关中东部全新世黄土—古土壤序列粒度组分变化特征及古气候意义

通过在陕西关中东部的一条全新世黄土古土壤剖面(尧禾村剖面)进行高分辨率采样,对150个样品的粒度数据做了端元分析,并进一步对各端元组分含量在深度变化的时间尺度上做了小波变换。粒度端元分析结果认为,可以把代表3种不同沉积动力以及改造动力的组分端元分离出来。并结合磁化率、地球化学指标的对比分析,初步认为,尧禾村剖面端元1可能代表了沉积物沉积后在东亚夏季风作用下的风化及成壤改造作用;端元2可能代表了东亚冬季风作用下典型的风成黄土组分特征;端元3可能代表了区域东北风或北风搬运的近源沉积物。小波分析认为,各端元所代表的动力强弱大致在1.5,3.0和4.5 ka的尺度上具有较为明显的准周期性。通过对沉积物进行粒度端元划分,在识别沉积物沉积动力环境和物源特征上具有良好的效果,各端元组合特征能够很敏感地反映出沉积动力组合特征,对全新世各动力变化特征能够很好地反映,同时在更长时间尺度上重建古季风气候具有参考意义,应用小波分析对划分相应时间尺度上的周期性和推断未来可能的变化趋势提供了可能。     

甘肃庄浪全新世黄土土壤物源分析及古气候恢复重建

通过对六盘山西侧黄土地区进行详细的野外调查,在甘肃庄浪县城北水洛河第三级阶地平坦地面发现出露厚度3 m的全新世风成黄土古土壤剖面。确定以此为基础进行黄土古土壤物源分析及古气候恢复重建研究。在对该剖面土壤与沉积学宏观特征观察分析描述的基础上,从上向下,以每2 cm连续采样,共获得170个样品。在实验室进行理化指标分析和OSL测年、粒度成分端元分析和时间过程小波分析。结果表明,该剖面全新世黄土古土壤中可以识别出4个端元组分。它们分别代表了沉积物沉积后就地风化成壤改造作用、后期的淋溶淀积作用、西北冬季风和区域北风作用下的沙尘暴沉积作用。其中反应短尺度气候变化比较敏感的端元1组分在时间尺度上呈现出0.3 ka、0.7 ka、1.2ka、1.5 ka、1.8 ka以及2.4 ka的震荡周期。该研究结果对于推动量化分析六盘山西黄土高原全新世黄土古土壤物源和恢复重建该区域气候变化规律具有重要意义,也可为其他地区全新世气候变化过程恢复重建和区域对比提供参考材料。     

末次冰期以来辽东半岛风沙沉积的粒度端元特征与古气候演变研究

辽东半岛风沙沉积位于东亚季风区边缘和海陆交界地带,对研究东亚季风演化、海平面升降变化、古气候环境变迁等具有重要意义。采用参数化端元分析模型对辽东半岛整体厚320 cm的风沙沉积剖面的粒度数据进行分析,提取出反映沉积动力特征的3个端元组分,结果表明：1)EM1由细粉砂和极细砂组成,是受冬季风影响的敏感粒级,指示冬季风强度变化,EM2与EM3由粒径较粗的细砂和中砂组成,在低空地方风系作用下以尘暴形式对近地表粗颗粒沉积物进行搬运堆积;2)OSL测年结果显示剖面自末次冰期开始堆积,期间经历了冷暖旋回的气候变化,并发育相应的沉积地层;3)结合OSL测年结果,各端元含量、磁化率和中值粒径与深海氧同位素曲线变化趋势基本一致,说明辽东半岛风沙沉积揭示的沉积环境演变与全球环境变化密切相关,虽然存在一定的内部差异,但在反演古气候变迁方面仍具有很好的优越性,是研究渤海沿岸古环境特征的良好信息载体。     

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。     

甘肃灵台黄土-红粘土序列中坡缕石的分布及其古气候意义

坡缕石是典型的干旱、强蒸发环境的指示矿物,黄土-红粘土序列中坡缕石的分布对古气候和古环境重建具有重要的指示意义。本文对灵台任家坡剖面中黄土、古土壤和红粘土代表性样品进行了场发射扫描电镜和高分辨透射电镜观察,结果发现,在3.6Ma以前沉积的红粘土中存有大量的自生坡缕石,而在3.2Ma以来沉积的红粘土及其上覆黄土古土壤序列没有坡缕石。剖面样品扫描电镜原位观察形貌特征和微观结构显示,坡缕石属于成壤作用自生矿物,系由伊蒙矿物在富镁孔隙液作用下转化形成。灵台剖面中坡缕石消失的层位与红粘土磁化率升高和粉尘通量及沉积速率增加的层位相一致。坡缕石在剖面中的分布指示3.6～3.2Ma前后是东亚季风的重要转型期,东亚古气候格局发生改变,由连续干暖的夏季风占主导向干冷冬季风和暖湿夏季风高频强波动交替环境演化。     

粒度端元模型在新疆黄土粉尘来源与古气候研究中的初步应用

基于新疆伊犁盆地肖尔布拉克黄土剖面粒度数据,以贝叶斯粒度端元模型法为主,粒级标准偏差法为辅探寻对气候变化响应敏感的粒级组分及其对粉尘来源示踪和古气候重建的意义。研究结果表明粒度端元组分EM1（众数粒径:21.22 μm）代表大气粉尘中较为稳定的背景值,其含量的变化与高空西风环流强度有关。EM2（75.29 μm）主要代表了近源河流沉积物的悬移搬运组分,可视为较敏感的古气候指标。EM3（47.5 μm）也代表了近距离的悬移搬运组分,可能主要由较粗颗粒对地表的碰撞磨蚀作用而产生。EM2记录了深海氧同位素2阶段（MIS2）以来的北大西洋气候波动事件,如Heinrich事件、YD事件等。贝叶斯粒度端元模型能够区分不同的沉积动力过程,在新疆黄土古气候研究中具有广泛的应用前景。     

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。     

粒度端元记录的靖边地区MIS 3以来的气候变化

黄土作为典型的多物源沉积物,粒度分布常呈现多峰分布.端元分析可以从复杂的沉积物粒度中分离出代表不同沉积物源和沉积动力的端元组分,在黄土研究中得到了广泛应用.利用Paterson参数化端元模型对处于毛乌素沙漠东南缘的靖边三道沟剖面粒度进行端元分离与解释,并讨论其代表的环境意义.靖边三道沟黄土可分为4个端元:EM1(众数粒...     

河北坝上地区中晚全新世粒度端元分析及其环境意义

河北坝上地区地处东亚夏季风边缘,对气候变化响应敏感,是研究古气候环境演变的理想地区之一。本研究采用粒度端元模型分析方法对坝上地区2 m厚的典型风成砂-古土壤剖面沉积物粒度数据进行分离,同时结合粒度、磁化率和色度指标,探讨剖面沉积物各粒度端元所指示的环境意义以及坝上地区中全新世以来的环境演化过程。结果表明：1)白云湖剖面粒度组分分为3个端元,EM1代表区域暖湿气候背景下的风化成壤作用,间接指示区域的湿度状况;EM2代表区域风沙活动强度;EM3可能反映区域河流对基岩风化产物的搬运作用。2)研究区中晚全新世气候变化大致可以分为5个阶段：7.1 ka B. P.以前,风沙活动和河流搬运作用较强,气候表现为冷干特征;7.1～3.8 ka B. P.风沙活动减弱,气候温暖湿润,区域成壤作用加强;3.8～2.6 ka B. P.期间,气候波动频繁,处于暖湿-冷干过渡阶段;2.6～1.5 ka B. P.风沙活动增强;1.5 ka B. P.以来,气候由冷干向相对暖湿转变,成壤作用稍有加强。     

东北平原东部天恒山钻孔的粒度特征及其对地层划分的指示

东北平原东部荒山剖面是我国东北地区的第四纪典型剖面,但针对该剖面的地层划分和成因的研究尚存在不同看法,对其开展详细的粒度特征研究有望对该剖面的地层划分和地层成因提供进一步的认识。通过天恒山（THS）钻孔对该区地层进行高分辨率的粒度特征研究,并与黄土高原典型黄土进行对比。研究结果显示哈尔滨组地层平均粒径、中值粒径以及粒级百分含量等大幅度波动,呈现黄土-古土壤地层旋回变化特征,黄土层粒度粗,古土壤层粒度细,与黄土高原典型第四纪黄土的粒度特征一致。荒山组地层则呈现小幅度波动,沉积动力较稳定。哈尔滨组和荒山组的粒度频率分布、C-M图及粒度参数（平均粒径、标准偏差、偏度、峰度）等特征均存在显著差别,指示二者的沉积动力过程明显不同。基于以上粒度特征,结合沉积相特征和已有划分方法,THS钻孔中-晚更新世地层自上而下可划分为哈尔滨组和荒山组,并将哈尔滨组地层判定为风成堆积,将荒山组地层判定为河湖相沉积。      

Characteristics of Holocene Loess-Palaeosol Particle Size Composition and Paleoclimatic Significance in East Guanzhong,Shaanxi Province

This paper made an end-member analysis of particle size data collected from 150 samples based on the continuous Holocene Loess-Paleosol profile (Yaohecun profile) in east Guanzhong, Shaanxi Province. Wavelet analysis was also performed for the EMs along the time scale of depth.The result shows that three end members can be separated from different sediment particle sizes. Based on comparative analysis of magnetic susceptibility and geochemical index, it was considered that the End-member 1 might indicate the weathering and pedogenic remoulding after sediment deposition under the east Asian summer monsoon. The End-member 2 might indicate dynamic effect of dust storm accumulation under the influence of northwest monsoon, representing typical component characteristics of aeolian loess.The End-member 3 indicated the stronger transporting force for coarse components, which should belong to the northeasterly winds for the coarse-grained near-source sediments from the Yellow River flood plain. Results of wavelet analysis show that each EM has different periodic characteristics at 1.5 ka, 3.0 ka and 4.5 ka scales.The End-element analysis method has a good effect in indicating the sedimentary environment and provenance characteristics of sediments. The combination characteristics of each End-member can reflect the characteristics of sedimentary dynamics combination and can well reflect the Holocene dynamic change course. At the same time, it hasreference significance to reconstruct the paleoclimate on the longer time scale.The wavelet analysis method provides significant results in terms of inversion cycles and trends of dynamics change of sedimentary particle size within each EM.     

Quaternary environmental changes in tropical Lake Towuti,Indonesia, inferred from end-member modelling of X-ray fluorescence core-scanning data

Continental and marine sediments are composed of a mixture from different sources and are influenced by a variety of environmental factors and transport processes prior to deposition. For analysis and interpretation, these sources and processes are often challenging to disentangle. We show that end-member modelling of X-ray fluorescence (XRF) core-scanning data helps to overcome these challenges by unmixing different environmental signals from high-resolution sediment geochemical records. We apply this approach to a 100 m long lacustrine succession from Lake Towuti, Indonesia, to separate the regional climate and tectonic history from local ecological and diagenetic processes. The resulting six end-members (EMs) are interpreted to represent changes in ecological (EM1), climatic (EMs 2–4), tectonic (EM 5) and geomorphic (EM6) processes determining changes in sediment composition. Because end-member analysis allows for the tracking of transient and overlapping processes, climatic changes can be followed throughout the 100 m-long succession, suggesting alternating wet and dry periods in Central Sulawesi over long (several 100 000 years) time scales. We show that end-member analysis on elemental data sets offers a detailed and objective means to disentangle depositional processes in sedimentary successions resulting from varying tectonic and environmental factors involved in sediment formation and deposition.     

岷江上游新磨村湖相沉积物粒度端元反演及其记录的构造和气候事件

应用沉积物粒度端元分析模型对岷江上游新磨村湖相沉积高分辨率粒度数据序列进行了反演,分离出2个端元。根据端元的频率分布曲线和沉积学分析,并结合岷江上游的地质构造背景,分析了各端元与研究区物源和古地震活动的对应关系。EM1为震间期的湖泊沉积,代表风力近源搬运的极细颗粒组分;EM2为极端灾变(地震等)期间的湖泊沉积,代表风力为主和部分水力近距离搬运的细颗粒组分。对新磨村剖面分离出的EM2百分含量与中值粒径、20~63μm、63~200μm粒径组分、磁化率值及地球化学比值(SiO2/Al2O3、TiO2/Al2O3、CaO/Al2O3、Sr/Al2O3、Rb/Sr,Na2O/Al2O3)进行对比分析,各指标的突变明显受粒度变化控制,指示可能的地震事件,进而识别出26次地震事件。为确定地震事件所代表的地震震级,基于震级与累积砂层厚度关系进行估算,共获得16次5~6级,5次6~7级,5次>7级地震。因此,采用粒度端元模拟不仅可以分离出不同的粒径组分和各组分百分含量,有效识别出不同动力组分和沉积动力环境,还可以较好地厘定出沉积记录的构造事件(地震等)等,更好地理解构造活动在地质、地貌演化中的作用。     

渤海湾西岸CZ01钻孔沉积物粒度端元分析及其气候—海平面变化响应*

沧州地区位于海陆交互的渤海湾西岸,易受到海平面变化和极端气候事件的影响,对于全球气候变化的响应十分敏感。应用非参数化端元分析模型将沧州地区CZ01钻孔中更新世晚期以来的沉积物粒度划分出6个端元并分析其物源,结合已有地质记录,揭示不同时间尺度下各端元对气候—海平面变化的响应。结果表明: (1)EM1(5.01 μm)主要为远源的风尘输入,EM2(13.18 μm)和EM3(39.81 μm)为古黄河所携带的沉积物,EM4(69.18 μm)和EM5(138.04 μm)为海相沉积物,EM6(275.42 μm)可能指示古洪水等极端气候事件。(2)深海氧同位素(MIS)Ⅰ 阶段,气候温暖湿润,EM4+5含量指示渤海海平面整体呈波动上升的趋势并逐渐接近现代海平面。该阶段内由于11.5 ka BP左右的新仙女木事件以及5.1 ka BP左右冷干事件的发生,渤海海平面在稳定上升状态后出现停滞或小幅下降的现象; 而在9.5 ka BP、7.5 ka BP、5.8 ka BP和1.7 ka BP左右,东亚夏季风增强导致降水增加,渤海海平面升高。(3)MIS Ⅵ 阶段北半球气候冷干,150~132 ka BP左右因喜马拉雅运动减弱造成的区域沉降中心转移致使渤海海面升高。MIS Ⅴ 阶段气候波动剧烈: 在间冰期暖期(5a、5c和5e)气候暖湿,渤海海平面上升; 而MIS5b和5d时期渤海海面高度较低。MIS Ⅳ 阶段较MIS5a末期海平面突然下降后趋于稳定,期间出现若干次小规模海侵事件,可能与东亚夏季风频繁变化有关。MIS Ⅲ 阶段至末次冰盛期海平面大幅度下降且存在周期性升降变化,并在46 ka BP左右出现大规模海侵事件。MIS Ⅱ 阶段较MIS Ⅲ 阶段海平面出现小幅度下降,为低海平面时期; 伴随15 ka BP左右冰盛期的结束,东亚夏季风增强,海平面开始上升。渤海海平面180 ka BP以来的变化记录与北半球乃至全球范围内的地质记录存在一致性,与太阳辐射波动引起的冰川消融及东亚夏季风变化密切相关。     

南流江河口水下三角洲表层沉积物端元分析及其沉积动力环境意义

沉积物粒度分布特征可揭示沉积动力环境。基于广西南流江河口水下三角洲的粒度分析数据,采用Folk分类法进行分类,应用端元分析对其粒度数据进行分解,探讨了南流江河口水下三角洲的物源和现代沉积动力环境。结果表明,研究区表层沉积物可划分为9类,其中含砾沉积物5类,不含砾沉积物4类,沉积物类型与河口环境动力特征相吻合。端元分析结果显示,研究区有5个不同类型的端元,分别代表着5种类型的沉积物动力环境:端元1反映了风浪和潮流对表层沉积物的动力作用;端元2指示了外海涌浪对表层沉积物的作用过程;端元3代表了南流江冲淡水引起的表层沉积物的输运;端元4代表了大陆架残留沉积物;端元5为干扰端元,可能是由于工程建设等人类活动所引起的。利用端元分析探讨复杂环境(如小型山溪性河口)下的沉积动力环境时,一方面需要综合考虑研究区域的物源与环境动力特征;另一方面可以结合参数拟合、粒径趋势分析等研究手段。     

东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。     

白洋淀漕河全新世早期古洪水事件的沉积特征及气候背景

古洪水沉积物是研究地史时期极端降水事件和古环境演化的重要载体。基于地质记录开展古洪水重建研究,可以为揭示区域洪水历史过程及机制提供依据,对水资源利用和工程建设等具有重要的现实意义。本文以漕河古河道北岸出露较好的李迪城村剖面为研究对象,综合地层序列、野外沉积特征、沉积构造及沉积物粒度分析,对白洋淀地区漕河古河道沉积记录的古洪水事件进行了识别,发现该剖面具有以下主要特征:古洪水沉积层与下伏地层存在明显的冲刷侵蚀面,沉积体形态呈透镜状,由泥砾、炭屑、双壳类及灰黑色粉细砂混杂组成,发育中小型交错层理;洪水沉积物粒度指标(中值粒径、砂含量、黏土/粉砂值及Q90)表现为高值,以细砂为优势组分,含混杂的粉砂及少量黏土,分选较差;古洪水沉积层中古树与双壳类集中埋藏,呈定向排列,其指示的方向与遥感影像揭示的古河道方向一致。通过该剖面沉积特征及地层AMS ¹⁴C年代分析,确定漕河在全新世早期约10.8~9.6 ka BP发生了4期古洪水事件,这4期古洪水事件可以与该时期华北地区其它古洪水事件进行对比。当时正值全新世早期,东亚夏季风增强,为气温和降水频繁波动上升时期,据此推断白洋淀地区全新世早期的古洪水事件是当时气候背景下的产物。     

萨拉乌苏河流域MGS1层段微量元素记录的全新世千年尺度的气候变化

本文以毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面MGS1层段为代表,试图通过对其的微量元素分析结果探讨该地全新世千年尺度的气候变化.在分析的14种微量元素中,除Cr和Zn以外的12种元素P、Pb、Rb、Nb、Zr、V、Sr、Cu、Ni、As、Ba、Co含量在MGS1剖面的垂直方向上具有这样的分布规律:元素含量值在沙丘砂...     

南海西北与西南次海盆沉积通量及其控制因素

作为西太平洋陆源沉积"源-汇"过程的重要场所,南海海盆半封闭的构造环境使得其与开放大洋的物质交换十分有限,沉积物保存基本完整,可以建立起南海沉积过程与区域重大构造事件、气候变化、海平面变化等之间的系统联系.选取南海西南与西北两个次海盆为对比研究区,基于穿越海盆的高分辨率多道地震测线和国际大洋发现计划(Internati...