中新世黄土-古土壤序列的粒度特征及其对成因的指示意义

对甘肃秦安QA-I中新世黄土剖面进行了系统的粒度分析, 并与第四纪黄土、古土壤及代表性河湖相沉积样品的粒度特征进行了对比. 结果表明, 中新世和第四纪黄土、古土壤样品具有相似的粒度分布特征, 而与河湖相沉积有较大区别. 中新世黄土-古土壤序列与第四纪黄土-古土壤序列一样, 黄土层粒度较粗, 而古土壤层粒度较细, 反映了气候的冷暖、干湿变化. 从长尺度上看, 中新世黄土-古土壤序列的中值粒径与沉积速率的变化大致同步, 与北太平洋深海风尘沉积通量变化也具有较好的一致性. 上述结果不仅进一步证实研究序列的风成成因, 而且说明中新世黄土-古土壤序列的粒度变化与源区的干旱化程度有密切关系.     

天山北麓黄土环境磁学特征及其古气候意义

新疆黄土-古土壤序列环境磁学参数的变化机理及其气候意义仍存在争议.本文选择天山北麓的中梁黄土剖面,系统开展了低温和常温下环境磁学参数的测试与研究,测量包括室温的磁化率与饱和磁化强度,以及磁化率与饱和剩余磁化强度的低温变化.结果发现,该剖面黄土和古土壤样品的磁性矿物主要由磁铁矿与磁赤铁矿组成,不含任何粒级成壤形成的超顺磁矿物颗粒,其磁化率信号主要记录了粉尘磁性矿物含量变化,较高的磁化率指示较强的风动力状况或者较近的风尘源区,新疆黄土的这种环境磁学"风尘输入模式"可用来重建干旱区的风动力强弱变化.     

三门古湖沉积记录的环境变迁与黄河贯通东流研究

晚新生代黄河中游地区发育一系列独立的湖盆, 其中三门湖盆发育了巨厚的三门系地层, 是研究黄河中游地质环境变迁的构造-气候旋回和黄河形成演化的理想之地. 对三门峡水库左岸山西省平陆境内黄底沟附近天然剖面沉积记录的磁性地层、孢粉、有机碳和碳酸盐含量进行了分析, 建立了近5.0 MaBP以来的环境演化序列、区域构造活动和湖盆演化过程. 古三门湖盆沉积记录的气候变迁显示: 大约5.4 MaBP构造成盆, 3.6 MaBP构造运动之后, 湖泊扩张, 夏季风降水增加; 相当于黄土底界的2.60 MaBP左右并未出现气候的巨大转折, 奥杜维尔正向事件之后(约从1.77 MaBP开始)沉积记录中云冷杉出现, 气候转向偏冷; 1.2 MaBP构造运动造成上下三门系之间的轻度角度不整合; 黄土旺盛堆积时期(L15, L9, L6)古三门湖沉积记录显示冷湿的气候特征. 三门湖盆沉积记录的区域构造活动加强时段和青藏高原隆升的构造活动具有时间上的一致性. 沉积记录反映古三门湖水开始外流或三门峡部分切开的时代最早出现在0.41～0.35 MaBP, 黄河完全切穿三门峡、贯通东流入海的时代为0.15 MaBP, 标志现代意义上的黄河形成, 并对中下游地貌和环境演化产生巨大影响.     

亚洲风尘系统地球化学示踪研究

中国北方及其邻近的蒙古处于亚洲内陆,气候干旱,是全球重要的风尘释放中心之一.亚洲风尘物源研究对揭示风尘物质的产生与搬运机制、解读风尘沉积的古环境记录、预测风尘的环境效应及指导当代沙尘治理都有重要意义.本文总结了地球化学方法在亚洲风尘物源研究中的应用.Nd-Sr同位素示踪体系研究最为深入,并取得了大量成功的应用.碎屑单矿物地球化学在理论上具有较大的示踪优势,值得进一步研究.物源研究指出中国黄土具有近源性特征,搬运方向与近地表盛行风向一致.物源示踪还发现亚洲风尘最终来自青藏高原北缘和中亚造山带物质,进一步确认了造高山过程制造粉砂物质的重要性.根据亚洲风尘物源示踪的最新进展,文章针对现代风尘来源的自然背景与人为因素、亚洲风尘源区物质演化及其与气候变化和青藏高原抬升的关系、以及青藏高原在亚洲风尘系统中的重要地位等问题展开讨论.     

基于黄土粒度估算粉尘源区-沉积区距离的新方法

黄土的粒度分析是重建古气候的常用手段之一.基于Tsoar和Pye(1987)提出的粉尘搬运模型,通过沿风力搬运方向的两个黄土剖面的粒度变化,构建了定量估算粉尘源区-沉积区距离的模型.采集环县和白马铺古土壤S_2以上(250ka以来)的粒度数据,运用该模型得出了粉尘源区-沉积区的距离.结果表明,间冰期古土壤发育时期,源区-沉积区距离较远,沙漠南缘至环县剖面距离约为340km;冰期黄土堆积时期,源区-沉积区距离较近,沙漠南缘至环县剖面距离约为100km.该定量重建结果表明,250ka以来的冰期-间冰期旋回中,沙漠南缘的进退变化距离约为240km,验证了东亚夏季风降水控制沙漠进退从而影响黄土-古土壤粒度变化的机制.     

晚第四纪西北太平洋风尘记录与冰期旋回的比较

西北太平洋两个柱状样沉积学、矿物学与环境磁学的综合分析表明 ,在排除了火山活动干扰后可以直接利用石英丰度、磁化率及非滞后剩磁等替代性标志 ,指示来自东亚大陆的风尘沉积 ,提取有关古大气环流的信息 .通过RC1 0 1 75柱状样的风尘记录与氧同位素曲线对比 ,发现全新世气候最佳期以及末次间冰期是风尘堆积量明显增强时期 ,与早期的认识并不一致 ,显示了海、陆风尘记录与全球冰期旋回之间以及气候与环境系统的内部存在相当复杂的非线性关系     

高分辨率黄土剖面记录的末次间冰期东亚季风的不稳定性特征

选取高分辨率黄土剖面是深入研究末次间冰期东亚气候变化的首要前提. 通过对六盘山东、西部两个高分辨率S1地层记录的对比研究, 发现两剖面S1地层均发育5层古土壤、堆积4层黄土, 指示MIS5阶段存在5次强夏季风事件和4次强冬季风事件. 这些气候事件与东亚季风区的其他记录及NGRIP冰芯记录、北大西洋钻孔记录中的冷、暖事件呈现良好对应关系, 暗示在末次间冰期, 北半球气候存在较大的不稳定性. 地层中与5a, 5c亚阶段相对应的层位, 均发育有两古土壤亚层及堆积一黄土层, 与5e相比, 5a, 5c则表现出更大的波动幅度和更多千年尺度上的快速波动, 而5e亚阶段的气候则较为稳定.     

黄土高原秦安中新世黄土-古土壤序列的蜗牛化石初步研究

通过对秦安中新世黄土-古土壤序列蜗牛化石的初步调查研究表明, 在距今22~6.2 Ma期间长达近16 Ma的黄土-古土壤沉积发育过程中, 无论黄土还是古土壤地层中都保存有较丰富的蜗牛化石种类, 目前发现的15种蜗牛化石全部是陆生种类, 化石个体保存完整, 为原地埋藏的种群, 未发现水生的种类, 多数为第四纪黄土-古土壤序列中的常见种类, 可划分为冷干和温湿两个生态类群, 冷干类主要见于黄土地层中, 温湿类主要分布于古土壤地层中. 自中新世至第四纪期间, 蜗牛化石Metodontia(间齿螺)类和Cathaica(华蜗牛)类的属种具有明显的演化趋势, 新的种类的出现和演化与这一时期大的气候环境的改变在时代上有较好的一致性, 反映了蜗牛生态种类对全球/区域性环境格局变化的响应. 初步研究结果表明, 中新世黄土-古土壤序列与第四纪黄土-古土壤序列有着相似的沉积背景. 研究结果为秦安中新世黄土-古土壤序列沉积环境、气候演化等提供了生物化石证据.     

青藏高原东北缘中新世红色土状堆积序列的成因及其对亚洲干旱过程的指示

对青藏高原东北缘堆积于河流阶地上的晚新生代红色土状沉积物进行了地貌与地层、沉积特征、土壤微结构和地球化学等的研究. 结果表明, 这套红色土状堆积物可分出25套发育较弱的黄褐色土壤(7.5YR6/4)和发育较强的红棕色古土壤(2.5YR5/4)组合, 与黄土高原典型的红黏土具有相似的结构和构造. 红色土状堆积序列的颗粒总体上偏细, 主要组分为粉砂和黏土, 砂粒级含量几乎为零. 显微镜下, 红色土状堆积物为黏土质结构, 粗颗粒组分主要包括石英、钾长石、云母和少量辉石、角闪石等, 且矿物颗粒都呈似棱角-棱角状; 其常量和微量化学元素的含量与特征、稀有元素的分配模式等与典型的第四纪黄土、古土壤具有可对比性. 上述证据表明, 这套沉积为风成起源. 磁性地层指示这套风成成因的红色土状堆积物底界年龄为约11.4 Ma, 证明中国西北地区晚新生代大面积的风尘沉积分布范围扩展到了青藏高原东北缘. 后湾红色土状堆积物与上覆晚第四纪黄土-古土壤序列有着相近的物源和相似的风力搬运系统. 与晚第四纪黄土-古土壤相比, 后湾红色土状堆积物的颗粒较细、沉积速率较小, 反映了搬运动力较弱和(或)源区干旱化程度较低. 古气候替代指标的变化表明源区干旱程度和(或)风搬运动力有多次的波动, 并且在约10 Ma BP和7~8 Ma BP前后, 各有一次干旱化加剧的过程, 可能表明了高原的隆升或(和)全球变冷促进了亚洲内陆干旱化进一步加剧. 10 Ma BP前后古气候由高频高幅波动转变为较为低频低幅变化, 指示了一次重要的环境转型. 这次环境转型事件可能是全球性的事件在青藏高原东北缘的表现.     

最近7 Ma黄土高原风尘通量记录的亚洲内陆干旱化的历史和变率

通过对黄土高原灵台剖面风尘序列的容重和碳酸盐含量测定, 建立了以灵台剖面为代表的最近7 Ma黄土高原风尘沉积通量变化时间序列. 结果与北太平洋ODP885/886孔风尘通量记录对比表明, 最近7 Ma以来亚洲内陆粉尘源区存有阶段性增强的干旱化趋势和有意义的干湿气候波动. 尤其是3.6～2.6 MaBP时段海陆风尘通量显著增大, 反映了亚洲内陆干燥度的急剧增加, 可能与青藏高原在这一时段的加速隆升阻隔了水汽向亚洲内陆的输送相关. 2.6 MaBP后黄土高原风尘通量的平均值及其变率较其前晚第三纪的平均值和变率显著增加, 与北半球大冰期来临后的全球冰量变化关系密切. 最近0.6 Ma灵台和西北太平洋V21-146孔的风尘记录对比表明, 海陆风尘通量变化在104～105 a时间尺度上基本同步, 与全球冰量变化所诱导的冰期-间冰期气候的大幅度波动相一致.     

应用自然伽玛测井曲线反演2.85 Ma B.P.来古气候变化

根据柴达木盆地东部3000 m以上钻孔的物理测井自然伽玛曲线, 对760 m连续岩芯多项古气候代用指标(孢粉统计、自生碳酸盐含量和氧同位素)作了分析, 在详细的沉积年代学计算基础上进行对比, 建立了2.85 Ma来盆地古气候的变化曲线. 将曲线划分为115个气候段, 并进行了轨道调谐, 可以同大西洋ODP659孔氧同位素气候曲线和中国黄土2.50 Ma来的黄土-古土壤气候旋回进行较好的对比.     

陇西地区甘肃群的物质来源及其构造和古气候指示

我国西北甘肃群的新近纪沉积包含风成和水成类型的沉积物,研究这些沉积物的物质来源对于揭示中新世时期的干旱区分布及大气环流格局以及区域构造和地貌演化具有重要意义．通过碎屑锆石U-Pb年龄物源示踪方法,分别对该区发育于基岩台地与沉陷盆地的典型风成和水成沉积物进行了研究,并与周边的西秦岭和六盘山物质以及来源于亚洲内陆地区的第四纪黄土进行了对比．结果表明：（1）研究区中新世风尘堆积代表性样品的碎屑锆石年龄谱与西秦岭剥蚀物及天水中新世河流沉积样品显著不同,而与第四纪黄土一古土壤的锆石年龄谱十分相似,表明中新世风成堆积与第四纪黄土具有相似的物源区,进一步印证了前人提出的中新世时期的干旱区分布及大气环流的宏观格局与第四纪基本类似的观点;（2）天水地区11．5Ma的河流相样品的锆石年龄谱明显不同于西秦岭剥蚀物,而与其东部的六盘山一致,指示着六盘山可能早在11．5Ma以前就存在隆升剥蚀．     

浅议中国黄土磁化率的物理意义

中国的陆相黄土地层连续地记录了第四纪以来的古气候变化。基于中国黄土磁化率曲线与深海氧同位素记录具有可比性这一事实，磁化率作为一种气候替代性指标在黄土研究中得到广泛的应用。但是，磁化率的物理意义仍不清楚。本文作者对陕西榆林蔡家沟剖面末次间冰期以来的风成沉积作了研究，指出黄土、古土壤的磁化率差异不仅与前人提出的碳酸盐淋失、空隙度变化、“就地”新生成磁性矿物等作用有关，而且还可能与有机质有重要关系。有机     

洛川黄土剖面S4古土壤及相邻黄土层分子化石与植被变化

利用GC-MS对洛川剖面S₄古土壤及相邻L₅, L₄部分黄土样品的分子化石进行连续检测, 获得包括正构烷烃、正烷基-2-酮和类异戊二烯等丰富的类脂物分子, 结合剖面高密度样品室内磁化率和粒度的测定结果, 讨论了这一时期的古环境和古植被演化历史. 依据正构烷烃与磁化率和粒度的相关性, 结合CPI指标认为黄土-古土壤样品中的分子化石虽然受异地源有机质的可能影响, 但它们的相关性证明源自样品中的分子化石真实地反映了黄土-古土壤形成时期的植被状况. 正构烷烃平均碳链长度(ACL)与磁化率和粒度之间存在良好的正相关性, 在气候环境由冷干向暖湿变化时表现为较好的同步性; 但在环境恶化过程中ACL记录则相对滞后. 正构烷烃碳数分布及比值参数揭示: 在黄土沉积L₅向古土壤S₄过渡过程中以C₂₉为主峰, 显示以木本输入为优势; 在古土壤S₄发育时期, 以C₃₁为主峰, 显示草本比例相对增大、木本比例相对减小, 具明显的草本输入优势. 正构烷烃分析结果揭示: 洛川剖面S₄古土壤形成过程中以草本植被为主, 没有发育典型的树林植被.     

甘肃第三系红粘土磁学性质初步研究及古气候意义

研究表明红粘土与黄土-古土壤具有共同的磁性矿物, 即磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿(可能还有褐铁矿); 红粘土的磁化率大小与超细顺磁性颗粒的含量正相关; 它与第四纪的黄土-古土壤相似, 在湿润气候条件下由成壤作用形成的超细铁磁性矿物对于红粘土中古土壤层的磁化率增大有重要的贡献, 并得到了Rb/Sr比值的证实. 尽管红粘土中也发现了磁化率与其成土强度不对应的现象,但总体上看红粘土的磁化率仍不失为一个简便的古气候替代性指标. 根据磁化率曲线, 从红粘土发展到黄土沉积,其间的古气候变化幅度大致等同于阶段5(S1)到阶段2 - 4(L1)的变化幅度, 可能表明第四纪期间风场加强、从源区携带比上新世更多(大约两倍)较粗的弱风化风积物(不含超顺磁性颗粒)到黄土高原. 7.5 Ma以来, 中国北方中部风积红粘土的出现记录了从下伏白垩纪红砂岩到晚第三纪的重要气候转变. 红粘土的发展与白垩纪以来全球干旱化和变冷密切相关, 可能由于当时青藏高原的强烈隆升导致了东亚季风开始或加强, 从而有了红粘土的堆积.     

黄土高原黄土-古土壤序列与青藏高原隆升

根据地层记录,对黄土高原黄土-古土壤序列所反映的构造气候旋回与青藏高原冰碛-古土壤序列所反映的隆升过程进行对比,表明它们在地球轨道偏心率的准0.4Ma周期变化方面具有大致同步的相位关系。在此基础上,初步探讨了黄土-古土壤序列记录的东亚古季风变迁和古季风气候递变,对青藏高原隆升及其下垫面变性的响应。     

黄土高原南部黄土-古土壤酸溶相硼同位素组成(δ~(11)B)及其对季风降水变化的指示

对黄土高原南部渭南阳郭水库剖面黄土-古土壤酸溶相硼含量和硼同位素组成(δ11B)进行了精确测定.结果表明,硼含量变化范围为0.39~3.94ug g-1,δ11B值分布范围在-23.8‰~9.5‰,古土壤的平均硼含量和δ11B值都高于黄土的.研究表明,黄土-古土壤酸溶相硼主要来自降水中积累的硼以及硅酸盐风化产生的硼,因此,酸溶相δ11B值可以减少源区信息和温度热量等因素的影响,反映降水量变化,有可能作为黄土沉积形成演化过程中降水量的一个替代性指标.另外,本研究根据δ11B变化重建了黄土高原南部末次间冰期以来夏季风降水历史,与传统的夏季风降水替代性指标基本可以对比,但δ11B在揭示过去季风降水量变化方面的机理更加清楚.     

南海北部ODP1146站粒度揭示的近20 Ma以来东亚季风演化

运用粒级-标准偏差和粒度端元模拟算法两种方法, 对南海北部ODP1146站陆源沉积物粒度数据进行了分析和对比, 探讨了东亚季风近20 Ma以来的演化历史. 选用粒级-标准偏差法提取出的两个敏感粒度组分含量的比值即10~19 μm/1.3~2.4 μm用来指示东亚冬季风相对夏季风强度的变化. 粒度端元模拟法得出的粗端元组分EM1(风尘)堆积速率用来指示东亚冬季风强度及相应的风尘源区——亚洲内陆干旱地区的干旱程度的变化, 而EM1/(EM2+EM3)比值可以指示冬季风相对夏季风强度的变化. 组合指标变化显示出东亚冬季风强度和冬季风相对夏季风的强度在8 Ma BP左右显著加强, 而3 Ma BP左右冬夏季风可能同时增强, 结果可以与黄土、北太平洋风尘沉积、南海微体古生物记录等很好对比. 青藏高原的阶段性隆升可能促进了东亚季风的这两次加强.     

风成沉积物4～16 μm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

风成沉积物4~16 mm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.