马兰黄土和离石黄土的磁学性质

中国黄土-古土壤系列的磁学性质,如磁化率等被广泛用于古气候和古环境研究,这必须建立在对黄土-古土壤的剩磁的性质和获得剩磁的机制以及古土壤磁性增强的原因有深入了解的基础之上。作者通过对洛川和吉县剖面马兰黄土和离石黄土的磁学性质的深入研究,对黄土与古土壤磁学性质差异的各种表现,对它们剩磁的性质,对古土壤磁性增强的原因以及磁性变化对古气候、古环境研究的意义进行了讨论,并对利用某些磁学性质建立的黄土-古土壤形成的时间模式提出了质疑。     

陕西洛川L_1～S_4黄土-古土壤湿陷性及其成因研究

利用工程压缩实验方法,对陕西洛川坡头黄土剖面L_1黄土至S_4古土壤进行了湿陷性的测定。结果表明,2kg压力下L_1~S_4湿陷系数变化在0.002~0.091之间,S_2古土壤及其以上层位都具有湿陷性,湿陷性土层分布深度为20m。L_1和L_2黄土分别为强湿陷性和中等湿陷,湿陷系数分别为0.071和O.056;S_1古土壤上部和S_2古土壤分别为弱湿陷和中等湿陷,湿陷系数平均分别为0.018和O.031。3kg压力下L_4黄土及其以上层位都具有湿陷性,分布深度达到了28.6m。在L_4黄土和其之上的层位都具有不同程度的自重湿陷性。在洛川坡头剖面L_3黄土之下的土层已不具有湿陷性,表明导致黄土湿陷的不稳定的土壤结构性孔隙在该层黄土及其以下已经受到了重力作用的破坏。洛川剖面在0~20m左右深度范围黄土湿陷系数、孔隙度和饱和度在垂向上随黄土与古土壤的交替呈波动变化规律,黄土层的湿陷性比古土壤湿陷性强,经受成壤作用弱的s:古土壤比经受成壤强的s。古土壤湿陷强,这是当时的冰期与间冰期成壤作用强弱不同造成的,也表明第四纪气候变化是导致黄土剖面湿陷性强弱变化、饱和度及孔隙度变化的主要原因,同时表明第四纪气候变化理论研究成果在黄土工程性质、工程性质产生原因和垂向变化规律研究方面具有重要应用价值。孔隙度与湿陷系数之间呈指数函数正相关关系,饱和度与湿陷系数之间呈指数函数负相关关系。孔隙度与饱和度具有指示黄土湿陷性强弱的作用。     

黄土塬竖井剖面黄土-古土壤碳同位素记录特征

选取位于黄土高原中部西峰和洛川塬面中心地区,分别开挖一个竖井获得L2以来连续黄土-古土壤沉积序列的剖面,并对剖面样品的总有机碳、无机碳酸盐的碳同位素组成进行分析.结果显示黄土-古土壤的有机质碳同位素变化与前人对天然剖面的研究结果一致,同时也注意到黄土-古土壤序列有机碳δ813Corg与无机碳酸盐δ13Ccarb有相似的变化趋势,两者在统计学分析意义上均呈显著正相关关系,西峰塬和洛川塬的相关系数分别为r=0.615和r=0.314,a<0.01,该结果与以往对黄土高原塬面边缘天然露头剖面获得有机碳与总碳酸盐碳同位素呈反相关趋势的结论不一致.对于这种现象的初步解释可能是:(1)来自后期的改造作用:由于黄土沟谷出露的天然剖面多发生在雨水冲刷黄土塬面所切割形成的沟谷两侧,这样天然剖面处于一个开放或半开放的环境,其表层至某一深度受外界水热环境和气体交换影响黄土中的无机碳酸盐;(2)同时黄土-古土壤竖井剖面也可能受土壤CO2分压的影响造成土壤次生碳酸盐的形成而导致同位素变化趋势的复杂性;(3)采样点区域性的差异.结果表明,深入研究不同地区塬面竖井剖面黄土-古土壤碳同位素组成并与相应地区的天然剖面碳同位素组成进行对比,将有助于更准确地理解黄土-古土壤碳同位素所记录的古植被和古气候变化历史.     

六盘山东西两侧黄土古土壤容重的特征及其古气候指示意义

为了进一步了解黄土古土壤容重的特征及其与东亚季风演化的关系,建立了洛川剖面250 ka以来、白草塬剖面140 ka以来黄土古土壤容重序列,并与磁化率、粒度及深海氧同位素对比分析,发现六盘山东西两侧不同气候区黄土古土壤容重具不同的特征和受控因素, 指示了不同的古气候意义。六盘山以东半湿润半干旱气候区容重值受成壤作用影响,容重指标主要由夏季风控制,可作为夏季风演化的替代性指标。而六盘山以西半干旱气候区,容重值受沉积物粒度影响,主要由冬季风控制,可作为冬季风演化的替代性指标。与灵台和三门峡地区黄土古土壤容重值对比,发现空间上由西北向东南容重值呈变大趋势,进一步表明了不同气候区的冬夏季风对容重指标的不同影响。     

黄土高原黄土-古土壤的矿物组成及其环境意义

采自洛川和西峰剖面的34个黄土-古土壤样品分为砂、粉砂、粘土三个粒级进行了矿物成分分析。结果表明．黄土高原黄土和古土壤的矿物组成基本一致．除了方解石和褐铁矿、磁铁矿因在样品处理时已被剔除未予计算外，其主要矿物是石英、云母、长石和绿泥石。这4种矿物占总量的88％-91%，其他矿物有高岭石、蒙脱石、蛭石和少量重矿物。不同地质剖面和不同地层层位的矿物差异主要表现为组成矿物在含量和粒度上的变化。洛川与西峰剖面、古土壤与黄土以及相同古土壤层的上部与下部相比，它们的矿物组成主要表现为前者古有较少长石和较多云母和蛭石，而且颗粒较细，表明在土壤发育过程中使矿物转变的生物化学风化过程和使矿物颗粒由粗变细的物理风化过程并存。这一结果有利于这样一种土壤发育机制解释，即古土壤发育与黄土堆积过程同时进行，只是在古土壤发育时期黄土的堆积过程缓慢，成土作用大于黄土堆积作用而发育土壤。     

丰宁黄土-古土壤剖面常量元素地球化学特征

丰宁滦河上游的河谷地带有多处黄土堆积,由于该地区黄土分布零星、厚度较小,在以往的研究中却很少引起人们的关注,然而该地区黄土堆积是河北坝上地区环境演化和气候变化的重要地质记录.为了探讨该地区黄土的成因、物源以及化学风化强度,选取代表性的黄土-古土壤剖面77个样品进行了常量元素分析,并与已知典型风成堆积物的地球化学元素特征进行对比.结果表明:(1) 丰宁剖面的主要常量元素(SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃)之和以及UCC(Upper Continental Crust)标准化曲线均与典型风成堆积物具有较好的相似性, 表明丰宁黄土和古土壤为风成成因;(2) 丰宁黄土处于初等化学风化阶段,古土壤则进入了中等化学风化阶段.与典型风成堆积物相比,化学风化强度序列为:宣城风成红土＞＞西峰红黏土、镇江下蜀土＞丰宁古土壤、洛川古土壤＞洛川黄土＞丰宁黄土;(3) 常量元素迁移特征表明丰宁黄土和古土壤的化学风化已完成了早期去Na、Ca阶段,并进入到了中期去K阶段;(4) 丰宁黄土、古土壤的K₂O/Al₂O₃和Fe₂O₃/Al₂O₃比值与洛川黄土、洛川古土壤、镇江下蜀土、西峰红黏土较为接近,表明这些风成堆积物可能具有相似的源区.而TiO₂/Al₂O₃比值小于其他风成堆积物, 指示丰宁剖面具有其他物源.      

末次间冰期以来黄土古土壤容重特征

通过洛川剖面和白草塬剖面末次间冰期以来黄土古土壤容重序列的建立,对比磁化率、粒度及深海氧同位素分析发现,六盘山东西两侧不同气候区黄土古土壤具有不同的容重值,其成因亦不同。六盘山以东半湿润半干旱气候区黄土古土壤容重值受成壤作用影响,主要由夏季风控制;而六盘山以西半干旱气候区容重值受沉积物粒度影响,主要受冬季风控制。并且在空间上自黄土高原西北向东南容重值呈变大趋势。     

末次间冰期以来黄土中伊利石结晶度的变化与古环境

对环县、长武和渭南3个剖面末次间冰期以来黄土-古土壤样品进行了粘粒(2μm)提取,采用X射线衍射分析技术对粘粒样品的伊利石结晶度,即KI值(1.0nm衍射峰的半高宽)进行时空变化分析。结果表明,环县剖面的KI值在黄土-古土壤中差异不大,而中南部的长武与渭南剖面能很好地反映冰期与间冰期旋回特征;在空间上,古土壤S_0和S_1的KI值自西北向东南呈现逐渐增加趋势,而黄土L_1层仅在最南部的渭南剖面呈现较高的值,环县和长武剖面差异不大,均呈现较低的值。综合分析影响黄土KI值变化的各个因素后,认为风化成壤作用可能是影响黄土-古土壤伊利石结晶度指标变化的主要因素,可以作为东亚夏季风环流强度演化的指标。     

中国西北地区晚第四纪黄土中镁铝地球化学与古气候意义

研究我国干旱半干旱区第四纪黄土剖面中镁铝含量比（ｍ值）的变化特征及所反映的古气候古环境意义。表明黄土－古土壤的ｍ值大小变化反映出黄土堆积－古土壤发育时期的气候干湿变化。     

陕西洛川黄土的粒度分维值及其意义

对陕西洛川剖面１５８０个黄土样品的粒度数据分析表明,黄土的基本粒级,即在２－５０μｍ的标度范围内,粒度分布具有分形特征。黄土的粒度分维值在２．１６－２．５１之间,平均值为２．３２;而古土壤的粒度分维值在２．２３－２．５１之间,平均值为２．４１;粒芳分维值对黄土与古土壤的形成环境的演变,有良好的指示意义。粒度分雏值显示,250万年以来,东亚季风不断增强,变化周期和变化幅度逐渐变大。在早更新世,季风较弱,变化周期短．变化幅度小,表现为2～4万年的周期;而在晚更新世,季风较强,冬季风和夏季风相互消长,变化周期长且明显,变化幅度大,表现出10万年的变化周期。     

陕西洛川黄土沉积物中稀土元素及其它微量元素的化学淋滤研究

本文采用化学淋滤的方法对洛川黄土沉积物的酸溶和酸不溶相中稀土元素以及其它微量元素的分布分配特征进行了系统的分析。     

陕西洛川黄土剖面的Rb/Sr值及其气候地层学意义

本文系统地测试了陕西洛川黄土-古土壤剖面中的Rb,Sr含量和磁化率。通过对比该剖面2．50MaB．P．以来Rb／Sr曲线和磁化率曲线,发现两者的形状和变化的相位十分相似,然而两者的相对振幅却有明显的差别。Rb／Sr曲线记录了0．80MaB．P．左右一次重要的气候转型界面,揭示了黄士和古土壤内部次一级的气候波动旋回,反映了早更新世黄土高原较温暖潮湿的特点以及更新世以来气候由湿向干的变化趋势。研究表明,Rb／Sr值可以作为衡量东亚夏季风环流强度变化的较为敏感的替代性指标。     

最近13万年以来洛川黄土剖面中Porg/Pinorg分布及其古气候指示意义

对末次间冰期以来洛川黄土进行了有机磷／无机磷(Porg／Pinorg)比值测量。结果表明，黄土中Porg／Pinorg比值的分布主要受降水量和温度的影响，是有机磷和无机磷在不同时期随气候变化相互转化的结果。此指标的变化与黄土—古土壤的变化大致相关，与洛川黄土磁化率曲线相一致，与深海氧同位素可进行很好的对比。此比值与夏季风强弱程度乃至与全球气候变化有密切的联系。Porg／Pinorg比值可作为一种反映古气候环境变迁的新指标。     

新疆伊犁黄土化学风化特征及其控制因素

       通过对伊犁盆地昭苏黄土剖面元素地球化学分析,结合与黄土高原典型第四纪风成堆积洛川剖面的对比,对伊犁黄 土常量元素分布规律及化学风化特征进行初步研究发现,伊犁昭苏剖面黄土和古土壤主要元素含量具有较好的一致性,暗 示着沉积后两者所经历的风化作用相似。与黄土高原相比,伊犁黄土和古土壤除CaO,MgO和Na2O,P2O5分别出现较大程度的 富集和较小程度的亏损外,其它常量元素含量的变化趋势基本一致;CIA指数、Na/K比值及A-CN-K图解显示伊犁黄土和古土 壤均经历了低等强度的化学风化作用,弱于黄土高原的洛川黄土及古土壤,黄土和古土壤风化分异作用不明显。气候条件 尤其水热组合模式（降水、温度和蒸发量等）对伊犁黄土化学风化的起着重要的制约作用。     

Age of the fossil Dali Man in north-central China deduced from chronostratigraphy of the loess–paleosol sequence

Dali Man, an archaic type of early Homo sapiens, is of great significance to the origin of Homo sapiens. Achievements have been made during the past decades in the understanding of the fossil human skull as well as the accompanying mammalian fossils and stone artifacts. However, the absolute age of the fossil Dali Man still remains unclear. Based on the magnetic susceptibility of loess sediments and the relationship of terracing process with climatic condition, we correlated the loess sequence and the subjacent terrace alluvium at the Dali Man site with the well-studied loess–paleosol sequence at Luochuan in the central part of the Chinese Loess Plateau. The correlation indicates that the loess–paleosol sequence at the Dali Man site extends down to the paleosol S2, and the underlying fluvial deposits correspond to the loess L3. Because the Dali Man skull appears in the basal gravel layer of the terrace, and because the deposition of the terrace gravels would occur during the transition from S3 paleosol formation to L3 loess accumulation, the age of the fossil Dali Man is inferred to be ca 270 ka, which is equivalent to the age of the boundary between the loess L3 and paleosol S3 on the magnetic susceptibility time series of the Luochuan loess–paleosol sequence.     

黄土中钙结核的碳氧同位素研究(二)碳同位素及其古环境意义

从洛川黄土剖面离石黄土各层古土壤中钙结核的碳同位素分析结果，探讨了钙结核碳同位素变化所反映的古土壤形成时的植被状况，还借助于“干燥度”，结合由钙结核氧同位素变化所获得的古温度资料，估算了各层古土壤形成时长时段的年平均降水量。所得结果表明，各层古土壤形成时温度和湿度状况有更复杂的变化。大部分古土壤形成时的年平均降水量与现代相差不多(增幅在５０ｍｍ左右)，但发育最好的Ｓ５形成时，年平均降水量超过现在约２００ｍｍ。古土壤的碳氧同位素能很好指示古环境，但研究工作还有待深入。     

黄土中蜗牛壳Mn^2＋的EPR研究及其古气候意义

对黄土高原陕西省洛川和甘肃省西峰剖面中黄土－古土壤层中的蜗牛壳进行了EPR波谱分析，同时对洛川地区的现代蜗牛壳也进行了测定。结果显示：（1）不同种类的蜗牛壳具有相近的EPR信号强度，表明不同种类的蜗牛对Mn^2+的吸收没有差异性。（2）黄土层中蜗牛壳的EPR信号强度远大于占土壤中的，即黄土中蜗牛壳所含的Mn^2+远大于古土壤中的蜗牛壳的Mn^2+的含量，说明前者生活在比较还原的条件下，后者形成环境的氧化性较高。因此本认为为蜗牛壳中Mn^2+的含量可反映其生长环境中Mn^2+的含量和氧化还原条件，对古气候的重建具有重要意义。     

黄土频率磁化率与古气候冷暖变换

本文详细研究和对比了几个区域的黄土剖面,证明中国黄土地层发育的一致性;根据第5阶段以来黄土磁化率和深海氧同位素曲线特征的比较,证明中国黄土地层的连续性和全球气候变化的一致性。黄土地层的古气候信息强度与分辨率成反比,是全球信号和区域信号的叠加。黄土高原各地厚度或沉积速率的差别主要是1.7 Ma以来形成的。黄土地层频率磁化率数值随黄土和古土壤层的出现,分别呈波谷和波峰对应,说明在温湿条件下有许多细小(<0.03 μm)的铁磁性矿物形成,它可能是导致古土壤磁化率增高的最主要原因。这些磁颗粒的含量反映古气候温湿程度的强弱和持续时间的长短。黄土频率磁化率对古气候的突变或渐变研究可能具有十分重要的意义。