新疆伊犁昭苏黄土剖面中的矿物组成及其风化意义

应用X射线衍射(XRD)分析技术,对处于西风区的新疆伊犁昭苏黄土剖面中的138个全岩样品和9组分粒级样品进行了分析,获得了该剖面的矿物组分、含量及其粒径分布信息.昭苏黄土主要由石英、方解石、绿泥石、斜长石、普通角闪石、钾长石、白云石和白云母组成;方解石在各个粒级组分中分布相对均匀;石英、白云石、斜长石、普通角闪石和钾长石主要赋存于粗颗粒中;绿泥石在细颗粒中的含量明显较高;白云母在16 ～32 μm粒级组分中含量较低,在其它粒级组分中的含量则相对更高.各矿物学指标揭示了昭苏黄土剖面的化学风化程度整体较低且变化幅度不大,但古土壤层的化学风化程度稍强于黄土层;物理风化则经历了由强到弱的两个波动过程.     

西风区昭苏黄土剖面中碳酸盐矿物组成及其古环境意义辨识

碳酸盐矿物是黄土的重要组成部分,是古环境重建的重要指标之一.通过对地处西风区的新疆伊犁盆地昭苏黄土剖面的全岩样品和分粒级样品的X射线衍射测试,分析了其碳酸盐矿物组成,利用麦夸特算法计算了碳酸盐矿物的含量.综合碳酸盐矿物的含量、粒径分布及风化特征等因素,对其古环境意义进行了辨识,从而建立了该剖面末次冰期以来碳酸盐矿物记录的古气候环境变化序列.结果表明:昭苏剖面中原生碳酸盐矿物(方解石和白云石)含量占主导地位,次生方解石对样品中总方解石含量的贡献较少;白云石含量可能与亚轨道尺度冷暖交替导致的西风环流强度变化有关;方解石含量的变化可能指示了西风区降水量的变化;碳酸盐矿物含量揭示了昭苏地区在末次冰期时气候冷湿,在全新世时气候暖干.     

不同粒级黄土-古土壤中碳酸盐碳氧稳定同位素组成及其古环境意义

从黄土高原中部洛川和环县两个剖面选取若干黄土和古土壤样品，分为三种粒级（＞45μm、2－45μm、＜2μm），挑出＞45μm粒级中的根状结核与蜗牛壳化石碎片，分别测定δ^13C和δ^18O值。结果显示，两个剖面不同粒级组分的δ^13C和δ^18O值表现出相似的分布规律。洛川剖面的根状结核和蜗牛壳与分粒级样品中的＜2μm粒级中碳酸盐的δ^13C和δ^18O值最为接近，处于相同的区域内；而＞45μm粒级中的δ^13C和δ^18O值与其他样品有明显的差别。因此，可以认为黄土－古土壤中＜2μm粒级中所含的碳酸盐可代表成镶碳酸盐，其蕴涵的地球化学信息可用以重建成壤时的古气候和古环境条件。     

粒度分组:提取古环境变化信息的一种有效方法

对南京老虎山黄土-古土壤剖面全样和三个粒级组分(《2 μm、2～45μm和》45 μm)的Rb/Sr比值进行了系统研究.结果表明,Rb/Sr比值是衡量黄土和古土壤化学风化强度的良好地球化学指标;粒度分组是利用Rb/Sr比值研究古环境变化的有效方法.通过粒度分组,可以排除不同粒度组分之间由于Rb/Sr初始比值不同造成的互相干扰.《2 μm粒级的(Rb/Sr)-Sr反相关图的R2值最大(达0.97),说明该粒级指示化学风化作用的灵敏度最高,研究Rb/Sr比值这一地球化学指标最理想.     

风尘堆积全岩和石英粒度变化对风化成壤强度的指示

已有研究表明,黄土中的石英组分在黄土区的气候条件下基本不受风化作用的影响.文章对西峰剖面新近纪风成三趾马红土和第四纪黄土-古土壤序列样品进行全岩和石英粒度测试,并计算了不同风化成壤强度样品的全岩-石英粒度中值粒径差值.结果显示,与石英粒度相比,全岩样品含有更多的细粒组分,表明全岩粒度是风尘原始粒度与后期风化成壤作用共同的产物.根据此原理,用二者中值粒径差值定义一个风化指数(Gw),风化强度愈强,Gw愈大,可作为反映风化成壤强度的有效指标.该指标在西峰剖面6.2Ma以来风成堆积序列的应用显示,晚中新世-上新世期间风化强度较强,第四纪以来风化强度呈总体减弱趋势,其趋势与不断增大的全球冰量和粉尘沉积速率相吻合.我们认为,全球变冷和亚洲内陆干旱化程度的加剧是导致风化成壤强度降低的主要原因.     

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。     

不同粒级组分碳酸盐与碳同位素分布特征及其对风尘物源的指示意义

在科尔沁沙地采集沙地表土样品16组,松嫩平原杜蒙沙地样品15组,同期还收集了城市道路表土样品10组,对各组样品进行粒度分级(全样、＞ 63 μm、63 ～ 30 μm、30 ～ 11 μm和＜11 μm),分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成.结果显示,不同区域不同性质样品各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度不同,科尔沁沙地最小(0.8％),其次为杜蒙沙地(1.9％),道路表土最大(2.7％).大部分杜蒙沙地样品(66.7％)和小部分科尔沁沙地样品(37.5％)以及全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大,且变化模式各不相同.碳酸盐含量随粒度变细而增高是非匀速的,先是增幅较大(＞ 63 μm-→63 ～ 30μm→30～ 11 μm),后增幅较小(30～11μm→＜11μm).沙地样品碳酸盐含量与粒度的关系并不限于随粒度变细而增大这一种,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小,沉积物中碳酸盐含量随粒径变细而增高是否是一种普遍规律还需要更多区域的更多样品来检验.大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C值变化范围较小(＜1.8‰),并表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化幅度很小.杜蒙沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了杜蒙沙地与科尔沁沙地的碳酸盐差异值,不能作为区分杜蒙沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和杜蒙沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异(在63 ～ 30 μm粒级组分表现最为明显),且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,说明它是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标,但是不同粒级组分碳酸盐δ13C组成的差异会随离中国西部沙漠沙地风尘源区距离的加大或者风尘物质成壤作用的增强而变大,增加其风尘源区示踪的复杂性.     

黄土粒度分布中的超细粒组分及其成因*

多个剖面的粒度测量表明,黄土高原的黄土和古土壤中普遍存在超细粒组分,其平均粒径大致0.4μm,在全样中的含量大致5 ％ ~6 ％。 超细粒组分的含量在黄土中低,在古土壤中高;并且同一地层自西北至东南增加,这些特征都显示超细粒组分的形成与成壤作用强度相关。一般情况下超细粒组分的粒度在黄土中粗,在古土壤中细。黄土高原各季节的现代天然粉尘中同样存在超细粒组分,然而干旱区成壤作用较少的天然降尘中基本不存在超细粒组分。以上特征说明,黄土中的超细粒组分的形成与成壤作用有关,成壤作用中次生矿物的粒度和含量特征也支持这一解释。     

黄土醋酸淋溶实验及其碳酸盐组分的地球化学特征

选择性的化学淋溶实验 ,广泛用于沉积物的地球化学研究中。通过对比 1mol/L的盐酸和醋酸两种溶剂对黄土和古土壤的淋溶效果 ,发现 1mol/L的醋酸能选择性淋溶黄土和古土壤中碳酸盐组分 ,对硅酸盐、铁的氧化物等影响很小。在确定溶剂后 ,以 1mol/L醋酸溶液选择性淋溶了洛川剖面 4 3个黄土和古土壤样品 ,通过分析淋溶液的组成 ,得出黄土和古土壤中碳酸盐组分的平均成分 (wB)为 :MgO 1.71% ,MnO 670× 10 - 6 ,Sr 4 90× 10 - 6 。淋溶结果较好地反映了黄土-古土壤剖面的风化成壤程度 ,其中醋酸淋溶液中MnO含量能更好地反映当时的古气候信息。     

中东亚旱区表土CaCO3含量的地理分布特征及地球化学意义

富含以方解石(CaCO3)和白云石(CaMg(CO3)2)为主的碳酸盐是干旱、半干旱地区土壤的主要特征,对土壤碳酸盐的研究有助于了解土壤的地球化学环境及演化过程[1-2].在过去半个多世纪里,人们对黄土古土壤系列、湖泊沉积物中的碳酸盐进行了大量研究,然而不同区域间的碳酸盐含量作为气候指标的准确性和可比性却缺乏足够的验证.     

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。     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。     

黄土风化成土过程中主要元素迁移序列

主要研究了渭南黄土剖面中主要化学组分的分布特征、影响因素以及它们在风化成土过程中的迁移富集规律。结果表明：（１）在剖面中随着黄土与古土壤层的交替叠复,各组分含量由低－高或由高－低呈周期性变化。（２）碳酸盐含量的剧烈变化是影响黄土元素分布特征极为重要的因素,古土壤中一些组分的含量增高,主要是碳酸盐被强烈淋滤造成的相对富集。（３）在黄土风化成土过程中,ＣａＣＯ３、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、ＭｇＯ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ     

晚泥盆世古土壤元素地球化学特征及其古气候意义

有重要的地学意义。本文通过野外观察,结合常量元素、碳酸盐和磁化率,对祁连山东段甘肃白银地区晚泥盆世古土壤地球化学特征及古气候进行研究。结果表明：大红沟（DHG）剖面和磁窑（CY）剖面古土壤碳酸盐含量从剖面顶部向下是逐渐呈升高趋势,由于碳酸盐溶解度小,导致碳酸盐在土壤中聚集,形成钙质土壤表明气候环境是干旱或半干旱。通过对DHG和CY剖面样品常量元素分析,发现其化学成分相对均一,Na、Ca值较低,古土壤化学风化指数（CIA）平均值为46.59,显示出较弱的化学风化强度,气候环境为干旱。磁化率范围为3.14×10^-8 m³/kg～11.2×10^-8 m³/kg,磁化率的变化反映了古土壤的风化成壤强度的变化情况,DHG剖面的磁化率明显高于CY剖面,表明DHG剖面的风化成壤作用强,CY剖面的风化成壤作用弱。同时结合泥裂和肺鱼洞穴遗迹所反映的干旱—半干旱气候特征,推断研究区晚泥盆世时期气候以干旱—半干旱为主。     

不同粒级组分碳酸盐与碳同位素分布特征及其对风尘物源的指示意义

在科尔沁沙地采集沙地表土样品16组,松嫩平原杜蒙沙地样品15组,同期还收集了城市道路表土样品10组,对各组样品进行粒度分级（全样、>63 μm、63~30 μm、30~11 μm和<11 μm）,分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成。结果显示,不同区域不同性质样品各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度不同,科尔沁沙地最小（0.8%）,其次为杜蒙沙地（1.9%）,道路表土最大（2.7%）。大部分杜蒙沙地样品（66.7%）和小部分科尔沁沙地样品（37.5%）以及全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大,且变化模式各不相同。碳酸盐含量随粒度变细而增高是非匀速的,先是增幅较大（>63 μm→63~30 μm→30~11 μm）,后增幅较小（30~11 μm→<11 μm）。沙地样品碳酸盐含量与粒度的关系并不限于随粒度变细而增大这一种,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小,沉积物中碳酸盐含量随粒径变细而增高是否是一种普遍规律还需要更多区域的更多样品来检验。大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C值变化范围较小（<1.8‰）,并表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化幅度很小。杜蒙沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了杜蒙沙地与科尔沁沙地的碳酸盐差异值,不能作为区分杜蒙沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和杜蒙沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异（在63~30 μm粒级组分表现最为明显）,且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,说明它是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标,但是不同粒级组分碳酸盐δ13C组成的差异会随离中国西部沙漠沙地风尘源区距离的加大或者风尘物质成壤作用的增强而变大,增加其风尘源区示踪的复杂性。     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

网纹红土稀土元素分馏特征及其粒级效应的物源意义

网纹红土是南方红土中最具标志性的地层之一。本文以中亚热带地区典型网纹红土样品为研究对象,针对网纹红土原样及其分离出的红基质和白网纹3类样品的全样、<2μm、2～4μm、4～10μm、10～32μm、32～63μm和>63μm等不同粒级组分样品的稀土元素(REE)进行分析,研究中国南方网纹红土中红基质、白网纹和分粒级组分的REE分馏特征。结果显示:(1)白网纹的∑REE和各稀土元素含量均明显高于红基质,主要原因是白网纹中含有较多的锆石及高岭石等黏土矿物,也可能是稀土元素在两者之间的迁移导致了相对含量的变化。红基质Ce异常均大于白网纹的现象,指示了网纹的形成可能与氧化还原环境的差异有关;(2)网纹红土中REE含量存在明显的粒级效应,>2μm的粒级组分中,REE含量随着粒级增大而降低。网纹红土中<2μm组分的REE总量较低,可能与该粒级副矿物类型有关,相对酸性的环境对其影响有限;(3)不同样品间球粒陨石标准化稀土元素配分模式基本一致。在<32μm组分中,红基质和白网纹的LREE/HREE、Eu/Eu*等特征参数均十分接近,并与全样一致,而在>32μm组分中...     

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.