王振，邱思靜，陳一凡，程璐，呂紅華，鄭祥民

華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,上海 200241

新疆柴窩堡盆地南緣晚新生代陸源沉積物巖石磁學(xué)特征及其古環(huán)境意義

王振，邱思靜，陳一凡，程璐，呂紅華，鄭祥民

華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,上海 200241

亞洲內(nèi)陸晚新生代干旱化歷史及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制是非常重要的科學(xué)問(wèn)題。選擇天山北麓柴窩堡盆地南緣烏魯木齊河剖面為研究對(duì)象，基于磁性地層年代學(xué)研究建立的時(shí)間標(biāo)尺，分析了該剖面碎屑沉積物巖石磁學(xué)特征及其控制因素，進(jìn)一步探討了柴窩堡盆地晚新生代古氣候特征。磁性地層年代學(xué)研究約束烏魯木齊河剖面底界年齡為～6.8 Ma，頂界年齡為～3.3 Ma。詳細(xì)的巖石磁學(xué)測(cè)量及漫反射光譜分析結(jié)果表明，烏魯木齊河剖面沉積物中磁性礦物主要包括磁鐵礦、赤鐵礦等，磁學(xué)參數(shù)lf、ARM、SIRM、S-100mT、S-300mT、ARM/SIRM等在～6.3 Ma、～5.2 Ma存在明顯變化，揭示磁性礦物粒度、含量等存在相應(yīng)變化，如在6.3 Ma前后，磁性礦物顆粒逐漸變粗、含量降低；在5.2 Ma前后，磁性礦物顆粒逐漸變細(xì)后趨于穩(wěn)定、含量逐漸增多?；谙⊥猎胤治觥⒊练e粒度與磁學(xué)參數(shù)相關(guān)性分析，認(rèn)為沉積物源與沉積物粒度不是導(dǎo)致烏魯木齊河剖面磁學(xué)性質(zhì)變化的主要因素，自～6.8 Ma以來(lái)逐步干旱化的氣候條件可能是導(dǎo)致該剖面磁學(xué)特征變化的重要原因。基于漫反射光譜分析得到的紅度與亮度數(shù)據(jù)結(jié)果也揭示了同樣的古氣候特征。

巖石磁學(xué)；干旱化；晚新生代；柴窩堡盆地；天山北麓

0 引言

隨著全球氣候變冷[1-4]和青藏高原隆升[5-7]，亞洲環(huán)境發(fā)生了深刻變化，其中最顯著的變化就是亞洲內(nèi)陸干旱化[8-12]、季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的形成和發(fā)展[13-15]。氣候系統(tǒng)的調(diào)整對(duì)人類生存和人類社會(huì)的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生極為深刻和廣泛的影響，因此其演化歷史及驅(qū)動(dòng)機(jī)制備受科學(xué)界的關(guān)注[16]。我國(guó)西北地區(qū)地處亞洲內(nèi)陸，對(duì)其晚新生代干旱化歷史的認(rèn)識(shí)有助于理解亞洲內(nèi)陸乃至全球的氣候演化歷史，是開(kāi)展相關(guān)研究的一個(gè)重要區(qū)域。

近年來(lái)，巖石磁學(xué)方法被廣泛應(yīng)用于古氣候研究與古環(huán)境重建[17-18]。聚焦于亞洲內(nèi)陸晚新生代干旱化歷史，前人基于黃土—古土壤序列、湖泊與海洋沉積物的巖石磁學(xué)研究成功反演了晚新生代氣候歷史[19-22]。亞洲內(nèi)陸面積廣闊，更多的研究有助于更好地揭示該地區(qū)晚新生代氣候演化的歷史。基于此，本文選擇新疆天山北麓柴窩堡盆地南緣晚新生代陸源沉積物為研究對(duì)象，基于磁性地層年代學(xué)研究建立的時(shí)間標(biāo)尺，揭示了研究剖面陸源沉積物巖石磁學(xué)性質(zhì)及其變化特征，并基于沉積粒度分析、漫反射光譜測(cè)試等，探討了影響磁學(xué)性質(zhì)的主要因素，進(jìn)一步探討了研究區(qū)晚新生代古氣候特征。

1 區(qū)域概況

新疆天山北麓柴窩堡盆地東起達(dá)坂城，西至西山，南起南天山，北至博格達(dá)山(東天山)，東西長(zhǎng)120 km，南北寬20～30 km[23]。盆地東部為中、高山，西部為低山丘陵(圖1A)。盆地內(nèi)多年平均氣溫為6.5℃，多年平均降水量為248.8 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 607.3 mm[24]。

柴窩堡盆地是一個(gè)中、新生代都有明顯構(gòu)造活動(dòng)的復(fù)合型盆地[25]。盆地南北兩側(cè)均為強(qiáng)烈上升的擠壓褶皺斷塊山地，山區(qū)河流發(fā)育，成為盆地內(nèi)碎屑沉積物的運(yùn)輸通道。構(gòu)造上，柴窩堡盆地南以柴窩堡南緣逆斷裂為界，與依連哈比爾尕復(fù)背斜相接；北以烏拉泊—白楊溝隱伏斷裂與博格達(dá)復(fù)背斜相鄰[26]。地層上，柴窩堡盆地的基底主要包括二疊系、三疊系和侏羅系地層，盆地沉積則包括新生界和第四系沉積地層，其中新生界地層巖性主要以泥巖、粉砂巖和砂巖為主，其上部含有一定厚度的礫巖，而第四系地層主要為厚層的砂礫石堆積。在柴窩堡盆地南緣，由于柴窩堡盆地南緣斷裂北支(即板房溝斷裂)的逆沖作用，發(fā)育形成了薩爾喬克背斜[27-28]。盡管薩爾喬克背斜的地貌表現(xiàn)不是特別典型，但烏魯木齊河在此產(chǎn)生了強(qiáng)烈的下切侵蝕，從而沿河谷形成了露頭條件較好的晚新生代地層剖面(下文統(tǒng)稱為烏魯木齊河剖面，圖1B)，筆者選擇這些天然地層露頭開(kāi)展本文的研究工作。

2 剖面巖性特征與年代標(biāo)尺

野外實(shí)測(cè)的烏魯木齊河剖面厚度約為303 m(圖2)。剖面巖性主要包括泥巖與礫巖，其中礫巖主要分布在60～190 m深度范圍。剖面中泥巖主要呈現(xiàn)為淺棕紅色，剖面上部的泥巖稍淺，略呈黃色；礫巖層呈灰色，部分層位由于含一定量的黏土而呈現(xiàn)為淺棕紅色。綜合來(lái)看，剖面主要由棕黃色和淺棕紅色泥巖組成，但是剖面中間部分為灰色礫巖與淺棕黃色泥巖互層(圖2)。根據(jù)巖相組合特征，烏魯木齊河剖面沉積環(huán)境應(yīng)該屬于沖積扇—湖泊沉積體系[28]，與天山北麓晚新生代的沉積環(huán)境一致[29]。野外考察發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊河剖面地層產(chǎn)狀的最大特征在于地層傾角在靠近背斜核部(北)的位置最大，向背斜翼部逐漸變小[28]。剖面中沒(méi)有明顯的地層錯(cuò)斷和不整合，剖面地層應(yīng)為連續(xù)沉積所形成[28]。

圖2 烏魯木齊河剖面巖性、磁性地層與典型地層露頭 (據(jù)Lu et al.[28])標(biāo)準(zhǔn)極性柱根據(jù)Lourens et al.[30]；典型地層露頭照片中的數(shù)字指該采樣層在剖面中的深度范圍Fig.2 Lithology, magnetic polarity stratigraphy and typical outcrops of the Urumqi River section(after Lu et al.[28])

對(duì)于烏魯木齊河剖面的地層年代，Luetal.[28]進(jìn)行了詳細(xì)的磁性地層學(xué)研究。在剖面中布置了82個(gè)采樣點(diǎn)，共采集古地磁樣品184個(gè)。基于熱退磁結(jié)果，最終用于建立烏魯木齊河剖面磁極性柱的樣品數(shù)為64個(gè)。選用Lourensetal.[30]的標(biāo)準(zhǔn)極性柱進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步結(jié)合烏魯木齊河剖面上覆的沖積礫石層的年代[28]，給出了圖2所示的對(duì)比結(jié)果。根據(jù)這一對(duì)比結(jié)果，確定烏魯木齊河剖面的底界年齡為～6.8 Ma，頂界年齡為～3.3 Ma(圖2)。這一磁性地層研究為探討烏魯木齊河剖面晚新生代陸源沉積物的巖石磁學(xué)特征及其古環(huán)境意義提供了可靠的時(shí)間標(biāo)尺。

3 研究方法

本文基于在古地磁采樣點(diǎn)獲得的樣品，進(jìn)行了巖石磁學(xué)、漫反射光譜、沉積粒度以及稀土元素等方面的測(cè)試與分析。

所有樣品經(jīng)研磨后在烘箱中烘干，溫度控制在35℃。稱取7.0 g烘干樣并用塑料保鮮膜包緊，裝入磁學(xué)專用盒并壓實(shí)。利用Bartington MS2雙頻磁化率儀測(cè)量低頻(0.47 kHz)和高頻(4.7 kHz)磁化率(lf，hf)，計(jì)算頻率磁化率fd%=[(lf-hf)/lf]×100。利用Molspin交變退磁儀(交變磁場(chǎng)峰值100 mT，直流磁場(chǎng)0.04 mT)產(chǎn)生非磁滯剩磁(ARM)，以Minispin旋轉(zhuǎn)磁力儀測(cè)定ARM(本文表達(dá)為其磁化率形式ARM)。隨后利用Molspin脈沖磁化儀獲得樣品在1 T，-100 mT和-300 mT磁場(chǎng)下的等溫剩磁(IRM)，并利用旋轉(zhuǎn)磁力儀測(cè)定。本文中將1 T磁場(chǎng)中獲得的IRM稱為飽和等溫剩磁(SIRM)，并計(jì)算退磁參數(shù)S-100mT= [(SIRM-IRM-100mT)/(2×SIRM)]×100、S-300mT= [(SIRM-IRM-300mT)/(2×SIRM)]×100[31]，以及ARM/lf和ARM/SIRM。巖石磁學(xué)測(cè)試在華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

所有樣品進(jìn)行漫反射光譜測(cè)試。將烘干樣置于瑪瑙研缽中研磨，之后將粉末狀樣品壓進(jìn)直徑4 cm的圓塑料環(huán)中。樣品漫反射光譜測(cè)試所用儀器為Perkin Elmer Lambda 900 spectrophotometer，測(cè)量光譜范圍為400～700 nm，步長(zhǎng)為 0.5 nm，掃描速度為 300 nm/min，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)分析。通常，一階導(dǎo)數(shù)的波峰指示分析樣品中是否存在黏土礦物及磁性礦物[32]。根據(jù)Jietal.[32]的方法，進(jìn)一步計(jì)算每個(gè)樣品的紅度值，其為樣品在波長(zhǎng)630～700 nm間的漫反射強(qiáng)度總和與波長(zhǎng)400～700 nm間的漫反射強(qiáng)度總和的比值，常用來(lái)指示沉積物中鐵氧化物的含量[32]。漫反射光譜測(cè)試在華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

對(duì)剖面中所有樣品進(jìn)行了沉積粒度分析。先用5% H2O2和0.2 g/mol HCl去除樣品中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽，之后向樣品中加入0.5 g/mol(NaPO3)6并進(jìn)行超聲波震蕩分散。充分震蕩過(guò)后的樣品用于粒度測(cè)試，測(cè)試儀器為Mastersizer 2000激光粒度儀，測(cè)量范圍0.04～2 000 μm，測(cè)試誤差小于1%。測(cè)試過(guò)程中樣品濃度控制在10%～15%，通常為13%～14%。粒度測(cè)試在華東師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院完成。

為探討沉積物源對(duì)烏魯木齊河剖面磁學(xué)特征的可能影響，基于磁學(xué)測(cè)量結(jié)果，本文選擇部分樣品進(jìn)行了稀土元素分析，測(cè)試分析在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析步驟詳見(jiàn)邵磊等[33]。測(cè)試儀器為VGX7型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)，標(biāo)準(zhǔn)樣GSR5、GSR6和GSR9用來(lái)控制測(cè)試精度，測(cè)試誤差小于2%。

4 結(jié)果

如圖3所示，巖石磁學(xué)參數(shù)分別在～6.3 Ma 、～5.2 Ma發(fā)生了明顯的變化。根據(jù)這種變化，將烏魯木齊河剖面劃分為三層：第一層(0～64 m)、第二層(64～141 m)、第三層(141～303 m)，各層的磁學(xué)特征如下所述。

4.1 磁性礦物粒度

圖3 烏魯木齊河剖面磁學(xué)參數(shù)及亮度(L*)、紅度(a*)變化曲線Fig.3 The variations of magnetic properties, lightness (L*), redness (a*) of the Urumqi River section

圖4 烏魯木齊河剖面典型樣品的熱磁曲線Fig.4 Typical thermomagnetic curves of sediments in the Urumqi River section

4.2 磁性礦物類型和組合

熱磁分析被廣泛用于區(qū)分磁性礦物相[38-39]。本文中典型樣品的熱磁曲線如圖4所示。由圖可知，不同深度樣品的熱磁曲線特征具有很高的相似性，表明各地層所含的磁性礦物種類基本一致。所有樣品在約580 ℃時(shí)，樣品磁化率明顯降低，表明樣品中含有磁鐵礦；當(dāng)加熱至約680 ℃時(shí)，樣品的磁化率仍有少許下降，指示樣品中存在赤鐵礦。

漫反射光譜分析(DRS)可以檢測(cè)沉積物中是否存在針鐵礦(Gt)和赤鐵礦(Hm)等磁性礦物。前人研究表明[20,32,40]，在漫反射光譜一階導(dǎo)數(shù)圖中，針鐵礦具有典型的雙峰，即在 535 nm 處有一個(gè)主峰，在435 nm 處還有一個(gè)次峰；赤鐵礦的特征反射峰則在555～575 nm之間，其具體位置取決于赤鐵礦含量或者成土型赤鐵礦中鋁的取代度[32,40]。12個(gè)樣品的漫反射光譜一階導(dǎo)數(shù)圖顯示(圖5)，所有樣品在565 nm和435 nm左右存在兩個(gè)明顯的峰，說(shuō)明樣品中存在赤鐵礦和針鐵礦。

S-100mT和S- 300mT通常反映不完整反鐵磁性礦物(硬磁性礦物)和亞鐵磁性礦物(軟磁性礦物)的相對(duì)比例[34,41]，隨著不完整反鐵磁性礦物含量的增加而減小。如圖3j所示，樣品中S-300mT在65%～92%之間變化，平均值為80%，表明亞鐵磁性礦物在磁性礦物組份中占主導(dǎo)地位，但存在反鐵磁性礦物的貢獻(xiàn)。在第一層中，S-300mT呈增加趨勢(shì)；第二層中，S-300mT中呈遞減趨勢(shì)；第三層中，S-300mT在141～285 m呈波動(dòng)增加，在285～303 m逐漸減小(圖4j)。如圖3i、3j所示，S-100mT在這三層中與S-300mT具有相似的變化趨勢(shì)，而如圖3c所示，lf呈現(xiàn)出與S-100mT一致的趨勢(shì)，說(shuō)明反鐵磁性礦物對(duì)于磁化率的貢獻(xiàn)并不占主導(dǎo)地位。

圖5 烏魯木齊河剖面典型樣品的漫反射光譜一階導(dǎo)數(shù)圖Fig.5 First derivative spectral patterns of representative samples of the Urumqi River section

4.3 磁性礦物含量

圖6 烏魯木齊河剖面磁學(xué)參數(shù)之間的相互關(guān)系Fig.6 Relationships between magnetic parameters of the Urumqi River section

5 討論

5.1 磁學(xué)性質(zhì)控制因素

陸源沉積物的磁學(xué)性質(zhì)主要受沉積物的物源、粒度、沉積后期成巖作用等因素影響[34,42-44]，而這些因素往往受構(gòu)造背景、氣候條件等控制。

稀土元素在表生環(huán)境中的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，其組成及分布模式受風(fēng)化作用、搬運(yùn)過(guò)程、以及沉積和成巖作用的影響相對(duì)較小，主要受母巖控制，因而常被用作物源示蹤劑[45]。14個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果顯示(圖7)，分析樣品的稀土元素配分模式明顯一致。這可能表明烏魯木齊河剖面晚新生代沉積的物源應(yīng)該沒(méi)有發(fā)生顯著調(diào)整。因此，沉積物源不太可能解釋所觀察到的烏魯木齊河剖面磁學(xué)性質(zhì)的變化。

圖7 烏魯木齊河剖面沉積物稀土元素配分模式Fig.7 Chondrite-normalized patterns of rare earth elements (REEs) of the Urumqi River section

沉積物粒度也可用來(lái)解釋陸源沉積物磁性特征的變化。由上可知，從第一層到第二層，磁性礦物顆粒逐漸變粗；在第三層，磁性礦物顆粒逐漸變細(xì)。烏魯木齊河剖面磁學(xué)參數(shù)與粒度參數(shù)的相關(guān)性分析顯示(表1)，lf與中值粒徑、黏粒組份(<4m)分別呈現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系和正相關(guān)關(guān)系，而ARM/lf與這兩個(gè)粒度參數(shù)分別呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)關(guān)系與負(fù)相關(guān)關(guān)系。這表明烏魯木齊河剖面陸源沉積物中磁性顆粒主要富集在較細(xì)的粒度組份中。但SIRM、ARM、S-100mT、S-300mT等磁學(xué)參數(shù)(反映磁性礦物類型與組合等)與沉積粒度組份之間并沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系(表1)。上述相關(guān)分析表明，沉積粒度并不能解釋烏魯木齊河剖面晚新生代陸源沉積物磁學(xué)性質(zhì)的所有變化。

既然沉積物源與粒度不能解釋烏魯木齊河剖面陸源沉積物磁學(xué)性質(zhì)的所有變化，與構(gòu)造和氣候因素相關(guān)的成土過(guò)程、搬運(yùn)與沉積過(guò)程中礦物相的變化就不容忽視。沉積物中有機(jī)質(zhì)的降解可導(dǎo)致沉積后磁性礦物發(fā)生還原作用[46]。有機(jī)質(zhì)往往存在于較細(xì)的沉積物中，且成巖作用會(huì)導(dǎo)致沉積物呈現(xiàn)灰色、指示還原環(huán)境。而烏魯木齊河剖面整體上呈現(xiàn)棕黃色和棕紅色(指示氧化環(huán)境)，且在二、三層主要由礫石和砂組成(圖2a，b，c)。因此，還原環(huán)境下成巖作用對(duì)烏魯木齊河剖面磁性礦物的影響可能相對(duì)較小。fd%通常指示成土作用(與化學(xué)風(fēng)化作用相關(guān))形成的超細(xì)鐵磁性SP顆粒的含量[34,44]。中國(guó)黃土磁學(xué)研究結(jié)果表明[47]，fd%值越大指示成土作用越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的氣候也更加溫暖濕潤(rùn)。在天山北麓，fd%已被用于重建古氣候歷史[21]。對(duì)于烏魯木齊河剖面，fd%整體較小，表明剖面中化學(xué)風(fēng)化作用相對(duì)較弱，與柴窩堡盆地目前干旱少量、溫差大的氣候特征相一致。但干旱氣候條件下的亞鐵磁性礦物的氧化作用相對(duì)較強(qiáng)。如圖3i所示，整體偏小的S-100mT指示烏魯木齊河剖面含有相對(duì)多的磁赤鐵礦，而磁赤鐵礦是水鐵礦向赤鐵礦或磁鐵礦向赤鐵礦轉(zhuǎn)變過(guò)程中的中間產(chǎn)物[32,40]。鑒于柴窩堡盆地化學(xué)風(fēng)化作用相對(duì)較弱，推斷烏魯木齊河剖面中磁赤鐵礦可能由干旱氣候條件下磁鐵礦氧化產(chǎn)生。相似氣候條件下的磁鐵礦氧化成為磁赤鐵礦已經(jīng)被用來(lái)解釋磁化率的變化[44]。本文因此認(rèn)為，氣候干旱化的逐漸增強(qiáng)可能加劇了磁鐵礦氧化作用，從而使得烏魯木齊河剖面中S-100mT逐漸減小。

表1 烏魯木齊河剖面沉積粒度與磁學(xué)參數(shù)相關(guān)性分析

注：* 表示在0.01水平顯著相關(guān)。

5.2 烏魯木齊河剖面記錄的古氣候歷史

烏魯木齊河剖面陸源沉積物磁學(xué)性質(zhì)的變化主要受控于氣候干旱化。氣候干旱化可以得到巖石磁學(xué)結(jié)果的印證。由上可知，氣候干旱化可促進(jìn)磁鐵礦的氧化，從而導(dǎo)致S-100mT減小。從烏魯木齊河剖面來(lái)看(圖3i，j)，在～6.8～6.3 Ma間，特別是在～6.3 Ma，S-100mT與S-300mT都快速下降，表明磁性礦物組合發(fā)生變化，存在較多的中高矯頑力礦物?！?.3～5.2 Ma間，S-100mT與S-300mT呈現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的趨勢(shì)，而SIRM(圖3e)卻呈現(xiàn)一個(gè)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明亞鐵磁性礦物增加。本文因此認(rèn)為，在6.3 Ma附近發(fā)生氣候干旱化，導(dǎo)致磁學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。在～6.3～5.2 Ma時(shí)期，如圖3g與3h所示，ARM/lf與ARM/SIRM呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而在～5.2～3.3 Ma間，比值參數(shù)ARM/lf與ARM/SIRM明顯增大，表明磁性礦物顆粒變細(xì)。如圖3c、3e所示，在～5.2～3.3 Ma間，lf與SIRM呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明亞鐵磁性礦物的含量進(jìn)一步增多。天山北麓廣泛分布第四紀(jì)風(fēng)成黃土。方小敏等[19]在臨夏盆地通過(guò)高分辨率巖石磁學(xué)記錄來(lái)反演亞洲內(nèi)陸干旱化的過(guò)程時(shí)認(rèn)為，流域外風(fēng)成物質(zhì)含有較細(xì)的磁性礦物，它們的加入可能導(dǎo)致了研究區(qū)磁學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。由上可知，在～5.2～3.3 Ma間磁性礦物顆粒變細(xì)，由此推斷，在5.2 Ma時(shí)增強(qiáng)的氣候干旱化導(dǎo)致烏魯木齊河剖面可能有風(fēng)成物質(zhì)的匯入，從而造成～5.2～3.3 Ma間磁性礦物顆粒變細(xì)，磁學(xué)性質(zhì)相應(yīng)變化。

烏魯木齊河剖面磁學(xué)參數(shù)記錄的氣候歷史與該剖面色度指標(biāo)分析結(jié)果一致。沉積物色度指標(biāo)可以用于古氣候研究[48-49]。宋春暉等[49]在研究臨夏盆地湖相沉積物色度指標(biāo)的古氣候意義后發(fā)現(xiàn)，沉積物色度指標(biāo)紅度(a*)、黃度(b*)和彩度(Ca*b*)的低值或亮度(L*)高值可以反映氣候干旱化程度，紅度(a*)、黃度(b*)和彩度(Ca*b*)的高值或亮度(L*)低值可以反映氣候濕潤(rùn)程度；這些參數(shù)變幅的大小可能代表氣候的波動(dòng)幅度或穩(wěn)定程度。在烏魯木齊河剖面中(圖3k，l)，亮度(L*)和紅度(a*)可明顯分為三個(gè)階段，分別為～6.8～6.3 Ma、～6.3～5.2 Ma和～5.2～3.3 Ma。在～6.8～6.3 Ma時(shí)期，亮度值(L*)呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，但整體相對(duì)較小，變幅相對(duì)較小。 隨后，亮度值(L*)變幅突然變大，整體相對(duì)增大。至5.2 Ma后，亮度(L*)變幅變小，數(shù)值整體上相對(duì)穩(wěn)定。紅度(a*)在變幅上與亮度(L*)相當(dāng)，但在數(shù)值整體上變化則相反。由此認(rèn)為，烏魯木齊河剖面在～6.3～5.2 Ma以干旱為主，至5.2 Ma后氣候干旱化程度進(jìn)一步增強(qiáng)。

烏魯木齊河剖面陸源沉積物記錄的柴窩堡南緣古氣候歷史也在我國(guó)西部其他區(qū)域被揭示。孫有斌和安芷生[50]通過(guò)對(duì)黃土高原靈臺(tái)剖面風(fēng)塵序列的容重和碳酸鹽含量測(cè)定，建立了最近7 Ma黃土高原風(fēng)塵沉積通量變化時(shí)間序列，發(fā)現(xiàn)亞洲內(nèi)陸粉塵源區(qū)～7 Ma以來(lái)存在階段性增強(qiáng)的干旱化趨勢(shì)，其中～3.6～2.6 Ma的粉塵通量增加最為顯著，表明源區(qū)干旱程度增強(qiáng)。方小敏等[19]根據(jù)對(duì)臨夏盆地毛溝剖面河湖相沉積物的高分辨率巖石磁學(xué)研究推斷，我國(guó)西北內(nèi)陸現(xiàn)代干旱氣候可能從～8.6 Ma開(kāi)始，～7.4～6.4 Ma后急劇變干，～5.3 Ma后再次加速變干。Sunetal.[51]則根據(jù)對(duì)塔里木盆地北部庫(kù)車剖面湖相沉積物色度指標(biāo)及可溶性鹽分析推斷，我國(guó)西北內(nèi)陸存在兩個(gè)氣候干旱化階段，第一個(gè)出現(xiàn)在～7.0～5.3 Ma之間，第二個(gè)極端干旱事件出現(xiàn)在～5.3 Ma。

6 結(jié)論

本文通過(guò)系統(tǒng)的巖石磁學(xué)測(cè)量、沉積粒度分析、稀土元素與漫反射光譜分析，得到以下主要認(rèn)識(shí)：

(1) 巖石磁學(xué)和漫反射光譜表明，柴窩堡盆地南緣陸源沉積物磁性礦物主要包括磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦等。

(2) 一致的稀土元素配分模式、沉積粒度與磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析表明，烏魯木齊河剖面晚新生代陸源沉積物磁學(xué)特征不受物源與沉積粒度的控制，氣候干旱化可能是導(dǎo)致該剖面磁學(xué)性質(zhì)變化的主要原因。

(3) 磁學(xué)特征與基于漫反射光譜分析得到的色度指標(biāo)表明，新疆柴窩堡盆地在6.3 Ma、5.2 Ma左右環(huán)境發(fā)生了顯著變化，氣候呈逐漸干旱化的趨勢(shì)。

致謝 張衛(wèi)國(guó)教授和劉晉嫣同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給予了幫助，評(píng)審專家和編輯為改進(jìn)本文提出了諸多建議，在此一并表示深深的感謝！

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WANG Zhen，QIU SiJing，CHEN YiFan，CHENG Lu，Lü HongHua，ZHENG XiangMin

School of Geographic Sciences, East China Normal University, Shanghai 200241, China

The history and mechanism of aridification in the Asian interior during the late Cenozoic have been an important scientific issue. This study presents the terrigenous deposits from the ～303 m-thick Urumqi River section (URS) in the southern Chaiwopu Basin of the northern Chinese Tian Shan foreland. Based on the results of magnetostratigraphic chronology and rock magnetic characteristics, we discussed the magnetic enhancement mechanism of the URS sediments and paleo-climatic implications during the late Cenozoic in this region. The magnetostratigraphic chronology constrains the time spans from about 6.8 Ma to about 3.3 Ma. The results of rock magnetic and diffuse reflection spectrum (DRS) measurements show that the magnetic minerals in the URS sediments are mainly magnetite and hematite, and some magnetic parameters, such aslf,ARM, SIRM， S-100mT, S-300mT,ARM/SIRM, changed obviously at ～6.3 Ma and ～5.2 Ma. These changes reveal that the measured samples contain coarser magnetic grains with less magnetic grains (after ～6.3 Ma). In contrast, the magnetic grains became finer steadily before ～5.2 Ma, with the content increasing. By the analysis of rare earth elements (REEs), we know that the distribution patterns of rare earth elements (REEs) are consistent obviously. The analysis of rare earth elements (REEs) is likely to indicate a stable source area of the URS deposits. The sediment grain size can also be used to explain variations of terrigenous deposits magnetic characteristics. There are significant correlation relationships between the sediment grain size parameters andlf，ARM/lf, the insignificant correlation relationships between the magnetic parameters, such asARM, SIRM，S-100mT, S-300mT,ARM/SIRM,fd,and the sediment grain size parameters indicate that the observed variations of magnetic characteristics may not be mainly caused by the sediment grain size parameters . The continuous aridification in the present study area is more likely to be the main cause of the variations of magnetic characteristics. The continuous aridification can contribute to the oxidation of magnetite, which can be used to explain variations of terrigenous deposits magnetic characteristics. In order to verify the results, we make the DRS analysis. The results show that the study region occurred aridification obviously at ～6.3 Ma and ～5.2 Ma. The results of the DRS analysis show the similar paleo-climatic change.

rock magnetism; aridification; Late Cenozoic; Chaiwopu Basin; the north piedmont of the Tian Shan

1000-0550(2017)03-0527-13

1000-0550(2017)03-0516-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.03.010

2016-03-15； 收修改稿日期： 2016-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41371031，J1310028)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41371031, J1310028]

王振，男，1991年出生，碩士研究生，自然地理學(xué)，E-mail: zwang0925@163.com

呂紅華，男，副教授，E-mail: hhlv@geo.ecnu.edu.cn

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