黄土高原黄土．和红粘土10Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示 踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素¹⁰Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：¹⁰Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中¹⁰Be与⁹Be和～的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了…Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了¹⁰Be浓度与化学指标在黄土-古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

东海油气表层地球化学勘查指标的讨论

海洋表层沉积物中气相、液相、固相物质成分和物理化学参数能反映深部油气藏的分布,可作为油气化探指标。文中讨论了东海表层沉积物间隙水液态烃、成岩作用环境指标Fe³⁺/Fe²⁺ 、热释碳酸盐(△C)、沉积岩细粒级样品分离。选择了东海油气表层化探主要指标和参考指标。△C的矿物成分主要是铁锰的碳酸盐系列,东海沉积物△C矿物成分以菱铁矿为主。△C成因上的多解性决定了△C作为油气化探指标的局限性。     

来源物质控制的黄土酸不溶相87Sr/86Sr

陈骏等^[1]在黄土-古土壤序列的表生地球化学过程研究中指出,由于矿物在化学风化过程中的行为存在差异,Sr同位素比值的高与低能从一定程度上反映沉积物的风化强度,并据此可用于恢复东亚夏季风强度变化历史。但作为一种粉尘堆积,黄土物质在其源区即已经历过风化作用^[2],因此其Sr同位素比值应同时受控于源区和沉积区的风化作用;此外,同其他化学组成一样,我们有理由相信黄土颗粒的粗细变化也是其Sr同位素比值变化的主要控制因素。为了考察黄土硅酸盐矿物中。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的受控因素,本研究在中国黄土高原由南到北选取蓝田(109.32°E,     

现代沉积年分辨的137Cs计年──以云南洱海和贵州红枫湖为例

1964,1975及1986年三个¹³⁷CS时标计算出红枫湖和洱海沉积物平均堆积速率完全一致,说明1975年和1986年次级蓄积峰作为计年时标的可靠性。洱海沉积物平均堆积速率为0．047±0．002g／(cm²·a),与²¹⁰Pb方法所获得的结果一致;红枫湖为0．17±0．01g／(cm²·a),与其建湖以来沉积物实际堆积的观察结果吻合。洱海1964年沉积物中¹³⁷CS的比活度(校正到沉积年代)仅46．4Bq／kg,而红枫湖达145Bq／kg。由于红枫湖沉积物堆积速率约为洱海的3．7倍,所以其1964年层节沉积物中¹³⁷CS蓄积量比洱海大11.5倍。红枫湖沉积物中¹³⁷CS累计值的99．4％分配于1985年以前,而洱海的19．4％分配于1986年以后,显示出¹³⁷CS在洱海沉积物中的较大扩散能力。     

河北矾山杂岩体中单斜辉石的研究

河北矾山杂岩体属于二氧化硅不饱和的超钾质碱性-过碱性岩浆系列,由单斜辉石岩、辉石正长岩和碱长正长岩等不同类型岩石组成。各类型岩石主要组成矿物为单斜辉石、黑云母、石榴石和正长石。本文利用电子探针对单斜辉石进行了详细研究,发现所有单斜辉石属于高钙透辉石,随着岩浆的演化,主要表现为Fe²⁺对Mg²⁺的替代关系,结晶趋势为透辉石→钙铁辉石,这揭示矾山杂岩体岩浆体系的特点是高温、中等大小的氧逸度、贫硅、富碱（尤其是钾）。辉石中的Al^IV含量取决于岩浆的硅饱和度,硅越不饱和,Al^IV含量越高;Al^VI含量则与体系中的Al含量呈正相关关系。由Al对Si的替代引起的电荷不平衡主要由八面体位置的Fe³⁺来补偿,其次为少量的Ti⁴⁺和更少量的Al³⁺。体系中的Ti含量与体系的温度呈正相关关系,而Na含量则与辉石中的Ti和Fe³⁺含量成正相关关系。不同类型岩石中单斜辉石从核部到边部随着Mg^#的降低,Al、Ti含量呈现不同的演化趋势,这是因为它们于岩浆演化的不同阶段开始结晶,经历了不同的岩浆演化史。碱性岩中高钙辉石的出现和成分环带的普遍发育是由岩浆的贫硅富钾特征决定的。单斜辉石的成分不仅受控于结晶时的温度、压力条件,也受控于岩浆的总成分及其变异。     

透闪石质玉中黄玉与糖玉致色成因差异研究

采用常规宝石学仪器并结合电子探针、电子顺磁共振谱及紫外-可见光谱等测试方法,对软玉中不同深浅的黄玉与糖玉样品进行了系统分析,以探讨其致色原因及其差异。分析结果表明,黄玉的致色原因主要为O^2-→Fe³⁺的电荷转移跃迁及Fe³⁺的⁶A₁→⁴T₂（D）跃迁,糖玉则主要由Fe³⁺的⁶A₁→⁴E （D）、⁶A₁→⁴T₂（D）谱项跃迁与Mn³⁺的Jahn-Teller效应致色。黄玉中O^2-→Fe³⁺的电荷转移跃迁导致可见光区的412~500 nm处吸收,是形成与控制黄玉颜色的重要因素;而糖玉因含有Mn³⁺致使黄绿色光被吸收而显示出黄绿色的补色。此外,Fe²⁺—Fe³⁺的荷移与Fe²⁺（⁵T₂）+Fe³⁺（⁶A₁）→Fe²⁺（⁵E）+Fe³⁺（⁶A₁）跃迁也对糖玉和黄玉的致色具有贡献。     

绿柱石中铁离子的晶格占位及致色作用

绿柱石族宝石颜色丰富,一直是市场上重要的宝石品种。几十年来,国内外学者对不同颜色绿柱石的致色机理及改色工艺开展了广泛的研究。铁离子作为重要的致色过渡金属离子之一,其价态调控是绿柱石改色工艺的关键,所以铁离子的价态、晶格占位和对应的致色作用也一直是绿柱石研究的焦点。铁离子被认为可能存在于绿柱石中的铝氧八面体Al³⁺格位、硅氧四面体Si⁴⁺格位、铍氧四面体Be²⁺格位、结构通道2a或2b位和晶格间隙6g位等位置,是蓝、绿或黄等颜色绿柱石的主要致色元素。本文通过对绿柱石的晶体结构、铁离子的核外电子排布和晶格占位等方面文献资料的梳理及综合分析,认为Fe²⁺和Fe³⁺分别对蓝色和黄色绿柱石的呈色起着主导作用。当Fe²⁺和Fe³⁺处于晶格中不同位置时致色作用的具体差异,仍有待于进一步研究。     

长江口晚新生代沉积物的物源研究: REE和Nd同位素制约*

长江三角洲地区第四纪以来堆积了200多米厚的碎屑沉积物,主要由河湖相和滨浅海相组成,构成了多个沉积旋回。选择长江口地区一个320m深的PD钻孔,运用多通道等离子体质谱MC ICP-MS方法,开展沉积物中的REE和Nd同位素组成分析,研究了上新世以来三角洲地区沉积物物源的变化。沉积物中REE和Nd同位素组成具有明显的变化规律,Ce呈弱的负异常,介于0.83~0.99之间,而Eu呈现中等亏损,在0.53~0.73之间变化。岩芯中上新统沉积物中Ce异常变化大,而Eu亏损相对第四系沉积物更显著。¹⁴³ Nd/¹⁴⁴ Nd比值在钻孔中变化较小,介于0.511975~0.5122367之间,平均值为0.512062。相关分析揭示粒度和化学风化对Nd同位素组成影响小。REE和Nd同位素判别图解揭示河口地区上新统沉积物主要来自长江流域中、下游的近源物源区,而第四系沉积物的物源虽然存在一定的变化,但是总体上与上新统沉积物来源明显不同,主要来自更广泛的流域物源区,尤其是长江上游的风化物质被大量输运到河口三角洲地区。在第四纪构造和气候因素控制下,古长江水系具有不同的演化阶段,流域源岩经历的风化作用强度也不同,因此河流沉积物的源汇过程也相应地发生变化。     

黄土和红粘土中宇宙成因核素定年的潜力: 10 Be浓度与化学成分的关系*

宇宙成因核素¹⁰ Be(半衰期1.5Ma)不但是古环境变化的示踪剂,而且具有确定地质年龄的能力。80个全岩样品的¹⁰ Be和化学分析数据表明,黄土高原约6Ma以来的红粘土和黄土序列中年龄校正的¹⁰ Be浓度与沉积物粒度和风化程度的化学指标具有显著的关系。根据这种关系建立的¹⁰ Be浓度与化学指标的经验回归线性模型,可以估计红粘土和黄土形成时的¹⁰ Be浓度,确定红粘土和黄土形成的¹⁰ Be放射性年龄。     

周口店东洞洞穴沉积物的地球化学特征及其环境指示意义

周口店地区的古环境变化研究多数研究集中在中更新世时期,而缺乏对早更新世时期环境变化的研究。这主要是由于缺少保存完好的早更新世沉积记录造成的。随着对20世纪80年代在周口地区发现的东洞剖面,发现这是一个保存完好的早更新世剖面,为研究早更新世时期的古环境变化特征提供了良好的研究材料。为了重建早更新世时期的古环境变化特征,利用XRF对东洞洞穴沉积物的主要元素（SiO₂,Al₂O₃,Fe₂O3和CaO）的化学组成进行了高分辨率分析,同时对沉积物中的FeO含量进行了测试。结果显示东洞剖面沉积物的主要化学组成为SiO₂,占41.6%～58.9%,其次是Al₂O₃和Fe₂O3,其含量的变化范围分别为13.69%～29.63%和5.00%～9.81%。Al₂O₃和Fe₂O3在剖面上与SiO₂含量成明显的镜像变化关系,显示出Al₂O₃和Fe₂O3对沉积物中SiO₂含量的稀释作用。另外,Fe₂O3与Al₂O₃在剖面上具有很好的相关性,表明Fe₂O3主要富集在富铝的矿物中。从元素含量在剖面的上分布看,东洞剖面的化学组成发生3次大的波动,主要表现为SiO₂和FeO含量增高,而Fe₂O3与Al₂O₃含量的减少。这3次波动分别出现在剖面的15.3～14.6m,11.0～9.9m和8.40～7.84m深度处。在3次化学组成的波动出现的同时,指示沉积物风化程度和温度变化的Si/Al（SiO₂/Al₂O₃）和FeO/Fe₂O3比值也发生了明显变化,比值增高,指示了3次大的干冷事件。另外,在剖面上部（10.00～7.84m,即第2次事件以后）SiO₂/Al₂O₃和FeO/Fe₂O3比值变高且波动频繁,表明自第2次干冷事件后沉积区的环境变得不稳定,逐渐向冷干气候转变。东洞剖面的地球化学记录（SiO₂/Al₂O₃和FeO/Fe₂O3）与泾川黄土剖面的粒度曲线具有较好的对比性,支持了东洞剖面记录的环境信息与黄土沉积记录的环境变化具有一致性。通过与泾川粒度曲线的对比发现,东洞剖面记录的3次干冷事件在时段上分别对应于黄土-古土壤序列中的L26,L15和L13。     

亚洲粉尘的源区分布、释放、输送、沉降与黄土堆积

根据亚洲粉尘关键区域(中国沙漠、黄土高原、青藏高原和中国历史降尘区)大气气溶胶中15～28种元素的浓度-粒度分布、沉降速率和通量分析,以及元素示踪系统的进一步解析,发现中国北方沙漠存在两个粉尘地-气交换较活跃区域,即中国西部沙漠和北部沙漠高粉尘区,且证明这两个区域及其邻区是亚洲粉尘和黄土高原黄土主要源区的中心区域;通过对5个亚太区域粉尘沉降量的模式估算,得出亚洲粉尘释放总量每年约为800Tg,约相当于全球沙漠排放总量的一半;粉尘与黄土的对比表明,亚洲粉尘区域尺度输送受季风环流控制,但间冰期时并不取决于尘暴过程,而全球尺度输送主要由高空西风完成,无论冰期、间冰期均受尘暴过程控制;粉尘通量的结果表明干沉降是粉尘在黄土区沉降的主要过程,且晚第四纪粉尘沉积的再改造份额不超过其沉积总量的10%;元素示踪系统应用于风成黄土,发现在间冰期北部沙漠源区输出的粉尘量增加,而在冰期西部源区输出的粉尘量增加.这种晚第四纪亚洲粉尘“源区摆动”的快速变化其实是全球千年尺度气候变化的一环,并可视为过去北半球大气环流长期变化的代用序列.     

中国黄土的物质来源及其粉尘的产生机制与搬运过程

长期以来,黄土高原的物质来源被笼统认为来自包括西北三大内陆盆地(准噶尔、塔里木、柴达木)在内的广阔的沙漠、戈壁地区,而且中国黄土被看作“沙漠”黄土的典型代表。但我们最新的研究揭示出,源自准噶尔和柴达木盆地的粉尘主要由低空气流搬运,受下风方向的山脉阻挡,就近堆积成山麓黄土。源自塔里木盆地的粉尘如果被近地面风搬运,则不可能移出盆地,而是堆积在昆仑山北麓,但如果被飙升到高空,则被西风急流携带,移出盆地而降落在北太平洋地区,无论哪种情况,该盆地的粉尘都不可能对黄土高原有重要贡献。因此,西北三大内陆盆地并非黄土高原的重要物源,而蒙古国南部及与之相邻的包括巴旦吉林、腾格里、乌兰布和、库布其、毛乌素等在内的戈壁、沙漠地区才是黄土高原的主要物质来源区,且主要由近地面风(基本在3000m以下)从上述戈壁、沙漠地区搬运而来。中国黄土并不能简单看作“沙漠”黄土,包括冰川研磨作用、山体剥蚀作用、山前冲洪积作用等在内的“高山过程”,才是产生大量粉土级物质的原因,戈壁、沙漠、黄土的带状分布,只不过是近地面风对山前冲、洪积物质的风力分异而已。     

黄土高原黄土和红粘土~(10)Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素10Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：10Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中10BC与9Be和Al的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了10Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了10Be浓度与化学指标在黄土－古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

黄土高原风尘沉积的物质来源研究:回顾与展望

黄土高原风尘沉积是青藏高原构造隆升和东亚季风系统共同影响下的产物。由于风尘物质的来源变化,不仅反映了亚洲内陆的干旱化过程,而且同过去大气环流格局变迁关系密切,因而,风尘物质来源的示踪一直是黄土研究的热点问题之一。文章首先回顾黄土来源的示踪方法、黄土物质的可能源区以及黄土物源在构造和轨道时间尺度上的变化特征3个方面取得的研究进展,然后探讨目前物源研究存在的问题及未来的研究展望。     

The rare earth element compositions of sediments from the loess tableland in the Liyang Plain,southern China: implications for provenance and weathering intensity

To identify the weathering intensity and to deduce the provenance of sediments (black-brown soil and loess) from the loess tableland in the Liyang Plain is of great importance for understanding the development and origin of civilization of this critical region in China. The geochemical results show similar REE distribution patterns among sediments sampled from the YC profile in the Liyang Plain, reticulated red soils from the Dongting lake area, Xiashu loess in Zhenjiang, and loess from the Loess Plateau in China. These similarities imply a single provenance, from dust storms. REEs, especially the LREE/HREE ratio and Eu anomaly, can trace weathering intensity. Higher LREE/HREE ratios, and remarkably Eu anomalies, are present in the top loess (L₀), Lower LREE/HREE ratios and insignificant Eu anomalies are present in black-brown soil (S₀*) from the Liyang Plain. These demonstrate that the black-brown soils have undergone a lower intensity of weathering than the loess of YC profile. Moreover, CIA values for sediments from the YC profile provide powerful evidence to support the above result. Comparisons of analyses of the REE contents of sediments from the YC profile, of reticulated red soils from the Dongting Lake area, Xiashu loess from the Yangtze River, and loess from the Loess Plateau, clearly show the weathering intensity decreases according to the following sequence: reticulated red soil from the Dongting Lake area > sediments of YC profile from the Liyang Plain, which formed from dust storms ≈ Xiashu loess from lower reach of the Yangtze River > loess from the Loess Plateau.     

Pleistocene chemical weathering history of Asian arid and semi-arid regions recorded in loess deposits of China and Tajikistan

Quaternary loess-soil sequences in China and Tajikistan are valuable archives of the chemical weathering history for arid and semi-arid regions of Asia. The development of new proxies independent of grain size are vital to reconstruct the long-term chemical weathering history of eolian deposits. In this study, we analyze major elemental and Rb, Sr, and Ba concentrations of decarbonated residue from representative loess and soil units along a north-south transect on the Chinese Loess Plateau and compare these concentrations among different grain-size fractions. Results show that most of the elemental abundances and ratios vary considerably among different grain-size fractions for both loess and paleosols, indicating transport-driven compositional differentiation of minerals during subaerial transport. However, (CaO + Na₂O + MgO)/TiO₂ ratios show little variation among different size fractions for the loess-soil transect. Loess-soil sequences at Lingtai (northern China) and Chashmanigar (southern Tajikistan) for the past 1.50-1.77 Ma show lower (CaO + Na₂O + MgO)/TiO₂ ratios in soil units than in adjacent loess horizons, in good agreement with greater weathering intensity in soils than in loess units. The (CaO + Na₂O + MgO)/TiO₂ ratio of the decarbonated residue is therefore a reliable proxy for chemical weathering of loess deposits that is independent of grain size. The (CaO + Na₂O+MgO)/TiO₂ ratios of the Lingtai and Chashmanigar sections display a relatively regular oscillation within a narrow range in the early Pleistocene, and a rapid increase in average values and in variance from 0.85-0.6 Ma to the present, indicating lowered chemical weathering intensity in both the dust source regions and the depositional areas. This event may be causally related to the expansion of northern hemisphere ice and/or the regional tectonic uplift of high mountains in Asia since the mid-Pleistocene.     

最近130ka来黄土物质化学风化的空间观察

选取黄土高原48个末次间冰期以来沉积剖面中的248个黄土、古土壤和弱发育土壤层的代表性样品,对它们的酸不溶物进行了主量元素的分析。结果表明,在已有的几个不受粒度影响的化学风化指标中,(CaO MgO Na2O)/TiO2比值对气候条件变化具有相对较高的敏感性,且受沉积速率的影响较小。在源区风化状况相对稳定的前提下,它是一个反映夏季风变化较为有效的指标。根据该指标在黄土高原上的空间等值线图,发现其从北到南间冰期的变幅大于冰期,这可能表明间冰期时夏季风降水在黄土高原的变化梯度要大于冰期。     

Impacts of grain size sorting and chemical weathering on the geochemistry of Jingyuan loess in the northwestern Chinese Loess Plateau

Major and trace elemental compositions of loess samples collected from the Jingyuan section in the northwestern Chinese Loess Plateau (CLP) were analyzed to investigate the potential impacts of grain size sorting and chemical weathering on the loess geochemistry and to extract appropriate geochemical indices for better evaluating the East Asian monsoon variability. Based on variations of major and trace elements in different grain size fractions, seventeen elements were classified into three types: (1) Si and Na display higher contents with the increased particle sizes; (2) Al, Fe, Mg, K, Mn, Zn, Rb, Cr, V are mainly enriched in fine size fractions; (3) Ti, Ba, Zr, P, Ca and Sr show irregular variations among different size fractions. Comparison of Al-normalized elemental ratios with Zr/Rb and Rb/Sr ratios (two commonly employed indicators for grain size sorting and pedogenic weathering) indicates that Si/Al, Zr/Al, Ti/Al variations match well with Zr/Rb and grain size results, whilst Ca/Al, Sr/Al, P/Al ratios display similar variability as that of Rb/Sr ratio. Comparison of loess based proxies (e.g., elemental ratios, magnetic susceptibility, grain size) of Jingyuan section with speleothem and ice-core records confirms that elemental ratios of high-resolution loess sequences developed in the northwestern CLP can be employed to address fluctuations of the winter monsoon-induced grain size sorting and summer monsoon-related weathering and pedogenesis at glacial–interglacial and millennial timescales.