山旺盆地山旺组轨道调谐时间标尺研究及气候变化解读

The main geological remains of Shanwang National Geopark are Shanwang Formation diatomaceous shale formed in the Maar Lake in the Miocene. This heritage is named "rolls of the book" and is famous in the word for the diverse varieties and well-preservation of fossils. Most of the researches done focused on the qualitative investigations of fossils, palaeoecology etc.. No comprehensive researches on the multi-scale Milankovitch , sub-milankovitch cycles and annual rhythm information has been done, no high-resolution time scale has been set up, therefore it is short of the results of the paleoclimate change within the time scale till now. This proposal intends to employ multidisciplinary theories, such as sedimentology, cyclostratigraphy and the methodology of geophysics, geochemistry and paleontology to measure with high resolution the lithology, Garmma Ray (GR), Magetic Suscceptiblity (MS) etc. of the outcrop profile and densely sampe. Multiple time series of the quantitative analytical data such as rock grain-size, lamina thickness, MS, GR, Al2O3/CaO, pollen, diatom data etc can be got through the observation and analysis of the samples with such devices as microscope, X-ray diffraction, electrical probe etc.. Also, advanced mathematical methodologies like Principal Components Analysis(PCA),Wavelet Analysis(WA), Dynamic Time Warping(DTW) and computer technology will be used to extract Milankovitch，sub-Milankovitch cycle information. It is to build the orbital tuning time scale of Shanwang formation of Middle Miocene calibrated by the isotope dating data of the profile in terms of the 'Deep Time' ideas and analyse the paleoclimate change within the time scale.

山旺国家地质公园主要地质遗迹是形成于中新世玛珥湖中的山旺组硅藻土页岩，为独具"万卷书"之称的经典剖面。因其化石门类丰富、保存精美而闻名于世。研究成果颇丰，但针对其中蕴含的(亚)米兰柯维奇周期信息尚无人系统研究，缺乏轨道调谐时间标尺及该标尺下古气候变化研究成果。本项目拟运用沉积地质学、旋回地层学理论及地球物理学、地球化学及古生物学等多学科方法，通过野外露头剖面岩石地层、自然伽马、磁化率等参数高精度实测及密集采样，并进行室内样品偏光显微镜、扫描电镜、X-衍射、电子探针、磁化率、硅藻、孢粉等观察测试，获取岩石粒度组分、纹层属性及厚度、磁化率、自然伽玛、Al2O3/CaO、孢粉、硅藻层厚等时间序列定量数据。运用主成分分析、小波滤波、动态扭曲时间算法等先进数学工具和计算机技术，提取米氏旋回信息，结合剖面样品同位素测年数据，按"深时"计划研究思路构建山旺组"轨道调谐"时间标尺并解读古气候变化。

全球气候显著变暖的问题促使我们迫切需要加深对这种变化的了解，因此近十余年来，地质学家提出了依靠沉积记录研究前第四纪地质历史时期的地球古气候变化及重大地质事件的“深时”研究计划。山旺盆地是新近纪中新世时期形成的一个小型玛珥湖盆地，其独特的沉积环境形成和保存了高分辨率沉积记录，为“深时”的研究、反演古气候变化提供了理想材料和场地。本项目在山旺盆地基础地质研究基础上，运用古地磁方法测年、放射性同位素测年相结合的方法，确定了山旺组硅藻页岩正极性段与极性年表中极性时C5中的亚时5En相匹配的方案。据此得到山旺盆地山旺组形成时代为早中新世晚期（18.5Ma BP -17.5Ma BP），沉积持续时间为1Ma左右的认识，即认为山旺组沉积时尚未进入“中中新世气候暖期”（MMCO）。同时对剖面实测自然伽马能谱测量结果中的钍元素（Th）曲线进行小波尺度序列分析方法处理，识别出山旺组硅藻页岩段中发育15个岁差周期及3个短偏心率周期，并运用剖面实测磁化率曲线与Laskar北纬65°盛夏的太阳辐射曲线(La2010)进行天文调谐,获得了高分辨率时间标尺，结合剖面实测Rb/Sr值等替代指标对硅藻页岩段的古气候特征进行了分析，结果表明，研究剖面由下而上Rb/Sr值呈现高、低、中的变化规律，据此划分出的三个阶段中磁化率变化均出现异常高值区，且出现频率自下而上有减少趋势。即古气候波动具有由强到趋于稳定的特征，为“深时”研究提供了新的参考依据。在本项研究已经发表8篇研究论文，其中SCI收录论文2篇，EI收录2篇，中文核心期刊论文5篇。授权专利2项，培养博士和硕士研究生4人，圆满完成科研任务。