我国自然地理环境深受季风气候影响。同时，东亚、东南亚、南亚等地区的洪涝和干旱灾害也与季风活动密切相关。关于亚洲季风(东亚季风和南亚季风)气候起源、变化规律、驱动机制等，中外科学家进行了大量研究，取得了很多成果^[1~4]。但是，由于问题的复杂性和空间差异性等原因，在认识亚洲季风气候起源和演化规律方面还存在不确定性。地质和生物记录指示早中新世是现代季风气候起源的关键时间节点，距今约24 Ma亚洲季风湿润区和内陆干旱区的环境分化和大气环流格局已经建立^{[1, 4~6]}；最近的一些生物沉积记录和古气候模拟研究认为，亚洲季风可能在始新世约50 Ma已经建立，当时类似现代大气环流格局的季风环流已经相当强盛，受季风降水影响，中国东部形成了贯通南北的湿润区^{[3, 7~9]}。这些研究表明，晚中新世约8.0 Ma和早第四纪约2.6 Ma可能是亚洲季风演化的两个转折点，不是亚洲季风气候环流系统的肇始。这些观点突破了关于亚洲季风在晚中新世或者第四纪初期形成的认识^{[2, 10~13]}。

关于亚洲季风气候起源存在认识分歧的原因，一方面在于沉积记录的不连续和气候记录的局限性；另一方面，气候替代指标的不确定性，也在很大程度上影响了对季风强度和型式的准确刻画。比如，很多陆相盆地沉积记录难以贯通新生代这么长的地质历史时期；晚新生代尤其是后期的记录多，古近纪的古气候记录少^[1~4]。大洋钻探计划(IODP)最早把阿拉伯海和孟加拉湾沉积物中的冷性有孔虫增多解释成亚洲季风起源的指示^{[11, 14]}。新的研究表明这些深海沉积序列含有很多的浊流沉积，其古气候记录是片段式的，难以获得中中新世以前高质量的连续的古气候记录；导致冷性有孔虫增多的原因，可能是风力强度变化造成的，与降水量关系不大^[15]。

全面分析以前的古气候沉积记录，可以发现，东亚、中亚和南亚等陆相盆地记录，有的远离季风直接影响区，比如柴达木盆地和塔吉克盆地等^[16~17]，这些盆地的沉积过程受到高原隆升的构造气候效应以及西风环流变化的影响，不能提供季风长期演化的准确记录；而位于季风影响区的一些盆地沉积，往往仅保存了季风演化过程中的某个阶段，如天水盆地和南阳盆地等^[18~19]，分别只有新近纪和古近纪的沉积序列，难以揭示新生代季风气候演化的全貌。尽管中国北方有保存良好的风尘堆积序列，但是，它们是以中新世以来的沉积为主，风尘堆积还受到冬季风环流、内陆干旱程度和局地保存条件等影响，在揭示季风降水长期变化方面，具有一定的局限性。因此，全面揭示季风气候长时间尺度的演化，还需要寻找季风区相对完整而连续的沉积记录。

季风气候的变化表现在海陆气压差、风向、风速、风力和降水等的变化，在季风环流背景下的降水量变化是季风强度变化的直接量度，影响着自然环境的方方面面，可作为季风演化的良好指示^[20~21]。寻找季风降水变化的长期记录是揭示长时间尺度季风演化的前提条件。位于我国季风边缘区的渭河盆地是开展此项研究的理想地点(图 1)。渭河盆地(也称为关中盆地、关中平原等)处于秦岭造山带和鄂尔多斯地块之间，属于正断层控制的断陷盆地，从中始新世约50 Ma以来，盆地汇集了流域内山地剥蚀的大量堆积，发育了超过7000 m的连续的新生代堆积^{[22~24] 1)}。新生代早期秦岭北部发育的正断层上盘阶段性持续下降，控制了盆地深陷的特征^[25]。生物地层和磁性地层研究已经确认，渭河盆地保存着较为连续的新生代沉积记录^{[22~24, 26~27]}。盆地处于亚洲季风降水的边缘区，其堆积过程对季风降水响应敏感，像一个天然的雨量筒，记录了亚洲季风降水的演化过程。从2009年开始，我们对渭河盆地的地貌、构造、沉积、地层、地球化学、古气候记录等，进行了详细的调查研究，取得了不同阶段、不同沉积相的地层记录的古气候、古环境变化的一些新认识。本文对渭河盆地的沉积、地层及其揭示的古气候、古环境变化的初步认识进行报道，以促进亚洲季风气候起源和演化研究的交流。

1) Lu Huayu，Sun Xuefeng，Ma Chunmei，et al. Field Trip Guide. Nanjing University-Freie Universität Berlin Double Degree Master's Program，Environmental Earth Sciences, 2017：1-42. Unpublished field trip guide

图 1(Fig. 1)

图 1 渭河盆地地理位置、地貌结构和区域大气环流(a，红色星号指示渭河盆地)、盆地地貌(b)、盆地结构和沉积断面图(c)[28] Fig. 1 Locationand atmospheric circulation (a), red star represents the Weihe Basin; geomorphology background(b) and sedimentation sections[28] (c)of the Weihe Basin, Central China

渭河盆地在新生代的充填过程经历了从始新世温室地球(greenhouse)到渐新世以及更新世冰室地球(icehouse)的环境变化，季风降水和沉积过程也随之改变，体现在沉积物的特征上，具有阶段性演化的特点(图 2和表 1)。各个时期的沉积物特征如下。

图 2(Fig. 2)

图 2 渭河盆地新生代沉积序列 从古近纪的红河组、白鹿塬组，到新近纪的冷水沟组、寇家村组、灞河组、蓝田组、三门组和黄土-古土壤序列[22~23] Fig. 2 Stratigraphyof Cenozoic depositional sequence in the Weihe Basin, Central China[22~23]. The formations are Honghe Fm, Bailuyuan Fm, Lengshuigou Fm, Koujiacun Fm, Baihe Fm, Lantian Fm, Sanmen Fm and the loess-paleosol sequence, respectively

表 1(Table 1)

表 1 渭河盆地新生代沉积序列的组成、哺乳动物群、植被类型和气候环境特征[22~23, 29, 31] Table 1 The strata, fauna and flora assemblages, and climate and environment evolution in Cenozoic in the Weihe Basin, Central China[22~23, 29, 31] 时代/地层 沉积相 植被 哺乳动物 气候环境 全新世 半坡组 以风成黄土-古土壤和盆地内的河流冲积物为主 向森林草原、稀疏的森林草原、草原转变 大角鹿Euctenoceros sp. 中国野牛Bison palaeosinensis 师氏剑齿象Stegodon zdanskyi 贺凤三趾马Hipparion houfenense 祖鹿Cervavitus sp. 游河象Elephas youheensis 游河模鼠Mimomys youhenicus 中国貉Nyctereutes sinensis 拟鼠兔Ochotonoides sp. 温度降低和干旱程度加剧。长期的相对暖湿的气候被第四纪相对干冷气候替代 更新世 乾县组 河湖相沉积。与风成黄土-古土壤同期异相沉积 洩湖组 河湖相沉积。与风成黄土-古土壤同期异相沉积 三门组 上段以棕黄、灰黄色砂岩、粉砂岩为主；下段以灰绿色、灰白色粉砂岩为主，与风成黄土-古土壤序列同期异相沉积 上新世 蓝田组 棕红色粉砂质泥岩、黄色粉砂岩与砂岩互层的河湖相沉积，与风成红粘土同期异相 中新世以后，逐渐转变为北亚热带针阔叶混交林、暖温带森林草原 三趾马Hipparion plocodus 中间双齿尖河猪Dicoryphochoerus medius 弓颌猪Chleuastochoerus sp. 祖鹿Cervavitus sp. 高氏羚羊Gazella gaudryi 气候、物源和沉积环境旋回变化。在中中新世以来的河湖相沉积序列旋回变化过程中，湖面面积和高程在上新世达到一个高值，指示了这个阶段可能是一个季风降水的增多时期 中新世 灞河组 红棕色含砾泥岩、砂质泥岩与含砾砂岩互层的河湖相沉积 渭河三趾马Hipparion weihoense 高齿冠的羚羊Antelope sp. 半高齿冠的长颈鹿科动物Palacotragus sp. 灵猫Viverridae 猪Chleuastochoerus 低冠羚羊Gazella cf. gaudryi 寇家村组 棕黄色泥岩、砂质泥岩与砂岩互层的河湖相沉积，底部常有块状砂砾岩 格氏铲齿象Platybelodon grangeri 复角柄杯鹿Lagomeryx complicidens 骊山利齿猪Listriodon lishanensis sp. 冷水沟组 黄棕色、棕红色砂岩，粗砂岩与暗紫红色泥岩互层的河湖相沉积。下部较粗，上部较细 秀丽新月脊齿象Selenolophodon spectabilis 西班牙犀属Hispanotherium lingtungensis 骊山利齿猪Listriodon lishanensis sp. 骊山角羊Oioceros lishanensis sp. 渐新世 白鹿塬组 灰白色厚层块状砂岩夹棕红色粉砂质泥岩的河流相沉积 以热带、亚热带常绿阔叶和落叶阔叶林、落叶阔叶针叶混交林为主 灞河西安两栖犀Sianodon bahoensis 古兔类Palaeolaginae indet. 泄湖蓝田猴Lantianius xiehuensis 从强的氧化环境向相对较弱的氧化和风化环境转变，可能由于温度降低，风化减弱 始新世 红河组 紫红色泥岩夹黄色、灰绿色砂岩的河湖相沉积 红河熊雷兽Arctotitan honghoensis 似德式貘cf. Deperetella sp. 短齿貘属Breviodon sp. 温暖湿润，强氧化环境，风化程度强

表 1 渭河盆地新生代沉积序列的组成、哺乳动物群、植被类型和气候环境特征[22~23, 29, 31] Table 1 The strata, fauna and flora assemblages, and climate and environment evolution in Cenozoic in the Weihe Basin, Central China[22~23, 29, 31]

渭河盆地新生代沉积序列的最底部是始新统红河组(图 2和表 1)，这是一套紫红色泥岩夹黄色、灰绿色砂岩的河湖相堆积，其底部为砾岩、角砾岩，中上部夹灰绿色泥岩。代表剖面在陕西临潼骊山南部支家沟上游的韩家村，厚330 m，此剖面底部砾岩直接超覆在前震旦纪石英岩系之上，上部与白鹿原组为平行不整合接触。红河组年代最初定于晚始新统^[23]，该组产红河熊雷兽(Arctotitan honghoensis)、似德式貘(cf. Deperetella sp.)、短齿貘属(Breviodon sp.)等奇蹄目哺乳动物化石^[29]。两种貘类动物化石在内蒙古二连盆地、河南卢氏盆地的始新世晚期地层均有发现；红河熊雷兽(Arctotitan honghoensis)分布于始新世，比晚始新世的种类更原始，因此，将红河组定为中始新世晚期-晚始新世^{[23, 29]}。我们最近系统的磁性地层研究表明，红河组堆积始于约45 Ma^[24]。红河组之上为厚层的白鹿塬组，野外观察是一套灰白色厚层块状砂岩夹棕红色粉砂质泥岩的堆积，为河流相沉积。典型剖面在蓝田支家沟，厚约400 m，地层多倾向南东，个别倾向南西。与下覆红河组为平行不整合接触，在临潼骊山地区与上覆冷水沟组为角度不整合接触。其主要产出哺乳动物化石有灞河西安两栖犀(Sianodon bahoensis)、古兔类(Palaeolaginae indet.)和泄湖蓝田猴(Lantianius xiehuensis)；主要的植物化石有羽叶旱梅(Palibinia pinnatifolia)、小叶旱梅(P.korowinii)和宽叶旱梅(P. latifolia)^[23]。据研究，Sianodon和Palibinia出现的时代为晚始新世-早渐新世^[23]。因此，白鹿塬组的相对地质年代应为古近纪晚始新世-早渐新世^{[23, 29~30]}。我们未发表的古地磁磁性地层结果也支持这一结论。

渐新世后期到中新世早期的沉积剖面在渭河盆地未见出露，但是钻探资料揭示在盆地沉积中心有这个时段的堆积^[31]。原因可能是，这段时间骊山抬升，导致骊山周围的渐新世-早中新世沉积物被侵蚀。中中新世堆积为冷水沟组，野外观察是一套黄棕色、棕红色砂岩，粗砂岩与暗紫红色泥岩互层的沉积，下部较粗，上部较细，底部有砂砾、角砾岩，为河湖相沉积。代表剖面在骊山西部临潼冷水沟，厚度变化较大，最厚者约70 m。在骊山地区与下伏白鹿塬组为角度不整合，与上覆寇家村组为平行假整合。动物化石有秀丽新月脊齿象(Selenolophodon spectabilis)，奇蹄类西班牙犀属(Hispanotherium lingtungensis)，偶蹄类如骊山利齿猪(Listriodon lishanensis sp.)和骊山角羊(Oioceros lishanensis sp.)等^{[30, 32]}。结合孢粉资料把冷水沟组定于中中新世^{[23, 33]}。冷水沟组上覆地层是寇家村组，野外观察是一套棕黄色泥岩、砂质泥岩与砂岩互层的沉积，底部常有块状砂砾岩。典型剖面在西安-蓝田交界地区的白鹿塬毛东村，厚约100 m，寇家村组与上覆灞河组和下伏冷水沟组均为不整合接触，为湖相与河流相互层沉积。寇家村组动物化石有柄杯鹿(Lagomeryx complicidens)、铲齿象(Platybelodon grangeri)、利齿猪(Listriodon lishanensis)等种及多种介形虫类化石^{[32, 34~35]}。寇家村组的化石组合与华北比较典型的中新世地层^{[26, 36]}可以对比，并结合其上覆的灞河组是晚中新世沉积¹⁾的事实，寇家村组地质时代应为晚中新世。最新的磁性地层研究也证实寇家村组为中到晚中新世的沉积序列²⁾。

1) Wang Yichao，Lu Huayu，Wang Kexin，et al. High- and low-latitude forcing of Asian monsoon precipitation during the Late Miocene to Pliocene：Evidence from a fluvial-lacustrine record in Weihe Basin，Central China [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2018. Under review

2) Anu Kaakinen，2018.个人交流

灞河组地层在白鹿塬地区广泛分布，不整合覆盖于寇家村组之上，顶部以一层2~3 m厚的砂砾石层与上覆蓝田组呈不整合接触。灞河组含有三趾马动物群化石，主要有渭河三趾马(Hipparion weihoense)、高齿冠的羚羊(Antelope sp.)和半高齿冠的长颈鹿科动物(Palacotragus sp.)等草原性动物化石^{[23, 30]}。代表性剖面位于灞河左岸的水吴村，厚度约183 m，分上、中、下共3段，下段主要为砂砾岩、砂岩与含砾泥岩或砂质泥岩互层沉积，夹红棕色泥岩层，中段为一套灰绿色泥岩和红褐色泥岩互层的韵律沉积，上段为红棕色含砾泥岩、砂质泥岩与含砾砂岩互层。据张玉萍等^[23]研究，灞河组下部地层代表性剖面大庙沟的化石有灵猫(Viverridae)、猪(Chleuastochoerus)和低冠羚羊(Gazella cf. gaudryi)，都是森林居住者，代表了灞河组沉积早期的温暖湿润的森林植被特征。赵琳等^[37]对灞河组的孢粉分析，揭示了灞河组早期落叶阔叶林和针阔混交林植被组成特点，反映了当时灞河组温暖湿润的气候环境。灞河组上覆蓝田组岩性为河湖相棕红色粉砂质泥岩、黄色粉砂岩与砂岩互层，代表剖面为渭南苌沟村剖面，厚度为268 m，化石组成和系统的磁性地层研究表明，其堆积年代以上新世为主¹⁾，与灞河左岸白鹿塬上的水吴村风成红粘土为同期异相沉积(图 2和表 1)。在蓝田组下部曾发现三趾马化石(Hipparion plocodus)、中间双齿尖河猪(Dicoryphochoerus medius)、弓颌猪(Chleuastochoerus sp.)、祖鹿(Cervavitus sp.)和高氏羚羊(Gazella gaudryi)等森林性动物^[23]，揭示相对湿润的古气候环境。

早更新世三门组标准剖面为渭南沋河张家坡-芦家壕剖面，该剖面岩性分为两段：下段以灰绿色、灰白色粉砂岩为主，含脊椎动物化石师氏剑齿象(Stegodon zdanskyi)、贺凤三趾马(Hipparion houfenense)、祖鹿(Cervaaitus sp.)、游河象(Elephas youheensis)、游河模鼠(Mimomys youhenicus)、中国貉(Nyctereutes sinensis)及拟鼠兔(Ochotonoides sp.)等化石，及软体动物化石丽蚌(Lamprotula sp.)^[38~39]；上段以棕黄、灰黄色砂岩、粉砂岩为主，含脊椎动物化石大角鹿(Euctenoceros sp.)、中国野牛(Bison palaeosinensis)^[38~39]。三门组与第四纪黄土-古土壤为同期异相沉积。

中更新世洩湖组、晚更新世乾县组和全新世与现代沉积主要为第四纪黄土-古土壤沉积序列和盆地内的河流冲积物为主，广泛分布于渭河平原，出露于河谷地段^[22]。

在空间分布上，渭河盆地内广泛分布有河湖相沉积，在盆地的河流阶地和台塬地区覆盖有厚层风尘黄土和红粘土堆积。在时间序列上，河湖相堆积物从距今约45 Ma^[24]的始新世红河组开始，一直持续到更新世、全新世(图 2和表 1)，表明渭河盆地自中始新世以来不断沉陷、稳定地接受沉积物充填。呈红色的红河组堆积始于始新世的温室地球^[40]，那时的温度高，哺乳动物化石和植物化石均指示当时降水量多，热带、亚热带阔叶树花粉，比如漆树属(Rhus)花粉(2.8 % ~9.5 %)、枫香树属(Liquidambar，0.4 % ~6.9 %)、黄杞属(Engelhardia，0.6 % ~1.7 %)、五加科(Araliaceae，0.6 % ~3.0 %)、大戟科(Euphorbiaceae，0.6 % ~0.7 %)等，指示了温度高、降水量可能大于1200 mm/a的气候状况^[37]。红河组沉积物颜色总体偏红，指示了在强氧化环境下沉积物赤铁矿含量多、风化程度强的环境，其沉积物中存在的砂和粉砂为主的河湖相沉积，是周边山地侵蚀的产物，物源分析指示了近距离搬运的特点^[24]。晚始新世-早渐新世，以白色为主的白鹿塬组河流相沉积取代了以红色为主的红河组沉积，指示渭河盆地从强的氧化环境向相对较弱的氧化和风化环境转变的过程。厚层沉积序列的从偏红色转变为偏白色，一方面可能与沉积物的快速堆积和埋藏有关；另一方面，始新世-渐新世转型时期全球降温^[40]可能使渭河盆地的温度降低、风化强度减弱，赤铁矿等代表强氧化环境下的矿物生成减慢、产率降低。中新世冷水沟组、寇家村组以来，河湖相沉积物表现多旋回变化的特征，且叠加有周期性的旋回变化。这些沉积序列展现为灰白、灰黄、灰绿和偏红色、偏灰色的泥岩、粉砂岩和砂岩、砾岩的变化，总体上松散，局部有一定的胶结，反映了气候、物源和沉积环境的旋回变化(图 2和表 1)。在中中新世以来的河湖相沉积序列旋回变化过程中，在上新世湖面面积和高程达到一个高值^[31]，指示了这个阶段可能是一个季风降水增多的时期。

渭河盆地在晚中新世约7 Ma开始接受风尘红粘土堆积^[26]，早更新世风尘粒度急剧变粗、演化成沉积速率较高的黄土-古土壤堆积旋回，一直持续到全新世^{[24, 26]}。风尘堆积的开始，表明了区域的干燥度和偏北气流东亚冬季风的增强，其与南来的季风降水可能是此消彼长的关系^[41~42]，也可能是阶段性的冬季风和夏季风分别增强的关系^[2]。另外，本次综合研究表明，在晚中新世、上新世和更新世，渭河盆地风尘堆积与河湖相堆积同时发育，指示亚洲夏季风与冬季风对渭河盆地的综合影响，是渭河盆地受夏季风和冬季风共同作用的新证据。

初步的沉积过程和物源分析，揭示渭河盆地中始新世以来长期接受流域汇水沉积物充填，表明地表降水径流的稳定性和气候降水供给的持续性，指示了较为湿润的古气候环境。河湖相沉积物的磁化率和粒度直接指示了物源区的变化和/或水动力(或水量)的变化^{[24, 26, 43]}。从整个沉积序列的粒度变化时间序列看(图 2)^[24]，盆地水系的改变、季风降水的变化等，呈现出多旋回性特征，比如粉砂—砂—砾石层的旋回，在从红河组到三门组的数千米沉积序列中均存在，并且，沉积相没有实质性的改变，表明了气候变幅不大。在早新生代，渭河盆地植被以热带、亚热带常绿阔叶和落叶阔叶林、落叶阔叶针叶混交林为主，中新世以后逐渐转变为北亚热带针阔叶混交林、暖温带森林草原；第四纪以后，渭河盆地植被向森林草原、稀疏的森林草原、草原演替(图 2和表 1)。这个植被演替过程表明，全球温度降低^[40]对植物群落组成变化有明确的影响，同时也反映了降水阶段性变化的特点；特别是在第四纪初，温度降低和干旱程度加剧^[40]，指示渭河盆地经历一次剧烈的气候转型，这次转型表现为在轨道尺度上气候旋回幅度的增大。长期的相对暖湿的气候条件被第四纪初的相对干冷气候替代，在哺乳动物化群演化中也有明显的体现，从始新世的Palaeolaginae indet.、Arctotitan honghoensis和cf. Deperetella sp.，到中新世的Hipparion weihoense、Hispanotherium lingtungensis、Selenolophodon spectabilis和Lagomeryx complicidens，再到更新世的Equussanmeniensis、Coelodonta antiquitatis和Palaeoloxodon^[29]，反映了长期的相对暖湿气候被第四纪的干冷气候所取代。

古近纪红河组沉积相、沉积物磁化率、粒度和磁组构分析，反映了始新世渭河盆地水动力条件较弱的静水河湖相沉积特点^{[24, 43]}。自生碳酸盐Mg/Ca、Sr/Ca分析表明，渭河盆地中始新世较为湿润，晚始新世开始稍偏干；盆地的沉积环境逐渐由中始新世的封闭湖盆转为晚始新世-渐新世的开放外流的水系^[44]。粘土粒级的活性铁、绿泥石等矿物组成也指示渭河盆地地区在中晚始新世氧化风化强，气候以温暖湿润为主，之后逐步变干^[45]。渭南苌沟-斩龙湾剖面的有机质和无机质稳定碳同位素分析表明，蓝田组植被组成同样存在多旋回特点，但在晚中新世-早更新世的长时间内，渭河盆地降水和湿度相对稳定^[46]。以上这些初步结果显示，叠加在长期的气候演化的背景上，从红河组开始一直到上新世晚期，虽然有多次的气候旋回变化，但是，降水和气候湿度环境没有实质性的改变。地球化学古气候替代指标与花粉、哺乳动物群组合和沉积相环境的结果基本吻合，均表明渭河盆地气候及其大气环流背景的长期相对稳定性，可能暗示亚洲季风长期演化过程中的稳定性、阶段性。

渭河盆地现代季风降水稳定氧、氢同位素研究表明，降水量变化和降水氧同位素成负相关，即夏季的降水量偏多，降水的δ¹⁸O偏轻(负)^[47]。对渭河盆地新生代沉积序列的次生碳酸盐稳定碳、氧同位素进行了初步测试，获得了上百个不同时间段的次生碳酸盐稳定同位素数据，并对新获得的氧同位素和已发表的数据综合分析和加权平均^{[27, 40, 45~46, 48]}，发现从红河组、到灞河组、到蓝田组以及第四纪黄土-古土壤堆积，无机碳酸盐的氧同位素(δ¹⁸O)在- 9.88 ‰左右波动，无机碳酸盐的碳同位素(δ¹³C)在- 8.71 ‰左右波动(图 3)。碳同位素变化主要是植被变化控制的^[49]，而氧同位素变化与降水量变化直接相关^[47]。现代降水氧同位素值约为- 7.41 ‰ ^[47]，比上新世以前获得的次生碳酸盐的氧同位素值偏重，可能指示了在温室地球时间段渭河盆地季风降水相对强盛，并且氧同位素值显示长期的相对变幅较小的特点(图 3)，可能指示了降水源区和降水量以及植被组成的相对稳定，表明在整个新生代渭河盆地的古降水量变幅不大。当然，这里得出的认识只是基于有限的同位素数据，并且对其中的同位素分馏过程、驱动机制及其与降水量、植被组成特征的分析也有待深入。

图 3(Fig. 3)

图 3 渭河盆地新生代古气候变化的稳定同位素记录(碳、氧同位素数据引自文献[27, 40, 45, 48~49]) 蓝色点为土壤碳酸盐的氧同位素，橙色点为土壤碳酸盐的碳同位素；误差棒的上下端分别表示最小值和最大值 Fig. 3 Thestable isotope composition of sediments in the Weihe Basin, Central China. The blue dots are δ18O in carbonate and the orange dots are δ13C in soil carbonate[27, 40, 45, 48~49]. The error bar illustrates the maximum and minimum value of each record

长时间尺度季风起源和演化受到海陆分布格局和全球温度等控制。古新世-始新世，印度板块与欧亚板块碰撞，亚洲大陆与大洋的分布格局已经形成^{[15, 48]}，海陆热力显著差异已经存在，可能有了亚洲季风环流的雏形^[3]。随着板块运动和地壳变形加剧，始新世以来喜马拉雅-青藏高原的隆升^{[15, 50]}和特提斯海的完全退出(关闭)^[51~52]，影响了亚洲的地貌格局和地表环境，可能对亚洲季风环流有重要影响^{[1, 53]}。高原隆升对季风环流的影响是由高原热源效应还是喜马拉雅山阻塞效应引起的，在认识上存在分歧^[54~55]。因此，高原生长和特提斯海关闭对亚洲季风环流的影响需深入研究。

季风气候不仅是海陆热力差异驱动的结果，在更广阔的区域尺度，受到低纬过程大气环流的影响，特别是赤道辐合带(ITCZ)位置的南北移动，可能在很大程度上决定季风环流强度和降水量变化^[56]。基于这些原因，海陆热力差异和ITCZ摆动等低纬过程在很大程度上控制着季风气候的长期演变；驱动大尺度的ITCZ等低纬大气环流变化的要素与全球温度变化密切相关。因此，大气CO₂含量变化和高纬度的冰量发展过程可能驱动着亚洲季风的演化，这一概念性机制模式，已在我们的有关文献中论述^[57~58]。因此，在贯穿新生代的漫长地质历史过程中，海陆格局和全球温度成为决定亚洲季风演化最主要的因素。

新生代亚洲的地形变化经历了几个关键过程。60~50 Ma印度板块与欧亚板块的拼合，奠定了亚洲大陆的地形基础；40~30 Ma期间的特提斯海关闭，亚洲陆地地貌格局形成；20~10 Ma期间喜马拉雅及其周边山系的急剧隆升，亚洲西南高地地貌格局形成；10 Ma青藏高原东北部的逃逸和生长，奠定了青藏高原东北部的地形、地貌特征^[59]。这些地质、地貌演化过程对季风环流变化有重要的影响。期间，全球温度的阶段性变化，从65~34 Ma古近纪的温室地球，进入约34 Ma到现在的冰室地球，特别在距今约14 Ma的南极冰盖迅速扩大，约8 Ma北极和北半球高纬度地区冰川和冰流发育、3.6~2.6 Ma北半球冰量的急剧扩张和约1.0冰量的进一步增多，指示了全球温度的阶段性下降^[40]。这里我们不讨论全球温度阶段性降低的原因，但是，全球温度降低驱动的气候带向赤道移动、赤道-高纬地区温度差异的增大，进而驱动的西风急流速度增强、北半球降雨带南移和压缩，降水的季节性增强，可能显著影响了亚洲季风环流的强度和形式，可以说，全球温度变化是驱动温度带和季风环流变化的重要因素。

基于上述分析，并结合渭河盆地连续的新生代沉积记录，我们初步获得了对亚洲季风演化的特征和影响因素的框架认识(图 3和4)。作为约50 Ma以来稳定的汇水盆地，渭河盆地沉积序列揭示在始新世就有较多的季风降水，并且随着亚洲地貌格局演化和全球温度降低，季风降水量阶段性减少。晚中新世到第四纪期间，亚洲季风环流在构造时间尺度是阶段性减弱的，中国北方变得愈来愈干旱。与此同时，在轨道尺度上季风降水变幅增大，在间冰期季风降水达到了温室地球环境下的降水量，在冰期降水量大幅度减少。这一特征与全球冰期-间冰期温度变化极其相似，可能指示温度是驱动构造尺度和轨道尺度季风环流强度和降水量变化的直接因素。

图 4(Fig. 4)

图 4 渭河盆地新生代古气候多阶段变化、驱动机制和现代季风环流的建立 Fig. 4 Aconcept model to tentatively interpret relationship between the evolution of Asian monsoon with the global cooling and tectonic deformation during Cenozoic

渭河盆地可以看作为新生代亚洲季风降水变化记录的雨量筒。约50 Ma以来厚7000 m的沉积序列记录了流域径流量变化和地表侵蚀演化的过程，降水变化控制的径流量变化可能对盆地充填和堆积起主导作用。渭河盆地厚层的新生代沉积序列是重建亚洲季风演变历史的重要地质档案。从温室地球的红河组堆积开始，到冰室地球的更新世三门组和全新世的洩湖组堆积，河湖相沉积序列揭示了新生代温度阶段性降低背景下，区域亚洲季风降水变化的历史。在构造时间尺度，降水量在晚中新世以来阶段性减少，这可能受到全球冰量增大、温度降低、气候带向赤道方向移动和ITCZ等气候带宽度被压缩的影响。随着更新世冰期-间冰期旋回的增强，渭河盆地季风降水变幅增大。我们初步认为，全球温度和北半球冰量在很大程度上驱动着新生代亚洲季风环流强度和渭河流域降水量的长期变化。

作为亚洲季风影响区连续的新生代陆相沉积序列，渭河盆地新生代沉积物在揭示亚洲季风起源和演化中，无疑具有很大的潜力。一方面，亚洲季风气候演化还受到青藏高原-喜马拉雅生长、副特提斯海退缩、中国南海拉张等区域地貌变化的影响；另一方面，盆地沉积过程受到诸如华山-骊山的抬升、秦岭-渭河盆地耦合发育、湖泊沉积中心变化等局地地表过程的影响。这些因素都加剧了揭示亚洲季风长期变化的规律和机制问题的复杂性。但是，多种定年技术的联合应用，生物、化学和物理季风降水替代指标综合研究，表明渭河盆地的新生代沉积序列是揭示亚洲季风演化过程的最好序列，可为揭示不同因素对新生代亚洲季风演化的影响机制服务。

致谢: 感谢张兆群研究员、唐领余研究员、Anu Kaakinen教授、王社江研究员、李一泉副教授、胡镕博士；研究生雷昉、冯晗、王可欣、陆福志、万佳；本科生吕恒志、黄子阳、黄子晗、李姝玥、吴耕泓、蒋品欣、程玉璜、郁晓春在野外采样和实验室测试中的帮助。感谢贾玉连教授和强小科研究员提出的宝贵修改意见。