吐哈盆地硫化物矿床氧化带40Ar/39Ar定年及其古气候意义—以硫磺山和康古尔矿床为例

Tu-Ha basin is extreme arid region of northwestern China, and is located in the northern margin of the Tibetan Plateau and the westerlies, so the study of Cenozoic aridification of Tu-Ha basin has great significance for discussing the effects of the uplifted Tibetan Plateau and the global cooling on the paleoclimate of northwestern China. The supergene K-bearing sulfate minerals(jarosite, alunite etc) in the oxidation zone of sulfide deposits, which precipitated in arid-semiarid conditions and preserved in hyperarid conditions. In this proposal, we plan to use 40Ar/39Ar dating of supergene K-bearing sulfate minerals in two oxidation zones to determine the timing of the continental weathering and supergene enrichments, get a more comprehensive aridification history of Tu-Ha basin and the evolution trend in the space. The results of this study will play an important role on constraining the factors: the uplifted Tibetan Plateau, the global cooling, which causing the aridification of northwestern China. This proposal will enrich the study of economic geology, geochronology and the paleoclimate in arid area.

吐哈盆地是我国西部极端干旱地区，同时位于青藏高原北缘和西风带，所以研究吐哈盆地新生代的干旱化历史，对于探讨青藏高原隆升、全球气候变化等对我国西北地区气候的影响具有重要意义。吐哈盆地中硫化物矿床氧化带中表生含钾矿物（黄钾铁矾、明矾石等）的出现记录了气候由干旱-半干旱气候及向极端干旱气候的转变。本申请拟以两个矿床氧化带中的表生含钾矿物为研究对象，通过40Ar/39Ar定年法进行详细的年代学研究，确定大陆化学风化历史和风化矿物富集的时间，获得吐哈盆地更为全面的干旱化历史及干旱化在时空上的演化趋势，为探讨青藏高原隆升、全球气候变化等如何影响我国西北地区干旱化提供重要的年代学制约。丰富我国矿床学、同位素年代学和干旱区古气候的研究。

对于中国西北部地区干旱化的时间及驱动机制，国内外的科学家进行了大量的研究，但是现在还存在激烈的争论。黄钾铁矾等含钾硫酸盐矿物通常形成于干旱-半干旱气候条件下，并保存于极端干旱气候条件下，因此对这类矿物进行40Ar/39Ar定年，不仅可以得到大陆化学风化的时间序列，还可以反演区域的古气候特征。目前，由于风化矿物40Ar/39Ar定年方法在技术上极具复杂性，所以目前在中国很少应用该方法开展干旱化研究。研究表明，科学的野外采集样品、仔细的挑选矿物并综合采用多种测试手段 (X衍射、扫描电镜、电子探针)进行监测可以获得纯净的风化矿物，并结合精细的40Ar/39Ar阶段加热技术，能够获得比较可靠的风化矿物40Ar/39Ar年龄。对吐哈盆地红山铜金矿床氧化带中两种不同相的黄钾铁矾分别进行了重现性测试，均获得了可靠的年龄。根据红山矿床沿同一氧化剖面不同位置样品的年龄，显示表生硫酸盐矿物从上到下生成年代逐渐变新，记录了风化前锋向下的扩展，计算得到该地区晚中新世以来风化前锋的平均拓展速率约为2.92 m/Ma。通过对吐哈盆地的三个矿床氧化带中得到的表生硫酸盐含钾矿物的40Ar/39Ar研究得到了55.6 ± 0.2 Ma 到 3.3 ± 0.4 Ma (1 σ)的年龄区间范围。结合前人研究的数据，得到了始新世到上新世中期风化作用和次生富集的长期演化的历史，揭示出吐哈盆地的干旱半干旱气候（>10 cm/y）时间集中在27.7 –23.3 Ma, 16.4 –14.7 Ma，区域性的干旱-半干旱气候的盛行则发生在11 到7.8 Ma。随后，干旱-半干旱气候向着极端干旱气候转化，4.1-3.3 Ma之后吐哈盆地可能已经流行大规模的极端干旱气候。以上研究结果与连木沁剖面的新生代沉积物的多种气候代用指标得到的结果一致，验证了应用40Ar/39Ar定年研究干旱地区古气候的可靠性。该40Ar/39Ar测年结果还表明，特提斯海后退造成了吐哈盆地渐新世的区域干旱化，而晚中新世以来干旱化加剧主要是受区域构造隆升影响。