黏土矿物古气候意义研究的现状与展望

系统地分析了利用海洋沉积物、古土壤、湖盆沉积物中黏土矿物进行古气候环境研究的现状、存在问题和发展趋势。海洋沉积物的物源范围广,影响因素复杂,其中的碎屑黏土矿物所指示的古气候参数只能用于解释母源区的气候变化,而只有自生黏土矿物才能指示沉积区的气候;古土壤形成于特定的地质背景条件下,尤其是发育于火山物质母岩之上的风化自生黏土矿物,可以准确地指示该区的古气候条件;湖盆沉积物的物源范围小,沉积物中的黏土矿物可以更有效地运用于古气候环境的分析。对于沉积物中黏土矿物来源的分析,可以借助晶体中cv空位和tv空位的精细结构特征进行判断;在风化改造的红土剖面研究中,因强烈的化学风化、淋滤和迁移,黏土矿物方法具有独特的优势。风化过程中形成的一些亚种或过渡性黏土矿物,以及同生沉积过程中形成的黏土矿物,对气候环境的变化更加敏感,应加强这方面的研究。此外,在造山带的气候环境演化研究中,自生黏土矿物稳定同位素可以更可靠地指示气候环境的变化。     

松辽盆地东缘嫩江组一二段黏土矿物和主量元素地球化学特征及其古气候意义

松辽盆地嫩江组一二段是一套暗色泥岩沉积,也是重要的烃源岩层位,对其开展古气候-古环境研究有益于理解晚白垩世陆地古气候特征和陆相有机质形成与保存过程。通过对松辽盆地东缘岳王城剖面嫩江组一二段开展矿物学和主量元素地球化学分析,探讨其古气候意义。结果表明,全岩矿物主要含有石英、斜长石、钾长石等,黏土矿物主要为蒙脱石(平均84%),其次为伊利石(平均15%),几乎不含高岭石和绿泥石。黏土矿物呈现片层状且边缘参差不齐的显微形貌,蒙脱石结晶度较差,表明主要由陆源物质风化形成。根据黏土矿物主量元素计算的化学风化指数为71~73,其元素组成相比上地壳和花岗闪长岩的平均组成富铝,指示中等强度化学风化作用。结合已有古气候替代性指标和黏土矿物及其化学成分的新数据,研究认为松辽盆地东缘嫩江组一二段沉积时期物源区主要为温带-亚热带半湿润气候。     

长江三角洲古土壤发育与晚更新世末海平面变化的耦合关系

文章运用沉积学、元素地球化学和稳定碳同位素等方法,研究长江三角洲古土壤记录的古环境和古气候特征。古土壤与下伏漫滩沉积在粒度组成和化学风化程度等方面有继承性和延续性。不同剖面母质粒度组成受局部地形起伏控制,具有泛滥平原沉积特征。结合沉积学特征及古生物研究分析表明,古土壤成土母质应为洪泛平原沉积物。有机稳定碳同位素分析显示,古土壤形成过程中气候有逐渐变干的趋势。各剖面粒度向上变细可能反映母质沉积时泛滥平原淹没能力降低、河流水位不断下降。古土壤底部化学风化程度最低,反映早期以母质堆积为主间或有成土作用;向上化学风化程度增强,指示暴露成土作用加强,而沉积作用减弱;顶部风化程度又逐渐减弱,可能是降雨量持续减少以及气候的变干变冷造成的。古土壤母质堆积过程中河流水位下降及化学风化程度的变化,是晚更新世末海平面降低过程中古河谷下切、气候变干变冷的结果。     

古土壤干湿特征指示晚古生代气候演化

古土壤是地质历史时期气候变化的重要记录者,通过古土壤记录的信息,可以定性和定量重建深时古环境和古气候,为认识地质历史时期的各种地质事件提供依据。前人大多对特定区域展开古土壤研究,对全球性古土壤数据的整理和古气候、古环境研究相对较少。基于古土壤的干湿情况对古气候环境的指示作用,我们按照植物根迹、根系结构与根化石、黏土矿物以及古土壤的结构构造等依据,将前人报道的古生代(410～255 Ma)古土壤分为干旱古土壤和湿润古土壤两种类型。将古土壤干湿特征与其他气候敏感性沉积物进行对照,显示为干旱古土壤分布与钙质结核以及蒸发岩等指示干旱气候带的敏感性沉积物分布一致,湿润古土壤分布与高岭石、煤以及铝土矿等指示湿润气候带的敏感性沉积物分布一致。干旱古土壤大都分布在晚古生代中低纬度干旱地区;湿润古土壤大都分布在晚古生代赤道附近及中纬度湿润地区。通过以上分析认为,古土壤干湿特征可以作为一个新的气候敏感指标指示古气候环境,进而作为划分气候带的有力依据。     

最近13万年来黄土高原黄土剖面中绿泥石的化学风化与古气候变迁

对黄土高原不同纬度地区的4个黄土—古土壤剖面和lO个现代土壤样品中绿泥石的化学风化进行研究，发现黄土—古土壤剖面中的绿泥石在最近13万年发生了明显的化学风化，其风化程度受剖面位置和气候控制；黄土—古土壤剖面中ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)的比值与磁化率之间具有良好的负相关关系，绿泥石的化学风化与古土壤中铁氧化物矿物的形成和磁化率的增强之间有成因联系；黄土高原现代地表样品中ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)比值与现代年平均温度和年平均降水量有着良好的相关关系。认为ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)的比值可作为新的指示夏季风变化的替代性指标，对于定量重建古气候的变迁历史具有重要意义。     

秭归盆地峡口剖面中侏罗统千佛崖组古气候演化的地球化学记录

通过对秭归盆地峡口剖面千佛崖组细碎屑岩样品的元素地球化学分析,恢复了区域内中侏罗世早期古气候的演化历程。结果显示:样品的化学风化指数(CIA)校正值的变化可分为2个阶段,在千佛崖组底部和中上部其平均值分别为82和64,微量元素风化指标Rb/Sr和古气候指标Sr/Cu(2.3,7.9)和C值(1.13,0.52)也有相同的反映,这指示了沉积物源区发生过由古气候转变导致的化学风化强度的减弱。利用P元素含量与Fe/Mn的变化特征,重建了区域古温度和古湿度的演化趋势。多元地球化学指标综合指示了研究区在中侏罗世早期为温暖、潮湿气候类型,而在中侏罗世中晚期区域内的干热化事件,使得气候转变为温暖、干旱的半潮湿气候类型,随着干热化趋势的不断加剧,最终气候过渡为干旱、炎热的半干旱气候类型,这与前人基于古植物研究得出的古气候变化过程相吻合,为盆地内中侏罗世早期古气候演化的进一步研究提供了地球化学方面的证据和参考。     

古土壤干湿特征指示晚古生代气候演化

古土壤是地质历史时期气候变化的重要记录者,通过古土壤记录的信息,可以定性和定量重建深时古环境和古气候,为认识地质历史时期的各种地质事件提供依据。前人大多对特定区域展开古土壤研究,对全球性古土壤数据的整理和古气候、古环境研究相对较少。基于古土壤的干湿情况对古气候环境的指示作用,我们按照植物根迹、根系结构与根化石、黏土矿物以及古土壤的结构构造等依据,将前人报道的古生代（410~255 Ma）古土壤分为干旱古土壤和湿润古土壤两种类型。将古土壤干湿特征与其他气候敏感性沉积物进行对照,显示为干旱古土壤分布与钙质结核以及蒸发岩等指示干旱气候带的敏感性沉积物分布一致,湿润古土壤分布与高岭石、煤以及铝土矿等指示湿润气候带的敏感性沉积物分布一致。干旱古土壤大都分布在晚古生代中低纬度干旱地区;湿润古土壤大都分布在晚古生代赤道附近及中纬度湿润地区。通过以上分析认为,古土壤干湿特征可以作为一个新的气候敏感指标指示古气候环境,进而作为划分气候带的有力依据。     

钱塘江下切河谷SE2孔全新世沉积物黏土矿物特征及其意义*

通过X射线衍射系统分析了杭州湾地区SE2孔全新世沉积物的黏土矿物组成,结果显示研究层段黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石组成;伊利石结晶度较好,化学风化指数普遍大于0.5,表明以化学风化为主,且风化趋势自下而上呈递减趋势。通过对比中国东南部主要河流沉积物的黏土矿物组成,认为钱塘江下切河谷全新世沉积物的黏土矿物组成具有较好的物源指示意义: 全新世 Ⅰ 段(即古河口湾和河漫滩)沉积物主要来自钱塘江上游,特征黏土矿物为高岭石,河口外物质贡献不大;Ⅱ 段(即现代河口湾和近岸浅海)沉积物包含较多蒙脱石,表明不仅包括钱塘江上游物质,河口外长江物质也开始进入钱塘江河口。黏土矿物中,高岭石对气候有较好的指示作用:中全新世高岭石含量达到最高值,反映气候最为湿热,化学风化程度最高;晚全新世含量逐渐降低,反映气候逐渐回冷,化学风化强度降低。     

钱塘江下切河谷SE2孔全新世沉积物黏土矿物特征及其意义*

通过X射线衍射系统分析了杭州湾地区SE2孔全新世沉积物的黏土矿物组成,结果显示研究层段黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石组成;伊利石结晶度较好,化学风化指数普遍大于0.5,表明以化学风化为主,且风化趋势自下而上呈递减趋势。通过对比中国东南部主要河流沉积物的黏土矿物组成,认为钱塘江下切河谷全新世沉积物的黏土矿物组成具有较好的物源指示意义: 全新世 Ⅰ 段(即古河口湾和河漫滩)沉积物主要来自钱塘江上游,特征黏土矿物为高岭石,河口外物质贡献不大;Ⅱ 段(即现代河口湾和近岸浅海)沉积物包含较多蒙脱石,表明不仅包括钱塘江上游物质,河口外长江物质也开始进入钱塘江河口。黏土矿物中,高岭石对气候有较好的指示作用:中全新世高岭石含量达到最高值,反映气候最为湿热,化学风化程度最高;晚全新世含量逐渐降低,反映气候逐渐回冷,化学风化强度降低。     

风化淋滤带地质新理论-CaCO3淀积深度理论

根据黄土高原第四纪古土壤和风化带的广泛调查 ,发现了CaCO3 等化学成分的不连续淀积、厚层及多层淀积等特殊地质现象 ,结合CaCO3 含量分析与入渗实验资料 ,建立了风化淋滤带CaCO3 淀积深度新理论。该理论表明 ,CaCO3 迁移到淀积深度所需时间很短 ,可以忽略时间因素对它的影响 ,能够作为研究风化淋滤带的许多地质问题的较可靠依据。当CaCO3 淀积深度小于古土壤发育带厚度时 ,可确定土壤已向风化壳转变 ;当Ca CO3 淀积深度大于古土壤层厚度时 ,可确定土壤为淋溶型、中酸性土壤 ;当同一风化剖面中或同一层古土壤下部出现两层、三层或厚度异常大的CaCO3 淀积层时 ,指示当时出现了两个或两个以上成壤期和相应的气候变化     

全新世以来毛乌素沙地东南缘成壤环境演变研究——以榆林镇北台为例

古土壤是重建古环境重要的信息源。毛乌素沙地东南缘的古土壤在发育程度上尚未有明确解释。陕西省榆林市的镇北台地区位于毛乌素沙地东南边缘,对气候响应敏感。本文选取厚度为524 cm的镇北台(ZBT)剖面,按照古土壤2 cm、风成砂5 cm的间隔共采集古土壤样品156个,风成砂样品58个。基于6个AMS14C和3个OSL年代样品,推测剖面古土壤底部年龄为10 cal.ka B.P.,顶部年龄为3.2 cal.ka B.P.;并结合土壤微形态特征,对镇北台剖面沉积物中常量元素特征与成壤强度进行分析探讨。结果表明,镇北台(ZBT)剖面常量元素组成以SiO2、Al2O3和Na2O为主。CIA指数指示剖面处于脱Ca、Na为主的初级风化阶段,反映了毛乌素沙地东南缘全新世以来可能以相对干旱的气候环境为主,风化成壤作用较弱,但其中也不乏幅度较小的冷暖气候旋回。土壤微形态特征也表明ZBT剖面风化程度较弱,主要矿物由石英、长石、云母和岩屑矿物构成,可见胶结物和泥岩岩屑等土壤形成物。其成壤强度变化与化学元素特征表现一致:10.0~8.1 cal.ka B.P.左右,成壤较弱,气候向暖湿转变;6.9 cal.ka B.P.左右,成壤作用稍有加强;5.5~3.7 cal.ka B.P.左右,成壤作用最强,气候相对暖湿,化学、生物风化加强,但此阶段具有明显的不稳定性.     

准噶尔盆地南缘侏罗系泥岩黏土矿物组合及地球化学特征

对准噶尔盆地南缘玛纳斯河剖面泥岩中黏土矿物的组合类型、微观形貌和地球化学特征进行了综合分析,讨论了侏罗纪古气候、古环境演化过程。结果表明,泥岩中主要矿物为黏土矿物、石英、长石,以及少量的方解石、赤铁矿等。黏土矿物组合类型分为两类。一类为伊利石-蒙脱石混层矿物、伊利石、高岭石和绿泥石组合,主要分布在下侏罗统泥岩中;另一类为伊利石和蒙脱石组合,主要分布在上侏罗统泥岩中。扫描电子显微镜分析表明,黏土矿物结晶度较低,伊利石常呈丝状、叶片状,蒙脱石呈不规则板状分布在碎屑颗粒表面,片状伊利石/蒙脱石混层矿物存在于孔隙之中。其δCe为0.9~1.3,Eu呈负异常,La/Sc、La/Th、Th/Sc值则较高,指示源区母岩为长英质岩石类型。研究认为准南地区侏罗纪气候和沉积环境演化可划分为3个阶段:早侏罗世属于温暖湿润气候条件,以湖泊-三角洲沉积为主;中侏罗世早期属于温干偏湿润气候条件,以湖泊沉积为主;中侏罗世中后期至晚侏罗世属于相对较冷干旱的气候条件,属于宽浅氧化湖盆沉积环境类型。     

风化淋滤带地质新理论-CaCO3淀积深度理论

根据黄土高原第四纪古土壤和风化带的广泛调查,发现了CaCO₃ 等化学成分的不连续淀积、厚层及多层淀积等特殊地质现象,结合CaCO₃ 含量分析与入渗实验资料,建立了风化淋滤带CaCO₃ 淀积深度新理论。该理论表明,CaCO₃ 迁移到淀积深度所需时间很短,可以忽略时间因素对它的影响,能够作为研究风化淋滤带的许多地质问题的较可靠依据。当CaCO₃ 淀积深度小于古土壤发育带厚度时,可确定土壤已向风化壳转变 当Ca CO₃ 淀积深度大于古土壤层厚度时,可确定土壤为淋溶型、中酸性土壤 当同一风化剖面中或同一层古土壤下部出现两层、三层或厚度异常大的CaCO₃ 淀积层时,指示当时出现了两个或两个以上成壤期和相应的气候变化。     

柴达木盆地侏罗纪古气候演变过程: 来自化学风化特征的证据

柴达木盆地侏罗系陆相地层记录了该时期一系列重大的构造-气候-环境耦合演化事件,然而针对该套地层的古气 候、古风化作用等方面研究还很薄弱。为了恢复柴达木盆地侏罗纪时期的古气候和古环境特征,文章研究对柴北缘大煤沟侏 罗系标准剖面的沉积岩样品开展了全岩主、微量元素测试,综合采用多种化学风化指数判定柴达木盆地侏罗纪古气候条件及 演变过程。元素比值(Rb/Sr、K/Na、Na/Al 和Na/Ti)和化学风化指数(CIA、CIW、PIA 和ICV)均显示,柴达木盆地侏罗纪化学风 化过程和古气候演化过程可划分为4 个阶段：早侏罗世早-中期和中侏罗世中期,化学风化作用强烈,古气候处于温带-亚热 带温暖、潮湿气候条件;早侏罗世晚期和中侏罗世晚期-晚侏罗世,受到区域降水减少影响,盆地化学风化作用显著减弱,整体 处于干旱、半干旱环境。以上结果与前人基于沉积物和植物群面貌研究得出的古气候变化过程相吻合,为盆地及区域陆相侏 罗纪古气候研究提供了相对完整而连续的地球化学证据和参考。     

柴达木盆地侏罗纪古气候演变过程：来自化学风化特征的证据

柴达木盆地侏罗系陆相地层记录了该时期一系列重大的构造—气候—环境耦合演化事件，然而针对该套地层的古气 候、古风化作用等方面研究还很薄弱。为了恢复柴达木盆地侏罗纪时期的古气候和古环境特征，文章研究对柴北缘大煤沟侏 罗系标准剖面的沉积岩样品开展了全岩主、微量元素测试，综合采用多种化学风化指数判定柴达木盆地侏罗纪古气候条件及 演变过程。元素比值(Rb/Sr、K/Na、Na/Al 和Na/Ti)和化学风化指数(CIA、CIW、PIA 和ICV)均显示，柴达木盆地侏罗纪化学风 化过程和古气候演化过程可划分为4 个阶段：早侏罗世早—中期和中侏罗世中期，化学风化作用强烈，古气候处于温带—亚热 带温暖、潮湿气候条件；早侏罗世晚期和中侏罗世晚期—晚侏罗世，受到区域降水减少影响，盆地化学风化作用显著减弱，整体 处于干旱、半干旱环境。以上结果与前人基于沉积物和植物群面貌研究得出的古气候变化过程相吻合，为盆地及区域陆相侏 罗纪古气候研究提供了相对完整而连续的地球化学证据和参考。     

洛川黄土-红粘土序列铁氧化物组成及其古气候指示

对洛川黄土、古土壤和红粘土中磁性矿物组成、成因和相关系进行了研究。结果表明:黄土磁性矿物以风尘磁铁矿为主,少量的成土赤铁矿和成土磁赤铁矿;古土壤磁性矿物以成土磁赤铁矿为主,成土赤铁矿次之,少量的风尘磁铁矿和赤铁矿;红粘土磁性矿物以成土赤铁矿为主,风尘磁铁矿和成土磁赤铁矿次之,少量风尘赤铁矿。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成差异,反映了其形成期不同的古气候特性以及不同气候条件下生物地球化学作用强度的差异。干冷的冰期,黄土弱成土作用形成了以粗颗粒的风尘磁铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。间冰期的温暖湿润的古气候最有利于生物活动,强烈生物活动导致古土壤中大量纳米超细磁赤铁矿/磁铁矿产生,形成以磁赤铁矿为主,风尘磁铁矿核 赤铁矿边为辅的磁化率载体。红粘土成壤期,强降雨强蒸发的长干短湿的高温炎热的古气候使得红粘土化学风化强烈,生物地球化学活动较弱,形成以磁铁矿核 赤铁矿边和磁赤铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成、磁性矿物相关系是其形成期独特的古气候指示。     

古土壤:沉积环境和古气候变化的灵敏指针

古土壤是古代沉积环境和气候变化的灵敏记录者,可以为深刻认识地球演化历史中的重要地质事件提供有效信息,并成为当前沉积学领域的研究热点之一。国外古土壤研究已经涉及到太古代以来的几乎所有沉积地层,而国内古土壤的研究仍以第四纪地层为主,对前第四纪漫长地质时期地层记录中的古土壤研究较少。基于古土壤的识别特征及其埋藏后发生的可能变化,分析了古土壤在沉积环境解释和地层划分对比中的作用。其中,古土壤钙积层发育深度、元素地球化学、成土碳酸盐岩稳定同位素等对于合理评价成土作用过程、划分成土相及定量恢复古气候（年均降水量、年均气温和pCO₂）等方面的研究发展迅速,不同估算古气候参数的经验公式都有明显的适用性特点。近年来,国内学者对松辽、四川、胶莱盆地等的白垩系古土壤进行了很多调查研究,并取得了较好的研究成果。而包括江西、广东、浙江等在内的中国东南地区白垩系陆相红层研究结果显示,这些地层含有丰富的古土壤,总体为地表干旱氧化条件下形成的红色古土壤序列。通过对国际古土壤研究动态的综述,以期引起国内更多沉积学工作者关注前第四纪地层记录中的古土壤,为更好地认识古代地球环境变化做出更大贡献。     

四川盆地中生代古气候变化:来自深时古土壤证据

定量的古气候重建可为当前及未来可能的气候/环境变化提供基础性参考。发育自四川盆地中生代地层的古土壤蕴藏了丰富的陆相古气候信息,利用古土壤的地球化学指数、钙质古土壤成壤碳酸盐结核深度及其氧同位素组成与年均降水量、温度之间的关系,定量重建四川盆地中生代（晚三叠世晚期—白垩纪）年均降水量与温度的变化。结果表明:四川盆地中生代年均降水量变化较大,为145~1 400 mm;年均温度变化幅度相对较小,为7 °C~15 °C;总体上属于温带干旱—湿润交替的气候环境但以温带半干旱、干旱气候为主。其中晚三叠世晚期年均降水量为1 180~1 400 mm,年均温度为9 °C~15 °C,侏罗纪年均降水量为150~1 140 mm,年均温度为7 °C~15 °C,早白垩世早期与晚白垩世晚期的年均降水量与温度分别为150~720 mm、8 °C~12 °C和150~575 mm、10 °C~11 °C。区域陆相气候变化原因分析显示,波动的气候一方面与东亚季风环流、行星环流、区域构造运动导致的盆地内部山系隆起及古地理格局引起的焚风效应有关,另一方面还与区域构造运动引起海岸山脉裂解有关。     

黄土高原黄土-古土壤序列古气候代用指标综述

黄土高原黄土-古土壤序列是古气候演化在陆相地层中的反映,已经成为认识第四纪地球气候与环境变化的3个重要信息载体之一,可用来探讨东亚季风气候的形成演化和受控机制、气侯突变事件的记录乃至反演我国内陆干早化历史.稳定同位素、磁化率和孢粉等气候代用指标的地球化学、物理学以及生物学分析为提取黄土-古土壤序列中蕴藏的古气候环境信息...     

黄土高原风尘序列的碳酸盐成因及其风化过程

碳酸盐是黄土高原风尘序列的主要组成部分,其含量与原生碳酸盐溶解、再沉淀,以及含钙硅酸盐化学风化强度等密切相关。碳酸盐在表生环境下极易移动,且其迁移变化受大气降水、温度等古气候所制约,因此黄土次生碳酸盐记录了古气候的重要信息。甘肃西峰赵家川剖面碳酸盐含量、磁化率的系统测定和风尘序列地质特征研究表明,在整个剖面中,碳酸盐含量和磁化率曲线呈显著的负相关,并从剖面上部到红粘土底部,碳酸盐含量有增加趋势。黄土、古土壤和红粘土沉积分别处在不同风化阶段:黄土化学风化最弱,处于钙质残积阶段,古土壤处于强烈钙质淋溶阶段和硅铝残积阶段,红粘土化学风化最强烈,处于硅铝残积阶段或红土化阶段;不同的化学风化阶段古气候性质有别。