天然气水合物的实物样品，由此我国成为全球第一个在中低纬度高山冻土区取得到天然气水Error! No text of specified style in document.2合物实物的国家(祝有海等，2009)。在时间尺度上，末次冰期是距离现代人类社会最近的一个深有影响的大冰期，期间研究区内冰川运动频繁，对天然气水合物的形成、赋存和散逸都有着紧密的影响，更好更精确地地掌握和了解第四纪末次冰期晚期以来木里地区的地层对比研究和气候环境变迁，可以为天然气水合物的赋存条件的影响机制探究和开采带来的气候环境影响提供必要的科学依据和参考，会极大地促进我国清洁能源发展和保障我国能源安全。本论文以
24、中国地质大学（北京）承担的天然气水合物勘查与试采工程国家专项项目陆域天然气水合物环境监测及效应研究(编号: GZHL20110327)所属的祁连山木里地区晚更新世以来冻土剖面的取样和分析子项目为依托，项目来源于中国地质调查局油气中心。通过本项目内容的研究成果，可以完善和提高本研究区末次冰期晚期以来的地层数据的数量和精度；探求本研究区为代表的祁连山南青藏高原东北边缘地区的气候变化过程及特征表现，并据此力图恢复古温度，以探求研究区末次冰期以来的气候环境变化。1.2 前人研究工作至今国内外科研人员及专家对青藏高原气候环境变化进行了不同维度和指标的多项研究，取得的不少优秀的研究成果。通过对祁连山西段古
25、地磁、孢粉、碳酸盐等资料进行研究，李麒麟认为青藏高原在第四纪一共经历了三个大的快速隆升期，这三个隆起期对高原气候格局形成和发展影响巨大，尤其是距今最近的晚更新世至今隆升期(160 ka. BP 至今)对青藏高原气候环境的影响最明显，导致高原逐渐形成了以冷干与暖湿的气候波动组合为主的气候特征（李麒麟，2003） 。贾玉连等通过对东亚季风区 40 ka. BP 以来 18 个黄土/ 古土壤序列与 27个湖泊沉积序列进行对比，发现青藏高原在 40 至 24 ka. BP 期间存在异常暖期，甚至较 14 至 4 ka. BP 期间气候更为温暖湿润，在一些湖泊水面出现 40 ka. BP 以来的最高海拔
26、和最大面积，这一时期是一次较大的湖泛期（贾玉连，2004） 。沈吉研究分析了晚冰期以来青海湖沉积物植物孢粉、无机碳酸盐、地球生物等多项指标和数据，基本建立了青海湖自晚冰期以来的高分辨率古气候变化规律。结果表明，约 18.2 ka. BP 左右，青藏高原气候末次冰期盛冰阶消亡，开始转入晚冰期；在约 15.4 ka. BP 气候开始偏于暖湿，到 7.4 ka. BP 时达到了最暖期；中国地质大学（北京）硕士学位论文3在约 4.5 ka. BP 以后气候又逐步转入凉干，在晚冰期转向全新世期间气候的冷暖干湿波动频率高且较剧烈（沈吉，2004） 。陶铭灿通过对乐都盆地的研究，将青藏高原东北部靠近祁连山区
27、上更新统地层划为乐都组（陶铭灿，1977） 。程波通过对青藏高原东北缘共和盆地达连海末次冰消期以来的孢粉、粒度、碳酸盐含量进行研究分析，重建了共和盆地末次冰消期以来的古气候环境。其发现其末次冰消期以来的气候快速变化过程与北半球冰芯、深海沉积物沉积特征和高分辨率的石笋及泥炭记录都有很好的可比性，但响应相对滞后。其认为这种较短尺度的气候快速波动主要是受北大西洋温盐环流的突变影响，而长期气候变化影响因素可能是太阳辐射强度驱动西南季风进而影响气候变化（程波，2006） 。姚檀栋等通过对古里雅冰芯氧同位素（其氧同位素阶段简称 OIS）和 60N 太阳热辐射的研究，也得出了较为相近的结果和解释（姚檀栋，2
28、001） 。朱照宇等通过研究得出青藏高原东北缘的气候事件与其他广大地区在发生阶段和时间上的有着较好的相似性，其认为这表明青藏高原气候环境变化受全球气候动力系统的统一控制，并佐证了了气候和构造旋回的普遍对应性（朱照宇，1994） 。但在对以本研究区为代表的青藏高原东北部冻土区气候环境变迁的研究在目前来看还有待于进一步完善，虽亦有对于此研究区内晚更新世以来气候环境变迁的研究，但所采用的试验方法、精度和分析方法还有待改进，故对于本研究区内的末次冰期中期以来的气候环境特征研究仍有待弥补的研究价值和有益的数据参考。1.3 研究内容与技术路线1.3.1 研究内容论文的主要研究内容是通过广泛收集国内外冻土区
29、，尤其是青藏高原冻土区晚第四纪气候变化与多年冻土发育的研究成果，有针对性的在研究区对祁连山多年冻土区重点钻探区开展野外调查工作，进行地层剖面的测制和系统取样、古冰川遗迹的调查， ，选取具有代表性的层剖面，进而获取第四纪沉积物，运用光释光、 14C 测年手段，对研究区第四系地层进行初步的划分，取得横向上的对比，确定研究区地层的界限及年龄；通过对第四系地层沉积物沉积相的观察、描述及实验测试分析，还原出研究区的沉积环境；利用磁化率、铁氧化物比值Error! No text of specified style in document.4等古气候指示指标来重建研究区末次冰期晚期以来的古气候及古环境，并
30、与全球性的气候事件和气候环境变迁特征进行对比研判。研究区内第四纪发育情况复杂，沉积类型多样，是记录地质历史时期重要的载体，在很多时候，沉积物的岩相和岩性特征可以反映出当时地质历史时期的沉积环境状况。一定程度上，对比分析沉积物的颜色变化特征，也有助于了解过去地质地貌的状况，可以很好地反映出沉积物形成地质时期的古气候变化特征，并以其为标志来划分和对比第四系地层；沉积物的粒度分析可以用来分析判断迥异的沉积作用的搬运介质强弱，这种重要依据可为古气候环境对比分析提供参考；样品沉积物的磁化率值受到沉积物形成时气候变化的影响，而沉积物颗粒的大小各异和不同的物质来源在一定程度上也会影响磁化率特征，磁化率是很重要的古气候指示指标，在第四纪古气候环境变化的研究中也得到了广泛的应用。主要进行的科学问题研究有：（1） 、进行研究区域内地层剖面的测制和系统取样、地貌的调查；（2） 、磁化率、粒度特征变化及与气候事件对比； （3） 、沉积环境类型、特征的时空变化；（4） 、铁氧化物还原古温度。1.3.2 技术路线论文总体的技术路线是：分析和了解项目背景和要求，确定与之相适宜的研究目标和预期结果广泛收集、整理并分析前人研究工作确定研究区范围和研究内容及有效指标制定出野外和室内的工作方案，做好准备工作野外制测剖面、取样（磁化率、粒度、年龄测试、孢粉、地球化学等样品）室内试验和结果分
