中国南方红土环境磁学

第四纪红土是中国南方古环境演化与气候变迁的最佳载体之一,记录了南方的古地理、古气候环境变迁信息.典型红土剖面由现代红壤层、均质层、网纹层、砾石层或基岩层组成,均质红土磁化率值多在80×10-8～250×10-8 m3/kg,网纹红土磁化率约低一个数量级.红土的磁化率-温度(χ-T)曲线、等温剩磁获得曲线、XRD和TEM分析认为,成土过程产生的细粒磁性矿物(包括磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿)是红土磁性的主要载体.对红土的岩石磁学和矿物学综合分析认为,红土磁性矿物的含量、粒度、类型等可能指示其形成时期的某种环境变化,红土磁性是南方第四纪环境变迁研究的重要手段,但由于红土的物源以及受后期化学风化改造的复杂性,红土的环境磁学研究需要新的思路和方法.     

陕西旬邑新近系化学地层与环境变迁

陕西旬邑下墙剖面化学组成的系统测试资料、年均温度与年均降水量的定量计算揭示出 :该区红土堆积时的气候总体上比第四纪黄土堆积时的要暖湿 ,在暖湿背景下 ,早期相对较凉干 ,中期最暖湿 ,晚期较暖湿。进入第四纪后 ,气候突然变冷变干。如更进一步细分 ,新近系红土段自下向上存在着由相对凉干—相对暖湿的四个百万年级气候旋回 ,其中第二、三旋回之间 ,即第 17与第 16层组之间 ,有气候较明显降温变干现象 ,它有可能主要是北极冰盖形成的影响所致。进入第四纪的突然明显变冷变干可能主要受控于当时青藏高原剧烈隆升作用。剖面上化学组成的变化在地层划分上有重要意义 ,从旬邑剖面的地化资料出发 ,并参考岩性、磁化率等将第四系底划在第 13层组顶 ,上新统底划在第 17层组与第 18层组之间     

南昌市厚田沙地末次冰期风沙沉积的磁化率特征及其环境意义

鄱阳湖滨周围和赣江下游沿岸广泛分布着一系列风成砂山。为了探讨南方风沙沉积的磁化率特征及其环境意义, 本研究对鄱阳湖南部之厚田剖面的古风沙沉积进行了光释光测年、磁化率、粒度和重矿物分析。结果表明: ① 沙丘砂层的磁化率整体较低, 平均粒径 (Mz) 较粗, 成熟度指数 (ZTR) 较低而风化指数 (HW)较高, 说明风化程度较低, 形成于冬季风强盛、干燥寒冷的气候条件下; 砂质古土壤层的磁化率较高, Mz较细, ZTR指数较高而HW指数较低, 说明风化程度较高, 形成于冬季风较弱、夏季风较强, 温暖湿润的气候环境下。② 厚田剖面第Ⅰ (77.0~57.1 ka)、Ⅲ (49.7~36.8 ka)、Ⅴ (29.7~14.9 ka) 阶段依次对应深海氧同位素的MIS4、MIS3b、MIS2, 指示为冷期, 冬季风强盛, 磁化率较低; 第Ⅱ (57.1~49.7 ka)、Ⅳ (36.8~29.7 ka) 阶段分别对应MIS3c和MIS3a, 指示为暖期, 夏季风强盛, 磁化率较高。这些气候变化特征与黄土高原渭南剖面、深海氧同位素和中国亚热带洞穴石笋δ18O记录具有良好的对比性。因此认为, 磁化率在南方风沙沉积中可以有效揭示气候变化。     

大别山北麓黄土-古土壤Rb、Sr与磁化率及其古环境意义

对大别山北麓0.78 Ma以来的黄土-古土壤样品的磁化率及Rb和Sr的地球化学特征研究表明,相对高的w(Rb)和w(Rb)/w(Sr)值及低w(Sr)值指示夏季风占优势的湿润时期,对应古土壤层;相对低的w(Rb)和w(Rb)/w(Sr)值及高w(Sr)值指示冬季风占优势的干旱期,磁化率相对较低,对应黄土层。剖面的w(Rb)/w(Sr)值自下至上降低反映大别山北麓地区的风化作用逐渐减弱,也揭示自0.78 Ma以来气候具有由湿向干的趋势;磁化率与w(Rb)/w(Sr)值的对比分析表明,它们的变化曲线存在显著不同,原因可能是由于磁化率在古土壤中的增强机制比较复杂所致,w(Rb)/w(Sr)值作为气候替代指标比磁化率更灵敏。与洛川剖面相比,大别山黄土-古土壤的w(Rb)较高而w(Sr)较低及Rb、Sr较强的分异能力特征反映了大别山气候整体较为温湿,沉积物遭受的风化程度更强。     

鲁西地区含白云石碳酸盐岩的矿物学特征及其形成环境分析

白云石的成因受到地质学界的广泛关注,现今在实验室中能够利用微生物合成高有序度的白云石,但天然白云石的成因与原始沉积环境特征的相关性并未完全揭示。本研究选取鲁西地区馒头组含白云石碳酸盐岩沉积地层为研究对象,通过矿物学、元素地球化学等分析,初步判断该地层白云石成因并重建白云石地层的古沉积环境,探讨了两者之间的关系。结果表明：白云石含量在本套地层中的均值为52.45%。Sr/Cu值(均值为23.59)与Ga/Rb值(均值为0.17)指示其整体表现为炎热干旱的古气候特征。δ¹³C值(均值为-1.56‰)与δ¹⁸O值(均值为-6.68‰)指示本套地层为海相沉积,推测古水温平均为23.5℃,古氧化还原特征表现为弱还原至常氧化的平稳过渡。灰岩地层δ¹³C值平均为-0.80‰,而白云岩地层δ¹³C值平均为-6.52‰,存在轻碳的明显富集,结合宏观叠层构造,判断白云石为生物成因。本研究中白云石沉积环境中的古气候、古氧化还原条件、古水温和古生产力特征与白云石发育情况存在明显耦合,为白云石生物成因提供了相关依据与指示意义...     

新疆罗布泊湖盆沉积物剖面粒度与磁学特征及沉积环境

通过对新疆罗布泊东南部阿奇克谷地西部LB剖面沉积物中的粒度组分及磁化率特征进行研究,综合沉积序列及岩性变化特征,分析了罗布泊阿奇克谷地第四系以来的沉积环境。结果表明,LB剖面湖相沉积物粒度组分主要集中于粉砂粒级,沉积物含有少量亚铁磁性矿物,超顺磁颗粒物含量较高。沉积物磁化率值的大小与粒度存在相关性,沉积物的中值粒径、粘土组分(小于2μm)及砂组分(大于63μm)含量与磁化率呈正相关,粉砂组分(2~63μm)含量与磁化率呈负相关。根据沉积物的粒度与磁化率组合的变化特征,结合岩性特征,将LB剖面划分为4个阶段:新近系末期(4.14~3.32m)气候以暖干为主;中更新世晚期(3.32~2.93m)粗颗粒呈现先降低后增加的趋势,水动力增强,磁化率的波动升高并保持较高水平,气候转向暖湿;晚更新世(2.93~1.44m)气候湿润,入湖的河道与水流量不断的发生改变,河流带入湖中的的外源物质的量不稳定,粒度和磁化率值波动变化较大,气候呈现暖干—暖湿的波动变化;全新世时期(1.44~0m)沉积物颗粒偏粗,磁化率值呈波动增加趋势,气候向冷湿转变,最终向干旱化发展。第四系以来沉积环境与古气候均有明显变化,本区气候环境经历了暖干—暖湿—暖干—冷湿的变迁过程,并最终向干旱趋势发展,体现为冷期湿润、暖期干旱的特征。     

南京下蜀黄土记录的250~100ka期间的环境演化信息

下蜀黄土记录了东亚季风环境演变的重要信息,是全球气候变化研究的重要载体。通过对南京仙林(XL)剖面下蜀黄土地球化学元素、风化指标和磁化率指标的综合分析,讨论了南京下蜀黄土的化学风化程度及沉积环境。研究结果表明,南京下蜀黄土的常量元素与上陆壳化学组分接近,显示其物质来源比较稳定,在堆积以前经历了充分的混合。XL地区的沉积环境比洛川黄土沉积环境要湿润,与洛川古土壤、镇江下蜀黄土的沉积环境接近,处于较为湿润条件下形成的中等风化阶段。在250~100ka期间,XL剖面的沉积环境经历了冷干-暖湿-冷湿-暖湿的变化特征。同时,长江中下游地区在此期间具有风化成壤作用逐渐增强、气候逐渐暖湿、东亚夏季风逐渐增强的特点。     

重庆地区江北砾岩北碚附中剖面 磁化率特征及其环境意义

选取砾岩层填穴物、砾石层局部胶结填穴物、砂岩层新鲜岩石作为分析样品,运用了磁化率值、¹⁴C测年、磁铁矿含量、氧同位素分析等方法进行测定和研究。结果表明,江北砾岩北碚附中剖面,磁化率值的变化与磁性铁矿含量有较好的一致性,磁化率曲线与氧同位素曲线变化特征具有较好的对应性。江北砾岩北碚附中剖面岩层的磁化率能指示晚更新世晚期的环境变化,包含了2个较短的暖湿期和3个较长的冷干时期,而干冷时期内又存在很短暖湿期。     

青海湖东岸全新世风成沉积地球化学特征及其古气候意义

青海湖地区因独特的地理位置,其古气候演化一直为学者们所关注。由于各类环境替代指标的多解性,以往研究中对青海湖地区末次冰消期以来特别是早全新世的气候特征存在不一致的认识。对青海湖东岸种羊场风成沉积物的元素地球化学特征及其古气候意义进行分析,结合磁化率、粒度和色度指标重建了过去约11 ka青海湖地区古气候演变过程。结果表明:1）化学蚀变指数（CIA）值和Al₂O₃-（CaO*+Na₂O）-K₂O（A-CN-K）三元图指示种羊场风成沉积经历了弱风化、中等程度的风化强度。CIA值的波动变化反映青海湖地区全新世期间经历了较大的干湿变化。2）亮度（L*）与总有机碳（TOC）含量呈高度负相关（R2=0.71,P<0.01）,可以间接地反映研究区古气候演变过程。3）种羊场（ZYC）剖面的多指标分析结果和剖面地层特征揭示青海湖地区在11.0~6.5 ka B.P.时期,风化作用较弱,气候可能相对温暖干旱;6.5~1.1 ka B.P.时期风化作用可能较强,为暖湿期,与古湖岸堤记录的湖面变化较为一致;1.1 ka B.P.至今,气候变得干旱。4）亚洲季风和太阳辐射的强弱变化可能造成有效湿度的高低变化,从而导致青海湖地区全新世气候干湿交替变化。     

基于SEM的辽南红色风化壳石英颗粒化学成因特征分析

石英颗粒表面形态特征广泛应用于古气候与古环境的重建。本研究选取辽南地区3个红色风化壳剖面,运用扫描电镜对其石英颗粒表面化学成因特征进行分析。然后根据化学成因特征构建化学作用度函数并建立量化指标,以揭示气候因子对石英颗粒表面改造的影响,在此基础上分析辽南地区红色风化壳发育特征的空间差异。结果表明：石英颗粒表面化学成因的特征以代表湿热气候的高能化学环境为主,指示风化壳在形成过程中经历了湿热的气候环境;将石英颗粒表面化学作用度与化学蚀变指数(CIA)进行比较,两者具备较强对应关系,且变化趋势呈现出很好的同步性,具有较强拟合性,进一步证明了石英颗粒表面化学作用度对气候环境的指示作用;对比各剖面化学作用度,剖面之间呈现出一定的差异性,从整体来看,辽南中部红色风化壳发育程度最高,东、西部红色风化壳发育程度次之。     

宜昌三斗坪地区南华系化学蚀变指数特征及南华系划分、对比的讨论

化学蚀变指数(chemicalindexofalteration)最早作为判别源岩区化学风化程度的指标而提出,随后又应用于对沉积物沉积环境的判定。化学蚀变指数的表达式为CIA=n(Al2O3)/[n(Al2O3)+n(CaO)+n(Na2O)+n(K2O)]×100。CaO代表硅酸盐中的CaO,n(CaO)=n(CaO)-n(CO2,方解石)-0.5·n(CO2,白云石)-10/3·n(P2O5)。化学蚀变指数研究样品的选取极为重要,最佳岩性为细碎屑岩,需要清除成岩过程中钾交代作用的影响。用成分变异指数(ICV)来判别沉积再循环作用和沉积物成分被改造的程度。用A—CN—K三角图解来判别物源区的源岩性质和样品钾交代的特征及其风化趋势。宜昌三斗坪地区南华系CIA研究表明该区南华系下统莲沱组下部的CIA值在50~65之间(干燥寒冷),上部为65~75之间(温暖潮湿)和顶部为55~60之间(干燥寒冷);南华系上统南沱组的CIA值基本在60~65之间(干燥寒冷),近顶部两个样品的CIA值达70(温暖潮湿)。上述CIA值变化表明本区南华纪经历自老到新由冰期干燥寒冷—间冰期温暖潮湿—冰期干燥寒冷沉积环境的变化过程。本文据此提出了新的扬子古陆南华系新的划分和对比方案。     

贵州老万场金矿床红土化作用及对金赋存状态的制约

红土的矿物成分、硅酸盐成分和化学蚀变指数(CIA)特征表明,贵州老万场红土化过程经历了粘土化、铝土矿化、铁化三种化学风化作用;地球化学上属早期红土化作用阶段.风化过程中K2O、Na2O、CaO相对于Al2O3的淋失量很高,显示较强的化学蚀变作用.红土剖面中成矿元素Au、As、Sb含量变化很大.Au通常为40～4 551 ng/g;Sb普遍小于0.1%;As通常为0.n%,最高1.8%.它们普遍高于大厂层硅质岩中相应成矿元素的含量.红土化过程中,Au、As的富集与Fe的富集作用有明显的关系,并与红土剖面中相对还原的部位有关,而Sb则在相对氧化的环境中聚集.红土剖面中稀土元素含量普遍较高,轻重稀土元素之比通常小于10,稀土元素分布模式非常相似,与大厂层稀土元素特征有明显差别.微量元素图解显示红土剖面中的大离子亲石元素、不相容元素与大厂层也有明显的不同.成矿元素间的差异性也很明显,表明大厂层岩石可能并不为老万场红土层的发育提供直接的物质来源,红土层的发育似乎与后期第四系的冲积物、洪积物有关.成矿物质也可能不与大厂层直接有关.带能谱的透射电镜(TEM-EDX)观察表明金的存在形式多样,虽然金主要以浑圆状的自然金颗粒产出,但也可以被针铁矿(含砷针铁矿)、石英硅质吸附,或被伊利石等吸附.显示红土化过程中铁还原作用对金富集的重要性.     

赣北鄱阳湖地区土塘剖面第四纪红土地球化学特征及古气候意义

赣北鄱阳湖地区土塘剖面发育第四纪红土,自下而上可分为强网纹红土层、弱网纹红土层、微网纹红土层、均质红土层和下蜀黄土层。基于常量元素、粒度分析数据以及前人年代框架,初探土塘剖面化学风化特征及其古气候意义。(1)土塘剖面粒度组分均一,常量元素含量相近,风化淋溶强烈。(2)土塘剖面各地层间化学风化强度存在差异:下蜀黄土层为初期的去Na、Ca阶段;均质红土层为中期的去K阶段;微网纹红土层由去K阶段向去Si阶段过渡;网纹红土层已完全进入晚期去Si阶段。剖面常量元素的相对迁移能力为:Na₂O>MnO₂>CaO>P₂O₅>MgO>K₂O>SiO₂>Al₂O₃>TiO₂>Fe₂O₃。(3)中更新世以来赣北鄱阳湖地区气候总体上由暖湿趋于干冷,期间伴随多个明显的干湿旋回佐证强烈的淋溶与干湿交替作用是网纹红土发育的重要驱动因子。     

广西百色盆地更新世沉积物中粘土矿物特征及其古气候指示意义

为研究百色盆地红土剖面中粘土矿物的特征并恢复盆地中更新世以来的古气候演化序列,利用X射线衍射分析对百色盆地大旺红土剖面中粘土矿物进行了深入、系统的研究。结果表明,沉积物的粘土矿物组成主要为伊利石、高岭石及蛭石(或羟基铝蛭石),但在约0.26Ma处其相对含量出现明显变化,表明百色盆地中更新世中期至晚更新世早期表生风化作用逐渐加强,其气候条件经历了从"相对干凉→暖湿"的演化。这一结果与河湖相沉积物磁化率所记录的MIS 7.5(0.26Ma)"冰期→间冰期"转折时期相一致。沉积物中伊利石结晶度结果显示,其(001)衍射峰半高宽值从早期的相对平稳转变为晚期的波动性变化,说明百色地区气候经历了相对冷干到相对暖湿的转型,与粘土矿物相对含量变化、河湖相沉积物磁化率变化、邻区钙华沉积及南海各古气候指标所揭示的记录相一致。     

土耳其Nallihan黄土-古土壤岩石磁学特征及其环境意义

黄土广泛分布在东欧和西亚地区,但位于欧亚大陆连接地带的土耳其未见风积黄土的报道,本文对位于土耳其首都安卡拉西北的Nallihan新发现的黄土-古土壤剖面进行系统的环境磁学研究,结合粒度参数和稀土元素指标,讨论土耳其黄土的成因和磁化率变化机制.研究结果显示:土耳其Nallihan S0～L3黄土剖面与典型风积的西伯利亚和中国西峰黄土的粒度特征图形态相似4暗示它们的成因相似性;稀土分配模式与黄土高原黄土基本一致,为上地壳平均值,指示了风积黄土在搬运过程中经过充分混合,整个剖面上下稀土模式分配高度吻合,说明研究区黄土堆积期间物源区相对稳定.热磁和磁滞分析表明样品的主要载磁矿物是亚铁磁性矿物磁铁矿/磁赤铁矿.该剖面磁化率在古土壤获得高值,在黄土层获得低值,磁化率与成土作用和指示细颗粒磁性矿物贡献的xfd％、xARM正相关,说明成土作用生成的细颗粒亚铁磁性矿物是磁化率增强的主导因素,土耳其黄土剖面磁化率总体上低于中国黄土高原地区黄土.该黄土剖面中有一层古土壤层S2,其顶部覆盖一层砾石层,说明在该间冰期发生过洪水作用,将高坡风化的砾石层冲到土层中堆积下来,在该砾石层之下的古土壤层,磁化率降低,可能与该时期土壤层湿度大,形成湿润氧化环境,导致部分强磁性的超顺畅/稳定单畴(SP/SSD)颗粒磁性矿物转化为弱磁性矿物,使得磁化率降低.     

黔南—桂北地区南华系化学地层特征

化学蚀变指数(chemical index of alteration)(CIA)最早作为判别源岩化学风化程度而提出, 随后又应用于对沉积物沉积环境的判定。化学蚀变指数的表达式为CIA={n(Al2O3)/[n(Al2O3)+n(CaO*)+n(Na2O)+n(K2O)]}? 100。CaO*代表硅酸盐中的CaO, n(CaO*)=n(CaO)?n(CO2方解石)??n0.5?n(CO2白云石)??10/3?n(P2O5)。化学蚀变指数样品的选取极为重要, 最佳岩性为细碎屑岩, 并需清除成岩过程中钾交代作用的影响, 以及采用成分变异指数(ICV)来判别沉积再循环作用和沉积物成分被改造的程度。使用A-CN-K三角图解判别物源区的源岩性质和样品钾交代的程度及其风化趋势。黔南—桂北地区南华系的CIA研究表明: 该地区南华系下部的长安组其下部CIA值为60~65之间, 中部为70~5, 上部回落到65~70之间。南华系中部富禄组CIA值高, 在85~95之间。南华系上部的南沱组CIA值再次回落到60—65的范围。上述CIA值的变化表明本区南华纪时期自老至新经历多次由干燥寒冷—温暖潮湿气候期的变化。本文据此提出扬子地块南华系新的划分、对比方案。     

洞庭盆地第四纪红土地层及古气候研究

洞庭盆地周缘广泛发育着第四纪红土地层,我们在野外对典型红土剖面进行了考察,并在岳阳市月山红土剖面进行了取样,在室内对土壤样品进行了磁化率、粘土矿物和粒度等实验分析,从而对洞庭盆地第四纪红土地层的剖面特征进行了研究,在此基础上,对洞庭盆地第四纪古气候变迁进行了探讨。月山红土剖面地层界限清晰,剖面特征明显,与中国南方其它的红土地层具有较好的地层对比性。月山红土剖面磁化率和粘土矿物分析表明:中更新世早期洞庭盆地气候干凉,中更新世晚期转为湿热;晚更新世早期气候仍保持湿热,晚更新世晚期则转为干凉;全新世以来洞庭盆地的气候再次转为湿热。粒度分析表明月山红土剖面第四纪沉积物的沉积环境为洪水盆地中的泛滥平原环境。     

桂林水南洞洞穴沉积物的古地磁记录及其古环境意义

通过对桂林水南洞2.5m厚的洞穴沉积物剖面的古地磁初步研究,其结果及地质证据表明该沉积剖面形成期可能与贾拉米洛正向期对应。根据磁化率、磁性矿物的特征和沉积学特征,对该地区这一地质时期的古环境变化提出以下认识:1.第三暖湿期,以钙华沉积为特征;2.第二干冷期,以含有少量钙质的黄褐色粘土为特征,并以含有高矫顽磁性矿物和低磁化率为特征;3.第二暖湿期,以互层的红褐色粘土、含高含量钙质的粘土或钙华为特征,并以含有低矫顽磁性矿物和高磁化率为特征;4.第一干冷期,以褐灰色粘土为特征,并以含有高矫顽磁性矿物和低磁化率为特征;5.第一暖湿期,以地下河沉积相(砂卵石为主)为特征。      

澳大利亚悉尼中新世古土壤形成时期的古气候特征

澳大利亚悉尼地区普遍分布着一套中新世早期(17Ma B.P.)发育的砖红壤地层,本文选取该古土壤剖面作为研究对象,进行了常量元素、岩石磁学和土壤色度测试.通过化学蚀变指数(CIA)、磁化率(x)、磁性矿物居里温度(TC)、土壤红度(a *)等环境代用指标,结合现代土壤诊断学特征进行综合分析,得出以下结论:1)该中新世古土壤形成时期地表化学风化作用十分强烈,悉尼地区当时可能为湿热的热带气候,通过古土壤化学风化指数对悉尼地区当时降水量进行半定量重建,年平均值高达1471.22mm;2)丰富的降水使土壤发生脱硅富铝铁过程,铁、铝氧化物沿地层自上而下淋溶淀积,在剖面底部富集形成铁结核和铁盘层;3)该古土壤剖面自上而下磁性矿物种类发生规律变化,磁性矿物由磁铁矿→磁赤铁矿化的磁铁矿→磁赤铁矿→赤铁矿逐渐转变,尤其是磁赤铁矿和赤铁矿的大量富集,说明古土壤形成时期对应着一种高温氧化环境.     

北京怀柔地区白云岩蚀变过程中的元素含量两端元混合模型

蚀变岩是研究热液成矿作用的重要对象。北京怀柔杨树底下金矿区白云岩蚀变特征清晰,选择矿区一条白云岩蚀变剖面开展元素地球化学特征研究。在蚀变剖面两端采集白云岩样品2件,剖面中部采集不同蚀变程度的蚀变岩样品2件,针对剖面中的石英脉采集样品2件,分析6件样品的11项主量元素(或氧化物)和39项微量元素的含量。测试结果表明位于剖面两端的2件白云岩样品具有相似的化学组成,2件邻近的石英脉样品的元素含量也相一致,而2件不同蚀变程度的蚀变岩的化学组成存在显著差异。基于两端元混合模型,首先确定白云岩和石英脉两个端元的化学组成,进而依据11项主量成分分别采用正比例函数法和坪台法计算两端元的混合比例。结果显示正比例函数法计算结果受元素含量单位影响显著,即具有拟合结果受最大值控制的技术缺陷,而坪台法采用元素比值的中位值克服了正比例函数法的技术缺陷。基于坪台法计算的端元混合比例,分别计算2件蚀变岩样品中39项微量元素的理论含量值,结果表明在可靠的测试数据基础上微量元素的理论计算值与实测值在实验误差范围内相一致,说明两端元混合模型可以很好地刻画杨树底下金矿区白云岩蚀变产物的地球化学特征。研究结果这为揭示该区白云岩蚀变的形成机制提供了地球化学依据。