中新世晚期构造作用对青藏高原东北部循化盆地干旱化的影响

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Late Miocene tectonic forcing of aridification in the Xunhua Basin, northeastern Tibetan Plateau

Xunhua Basin晚中新世岩磁记录揭示构造抬升与轨道强迫共同控制水文变化，8.3Ma和6.2Ma磁参数骤升对应周边山脉抬升，导致东亚季风减弱和干旱化加剧，轨道周期405kyr、100kyr和35-50kyr与沉积序列水文事件匹配。

　　

张天宇|宋博文|张瑞瑶|季俊良|托马斯·J·阿尔杰奥|尹凯|张可欣

中国地质大学自然资源调查研究所，武汉430074，中国

摘要

位于青藏高原东北部的寻化盆地含有丰富的新生代河流和湖泊沉积物，这些沉积物为重建新近纪构造活动和气候变化的历史提供了宝贵的资料。在本研究中，我们对西沟剖面进行了详细的岩石磁学和旋回地层学分析，以探讨控制磁变化的根本因素。结果表明，自晚中新世以来，磁化强度参数长期呈上升趋势，并在830万年和620万年前出现了两次明显的峰值。我们认为这两次显著的增加与寻化盆地周围山脉的构造抬升事件密切相关。山脉的增长形成了阻碍东亚季风的地理屏障，减少了有效降水量，加剧了该地区的干旱化过程。此外，对低频磁化率（χ_lf）数据的光谱分析显示，约40.5万年、10万年以及3.5-5万年的周期性的轨道变化调控了上新世沉积物中的水文循环。我们的研究表明，在晚中新世期间，构造活动和轨道变化共同影响了寻化盆地的水文变化。

引言

自晚新生代以来，亚洲季风的演变以及内陆亚洲的同期干旱化一直是古气候研究的核心主题。大量地质记录表明，这些环境变化与青藏高原的间歇性抬升密切相关，这种抬升重塑了大气环流，改变了水汽输送方式，进而影响了区域气候和水文系统（An等人，2001年；郭等人，2002年；霍顿等人，2002年；德塞尔斯等人，2007年；敖等人，2010年；李等人，2014年；张等人，2014年；方等人，2016年；田达等人，2016年；聂等人，2017年；傅等人，2018年；法恩斯沃思等人，2019年；杨等人，2021年）。晚中新世（1100万至500万年前）是地球从温室气候向冰室气候转变的关键时期，这一时期涵盖了中中新世气候最适宜期的结束以及北半球冰盖扩张的开始（弗劳尔和肯内特，1994年；扎科斯等人，2001年；韦斯特霍尔德等人，2020年；张等人，2025年）。然而，由于缺乏高分辨率的陆地记录，这些全球性变化是如何通过大气环流传递到内陆亚洲的，以及它们与青藏高原抬升之间的相互作用机制仍不明确（李等人，2020年；杨等人，2021年；吴等人，2022年）。

晚新生代的沉积岩在青藏高原东北部的山间盆地中保存完好——例如在西宁、格尔木、寻化、临夏和贡河盆地——这些盆地中厚厚的连续河流-湖泊沉积序列记录了构造抬升和气候演变的过程。这些盆地为探索该地区的环境-构造耦合提供了天然实验室（方等人，2015年；赞等人，2018a）。陆地沉积物中的磁性矿物组成、磁化强度和颗粒大小参数对由构造活动、与气候相关的流体动力学变化以及地壳侵蚀所驱动的来源变化非常敏感，因此它们是重建古环境和构造过程的强大工具（埃文斯和赫勒，2003年；严等人，2014年；李等人，2020年；聂等人，2020年；冯等人，2021年；高等人，2025年）。尽管岩石磁学方法为古环境重建提供了高分辨率和高效的技术，并已在青藏高原研究中得到广泛应用（马赫尔等人，1994年；杜邦-尼维特等人，2007年；赞等人，2018a；赞等人，2022年；张等人，2021年；王等人，2024b；邢等人，2025年），但由于河流-湖泊沉积物中磁信号的多源性，其区域控制机制难以明确。

青藏高原东北部的晚新生代河流-湖泊沉积序列为在轨道时间尺度上重建区域气候演变提供了独特的机会。在多个盆地中一致检测到了偏心率、倾角和岁差周期的变化（海特曼等人，2017年；王等人，2019年；王等人，2021年；刘等人，2023年；高等人，2025年）。这些周期揭示了沉积系统对轨道变化的敏感性（聂等人，2017年；王等人，2018年；敖等人，2021a；姚等人，2024年；张等人，2024b；阿克emu等人，2025年）。然而，来自青藏高原东北部多个盆地的高分辨率记录显示了不同的主导轨道特征。例如，天水盆地显示了1025万至800万年前的约10万年的短偏心率信号，而在建扎盆地中，约40.5万年和41万年的周期更为显著，而10万年的周期相对较弱（王等人，2021年）。此外，建扎盆地860万至700万年前的χ_lf数据表明，东亚夏季季风主要由岁差（约2.1万年）和偏心率（约40万年、10万年）驱动，没有检测到倾角信号（高等人，2025年）。格尔木盆地的中新世-上新世地层（640万至460万年前）记录了一个主导的约17.3万年的周期（刘等人，2023年）。总体而言，晚中新世轨道尺度气候变化的驱动因素仍存在争议，这限制了我们对青藏高原东北部构造-气候耦合及其轨道调制的理解。

寻化盆地含有丰富的晚新生代河流-湖泊沉积物，为研究青藏高原抬升及其与全球气候变化的联系提供了关键证据（季等人，2010年；张等人，2010年；利斯等人，2012年；宋等人，2022年）。在古地磁测年框架下（季等人，2010年），我们从XG剖面获得了从910万年前到450万年前的详细（约2千年分辨率）岩石磁学记录，并基于这些记录进行了旋回地层学分析。这一方法使我们能够在构造和轨道尺度上追踪古气候演变，并通过与区域和全球资料的比较，评估青藏高原东北部的抬升如何与轨道驱动的气候变化相互作用。我们的记录为亚洲晚新生代的构造-气候耦合提供了新的约束。

部分摘录

地质背景

寻化盆地是青藏高原东北部干旱地区龙忠盆地的子盆地（图1a），北侧被拉吉山（“shan”=山脉）环绕，东侧为吉石山，西南侧和南侧为西秦岭山脉（利斯等人，2012年）（图1b）。现代的寻化盆地呈西北-东南走向，形状近似菱形，总面积约为2100平方公里，海拔范围在1870米至3000米之间。

样品采集

在对研究区域进行野外调查和全面研究后，我们从XG剖面采集了总共2377个样品，采样间隔为10厘米，覆盖了约240米的沉积厚度，其中排除了几层厚砾岩砂岩。所有样品都进行了质量比磁化率测量，其中有500多个样品被选用于进行非滞后剩磁（ARM）和等温剩磁（IRM）实验。

环境磁学分析

岩石磁学参数 χ、χ_fd%、SIMR、HIRM 和 χ_ARM

磁化率的变化主要由磁铁矿和磁赤铁矿的颗粒含量和大小控制（刘等人，2005年）。XG剖面的质量磁化率 χ_lf显示出长期上升趋势，可以分为三个明确的阶段（图3b）。在第一阶段（910万至830万年前），磁化率值相对稳定，平均值为18.5×10^-8 m³ kg^-1，波动较小。在第二阶段（830万至620万年前），磁化率

成土作用、低温氧化和来源变化的影响

大量研究表明，青藏高原东北部河流-湖泊沉积物的磁参数变化受多种过程控制（Sidhu，1988年；德莫里等人，2005年；方等人，2007年；方等人，2015年；赞等人，2015年；赞等人，2018a；张等人，2016年；傅等人，2018年；李等人，2020年），包括：（1）盆地内的成土作用，（2）原生磁铁矿向磁赤铁矿的低温氧化（LTO），以及（3）由构造活动引起的来源变化

结论

XG剖面的晚中新世岩石磁学记录清楚地证明了青藏高原东北部的构造抬升以及内陆亚洲的逐渐干旱化过程。830万年和620万年前的磁化强度变化主要由该高原东北边缘的构造活动控制。抬升引起的来源变化增加了磁性矿物的输入，这可能是XG剖面磁化强度长期上升的原因。

作者贡献声明

张天宇：撰写——审稿与编辑、方法论、数据分析。宋博文：撰写——审稿与编辑、项目管理、调查、数据分析。张瑞瑶：撰写——初稿撰写、方法论。季俊良：撰写——审稿与编辑、调查。托马斯·J·阿尔杰奥：撰写——审稿与编辑。尹凯：撰写——审稿与编辑、方法论。张可欣：撰写——审稿与编辑、调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢编辑霍华德·法尔肯-朗博士对本文的编辑工作，以及两位匿名审稿人的建设性评论，这些评论显著提高了论文的质量。本研究得到了国家自然科学基金（编号：42572126、42072141、42502022）和中国地质调查局（编号：DD20221645）的资助。我们非常感谢杨一博、刘玉东和傅英豪在寻化盆地的野外协助，以及郭增光、徐尊波、严忠义、徐旭和张英超在研究中的支持。