西昆仑山黄土深钻晚上新世以来岩石磁学、地球化学记录与气候变化

The Tarim Basin, located in the arid Asian interior, has been regarded as a major source for global dust production. Thick loess deposits from the Tarim Basin provide an excellent opportunity to study the chemical weathering history and paleoclimate changes in the dust source area of Asian interior. Recently, a 671-meter-long loess core had been retrieved from the northern slope of the West Kunlun Mountains. Paleomagnetic measurements determined the basal age of the continuous loess core at ca. 3.6 Ma, which provides a great potential for the high-resolution reconstruction of chemical weathering and paleoclimate changes in the Tarim Basin. Rock magnetic and geochemical analyses are regarded as effective approaches for chemical weathering and paleoenvironmental reconstruction in the loess deposits. However, our preliminary research suggests that the chemical composition and magnetic properties of the West Kunlun Mountains loess are strongly grain size dependent, and the bulk samples analyses cannot well reveal the chemical weathering history of the Tarim Basin. Based on the previous research, here we plan to separate the loess samples into three size fractions (<4μm,4–20μm,20–75μm) and then study their chemical composition and magnetic properties. This research will help us to find ideal proxies and suitable grain size fraction for the high-resolution reconstruction of chemical weathering history in the Tarim Basin, and will also provide an important basis for further understanding of the evolution and mechanism of the paleoclimate changes in the arid Asian interior.

塔里木盆地位于亚洲内陆极端干旱区中心，是北半球中-高纬度粉尘的重要源区，盆地南缘广泛分布的厚层黄土记录了亚洲内陆粉尘源区古风化历史及古环境演化过程。最近在西昆仑山北麓获取的671m钻探黄土连续岩芯跨时3.6-0Ma，为开展塔里木盆地长时间尺度连续和高分辨率气候变化和化学风化记录研究提供了保障。岩石磁学和地球化学分析是研究黄土化学风化和古气候演化两个重要的方法。但申请者前期初步的研究发现，西昆仑山黄土磁学性质和化学成分变化受样品粒度组成影响显著，全岩样品分析不能有效揭示该地区风化成壤历史。为此，本项目拟在前期研究基础上，通过对不同粒级组分进行系统的岩石磁学参数测量和地球化学分析，以查清适合该区黄土化学风化研究的合适指标和粒级组分，重建该区晚上新世以来高分辨率的岩石磁学和化学风化记录，揭示该区晚上新世以来气候变化历史，并探讨其驱动机制。

为揭示亚洲内陆极端干旱区塔里木盆地晚上新世以来风化成壤强度变化及其驱动因素，项目首先利用沉降法对位于中亚内陆地区的准噶尔盆地、伊犁盆地以及西昆仑山等地区的黄土样品进行了多个粒级组分的提取工作。在此基础上，通过对黄土分粒级样品岩石磁学性质和地球化学组成的研究，系统揭示了3.6Ma以来西昆仑山黄土磁性矿物在各主要粒级组分中的赋存形式以及粒度效应对该区黄土地球化学组成的影响。研究发现西昆仑山黄土<5μm，5–20μm及20–75μm三个粒级组分的频率磁化率值均较小，在0-4%之间波动，且长期变化不甚显著，表明样品中成壤来源的超顺磁SP亚铁磁性矿物颗粒含量极少。元素地球化学分析进一步显示，西昆仑山黄土粗颗粒组分（5–20μm和20–75μm）CIA和CIW等化学风化指数的绝对值与更新世冰碛岩或冰碛物粘土基本一致，<5μm粘粒组分CIA值显著低于蒙脱石和伊利石，表明黄土沉积化学风化基本处于脱Ca和Na的初级阶段，属寒冷干燥条件下的低等化学风化。上述岩石磁学和地球化学研究结果，共同揭示晚上新世以来，由于周围高大山系逐步隆升以及全球气候的显著变冷，西昆仑山乃至整个塔里木盆地处于一种干旱寒冷的气候条件下，导致该地区晚上新世以来一直处于弱的风化成壤环境。此外，西昆仑山黄土三个粒级组分的磁化率和饱和磁化强度晚上新世以来在0.9-0.8Ma以及0.6-0.5Ma发生有两次显著升高，与黄土高原地区风成沉积碎屑组分磁化率急剧增加的时间基本一致。我们初步认为晚新生代青藏高原北缘构造活动的加剧以及山地冰川扩展造成新鲜基岩剥露，产生大量碎屑磁性矿物并加入到高原北缘及其周边的风成沉积中，可能是造成西昆仑山黄土各粒级组分磁化率急剧增加的主要原因。这一发现对揭示中国风成沉积碎屑组分岩石磁学性质的长期变化趋势及其驱动机制提供了新的认识和思路。