贵州荔波第四纪晚近期石笋地质年表与气候事件

南方岩溶区大型石笋年代地层学研究表明石笋是第四纪 (系 )研究的主要对象之一 ,石笋比其他第四纪沉积物更易高精度定年。贵州荔波地区以 6 8个TIMS U系正序平行测年 ,建立了第四纪晚近期 16 2 .3ka以来的地质年表 ,确定全新世与晚更新世以 9.36 3ka分界 ,而晚更新世与中更新世以12 8.5ka分界 ,提出距今 35 0年、2 30 0年……和新仙女木、类Heinrich等一系列冷事件的跃变年代 ,事件的冷暖转 (突 )变时限具区域对比意义。认定应以大型石笋系统测年建立第四纪地质年表 ,不宜用少数测年值按 2～ 3个沉积速率推算建年表 ,亦不宜以小型石笋“系统”测年建年表 ,以免因间断沉积造成自然的、人为的缺层和漏测 ,使年表失实。     

桂林水南洞石笋的沉积学特征

利用组成石笋的方解石成分、岩石化学、微量元素含量以及结构、层面构造、沉积间断或风化壳等特征标志,阐述桂林水南洞石笋的沉积特征以及古滴水动态变化.经铀系法测年,确定石笋形成于中更新世晚期至晚更新世早期,其年龄为8.07万年至22.91万年,经历了14.84万年,沉积速率为2.08~2.82mm/100a(未扣除间断时间).     

洞穴石笋沉积特征研究--以贵州荔波董歌洞4号石笋为例

在综合研究南方20多个大型石笋纵剖面的基础上,以董歌洞4号石笋为代表,论述石笋沉积特征与气候演化的对应性.4号石笋从距今147.838±2.6 ka开始沉积以来,形成了53个沉积纹(壳)层组,组成24个亚旋回,构成9个旋回,呈现韵律式旋回性沉积特征.石笋纹(壳)层组分、结构、叠复构造呈多级次旋回性很突出,其中沉积间断具普遍性、沉积速率具多变性,间断和速率变化级次亦明显.以系统测试和测年引证沉积特征的同时揭示:①～⑨旋回间沉积间断时间累积达75.804 ka,占石笋形成时间的51.21%,①～⑨旋回实际沉积时间仅72.222 ka,占形成时间的48.79%;④旋回之前,沉积速率很小,最小仅0.36 mm/100a,比最大速率小22～24倍,自⑤旋回起,沉积速率很大,最大达39.03 mm/100a,是最小速率的3.8倍.石笋沉积特征与气候环境演化的成生关系表明,石笋沉积多旋回性的纹(壳)层组、亚旋回、旋回与气候演化的气候期、阶段和旋回彼此对应,石笋沉积的多级次旋回及其变化就是气候演化的级次及旋回性转(跃)变时间,彼此同时显示.论证了石笋沉积的多旋回性与气候演化的不稳定性,及其彼此协调的宏观、微观综合表现特征.     

洞穴石笋地质事件的定年及意义

本文以贵州荔波董歌洞3号石笋第6、1次和4号石笋第2次主要沉积间断为例,说明依序发生于89.96kaBP、128.65kaBP、113.40kaBP,结束于0.32kaBP、128.21kaBP、65.50kaBP,延续时间89.65ka、0.44ka、47.90ka的沉积间断,具多级次的地质、气候演变属性,沉积间断时间长,显示度明显,气候事件复杂,间断频发,必有更丰富的气候、环境、地质内涵。贵州都匀凯酉七星洞2号石笋Q2F1、Q2F2,5号石笋Q5F3是碰断面,依序发生于74.24kaBP、60.72kaBP、36.80kaBP,彼此相间隔13.52ka、23.92ka,断面及其上、下石笋段的沉积特征,属突变(灾害)性事件,也有其古气候环境意义。系列事件的测年,须在系统测年基础上,于间断、碰断面上下加密测试,及石笋沉积特征的综合观测,以提高事件测年和定性的可信度,增加古气候环境信息量。     

桂林盘龙洞石笋地质时代的划分

桂林盘龙洞石笋以９个沉积旋回为基础，以旋回顶底沉积间断面为标志，通过对该石笋的沉积旋回，纹层组合，结构构造，层面构造等沉积特征的研究，并配合化石成分，微（痕）量元素同位素组成测试及４０多个沉积纹层系统测年，结果表明，此石笋形成于晚更新世末－全新世，其间的新仙女木冰期发生的在距今１１０８０±８０年前后，是晚更新世与全新世的分界，但石笋主体形成全新世，可细分为早（Ｑ＾１４），中（Ｑ＾２４），晚（Ｑ＾３     

广西巴马县水晶宫洞穴沉积物特征及其沉积环境

巴马县水晶宫洞内次生化学沉积物景观丰富,类型多样,有石钟乳、石幔、石瀑布、石笋、石柱、石盾等特色景观;尤其是近期仍在发育的洞顶鹅管、卷曲石、石花等是国内外较为罕见的洞穴奇景。据沉积物的沉积类型、物质成分、沉积序次及测年等资料研究表明,水晶宫洞穴沉积物形成于晚第三纪以来。晚第三纪和第四纪早更新世早期,洞内沉积主要为外源水携带的硅质岩、砂岩类砾石沉积形成的钙华砾石层。早更新世中期—中更新世气候温暖湿润,是水晶宫洞穴主要景观的形成期,沉积物景观宏大而壮观,230Th-U系测年得出其分别形成于100～35万年前。晚更新世早期12.5～9万年的末次间冰期主要为温暖气候环境,洞内仅有少量的石笋沉积,且极少保存;9万年后气候环境发生突变,更不利沉积物发育和保存;自4万年后气候环境开始表现为温暖湿润,化学沉积活跃,洞穴沉积物主要由高约50～150 cm的纯白色石笋群和钟乳石组成,为洞穴奇景的形成期,230Th-U系测年得出其分别形成于40 ka BP和7 500 a BP以及1 450 a BP。晚更新世晚期以来形成的洞穴沉积物景观,不仅为水晶宫提供了丰富的旅游资源和价值,同时也为广西重建古气候环境提供了重要的信息载体。      

再论洞穴石笋的沉积速率

通过对滇、黔、湘、桂洞穴石笋大型剖面的综合研究、,以代表性剖面和典型时（笋）段系统测年和沉积速率研究为例,初步认为,石笋沉积速率大小是气候演变、暖气候、冷气候的识别指标之一,沉积速率为10mm／100a以上是冰后（间冰）期温暖气候的沉积,趋于10mm／100a或以下者,是温暖期气候的冷转变,或冷期（阶）的沉积;1mm／100a左右是冰期寒冷气候的沉积,趋于1mm／100a或以上者是冰期寒冷气候的暖转变或间冰期的沉积;沉积速率极小,往往是冷气候显示,甚至是沉积间断,或是气候和地质、灾害事件的突变点。沉积速率具多变性,引用和识别时应避免以单一速率推算长时（笋）段年序和确定气候或地质事件的年代,不宜跨旋回计速,以避免遗漏沉积间断和气候、地质、灾害事件。石笋沉积间断很普遍,特别是寒冷的冰期气候间断更频繁,观测和测年表明,沉积间断时间累计占成笋期的28．92％～76．26％,全新世温暖气候的沉积间断时间累计,只占成笋期的13．80％以上。     

第四纪石笋剖面的初步建立——以北京石花洞为例

北京石花洞位于房山花岗岩体边缘向形带的东北扬起端,与北京猿人遗址南北相望,地层均为奥陶系马家沟组石灰岩.洞内石笋记录了中更新世以来北京西山古环境的变化,可以建立第四纪石笋剖面.钙板的铀系年龄为334.99～366.74 ka,定名钙板组(Qp2g).粗犷石笋的铀系年龄为169 ～ 235 ka,粗犷石笋的电子自旋共振年龄为130～518ka,属中更新世沉积,定名云水洞组(Qp2y).杆状石笋的铀系年龄为14.9±2.1 ～ 100.3±11.1 ka,属晚更新世沉积,定名石花洞组(Qp3sh).在全新世石笋中,微层与微层之间存在厚约1μm的条带状纹线,是划分微层层数的标志,具有微层理的石笋14C年龄为0.58～ 2.50 ka,定名守备支洞组(Qhsh).     

北京石花洞第四纪钟乳石剖面的年代学研究

北京石花洞位于房山花岗岩体边缘向形带的东北扬起端,与北京猿人遗址南北相望。地层为460Ma前形成的中奥陶统马家沟组石灰岩,洞穴大形态从25Ma前的上新世开始形成,洞内钟乳石从0.37Ma前的中更新世开始形成。在中国岩溶洞穴中,北京石花洞的层数最多,洞穴钟乳石种类齐全,裂隙渗透水沉积的石盾多、体积大,滴水沉积的石笋叠置关系明显,池水沉积的月奶石发育好,全新世石笋微层理发育清晰。该洞的大形态反映了北京西山新构造运动的期次,可以同华北地文期和永定河阶地对比,洞内钟乳石记录了中更新世以来北京西山古环境的变化,可以建立第四纪剖面,与周口店洞穴群碎屑沉积物剖面进行对比。钙板的铀系年龄为334.99～366.74ka,可定名钙板组。粗犷石笋的铀系年龄为169～235ka,粗犷石笋的电子自旋共振年龄为130～518ka,为中更新世沉积,可定名云水洞组。杆状石笋的铀系年龄为14.9±2.1～100.3±11.1ka,为晚更新世沉积,可定名石花洞组。在全新世石笋中,微层与微层之间存在厚约1μm的条带状纹线,是划分微层层数的标志,具有微层理的石笋14C年龄为为0.58～2.50ka,AMS14C年龄为为130±100～670±130a,可定名守备支洞组。     

洞穴石笋沉积旋回主要特征的古气候环境研究

通过对我国南方大型石笋组分、结构构造的观测和董哥洞10号(D10)石笋210件碳、氧同位素组成、20个U系测年数据,以及部分微(痕)量元素的分析对比,概述了石笋沉积旋回性特征、旋回界面类型和相关的气候、环境、地质意义.以组成D10石笋的碳酸盐含碳质、黏土矿物,呈黑灰、灰黄、灰白、灰等色泽匹配、纹层厚及组合、层面呈拱形或平直分别组合或转变、构造类型、碳氧同位素组成及其组合,呈协调平行、不协调同向、不协调反向变化三类型若干亚类等,旋回性特征,确定了19个沉积旋回.根据δ13C平均值为-3.91 ‰PDB、δ18O为-6.97 ‰PDB分别为冷暖气候演变的临界(阀)值,δ13C或δ18O＞临界值者的偏重是冷,＜临界值的偏轻是热.以δ13C、δ18O组成(表1)和组合变化类型和上述旋回性特征,结合层面构造呈渐变过渡或突变,以及20个同位素年龄数据,初步认定荔波地区352 930～99 410年间沉积的19旋回,是一个较完整的冰期气候演化过程,属我国第四纪冰期系列的第五冰期,10旋回顶180 695年(推算)～15旋回顶129 890年,约5万多年是连续严寒的盛冰期,①、16分别可能是冰期早、晚时段相对温暖的间冰期.期间冷暖变化有5万年级的、10万年级的气候旋回.论证了荔波地区35～10万年间是冰期气候环境,前期17万年寒冷的气候环境,期间35万年、25万年前后更严寒,但生态基本保持正常演变的面貌,中期5万多年为极寒冷的气候环境,生态向适应冷气候环境演化,晚期3万多年为冷暖频繁突(跃)变的恶劣气候,期间生态面貌复杂,正常演替与残存、突变演替并存.     

珠江三角洲晚第四纪沉积的OSL和14C年龄探讨

提要：珠江三角洲第四纪沉积的年代测定在三角洲的发育演化、古海平面变化以及断裂活动性研究等方面具有重要意义。对东江平原的7个钻孔岩心进行了14C和OSL测年以及孢粉和微体古生物分析。与前人主要根据14C年龄得到珠江三角洲沉积小于4万年的认识不同,OSL测年结果显示下部地层的年龄值为4.7~13.5万年。本文对年龄的信度以及晚第四纪两次海侵旋回的地层年代框架进行了初步分析,提出珠江三角洲地区第一次海侵旋回可能发生于距今4~10万年期间;在晚更新世与全新世两次海侵之间,三角洲地区长期暴露地表,出现较大跨度的地层缺失。     

贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息

石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。     

三论洞穴石笋沉积速率——以衙门洞一号石笋为例

综合观测我国南方洞穴30多根大石笋纵剖面。其中,精选近20根结构、构造清晰的剖面,进行高精度系统测年及沉积特征的对比研究,认定沉积速率是石笋生长过程时空轨迹的数学描述,记录石笋或石笋段沉积生长过程的时间和物质组分、结构构造及其空间组合。确认石笋沉积（生长）速率是沉积特征的缩影,具有多旋回、多级次特征,可作重建古气候环境的替代指标之一,具有时空双重含意。在石笋沉积速率研究积累和Y 1测年系列数据的基础上,提出沉积速率以10 mm/100 a作为气候冷、暖转变的分界值和冷、暖彼此趋近的临界值,建议以此作为南、北方甚至是地带性气候冷暖转变的分界或趋近的临界值。在重建古气候环境研究实践中,探索、完善、深化石笋沉积特征的综合对比;同时提出影响石笋沉积速率的自然条件是主控因素。其中,气候、地质、环境等是关键。而获得准确沉积速率,采样、测试、研究方法、剖面选择等,人为因素重大作用。在实践方面以结语的3点建议供同行参考。     

中全新世河南南阳石笋记录的百年季风干旱事件

基于河南南阳洞1支石笋的5个230 Th 年龄和186个氧碳同位素数据,建立了中全新世持续1 570a( 6 115～ 4 544a B. P. )较高分辨率东亚季风降水序列。在整个研究时段,石笋氧碳同位素曲线记录了3次弱季风事件,分别发生在5 830～5 720a B. P. 、5 350～ 5 080a B. P.、4 770～ 4 640a B. P. ,其中5 350～ 5 080a B. P.时段持续干旱,历时270a。在测年误差范围内,平均分辨率达4～ 5 a 的氧同位素曲线与相应时段树轮14 C残差曲线基本对应。功率谱分析表明: 南阳洞石笋具有显著的130a 周期旋回,与树轮Δ14 C( 132a )以及低纬地区其它石笋记录的周期变化基本一致,说明中全新世东亚季风降水在百年尺度上可能主要受太阳辐射驱动。      

贵州都匀七星洞石笋剖面晚更新世高分辨率的气候地层学

通过对贵州都匀七星洞4根石笋42件系统的TIMS²³⁰Th测年及694件稳定同位素分析,揭示的气候变化记录时限范围连续1～15万年,稳定同位素样品平均分辨率晚期达150～220a,早期达440～530a。研究表明,石笋^δ18O曲线,相当于海洋记录的终止点Ⅰ及终止点Ⅱ具有特别明显的突变,其年龄分别为11.3kaB.P.及129.3kaB.P.,应为晚更新世顶、底界线的准确年代。晚更新世与深海氧同位素记录MIS2～MIS5e相对应的气候地层单元,其界限年代也分别得到了明确的界定。相当于格陵兰冰芯记录、北大西洋沉积记录的YD事件、Heinrich气候突变事件,几个石笋记录取得了一致的准确定位及定年。其中YD事件为12.76～11.52kaB.P.;Heinrich事件的H1～H6分别为17～15kaB.P.,24.6kaB.P.,30.5kaB.P.,39.3kaB.P.,47.8～46.8kaB.P.以及60.4kaB.P.。对其与北大西洋沉积及格陵兰冰芯记录所揭示的短尺度气候突变事件的可比性,表明东亚季风气候变化,与高纬度地区的气候变化呈遥相关响应,对研究东亚季风气候驱动机制及其与全球气候变化的响应关系和对晚更新世的地层学研究,均具有特别重要的意义。     

长江三峡地区的夷平面在宜昌地区白垩纪—第四纪沉积物中的反映

通过对湖北宜昌地区白垩纪—第四纪沉积演化的研究,发现存在3个明显的沉积旋回,每个旋回由下部颗粒粗大的砾石层和上部颗粒较细小的粉砂-泥质层组成。3个沉积旋回对应了宜昌以西三峡地区3期构造演化旋回,同时反映了三峡地区3期夷平面的存在。结合前人研究结果、古生物化石和对第四系善溪窑组的测年数据,认为3期夷平面形成时代分别为:鄂西期夷平面形成于白垩纪晚期—古近纪的始新世,山原期夷平面形成于上新世—早更新世初,云梦期夷平面形成于早更新世末—中更新世早期。     

广西灌阳县观音阁响水洞的形成环境及1号石笋的古气候信息

本文根据灌阳县响水洞的成洞地质条件、生态环境以及洞穴的组成等,论述了洞穴的形成、发育过程。通过对响水洞１号石笋的铀系测年,碳氧同位素及沉积（间断）纹层分析,获得了距今４４．０～３．１ｋａ高分辨率古气候演变信息。反央４４．０ｋａ以来区内经历了严寒（晚大理冰期）、冰期后干冷和温热（间夹短暂的冷期）等气候变化,为确定响水洞的形成时代和环境提供了科学依据。     

中晚全新世湘西莲花洞石笋旋回沉积速率变化及其古气候意义

石笋旋回沉积速率是按照石笋沉积旋回测年得到的沉积速率,是石笋沉积过程的重要参数和反演古气候变化的有效代用指标。旋回沉积速率的波动可能反应了地表温度和降雨量的变化,与夏季风强度存在关联。文章以湖南湘西莲花洞LH2石笋为材料,利用42个230Th年龄获得的石笋旋回沉积速率序列重建了8.6 ka BP以来湖南湘西地区温度和降雨雨量的变化历史: 8.6-4.2 ka BP期间,气候以高温多雨为特征,夏季风强,石笋生长率高,但气候并不稳定,存在一系列千年-百年尺度的波动;4.2-0.05 ka BP期间,气候整体偏冷干,旋回沉积速率偏低。总体上,在轨道尺度上,LH2石笋的旋回沉积速率与该石笋的δ18O值之间存在负相关关系。旋回沉积速率的重复性检验证明了旋回沉积速率古气候记录的有效性。石笋旋回沉积速率变化主要受北半球夏季太阳辐射量的控制和ITCZ的直接影响,在百年尺度上,旋回沉积速率的波动可能与中晚全新世的弱季风事件存在关联。      

洞穴石笋沉积间断类型研究

以广西桂林,贵州荔波、茂兰、都匀凯口及云南宣威、泸沽湖等地典型岩溶峰丛-峰林平原、岩溶斜坡和岩溶高原的大量大型石笋纵剖面研究为基础,依据石笋沉积旋回或纹层组的系统测年数据和碳氧同位素系统测试资料,确定石笋沉积间断面上、下的年龄,若以上、下纹层结构构造差异大、构造类型不同、结构构造突变或有间断沉积特征为前提,将上、下纹层的年龄差作为沉积间断时间:差值大,间断时间长,其间若有间歇性停、滴转变,则沉积纹层的测年值是此时段的正常年序;差值小,间断时间短;差值很小,又无宏观异常,为正常的连续沉积。本文从石笋沉积间断标志,间断面上、下的年代异常,间断类型和古气候环境意义,论述石笋沉积间断,阐明石笋纵剖面有丰富的古气候环境信息,是全球气候变化研究的重要领域之一。此外,根据石笋纹层的宏观、微观资料和测年统计,提出了年季和年际的短期性、10年际—万年际的长期性、瞬时性间断类型的分类方案,短期停滴,是常态气候条件下,年旱季或年际干旱停滴,形成年际和季节性沉积间断;长期停滴,是气候环境冷暖周期性变化,略呈小周期的干冷气候间歇性停、滴相间的演变,形成10年际—万年际沉积间断;瞬时性停滴,指地震、掉顶、坍塌等天然或人为事故,碰断石笋,引起瞬时或短暂停滴,形成灾害性沉积间断     

过去25万年黔桂地区千年尺度东亚季风气候的变化

对取自中国黔桂地区广西桂林水南洞、贵州都匀七星洞及荔波董歌洞的7根大型石笋,进行了系统的120件TIM S-U系测年及1295件稳定同位素分析,揭示的气候变化记录时限范围为25万年前至今,氧同位素样品平均分辨率为150～300a。研究表明,相当于海洋记录冰期旋回Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 终止点的石笋氧同位素跃变事件,其年龄值分别为11. 3 kaB. P. , 129. 3中kaB. P.及242. 5 kaB. P. 。相当于海洋同位素阶段MI S1～ M IS7各阶段界线的年代及其延续时间,通过石笋记录也得到了准确的界定,此外还揭示出了25万年来东亚季风气候的波动过程和变化规律。黔桂地区25万年来的气候在千年尺度上与深海氧同位素记录的可比性,及与N65°夏季太阳幅射能量变化的一致性,显示了亚洲古季风的气候变化规律,同样受轨道参数变化周期以及全球冰量变化所驱动。