臨汾盆地晚第四紀(jì)地層劃分與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析①

史雙雙,趙　強(qiáng),趙晉泉,蔣漢朝,李自紅

(1.山西省地震局,山西 太原 030021; 2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,山西 太原 030025;3.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所,地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029)

?

臨汾盆地晚第四紀(jì)地層劃分與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析①

史雙雙1,2,趙強(qiáng)1,2,趙晉泉1,2,蔣漢朝3,李自紅1,2

(1.山西省地震局,山西 太原 030021; 2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,山西 太原 030025;3.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所,地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029)

為劃分臨汾盆地第四紀(jì)地層,在臨汾市東布設(shè)1個(gè)控制性鉆孔,描述其所揭示的地層巖性特征。通過(guò)對(duì)鉆孔剖面中269件孢粉樣品的孢粉組合進(jìn)行分帶討論,結(jié)合9個(gè)光釋光樣品和12個(gè)電子自旋共振樣品的年齡測(cè)試結(jié)果,認(rèn)為該控制性鉆孔記錄了379 ka B.P.以來(lái)的沉積地層,其中埋深0～0.4 m屬于全新統(tǒng),0.4～80.8 m屬于上更新統(tǒng)(孢粉記錄揭示出相對(duì)干燥寒冷的古氣候特征,終末期氣候轉(zhuǎn)暖,降水增多),埋深80.8 m以下屬于中更新統(tǒng)(代表了溫暖潮濕的古氣候特征)。晚更新世以來(lái)平均沉降速率為0.64 mm/a,遠(yuǎn)高于臨汾盆地第四紀(jì)平均斷陷速率,表明晚更新世以來(lái)臨汾盆地的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)。

孢粉組合; 晚第四紀(jì); 古環(huán)境; 新構(gòu)造; 臨汾盆地

0　引言

中國(guó)黃土高原上連續(xù)發(fā)育了黃土-古土壤序列[1],保存在黃土、古土壤中的孢粉直接記錄了第四紀(jì)植被變遷及自然環(huán)境的變化。黃土高原的孢粉學(xué)研究主要集中在西部及中部地區(qū)[2-8],而對(duì)黃土高原東部地區(qū)的植被及環(huán)境變遷資料亟待充實(shí)。臨汾盆地位于黃土高原東部地區(qū),前人在臨汾盆地作過(guò)少量孢粉分析[9-10],但所涉及的鉆孔深度較淺、樣品數(shù)量較少,主要是針對(duì)臨汾盆地全新世的劃分,對(duì)該區(qū)第四紀(jì)地層尚未有過(guò)系統(tǒng)分析。

臨汾盆地作為汾渭斷陷帶的重要活動(dòng)構(gòu)造單元,內(nèi)部斷裂十分發(fā)育,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)日益增強(qiáng)[11-13]。本研究在臨汾凹陷中部布設(shè)一個(gè)控制性鉆孔,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行地層描述,整孔密集采集樣品進(jìn)行孢粉測(cè)試分析,并結(jié)合地層年代學(xué)樣品的測(cè)試,提出臨汾盆地晚第四紀(jì)地層的劃分方案,恢復(fù)臨汾盆地晚第四紀(jì)古氣候特征,為后續(xù)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究提供基礎(chǔ)資料及對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。

1　鉆孔參數(shù)及巖性特征

該鉆孔是2009—2014年山西省地震局開(kāi)展《臨汾市區(qū)活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)》項(xiàng)目時(shí)專(zhuān)門(mén)實(shí)施的控制性鉆孔,目的在于揭穿臨汾盆地第四系。該鉆孔位于臨汾市東,坐標(biāo)為111°34′56.32″E,36°3′55.70″N(圖1),地貌上屬于喬里-臨汾湖積臺(tái)地(T3)[14],終孔深度245.0 m。按照巖性將其歸納為39個(gè)組合層(圖2),分別簡(jiǎn)述如下:

(1)褐灰色耕土,含植物根系,煤屑等。厚0.40 m。

(2)褐黃色粉土,土質(zhì)均勻,含蝸牛化石。厚4.70 m。

(3)褐黃色粉質(zhì)黏土,夾有薄層粉土。厚0.90 m。

(4)褐黃色粉土,含有云母片,氧化物等。厚1.70 m。

(5)棕黃色粉質(zhì)黏土。厚4.30 m。

(6)褐灰色粉土,夾有少量粉砂,含有云母等。厚5.10 m。

(7)棕黃色粉質(zhì)黏土,有銹色浸染。厚1.10 m。

(8)褐黃色粉土,含有云母等。厚4.30 m。

(9)棕黃、褐黃色粉質(zhì)黏土,夾薄層粉土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核。厚5.40 m。

(10)褐黃、褐灰色粉土,局部夾粉質(zhì)黏土。厚5.80 m。

(11)棕黃、褐黃色粉質(zhì)黏土,夾有灰色條紋銹色浸染。厚3.80 m。

圖1　臨汾盆地鉆孔位置圖Fig.1　Location of the borehole in Linfen Basin

圖2　臨汾盆地鉆孔剖面孢粉圖譜Fig.2　Sporo-pollen diagram in the borehole section,Linfen Basin

(12)褐黃色粉土,含蝸牛殼,局部夾有薄層粉質(zhì)黏土。厚3.50 m。

(13)棕黃色粉質(zhì)黏土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核。厚39.80 m。

(14)褐黃色細(xì)砂,主要礦物成分石英、長(zhǎng)石及少量云母,含少量小圓礫,粒徑2～5mm。厚0.70 m。

(15)棕黃色粉質(zhì)黏土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核。厚11.70 m。

(16)褐黃色細(xì)砂,主要成分為石英、長(zhǎng)石及云母,局部半膠結(jié),泥質(zhì)膠結(jié)。厚0.60 m。

(17)棕黃色粉質(zhì)黏土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核,夾有細(xì)砂,半膠結(jié)。厚15.20 m。

(18)褐黃色粉砂,成分以石英為主,長(zhǎng)石次之,含少量云母,分選性較好。厚1.60 m。

(19)棕黃、褐紅色粉質(zhì)黏土,局部夾薄層粉土。厚9.80 m。

(20)褐黃色細(xì)砂,成分以石英為主,長(zhǎng)石次之,含少量云母。厚0.40 m。

(21)褐紅、黃綠色粉質(zhì)黏土,夾細(xì)砂層,局部含鈣質(zhì)結(jié)核。厚15.10 m。

(22)褐紅色細(xì)砂,成分為長(zhǎng)石、石英,少量云母。厚0.30 m。

(23)褐紅色粉質(zhì)黏土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核。厚2.00 m。

(24)棕褐色細(xì)砂,成分為石英、長(zhǎng)石,含少量云母。厚0.90 m。

(25)褐紅色粉質(zhì)黏土,夾有一層鈣質(zhì)結(jié)核層,鈣核約占10～25%。厚18.20 m。

(26)灰黃色粉土。厚0.70 m。

(27)褐紅、黃綠色粉質(zhì)黏土,含少量鈣質(zhì)結(jié)核,夾有一層10～15cm厚的細(xì)砂,成分為石英、長(zhǎng)石及少量云母。厚23.10 m。

(28)褐紅色細(xì)砂,主要成分為石英、長(zhǎng)石及少量云母。厚0.60 m。

(29)黃綠、黃褐色粉質(zhì)黏土,局部含少量鈣核。厚12.90 m。

(30)黃綠色中砂,成分以石英為主,長(zhǎng)石次之,含少量云母。厚0.80 m。

(31)灰綠色粉質(zhì)黏土,硬塑,切面光滑。厚2.10 m。

(32)灰黃色細(xì)砂,主要成分為石英、長(zhǎng)石及少量云母。厚0.60 m。

(33)棕褐、黃綠色粉質(zhì)黏土,局部夾薄層粉土,偶見(jiàn)鈣質(zhì)結(jié)核。厚10.10 m。

(34)淺黃色粉土。厚1.10 m。

(35)棕褐色粉質(zhì)黏土,含鈣核,鈣核粒徑0.5～2.0 cm。厚11.40 m。

(36)淺黃色細(xì)砂,成分以石英為主,長(zhǎng)石次之,含少量云母。厚0.80 m。

(37)棕褐、黃綠色粉質(zhì)黏土,局部夾薄層粉土,下部夾一層鈣質(zhì)結(jié)核層,呈半膠結(jié)狀,局部含少量粉砂。厚10.00 m。

(38)褐黃色細(xì)砂,成分以石英為主,長(zhǎng)石次之,含少量云母。厚2.30 m。

(39)棕褐色粉質(zhì)黏土,局部含少量細(xì)砂及鈣核。厚11.20 m。

2　研究方法

孢粉樣品采取全孔取樣的方法,0～60 m巖心每間隔0.5 m采集一個(gè)樣品,61～245 m巖心每間隔1 m采集一個(gè)樣品,共采集得到274件有效樣品。每個(gè)樣品經(jīng)過(guò)碎樣、15%的HCl去碳酸鹽、3%的NaOH去有機(jī)質(zhì)、85℃下烘干7～8小時(shí)去水分、KI重液分離孢粉顆粒、40%的HF去除少量硅質(zhì)碎屑顆粒、15%HCl去除新產(chǎn)生的氟化鈣及鏡檢和過(guò)篩等處理。處理好的標(biāo)本加少許甘油在顯微鏡下進(jìn)行鑒定。

3　鉆孔地層孢粉分析

3.1孢粉組合

臨汾市控制性鉆孔孢粉豐富,274件送樣樣品中共有269件獲得達(dá)到統(tǒng)計(jì)數(shù)目的孢子花粉顆粒。這269件樣品中總共統(tǒng)計(jì)鑒定到59 718粒花粉,平均每樣約222粒,分屬53個(gè)孢粉類(lèi)型。鉆孔剖面孢粉的組合特征總體如下:以木本植物花粉占優(yōu)勢(shì),含量為44.6%～84.2%,平均約占66.0%,主要有松(Pinus)、樺(Betula)、落葉櫟(Quercus)等,其次有云杉/冷杉(Picea/Abies)、杉科(Taxodiaceae)、柏科(Cupressaceae)、鐵杉(Tsuga)、落葉松(Larix)、榆(Ulmus)、胡桃(Juglans)、栗(Castanea)、槭木(Alnus)、椴(Tilia)、山核桃(Carya)等,其中以松、樺、落葉櫟較多;其次是灌木和草本植物花粉,含量為10.3%～44.6%,平均24.0%,主要有榛(Corylus)、麻黃(Ephedra)、蒿(Artemisia)、藜(Chenopodiaceae)、莎草(Cyperaceae)、禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、蓼科(Polygonaceae)、百合科(Liliaceae)等,其中又以榛、麻黃、蒿、藜、莎草、禾本科較多。蕨類(lèi)孢子和藻類(lèi)含量相對(duì)較少,其含量為2.5%～17.5%,平均含量為10.0%,主要為水龍骨科(Polypodiaceae)、環(huán)紋藻(Concentricystis)、盤(pán)星藻(Pediastrum)、狐尾藻(Myriophyllum)等,其中以水龍骨科的蕨類(lèi)孢子、環(huán)紋藻較多。

根據(jù)喬木、灌木及草本植物花粉和厥類(lèi)植物孢子在剖面上含量的明顯變化,由下而上劃分為6個(gè)孢粉組合帶(圖2):

(1)組合帶Ⅰ(245～152 m)

該組合帶孢粉類(lèi)型和含量均較豐富,總共統(tǒng)計(jì)了200～286粒不等的孢子和花粉。孢粉組合中主要為木本植物花粉,其含量52.8%～77.6%,平均64.8%。其次為灌木和草本植物花粉,含量為13.3%～37.6%,平均25.4%。蕨類(lèi)植物孢子含量較少,為3.7%～17.5%,平均9.9%。主要孢粉有松、櫟、樺、榛、蒿、藜、禾本、楓香、山核桃及水龍骨科的蕨類(lèi)孢子、環(huán)紋藻等。

(2)組合帶Ⅱ(152～84 m)

該組合帶孢粉豐富,統(tǒng)計(jì)了129～264粒不等的孢子和花粉。本組合與上一組合的主要區(qū)別在于松屬花粉的含量顯著增加后緩慢減少,而灌木和草本則呈相反的變化趨勢(shì),并在本組合中期達(dá)到穩(wěn)定。本孢粉組合仍然為木本植物花粉所主宰,其含量為44.6%～80.3%,平均66.2%。其次為灌木和草本植物花粉,含量為13.1%～44.6%,平均24.8%。蕨類(lèi)植物孢子含量較少,為2.5%～15.0%,平均9.0%。主要孢粉有松、櫟、榛、蒿、藜、莎草及水龍骨科的蕨類(lèi)孢子等。

(3)組合帶Ⅲ(84～51.5 m)

本組合與上一組合的區(qū)別在于喬木花粉含量顯著增加,而灌木、草本以及蕨類(lèi)孢子、藻類(lèi)都顯示降低的變化過(guò)程。本組合的喬木花粉含量為54.9%～84.2%,平均67.6%。灌木和草本植物花粉含量為10.3%～33.5%,平均22.7%。蕨類(lèi)孢子含量有所減少,為2.8%～16.3%,平均9.7%。本組合的主要孢粉類(lèi)型有松、櫟、樺、榛、蒿、藜、莎草及水龍骨科的蕨類(lèi)孢子等。

(4)組合帶Ⅳ(51.5～25.5 m)

本組合帶統(tǒng)計(jì)了200～270粒不等的孢子花粉,平均每個(gè)樣品224粒。該孢粉組合以木本植物花粉占優(yōu)勢(shì),含量為52.5%～80.9%,平均約占64.6%。其次是灌木和草本植物花粉,含量為13.2%～33.6%,平均24.1%。蕨類(lèi)孢子和藻類(lèi)含量相對(duì)較少,為5.9%～17.2%,平均含量為11.3%。主要孢粉有松、櫟、樺、栗、榛、蒿、藜、莎草及水龍骨科的蕨類(lèi)孢子、環(huán)紋藻等。

(5)組合帶Ⅴ(25.5～12.5 m)

本組合帶孢粉類(lèi)型豐富,共統(tǒng)計(jì)了203～265粒不等的孢子和花粉,平均每個(gè)樣品224粒。本組合與上一組合的主要區(qū)別在于松科花粉的含量明顯增加,并在顯著增加后呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì),明顯影響了本組合帶的喬木花粉含量變化趨勢(shì)。本組合的喬木花粉含量為58.0%～76.4%,平均67.9%。灌木和草本植物花粉的含量為13.8%～30.6%,平均22.1%。蕨類(lèi)植物孢子含量較少,為5.7%～14.3%,平均10.1%。主要孢粉類(lèi)型有松、櫟、樺、栗、榆、榛、蒿、藜、禾本科、莎草及水龍骨科的蕨類(lèi)孢子等。

(6)組合帶Ⅵ(12.5～0.5 m)

本組合孢粉豐富,與上一組合的區(qū)別在于灌木和草本花粉在早期顯著增加并顯示持續(xù)降低的變化趨勢(shì)。本組合帶統(tǒng)計(jì)了204～260粒不等的孢子和花粉,平均每個(gè)樣品228粒。本孢粉組合仍然為木本植物花粉所主宰,其含量為56.3%～78.3%,平均68.2%。其次為灌木和草本植物花粉,含量為12.5%～34.1%,平均21.8%。蕨類(lèi)植物孢子含量較前一組合略有降低的趨勢(shì),為4.5%～13.4%,平均10.0%。主要孢粉有松、櫟、樺、栗、胡桃、榛、蒿、藜、莎草、禾本及水龍骨科的蕨類(lèi)孢子等。

3.2孢粉分析結(jié)果反映的地層相對(duì)年代

臨汾盆地上更新統(tǒng)經(jīng)歷了末次間冰期及后期的末次冰期,華北地區(qū)眾多的孢粉研究資料表明[15-17],大約從110 ka B.P.開(kāi)始,以含有一定數(shù)量或大量的冷杉、云杉等寒冷的針葉植物花粉及藜、蒿、麻黃等耐干冷的草本植物花粉為特征;而13 ka B.P.至今,孢粉植物的種類(lèi)數(shù)量均較前期豐富,并以喜溫暖潮濕的松等針葉植物及樺、櫟、榆等闊葉植物的大量出現(xiàn)為特點(diǎn)。對(duì)照前述臨汾市控制性鉆孔沉積物中孢粉分析結(jié)果可以清楚地看出,孢粉帶Ⅵ終末期代表溫暖環(huán)境的樺、櫟呈快速增多的趨勢(shì),喬木植物綜合百分比呈現(xiàn)整體上升趨勢(shì),表明該帶終末期氣候正在逐漸回暖,特別是落葉櫟屬植物花粉含量百分比在1.0 m附近為26.7%,達(dá)到頂峰。因此可確定Ⅵ帶末期為晚更新世末期溫暖潮濕氣候下生長(zhǎng)的植物孢粉,全新統(tǒng)較薄或者不發(fā)育。根據(jù)孢粉圖譜(圖2),耐干冷植物蒿屬及藜屬在孢粉帶Ⅳ和Ⅴ呈現(xiàn)明顯的茂盛趨勢(shì),而在孢粉帶Ⅲ百分比含量相對(duì)較少。冷杉屬含量百分比在Ⅳ帶最為發(fā)育,最大值3.42%,這與末次冰期全球性寒冷干燥氣候相對(duì)應(yīng),結(jié)合前述,初步推測(cè)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ孢粉帶為晚更新世時(shí)期。

我國(guó)華北及西北地區(qū)已有的第四紀(jì)孢粉地層資料表明[18-19],第四紀(jì)早期及中期地層中,通常含少量或微量的山核桃、楓香等前第四紀(jì)亞熱帶殘遺植物花粉,而第四紀(jì)晚期地層中則沒(méi)有這類(lèi)花粉。本控制性鉆孔中的孢粉帶Ⅰ均有少量或微量這類(lèi)前第四紀(jì)亞熱帶殘遺植物花粉,229 m處山核桃孢粉含量為1.29%。Ⅰ和Ⅱ帶木本花粉、草本花粉含量大致均等,蕨類(lèi)植物孢子含量相對(duì)較少,但是Ⅰ和Ⅱ帶中喜溫濕的水龍骨科蕨類(lèi)孢子花粉數(shù)量相對(duì)其他帶來(lái)說(shuō)較為豐富,因此推測(cè)第Ⅰ和Ⅱ孢粉帶為中更新世。

綜上所述,全新統(tǒng)底界暫定為Ⅰ帶頂部0.5 m,上更新統(tǒng)底界暫定Ⅱ帶和Ⅲ帶分界處,即84.0 m。不同時(shí)期孢粉帶在控制性鉆孔中的深度范圍暫定為:中更新世245.0～84.0 m,晚更新世84.0～0.5 m,全新世0.5～0 m。

4　鉆孔地層的沉積時(shí)代

在控制性鉆孔中上部采集分析了9個(gè)巖芯的光釋光(OSL)年齡樣(表1),測(cè)試材料采用細(xì)顆粒石英,測(cè)試方法采用簡(jiǎn)單多片再生法(SMAR);中下部采集了電子自旋共振(ESR)年齡樣品12個(gè)(表2)。采樣位置見(jiàn)圖2。

表1　光釋光測(cè)年結(jié)果表

表2　電子自旋共振測(cè)年結(jié)果表

根據(jù)鉆孔巖芯的OSL和ESR測(cè)年結(jié)果,該鉆孔的地層年齡有很好的垂向時(shí)序,其揭露的地層沉積始于379 ka B.P.左右。結(jié)合上述分析,層1為厚0.4 m耕土,而層2中埋深3.5～3.65 m處的OSL樣品年齡為(38.0±4.0)ka B.P.,因此將全新統(tǒng)底界定為層1與層2的分界,即0.4 m。由孢粉分組合帶可知,第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ孢粉組合(84.0～0.5 m)為晚更新世時(shí)期,ESR測(cè)年結(jié)果中85.25 m對(duì)應(yīng)年齡是(130±13)ka B.P.,推測(cè)上更新統(tǒng)底界應(yīng)位于85.25 m之上;由OSL測(cè)年結(jié)果,40.5～40.65 m對(duì)應(yīng)年齡為118 ka B.P.,因此推測(cè)上更新統(tǒng)底界位于層12(37.5～41.0 m)之下,即上更新統(tǒng)底界位于80.8～81.5 m。結(jié)合剖面分層特征,80.8 m以下鉆孔開(kāi)始發(fā)育較粗顆粒的細(xì)砂層,沉積物顏色變深,代表沉積環(huán)境的改變,因此將上更新統(tǒng)底界定于層14細(xì)砂層頂界位置,即80.8 m處。

綜合分析出臨汾盆地該控制性鉆孔的第四紀(jì)地層劃分方案為:全新統(tǒng)0～0.4 m,上更新統(tǒng)0.4～80.8 m,中更新統(tǒng)80.8～245 m,且該層未鉆穿。

5　鉆孔晚第四紀(jì)沉積與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析

5.1鉆孔所反映的沉積環(huán)境

通過(guò)上述對(duì)孢粉地層巖性特征、年齡測(cè)定和孢粉組合分析結(jié)果可以看出,三者均顯示出明顯的分層、分段性質(zhì),且相互之間一致性較好。由此可以得出如下認(rèn)識(shí):

(1)該控制性鉆孔揭露的地層沉積時(shí)代屬于晚中更新世以來(lái)。其中0～0.4 m屬于全新世時(shí)期沉積;0.4～80.8 m屬于晚更新世的沉積地層,沉積物顆粒相對(duì)較細(xì),以湖相沉積為主;80.8～245.0 m屬于中更新世晚期的沉積地層,沉積物顏色較深,以大段褐紅色粉質(zhì)黏土層為特征,代表強(qiáng)氧化環(huán)境,以河流相沉積為主。

(2)山西臨汾地區(qū)鉆孔剖面孢粉組合總體上以木本為主,含有少量的灌木和草本,同時(shí)在林下或地勢(shì)低洼處發(fā)育蕨類(lèi)孢子和藻類(lèi)。因此,該控制性鉆孔剖面的孢粉組合可能指示山西臨汾地區(qū)在晚中更新世以來(lái)總體上被森林草原植被所覆蓋,沉積期氣候總體相對(duì)溫和濕潤(rùn),也不乏明顯的波動(dòng)。

(3)研究區(qū)大致經(jīng)歷了兩次明顯的氣候變化。379 ka B.P.開(kāi)始,因氣候變化,臨汾盆地形成了一套紅色的強(qiáng)氧化環(huán)境的河流平原相沉積物,粉砂和砂粒含量相對(duì)較多。該時(shí)期臨汾凹陷總體呈現(xiàn)出溫暖潮濕的氣候特征,在孢粉帶Ⅰ出現(xiàn)少量代表亞熱帶殘遺植物的山核桃孢粉,喜溫濕的水龍骨科蕨類(lèi)孢子花粉數(shù)量在孢粉帶Ⅰ和Ⅱ相對(duì)其他帶來(lái)說(shuō)顯著增多。大約從126 ka B.P.開(kāi)始?xì)夂蜣D(zhuǎn)冷,Ⅲ帶孢粉組合顯示耐干冷植物如冷杉、云杉等針葉植物開(kāi)始出現(xiàn),對(duì)應(yīng)于末次間冰期;118 ka B.P.開(kāi)始,耐干冷植物蒿屬及藜屬在孢粉帶Ⅳ和Ⅴ呈現(xiàn)明顯的茂盛趨勢(shì),對(duì)應(yīng)于末次冰期;Ⅵ帶頂部,相比末次冰期氣候轉(zhuǎn)暖,溫度升高,降水增多,沉積物粒度變細(xì),出現(xiàn)了豐富的植物孢粉種類(lèi),孢粉數(shù)量增多,喜溫暖植物如樺、櫟、榆等闊葉植物大量出現(xiàn),代表末次冰期的結(jié)束。

5.2晚第四紀(jì)最新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分析

控制性鉆孔所處的新構(gòu)造分區(qū)為臨汾斷陷盆地臨汾凹陷第四紀(jì)最大的沉降中心——屯里—甘亭沉降中心以東,該沉降中心第四紀(jì)最大斷陷幅度為800 m[20],從第四紀(jì)(距今258萬(wàn)年)開(kāi)始計(jì)算,臨汾盆地第四紀(jì)平均斷陷速率為0.31 mm/a。晚第四紀(jì)以來(lái),臨汾盆地的湖相沉積是一種構(gòu)造相沉積*鄧起東.臨汾盆地地震構(gòu)造研究.山西:山西省地震局,1992.,其堆積厚度可表征盆地的沉降幅度。因此由上述分析和沉積厚度的實(shí)際資料可以得出臨汾盆地自晚更新世以來(lái)鉆孔所處地的最新構(gòu)造活動(dòng)特征。該區(qū)晚更新世以來(lái)沉降運(yùn)動(dòng)幅度為80.8 m,以晚更新世延續(xù)至今為12.6萬(wàn)年計(jì),相應(yīng)的平均沉降速率為0.64 mm/a,遠(yuǎn)高于臨汾盆地第四紀(jì)平均斷陷速率,這表明上更新統(tǒng)底界的確定不僅有孢粉學(xué)和沉積學(xué)上的證據(jù),也有其深刻的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)背景,即晚更新世以來(lái)臨汾盆地的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)。

致謝:本次實(shí)驗(yàn)全部在中國(guó)地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，感謝相關(guān)人員的幫助。

References)

[1]劉東生.黃土與環(huán)境[M].北京:科學(xué)出版社,1985:25-38.

LIU Dong-sheng.Loess and Environment[M].Beijing:Science Press,1985:25-38.(in Chinese)

[2]劉俊峰.黃土高原西部會(huì)寧地區(qū)66萬(wàn)年以來(lái)冰期一黃土旋回的孢粉記錄[J].冰川凍土,1992,14(1):33-43.

LIU Jun-feng.The Spore-pollen Records of Glaciation-loess Cycles in Huining Area in the West Part of the Loess Plateau Since 660 000 a B.P.[J].Journal of Glaciology and Geocryofogy,1992,14(1):33-43.(in Chinese)

[3]馬玉貞,陶明信,陳發(fā)源.甘肅窯街寺灣溝一炭洞溝紅層孢粉組合、地質(zhì)時(shí)代與生態(tài)環(huán)境[J].沉積學(xué)報(bào),1996,14(1):93-102.

MA Yu-zhen,TAO Ming-xin,CHEN Fa-yuan.The Red Bed Sporo-pollen Assemblages,Geological Age and Ecological Environment from Siwangou—Tandonggou of Yaojie,Gansu[J].Acta Sedimentologica Sinica,1996,14(1):93-102.(in Chinese)

[4]Steuernagel O,Han J,Fyfe W S,et al.Pliocene-Pleistocene Climatic Change Recorded in Fluviolacustrine Sediments in Central China[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,1997,135(1):27-39.

[5]WU Fu-li,FANG Xiao-min,MA Yu-zhen,et al.A 1.5 Ma Sporopollen Record of Paleoeeologic Environment Evolution in the Central Chinese Loess Plateau[J].Chinese Science Bulletin,2004,49(3):295-302.

[6]WU Fu-li,FANG Xiao-min,MA Yu-zhen,at al.Plio-Quaternary Stepwise Drying of Asia:Evidence from a 3 Ma Pollen Record from the Chinese Loess Plateau[J].Earth and Planetary Science Letters,2007,257:160-l69.

[7]張立原.中國(guó)黃土高原洛川剖面S5以來(lái)的孢粉學(xué)記錄[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(1):222-229.

ZHANG Li-yuan.Palynological Records from the Luochuan Section of the Chinese Loess Plateau Since S5 Stage[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(1):222-229.(in Chinese)

[8]SUN Ai-zhi,FENG Zhao-dong.Climatic Changes in the Western Part of the Chinese Loess Plateau during the Last Deglacial and the Holocene:A Synthesis of Pollen Records[J].Quaternary International,2015,372:130-141.

[9]莫多聞.山西臨汾盆地晚新生代環(huán)境演變研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1991,27(6):738-746.

MO Duo-wen.The Study on the Late Cenozoic Environment Change of Linfen Basin,Shanxi Province[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,1991,27(6):738-746.(in Chinese)

[10]蘇宗正,鄧起東,李世儉.三萬(wàn)年來(lái)山西臨汾盆地古地理環(huán)境的變遷[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1995,18(1):87-94.

SU Zong-zheng,DENG Qi-dong,LI Shi-jian.Paleo-geographic Environment in Past Thousand Years in Linfen Basin,Shanxi,China[J].Journal of Shanxi University:Natural Science Edition,1995,18(1):87-94.(in Chinese)

[11]王乃梁,楊景春,夏正楷,等.山西地塹系新生代沉積與構(gòu)造地貌[M].北京:科學(xué)出版社,1996:156-200.

WANG Nai-liang,YANG Jing-chun,XIA Zheng-kai,et al.Cenozoic Sedimentary and Tectonic Geomorphology in Shanxi Graben[M].Beijing:Science Press,1996:156-200.(in Chinese)

[12]盧演儔,高維明,陳國(guó)星,等.新構(gòu)造與環(huán)境[C]//新構(gòu)造與氣候環(huán)境變化.北京:地震出版社,2001:84-91.

LU Yan-chou,GAO Wei-ming,CHEN Guo-xing,et al.Neotectonics and Environment[C]// Neotectonics and Climate Change.Beijing:Seismological Press,2001:84-91.(in Chinese)

[13]王麗麗.第四紀(jì)中晚期臨汾盆地湖侵湖退的過(guò)程及其機(jī)制推斷研究[D].上海:上海師范大學(xué),2011.

WANG Li-li.The Process and Cause of Lake Transgression and Regression during the Late Quaternary in Linfen Basin,Shanxi[D].Shanghai:Shanghai Normal University,2011.(in Chinese)

[14]胡小猛,盧海龍,吳冰,等.山西地塹湖盆湖退-湖侵的地貌沉積響應(yīng)及其構(gòu)造指示意義[J].第四紀(jì)研究,2011,31(6):1067-1076.

HU Xiao-meng,LU Hai-long,WU Bing,et al.Morpho-sedimentary Responses to the Regression-transgression of the Paleolakes Associated with the Tectonics in the Shanxi Graben Basins[J].Quaternary Sciences,2011,31(6):1067-1076.(in Chinese)

[15]童國(guó)榜,張俊牌,嚴(yán)富華,等.華北平原東部地區(qū)晚更新世以來(lái)的孢粉序列與氣候分期[J].地震地質(zhì),1991,13(3):259-268.

TONG Guo-bang,ZHANG Jun-pai,YAN Fu-hua,et al.Sporo-pollen Sequence and Division of Climatic Period in the Eastern North China Plain Since Late Pleistocene[J].Seismology and Geology,1991,13(3):259-268.(in Chinese)

[16]安芷生,盧演儔.華北晚更新世馬蘭期氣候地層劃分[J].科學(xué)通報(bào),1984(4):228-231.

AN Zhi-sheng,LU Yan-chou.Division of Climatic Stratigraphy of Malan period in Late Pleistocene in North China[J] .Chinese Science Bulletin,1984(4):228-231.(in Chinese)

[17]郭盛喬,王蘇民,楊麗娟.末次盛冰期華北平原古氣候古環(huán)境演化[J].地質(zhì)論評(píng),2005,51(4):423-427.

GUO Sheng-qiao,WANG Su-min,YANG Li-juan.Climatic and Environmental Change in North China Plain during the Last Glacial Maximum[J].Geological Review,2005,51(4):423-427.(in Chinese)

[18]郭高軒,蔣漢朝,蔡向民,等.北京新5孔第四紀(jì)孢粉記錄及其對(duì)更新世氣候變化的響應(yīng)[J].第四紀(jì)研究,2013,33(6):1160-1170.

GUO Gao-xuan,JIANG Han-chao,CAI Xiang-min,et al.A Quaternary Pollen Record from the X5 Core in Beijing and Its Response to the Pleistocene Climate Change[J].Quaternary Sciences,2013,33(6):1160-1170.(in Chinese)

[19]李騰飛.北京昌平東閘村鉆孔中更新世氣候轉(zhuǎn)型期的孢粉組合特征及其古氣候意義[D].北京:首都師范大學(xué),2014.

LI Teng-fei.Sporopollen Assemblages of the Borehole in the Pleistocene in Dongzha Village in Beijing Changping and Its Paleoclimatic Significance[D].Beijing:Capital Normal University,2014.(in Chinese)

[20]賀明華,蘇宗正,閻鳳忠.臨汾盆地新構(gòu)造格局與地震活動(dòng)[J].山西地震,1988(4):7-12.

HE Ming-hua,SU Zong-zheng,YAN Feng-zhong.Neotectonic Framework and Seismic Activity in Linfen Basin[J].Earthquake Research in Shanxi,1988(4):7-12.(in Chinese)

Division of Late Quaternary Strata and Analysis of Neotectonic Movement in Linfen Basin

SHI Shuang-shuang1,2,ZHAO Qiang1,2,ZHAO Jin-quan1,2,JIANG Han-chao3,LI Zi-hong1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province,Taiyuan 030021,Shanxi,China;2.Continental Rift Valley Dynamics State Observatory of Taiyuan,Taiyuan 030025,Shanxi,China;3.State Key Laboratory of Earthquake Dynamics,Institute of Geology,CEA,Beijing 100029,China)

As the Quaternary strata of Linfen Basin have not yet been systematically analyzed,in this study,we performed a controlled borehole in the middle of the Linfen depression to expose the Quaternary strata in Linfen Basin.We employed a controlled borehole in this project to detect active faults and assess seismic risk in Linfen City from 2009 to 2014.The final hole depth was 245 m at the coordinates 111°34′56″E,36°3′55″N.Based on the formation of the strata exposed by the borehole,we determined that the strata are divided into 39 composite layers.The sediment in the lower parts of the section is darker and is characterized by a brownish red silty clay layer,which is representative of a strong oxidizing environment.The sediment of the upper part of the section is fine-grained and is dominated by lacustrine deposits.We processed 269 effective pollen samples to analyze the characteristics of the sporo-pollen assemblages in the drilling section.Based on the obvious changes in the pollen content of the spore trees,shrubs,and herbs and from the fern content in the section,we divided the sporo-pollen assemblages into six categories as follows:Ⅰ (245～152 m),Ⅱ (152～84 m),Ⅲ (84～51.5 m),Ⅳ (51.5～25.5 m),Ⅴ (25.5～12.5 m),and Ⅵ (12.5～0.5 m).We collected nine core samples in the upper part of the section to analyze the absolute age of the sediment by optically stimulated luminescence dating.We also collected twelve core samples in the lower part of the section to analyze the absolute age of the sediment by electron spin resonance.Dating results show that the control borehole records the sedimentary formation from approximately 379 ka B.P. Sediments at a borehole buried depth of 0～0.4 m belong to the Holocene strata.Sediments at the borehole buried depth of 0.4～80.8 m belong to the upper Pleistocene.Based on the pollen records,we characterized the paleoclimate as being dry and cold during this period,which then warmed and had increased precipitation near the end-stage of this period.Borehole sediments buried below 80.8 m belong to the middle Holocene strata,in which the paleoclimate was warm and humid.The average subsidence rate since the late Pleistocene was 0.64 mm/a,which is much higher than that of the Quaternary.We suggest that the neotectonic movement of the Linfen Basin has shown an increasing trend since the late Pleistocene.

sporo-pollen assemblage; late Quaternary; paleoenvironment; neotectonics; Linfen Basin

2016-03-11

中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、科研三結(jié)合課題(160401);山西地震局科研項(xiàng)目(SBK-1633)

史雙雙(1984-),女,工程師,主要從事活動(dòng)構(gòu)造及新構(gòu)造年代學(xué)研究。E-mail:shishsh@126.com。

P542

A

1000-0844(2016)04-0624-08

10.3969/j.issn.1000-0844.2016.04.0624