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基于CZ01科研钻的泥河湾盆地岩石磁学特征及其与大同火山关系研究

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基于CZ01科研钻的泥河湾盆地岩石磁学特征及其与大同火山关系研究

作者：张帆太原理工大学

学位级别：硕士

泥河湾层是中国泥河湾盆地内沉积的巨厚的、无年代断层的第四纪河湖相沉积层,同时也是国际公认的第四纪标准地层。近年来,泥河湾层中发现有大量的古人类遗址和哺乳动物动物群;同时,盆地内上新世末、晚更新世火山活动频发,形成著名的大... 详细信息

泥河湾层是中国泥河湾盆地内沉积的巨厚的、无年代断层的第四纪河湖相沉积层,同时也是国际公认的第四纪标准地层。近年来,泥河湾层中发现有大量的古人类遗址和哺乳动物动物群;同时,盆地内上新世末、晚更新世火山活动频发,形成著名的大同第四纪火山群,在湖相沉积层、黄土沉积层中留下了丰富的痕迹。因此,在泥河湾盆地开展地层年代学和古气候学研究,对于研究人类演化、哺乳动物群落演变及区域地质演化及环境变迁具有重要意义。而岩石磁学能够鉴定沉积物中的磁性矿物种类、含量和颗粒大小,是开展磁性地层学定年和利用环境磁学进行环境演化研究的基础。因此本文依托中国科学院地球环境研究所CZ01科研钻孔(孔深305.83m),开展了详细的实验室测试和系统的岩石磁学研究工作,通过等温剩磁获得曲线、磁化率随温度变化曲线、磁滞回线、FORC图、低温剩磁和磁化率等岩石磁学实验进行分析,旨在探讨大同盆地火山活动历史、古湖泊环境演化机制及沉积物磁性物质来源。具体研究内容与研究结果如下:(1)对泥河湾沉积物中磁性矿物成分和特征进行详细分析,发现主要以低矫顽力的磁铁矿为主,部分层位含有高矫顽力赤铁矿,地层沉积后受后期成岩作用影响较小。(2)开展了磁性矿物来源的分析研究,结果显示,盆地内的磁性矿物主要来自外源碎屑输入,自生磁铁矿仅在个别位置有所生成,所占比例非常低。(3)根据磁化率异常高层位和黄土沉积剖面中的高磁化率-低Rb/Sr比值层位,推断泥河湾盆地第四纪以来至少经历了十数次火山活跃期,每个活跃期都有多次密集的火山喷发活动,为地区火山活动史提供了宝贵的信息,证实大同火山活动远多于前人研究的4个火山活跃期。(4)CZ01科研钻孔剖面记录的火山活跃期在岩性上都有较大变化,且与区域湖退时期相吻合,部分对应火山灰的层位较厚,且有韵律变化,与前人研究相对比,印证了火山活动与古湖泊环境演变存在某种机制上的关联。本文研究结果,对进一步认识泥河湾盆地内磁性矿物来源、气候环境变化、大同火山活跃期及其与古湖演化的关系具有重要意义。

关键词：泥河湾盆地大同火山岩石磁学磁铁矿古湖演化机制

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大同火山烘烤层的光释光年龄

第四纪研究 2012年第3期32卷 510-515页

作者：赵华王成敏毛洪亮卢演俦刘林敬吉云平赵红梅中国地质科学院水文地质环境地质研究所石家庄050061 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

对山西省大同市东水头村和于家寨两个点的第四纪火山玄武岩下伏烘烤层样品,进行了细颗粒石英光释光(OSL)测年研究。初步结果显示,对于大同火山烘烤层样品,应用简单多片OSL法能够获得有价值的火山活动年龄估计。光释光测年结果表明山西... 详细信息

对山西省大同市东水头村和于家寨两个点的第四纪火山玄武岩下伏烘烤层样品,进行了细颗粒石英光释光(OSL)测年研究。初步结果显示,对于大同火山烘烤层样品,应用简单多片OSL法能够获得有价值的火山活动年龄估计。光释光测年结果表明山西大同地区第四纪至少存在两期火山活动,一期发生的最小年龄为17万年,另一期发生在距今8.5万年左右。

关键词：大同火山烘烤层光释光年龄石英

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周口店洞穴堆积物及大同火山烘烤层的热发光年龄

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地质科学 1980年第4期4卷 403-405页

作者：裴静娴

本文是对采自北京周口店洞穴及山西大同火山地区的一批样品进行热发光年龄测定的结果。 1.在周口店第一地点,自上而下采集了4-4、4-5、10-6三个灰烬样。测定结果表明,天然热发光强度随取样的层位变低而增强。4-4、10-6测样热发光相对强... 详细信息

本文是对采自北京周口店洞穴及山西大同火山地区的一批样品进行热发光年龄测定的结果。 1.在周口店第一地点,自上而下采集了4-4、4-5、10-6三个灰烬样。测定结果表明,天然热发光强度随取样的层位变低而增强。4-4、10-6测样热发光相对强度4.5和9.5,为一底部较宽的不完全对称的200℃左右的中温峰。其人工热发光增长曲线与照射剂量

关键词：洞穴堆积物周口店热发光大同火山

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大同火山阶段性活动历史的古地磁年代学研究

大同火山阶段性活动历史的古地磁年代学研究

作者：蔡顺上海师范大学

学位级别：硕士

大同火山群位于山(西)陕(西)地堑系最北端的大同盆地中。第四纪时期,大同火山群火山多次喷发,在盆地内堆积了大量的火山喷发物。自上世纪30年代开始,中外学者对大同火山展开了大量的科研工作,在大同火山的地质构造背景、火山活动类型、... 详细信息

大同火山群位于山(西)陕(西)地堑系最北端的大同盆地中。第四纪时期,大同火山群火山多次喷发,在盆地内堆积了大量的火山喷发物。自上世纪30年代开始,中外学者对大同火山展开了大量的科研工作,在大同火山的地质构造背景、火山活动类型、岩浆化学成分、火山深度动力学机制及活动年代等方面都取得了众多研究成果。然而,由于野外采样困难,火山活跃期次较多等因素的影响,使得目前的火山活动年代数据无法形成有效的比对,更不能反映大同火山活动的阶段性历史特征,因此人们对于大同火山的活动期次及年代问题一直争论不断。野外调查发现:火山锥体坡麓附近和泥河湾古湖湖相沉积层与湖岸之上黄土—古土壤沉积层中夹有多层火山碎屑层。(1)在肖家窑火山坡麓位置存在有多套倾角不同的火山碎屑层。且位于底部的火山碎屑层倾角大于其上部碎屑层的倾角。(2)陈庄湖相沉积层和黑山黄土—古土壤沉积层中发现有多层疑似火山灰物质沉积的延续良好的薄层灰黑色特征沉积层。这些沉积现象表明:大同火山在地质历史时期存在多个活跃期。区域的湖相沉积和黄土—古土壤沉积都详细的记录了当时的火山活动信息。为从沉积地层中获得更为详细的火山活动信息、建立沉积剖面的年代框架、判断沉积剖面中所夹火山物质沉积层位的沉积年代。本文对火山群周边受火山活动影响的湖相沉积层和黄土—古土壤沉积层进行了仔细的野外物理形态描述和高精度的采样。我们选取陈庄剖面作为湖相沉积的典型剖面、黑山剖面作为黄土沉积的典型剖面。野外考察中都发现这两剖面中存有明显的火山活动记录信息,实验室分析表明这两个剖面都有多个层位在沉积过程中受到了区域火山活动的影响。在湖相沉积剖面中出现四层磁化率、Ti元素含量、Fe元素含量和平均粒度组成同步异常变大的沉积层位;在黄土—古土壤沉积剖面中出现三层磁化率、Ti元素含量或Fe元素含量同步异常变大的沉积层位。这些异常变大的现象表明沉积时受到区域环境突变的影响。在大同盆地中则是受到火山活动导致的区域沉积环境突变。利用古地磁定年法和黄土古土壤定年法建立不同沉积剖面的年代框架,判断湖相沉积层中四个火山物质沉积层的沉积年代分别为:早于0.90MaB.P.、约0.51MaB.P.、约0.32MaB.P.和约0.09MaB.P.;黄土—古土壤沉积层中三个火山物质沉积层的沉积年代分别为约0.32MaB.P.、0.19MaB.P.和约0.09MaB.P.。通过沉积层沉积年代比对认为大同火山群共存在五个活跃期,分别为早于0.90M aB.P.、约0.51MaB.P.、约0.32MaB.P.、0.19MaB.P.和约0.09MaB.P.

关键词：大同火山沉积地层古地磁年代学活跃期与平静期

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大同火山活动在区域黄土沉积中的记录研究

大同火山活动在区域黄土沉积中的记录研究

作者：石晓丽上海师范大学

学位级别：硕士

火山活动在时间上应具有阶段性,即有活跃期和平静期之分。大同盆地位于中国NNE向剪切拉张断陷盆地-山(西)陕(西)地堑系的最北段,第四纪时期,区域构造运动及伴随的火山活动对其的形成与演化有着重要的控制作用。大同盆地中分布着众多火山... 详细信息

火山活动在时间上应具有阶段性,即有活跃期和平静期之分。大同盆地位于中国NNE向剪切拉张断陷盆地-山(西)陕(西)地堑系的最北段,第四纪时期,区域构造运动及伴随的火山活动对其的形成与演化有着重要的控制作用。大同盆地中分布着众多火山,20世纪30年代开始就有不同的学者对其活动历史展开研究。但由于测年手段的不同、野外采样层位的差异以及火山喷发的次数多等原因,目前学界对其阶段性活动历史还没有形成统一的认识,关于其活动年代仍争论不断。大同火山活动的阶段性历史是一个尚未被揭示清楚的地学问题。第四纪时期在大同盆地中堆积着厚层黄土-古土壤沉积层;这些沉积较好地记录着区域气候变迁与地质历史事件。野外考察发现:在一个火山活跃期间,会产生大量的火山碎屑物,并在广大区域内的众多地质记录上留下它的痕迹。第四纪火山活动所产生的火山碎屑物也穿插在黄土-古土壤层之中。在黄土-古土壤剖面中寻找含有火山碎屑物的沉积层位,是揭示区域火山阶段性活动历史的有效途径之一。为了探究大同火山活动的阶段性历史,作者在大同盆地对大同火山群进行了野外实地考察,并寻找受火山活动影响显著的黄土-古土壤沉积剖面。通过对这些剖面的详细野外物理形态描述、采样及室内的理化分析,以期寻找区域火山阶段性活动在气下黄土沉积中的记录。论文选取了离火山锥较近的东水头村南沟谷、金山西北沟和黑山南沟黄土-古土壤沉积剖面作为目标剖面,通过磁化率、化学元素理化特征等参数的测定分析,发现了剖面中多个记录有火山活跃期的层位,并得到了一些研究结论。(1)黄土沉积层中,受到火山活动的影响,磁化率值、Ti、Fe含量等理化性质会发生变化,磁化率值异常增大,Ti、Fe含量同样出现高值。(2)通过对东水头村南沟谷、金山西北沟和黑山南沟黄土-古土壤沉积剖面的研究,大同火山分别在古土壤S1发育时期、黄土层L3堆积时期和古土壤S5发育晚期各记录了1期火山活跃期;黄土沉积层对大同火山3期活跃期有着较好的记录。(3)在金山西北沟、金山西北高速公路西侧路边和黑山的熔岩层或者熔岩流下方烘烤层采取样品用作光释光测年,测年结果是大同火山在距今9万年左右和距今27万年左右存在2期火山活跃期。与黄土-古土壤沉积剖面中古土壤S1发育时期、黄土层L3堆积时期的2期火山活跃期是对应的。通过火山活动与黄土-古土壤序列对应,以及传统的光释光测年,得出大同火山活动在区域黄土沉积中至少记录了3期火山活跃期。

关键词：大同火山黄土沉积火山活跃期光释光测年黄土-古土壤序列

大同火山活动在湖相沉积和黄土沉积中的记录研究

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大同火山活动在湖相沉积和黄土沉积中的记录研究

作者：吴洁利上海师范大学

学位级别：硕士

大同盆地位于山陕地堑的最北端，处于中国NNE剪切拉张断陷盆地的构造地貌格局之中。在第四纪期间，这种构造活动伴随着大规模火山活动进行，大同盆地是新生代断陷盆地，盆地的形成与演化完全受到新构造运动的控制，盆地的发育过程在构... 详细信息

大同盆地位于山陕地堑的最北端，处于中国NNE剪切拉张断陷盆地的构造地貌格局之中。在第四纪期间，这种构造活动伴随着大规模火山活动进行，大同盆地是新生代断陷盆地，盆地的形成与演化完全受到新构造运动的控制，盆地的发育过程在构造控制下与上地幔的活动具有因果关系。火山活动在时间上应有阶段性，即活跃期和平静期。在一个火山活跃期期间，除产生火山喷发物本身外，火山活动还会在广大区域内、在众多地质记录上留下它的影响痕迹。第四纪时期大同火山活动，火山喷发物穿插在河湖相地层、黄土-古土壤层之中。本文在离火山锥较远的陈庄湖相沉积剖面和金山黄土沉积剖面采样，对沉积特征进行描述，并对样品进行了磁化率、化学元素含量以及粒度的理化特征测定分析。得出以下结论： 1）当一次火山活动发生后，沉积物的理化特征会发生明显变化。含有火山灰物质的湖相沉积剖面和黄土沉积剖面沉积层磁化率异常升高，Fe等金属元素含量大幅增高，且沉积物的粒度变粗。 2）在本文采样的陈庄湖相沉积剖面沉积物特征反应了区域曾发生过三期火山活动，每期内火山多次喷发，金山黄土沉积剖面中对应了两期火山活动，并且与陈庄剖面中呈现的后两期火山活动有良好的对应关系。 3）进一步论证了火山活跃期和平静期与大同古湖快速湖退-缓慢湖侵对应。前人对于大同火山区的研究多为研究火山活动时期，缺少对于火山活动与区域湖泊环境演变的研究，本文的研究主要通过大同火山的喷发阶段与大同盆地的演化以及大同盆地区域的构造运动具体相关性进行研究。当一次强烈的上地幔活动发生后，盆地区地壳相对于周边山地地区和盆地间隆起区的地壳抬升，这样在盆地中便产生一次大幅快速湖退事件，湖盆蓄水空间变小，湖相沉积物颗粒变粗。根据本文实验得出，湖相沉积剖面中（陈庄剖面中）的火山灰富集层也就是对应磁化率和Fe含量异常高值区，出现在粗颗粒的湖退沉积序列中，与>63μm的沙砾含量有良好的一致性。佐证了火山活跃期与古湖大幅快速湖退阶段相一致，平静期与古湖小幅缓慢湖侵阶段相一致。

关键词：大同火山黄土沉积湖相沉积湖侵-湖退

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接收函数方法研究大同火山地壳精细结构

接收函数方法研究大同火山地壳精细结构

作者：李凤英哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

华北克拉通是位于中国东部古老的克拉通。自中生代新生代以来遭遇了严重的破坏和改造,东部岩石圈厚度从200 Km减薄至100Km以下,但西部块体仍处于稳定状态。对于华北克拉通岩石圈是如何拉张减薄的、克拉通破坏的范围、以及克拉通破坏是... 详细信息

华北克拉通是位于中国东部古老的克拉通。自中生代新生代以来遭遇了严重的破坏和改造,东部岩石圈厚度从200 Km减薄至100Km以下,但西部块体仍处于稳定状态。对于华北克拉通岩石圈是如何拉张减薄的、克拉通破坏的范围、以及克拉通破坏是否存在多期目前还存在争议。大同火山群位于华北克拉通中部的造山带,鄂尔多斯东北缘。大同火山区独特的地理位置引起地球物理学界、地球化学界科学家广泛的关注。众多学者通过P波层析成像、面波、大地电磁、背景噪声等手段发现大同火山区下方存在低速、低阻、高导的异常体。但对于大同火山群下方的异常体的深度、形态、大同火山区岩浆来源还存在有不同的争议。本文主要利用南方科技大学海洋科学与工程系在大同火山群布设的166台间距为5 Km的三分量短周期地震记录仪记录到的4个月的远震波形数据,并选取震中距在28～92,震级大于5.0级的211个远震事件进行研究。将记录得到的波形数据截取P波之前20 s,P波之后60 s的波形数据,在0.05～5Hz的范围内滤波,用时间域迭代反褶积提取接收函数,并人工筛选出4541条接收函数。最后,利用接收函数H-k叠加和可希霍夫偏移成像研究大同火山精细地壳结构。研究结果表明:以山西断陷为界,研究区域西部地壳厚,东部地壳薄;山西断陷区域内莫霍面深度在35～40 Km,莫霍整体隆起,局部地壳增厚,波速比数值高达2.0,根据山西断陷莫霍深度和波速比分布推测山西断陷并不是均匀拉张,部分区域存在基性岩浆底侵,造成地壳增厚,波速比增大;研究区域地壳厚度自北向南逐渐减薄,与地貌构造相吻合;接收函数可希霍夫偏移成像的研究结果表明大同火山下方地壳增厚,对应较高的平均地壳波速比1.85,且增厚区域主要在大同火山群的西面。该观测支持大地电磁和面波成像的结果,即大同火山下方的地幔上涌造成的底侵主要发生在大同火山群西部。

关键词：山西断陷大同火山接收函数 H-k扫描柯希霍夫成像

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区域沉积对大同火山活动的响应

区域沉积对大同火山活动的响应

作者：胡海晨上海师范大学

学位级别：硕士

第四纪时期，青藏高原的强烈隆升引起了山陕地堑系的阶段性演化。位于山陕地堑系北端的大同盆地在构造运动的影响下，火山活动频繁。火山活动是有阶段性的，即火山活动在时间上有活跃期和平静期之分。火山喷发时会产生大量的火山砾、火... 详细信息

第四纪时期，青藏高原的强烈隆升引起了山陕地堑系的阶段性演化。位于山陕地堑系北端的大同盆地在构造运动的影响下，火山活动频繁。火山活动是有阶段性的，即火山活动在时间上有活跃期和平静期之分。火山喷发时会产生大量的火山砾、火山渣、火山灰以及熔岩。这些火山喷发物穿插在河湖相地层、黄土-古土壤层之中。火山喷发的坠落沉积物，其碎屑的粒径及沉积的厚度随据火山口的距离而有规律地逐渐减小。在较远离火山口处的湖泊或黄土层中沉降有火山灰，呈多层分布现象。在富含火山灰的剖面或层位，其理化特征参数异常，如磁化率值升高和Fe、Ti、Mn等金属元素的含量增加、粒度变粗。通过对距离火山口不同远近区域的湖相沉积及黄土沉积理化特征参数进行比对，了解湖相沉积和黄土沉积对大同火山活动的响应。通过湖泊沉积物韵律层变化特征分析，证明区域湖侵湖退变化和大同火山活动之间的耦合性，以揭示大同盆地第四纪中晚期火山活动的阶段性历史，并验证区域火山活跃期-平静期与古湖大幅湖退阶段-小幅湖侵阶段对应模式的正确性。野外调查时选取了大同火山活动区内的金山黄土沉积剖面、陈庄湖相沉积剖面、肖家窑火山锥剖面和大同火山活动区外的匙村黄土沉积剖面、高镇子湖相沉积剖面进行采样并带回实验室进行数据分析。得出以下主要结论：(1)大同火山喷发后在火山锥附近的区域黄土沉积中有相关的火山灰沉积记录。匙村黄土沉积剖面与金山黄土剖面的理化特征参数比对结果显示，金山黄土沉积剖面在深度555cm处有火山灰沉积。(2)湖相沉积的粒度由自湖岸到湖心逐渐变细。火山灰落入周围湖相沉积层之中，沉积物的粒度会变粗。高镇子湖相沉积剖面与陈庄湖相沉积剖面的理化特征参数的比对，证明了在陈庄湖相沉积剖面在深度65cm处大同火山处于活跃期。(3)对肖家窑火山碎屑沉积层的分析得出，肖家窑火山有过四次火山活跃期。除第四次活跃期之上有气下黄土堆积以外，其他三期火山活跃期之上均堆积的是湖相沉积层-。每次火山活跃期之后的湖相沉积层的粒度是一个粗细-粗的变化过程。(4)大同火山活动时，盆地上地幔强烈上拱，岩浆上涌，火山喷发，湖相沉积以湖退沉积韵律层存在。当湖相沉积，盆地区域上地幔上拱岩浆逐渐散热收缩，湖相沉积以湖侵沉积韵律层存在。验证了区域火山活跃期-平静期与古湖大幅湖退阶段-小幅湖侵阶段对应模式的正确性。即在上地幔强烈上拱阶段导致大同火山的喷发活跃期，也即是与古湖大幅快速湖退阶段相一致，而平静期与古湖小幅缓慢湖侵阶段相一致。

关键词：大同火山忻定盆地黄土沉积湖相沉积湖侵-湖退

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大同火山区新构造运动的地貌特征

河北师范大学学报 1985年第1期 49-60页

作者：王清廉河北师范大学地理系

大同火山群位于山西省大同盆地的东部,其范围西起京包铁路聚乐堡车站至大同市陈庄一线,东至山西和河北省界线附近,北从阳高县下深井一带,南到六棱山脚下。火山区东西长30余公里,南北宽20公里,大部分在大同县境内,其余属阳高县范围。前... 详细信息

大同火山群位于山西省大同盆地的东部,其范围西起京包铁路聚乐堡车站至大同市陈庄一线,东至山西和河北省界线附近,北从阳高县下深井一带,南到六棱山脚下。火山区东西长30余公里,南北宽20公里,大部分在大同县境内,其余属阳高县范围。前人曾以大同县瓜园至黑山一带为界,分为东部火山区和西部火山区。区内新构造运动在地貌上的表现较明显。

关键词：大同火山新构造运动大同盆地大同县火山锥洪积扇地堑京包铁路湖相火山活动