《Global and Planetary Change》：Timing and drivers of Cretaceous desert development in the Ordos Basin, Northern China
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摘要白垩纪期间，广阔的低纬度至中纬度地区普遍存在干旱到极度干旱的气候条件。然而，导致这类广泛沙漠景观形成的机制至今仍存在争议，主要是因为沙漠形成的确切时间难以确定。中国北部的鄂尔多斯盆地保存有厚度超过1000米的白垩纪地层，其中包含两个明显的风成沙沉积阶段，为研究白垩纪沙漠形成的
摘要
白垩纪期间，广阔的低纬度至中纬度地区普遍存在干旱到极度干旱的气候条件。然而，导致这类广泛沙漠景观形成的机制至今仍存在争议，主要是因为沙漠形成的确切时间难以确定。中国北部的鄂尔多斯盆地保存有厚度超过1000米的白垩纪地层，其中包含两个明显的风成沙沉积阶段，为研究白垩纪沙漠形成的时间和驱动因素提供了绝佳的样本。本文基于从鄂尔多斯盆地获取的约1276米厚的岩芯样本，给出了详细的岩石磁学和磁性地层学研究结果。根据我们的年龄测定，这两个沙漠形成阶段分别发生在149–133.1百万年前和91–68.5百万年前，与早白垩世和晚白垩世的两次全球降温期相吻合。而介于两者之间的湿润期则以湖泊发育为特征，对应着白垩纪的温暖时期。我们的研究结果表明，全球气候波动——尤其是由降温引发的干旱化——可能在推动白垩纪时期沙漠的广泛扩张中起到了关键作用，这一现象不仅出现在鄂尔多斯盆地，也见于全球范围内的低纬度至中纬度地区。
引言
白垩纪是地球历史上温室效应最为显著的时期之一（Judd等人，2024年）。在这段时间内，全球低纬度至中纬度地区出现了广泛的热带至亚热带沙漠（图1a），包括美国的犹他州凯帕罗维茨盆地（Simpson等人，2008年）、巴西的巴拉那盆地（Scherer，2000年；Scherer和Lavina，2006年）、阿根廷的内乌肯盆地（Veiga等人，2002年；Lazo和Damborenea，2011年）、西班牙的伊比利亚盆地（Rodríguez-López等人，2008年；Barrón等人，2023年），以及泰国的柯拉特盆地（Hasegawa等人，2010年；Wang等人，2024a年）和中国鄂尔多斯盆地（Li等人，1999年；Jiang等人，2001年；Tao等人，2025年）。
已有许多研究探讨了这些盆地中沙漠形成的机制，但控制因素仍存在很大争议（Hasegawa等人，2012年；Cao等人，2023年；Wang等人，2024a年）。一种观点认为，大气中的二氧化碳浓度和/或全球温度超过特定阈值，导致哈德莱环流大幅收缩，亚热带高压带向南移动，从而引发亚洲地区的极端干旱并形成大规模沙漠（Hasegawa等人，2010年；Hasegawa等人，2012年）。另一种观点则认为，板块构造、区域地形和全球气候的相互作用导致了古大气环流的重新排列，而这又成为了控制白垩纪沙漠形成的主要因素（Veiga等人，2002年；Rodríguez-López等人，2008年；Wang等人，2025年；Zhang等人，2025年）。最近，一些研究通过古气候建模和物源分析提出，亚洲白垩纪时期的干旱化及相应的沙漠系统主要是由板块运动导致的陆地面积变化、造山作用以及陆海分布的变化所驱动的（Farnsworth等人，2019年；Zhang等人，2021a年；Wang等人，2024a年）。
一个关键的挑战在于，沙漠沉积物往往不连续且难以确定其年代，这使得其形成的确切时间难以界定。由于缺乏精确的年龄数据，不同的研究者将相同的沙漠系统与白垩纪不同时期的气候或构造事件联系起来，进一步加剧了关于形成机制的争论。例如，巴西巴拉那盆地的博图卡图地层，有的被解释为泛大陆解体期间晚侏罗世超级干旱的内陆地区产物（Scherer和Lavina，2006年；Scherer和Goldberg，2007年），有的则被认为与冈瓦纳大陆分裂相关的早白垩世早期区域干旱化有关（Scherer，2000年；Milani等人，2007年）。同样，纳米比亚华布盆地的埃乔砂岩的起源也与年代有关：如果是晚侏罗世的，可归因于泛大陆内部的极端干旱（Mountney等人，1998年；Mountney等人，1999年）；如果是早白垩世的，则可能是南大西洋开启所引发的大气环流重排所致（Jerram等人，1999年；Jerram等人，2000年）。此外，缺乏精确的年龄数据也阻碍了沙漠沉积与全球气候事件之间的有效关联。例如，伊比利亚盆地的沙漠形成被解释为对极端温室条件的直接反应（Barrón等人，2023年），而苏北盆地的晚白垩世风成沉积则被视为全球降温导致干旱带向南移动的证据（Jiang和Li，1996年）。这些例子都表明，对具有代表性的沙漠地层进行高精度的地质年代学研究对于理解白垩纪沙漠形成的机制至关重要。
鄂尔多斯盆地位于华北克拉通的西部（图1b），拥有厚厚的白垩纪陆相沉积层（厚度超过1000米），同时还富含石油、天然气、煤炭、砂岩型铀矿、岩盐和油页岩等能源资源（Liu等人，2006年）。它是中国重要的沉积能源盆地，也是研究华北克拉通演化以及白垩纪东亚地区环境变化的关键区域（Zhu等人，2020年；Jin等人，2023年；Tao等人，2025年）。值得注意的是，该盆地保存有两种典型的白垩纪沙漠地层——洛河组和洛韩东组（Li等人，1999年；Jiang等人，2001年；Cao等人，2023年），为研究白垩纪沙漠形成的机制提供了理想的样本。然而，根据岩性对比、生物地层学和碎屑锆石地质年代学的研究，不同的学者对这些中生代地层的年代提出了截然不同的看法，范围从晚侏罗世到晚白垩世不等（Fuller和Clapp，1927年；BGMRS，1989年；Stevens等人，2013年；Li等人，2022年），至今仍缺乏详细的磁性地层学约束。因此，对鄂尔多斯盆地白垩纪风成砂岩进行系统的磁性地层学研究十分必要，这不仅有助于确定其沉积年龄，也有助于阐明白垩纪沙漠形成的机制。本文报告了来自一株深度达2004米的钻芯中224–1500米深度范围内约1276米厚的岩层的详细岩石磁学和磁性地层学研究结果。在此基础上，我们探讨了该地层中记录的两次沙漠形成阶段的时间和形成机制。
章节节选
地质背景与地层
鄂尔多斯盆地在构造上属于华北克拉通的西部，位于中国东部和西部的交界处（图1b、c）。自早古生代以来，该盆地经历了多期的构造和沉积演化。在早古生代，这里形成了稳定的大陆架海域，沉积了厚厚的海洋碳酸盐岩；在中奥陶世末期，由于加里东造山运动，该地区整体上升，随后进入了一段漫长的沉积间断期（Liu等人，2006年）
岩芯描述
所研究的钻芯SD01位于鄂尔多斯盆地的西南边缘（坐标为东经107°20′，北纬35°41′，图1c），该区域受到南部和西部的祁连-秦岭造山带以及北部中亚造山带的影响。该岩芯的总深度为2004米，平均回收率为74.9%。最上部的0–270米为新生代地层，包括第四纪黄土、晚中新世的Hipparion红黏土以及新近纪的甘河沟组地层。从270米开始的
岩石磁学结果
代表性样品的χ-T曲线显示了磁性矿物的类型及其热转变特征（Ao等人，2009年；Xiao等人，2021年）。所有的加热曲线都在585℃附近显示出磁化率的急剧下降（图5），这说明磁铁矿是这些样品中常见的磁性矿物（Ao等人，2009年；Pan等人，2021年）。部分样品在600至700℃之间磁化率还会进一步下降（图5a、b、d），这反映出
志丹群沉积年龄的磁性地层学约束
基于400个具有稳定ChRM方向且MAD小于15°的样品，我们为SD01岩芯建立了磁性地层序。根据每个极性带或事件必须由至少两个连续的具有稳定ChRM方向的样品来定义的标准，我们共识别出26个正极性带（N1–N26）和26个负极性带（R0–R25）（图9）。一个显著的特点是，在661.5至884.9米深度之间的N9–N13区间内，正极性占主导地位，该区间的厚度为223.4米。这种模式
结论
通过对鄂尔多斯盆地西南部约1276米厚岩芯段的磁性地层学定年，我们首次为该盆地整个白垩纪地层建立了详细的磁性地层年龄框架。我们的研究结果确定了志丹群各地层的沉积年龄如下：洛河组的形成时间在149–133.1百万年前；黄河-华池组的形成时间在133.1–91百万年前；洛韩东组的形成时间在91–68.5百万年前；泾川组的形成时间在68.5–63.3百万年前。这些
CRediT作者贡献说明
王倩：撰写——初稿、方法论、正式分析、数据整理。潘庆：撰写——审阅与编辑、方法论、数据整理。李建国：撰写——审阅与编辑、资源获取。陈颖：撰写——审阅与编辑、资源获取。杨继龙：撰写——审阅与编辑、资源获取。徐慧如：撰写——审阅与编辑、方法论。程银航：撰写——审阅与编辑、资源获取。肖国桥：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、项目监督
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢两位匿名审稿人提出的详尽且富有建设性的意见。本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号42488201）、中国科技基础资源调查计划（项目编号2022FY101800）以及中国国家重点研发计划（项目编号2023YFC2906700）的支持。同时，我们也感谢许英超、史泰恒和丁建宇在实验室工作中给予的帮助。此外，我们还要向邵华表示感谢
王倩|潘庆|李建国|陈颖|杨继龙|徐慧如|程银航|肖国桥
中国地质大学（武汉）地理信息工程学院关键带演化湖北省重点实验室，武汉430078，中国
