第四纪网纹红土的类型与网纹化作用

第四纪网纹红土在中国南方红土发育区内广泛分布,具有特殊的结构,是第四纪红粘土的重要组成部分,按照质地网纹红土可分为均质类网纹红土和非均质类网纹红土。测试结果显示:（1）均质类网纹红土的粒度组成以粉砂（5～50 μm）和粘粒（<5 μm）为优势粒级,砂（>50 μm）含量很小,不足3%;粒度频率曲线多数呈单峰正偏形态,众数峰值位于5.5～6.5之间,部分呈双峰形态,两个峰值分别位于6和8附近;CIA值较高（84.31%～89.26%）,ba值较低（0.19～0.30）;稀土元素平均含量和分布模式与风尘沉积相似,87Sr/86Sr值与佳县上新世红粘土接近;εNd（0）介于-10.54～-12.66之间,表明物质源区基本稳定;均质类网纹红土的理化特征体现了风成沉积的特性和风化成土作用的显著影响,可称之为加积型网纹红土。（2）非均质类网纹红土发育自冲洪积相、坡积相沉积物或基岩风化壳红土,土体粉砂含量明显减少,多小于50%,砂含量大大增加,>50 μm和>250 μm粒级的离散系数较高,指示了显著的非均质特征;CIA值多数大于84%,化学元素和风化指标的离散系数多小于10%,显示其经历了较为强烈和稳定的风化作用。第四纪网纹红土的形成先后经历了风化成土过程和网纹化过程,南方红土区在网纹红土发育期内具有整体湿润的气候条件。     

长江中下游地区第四纪红土磁学特征及其环境意义

通过采集长江中下游湖南长沙(CS)、岳阳(HN)、江西南昌(NC)、新余(XY)和浙江金华高村(GC)5个剖面不同层位的红土样品,对其粒度和多种磁学参数进行测量和分析,探讨了红土剖面随深度变化的成土作用强弱以及多磁学参数在揭示我国南方红土第四纪气候演化信息的价值。结果表明:①粒度分析显示,红黄土交接带(约28°~31°N)的CS、HN、NC、GC 4个剖面的红土粒度与北方黄土和下蜀黄土有很好的可比性,具有明显的风成特性;位置更偏南的XY剖面红土颗粒较粗,10~50 μm粒组富集不明显,具有典型的冲积相特征。②各红土剖面的多磁学参数分析表明,成土过程中产生的磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿是红土磁性的主要载体。③同一红土剖面内,不同沉积结构的磁性矿物含量和组成具有很大差异。下部网纹红土中赤铁矿的含量较高,磁赤铁矿的含量较上覆均质红土或黄棕色土低,揭示了网纹红土形成于中国南方一个极端湿润期,长期剧烈的水分活动导致均质红土中磁赤铁矿的溶解和铁质的流失,同时较强的成土作用使强磁性的磁赤铁矿向弱磁性的赤铁矿转化,从而导致网纹红土的磁化率比上覆均质红土或黄棕色土低了一个数量级。④具有冲积相特征的XY剖面磁学特征与其他风尘成因红土(特别是NC剖面)差异甚大,可能成为它具有不同物质来源的一个佐证。     

浙江金衢盆地界首红土剖面磁性特征及环境意义

通过对浙江金衢盆地界首红土剖面的研究, 探讨其磁性特征垂向变化、影响因素及其古环境意义。结果表明, 界首红土剖面粒度组成以粉砂(4~63μm)和粘土(<4μm)为优势组分, 砂含量极少,"风尘基本粒组"(10~50μm)含量较高, 平均值为34 %, 呈现出一定的风成特性。粒度频率分布曲线显示, 剖面上部(0~430cm)与剖面下部(430~920cm)具有相似的特性, 但剖面下部更为复杂, 混杂有粗粒级组分。粒度与磁性特征的相关分析表明, 亚铁磁性矿物与粉砂粒级组有密切关系, 而不完整反铁磁性矿物多赋存于细粒级的粘土组分中, 并具有附着于石英颗粒表面的特征。界首剖面下部地层中尽管存在近源搬运或水成成因的粗粒级组分, 但因其含量极少, 对磁性特征的贡献往往被含量较多的细粒级组分所掩盖。该剖面磁性矿物组合自底部向上由不完整反铁磁性矿物主导向亚铁磁性矿物主导变化, 这一变化特征与九江九庐(JL)风积成因红土剖面具有极大的相似性, 反映了气候变化通过影响红土风化成土形成的磁性矿物组合, 控制了南方红土磁性特征的变化。总体上, 界首红土剖面的磁性特征自下而上的变化指示了中国南方自中更新世以来气候由湿热向冷干演变的趋势。     

九江红土的磁学特征及其环境意义

为了解南方红土磁性变化的机理,采用磁化率仪、扫描电子显微镜及X荧光光谱分析对九江红土剖面的磁性特征、磁性矿物的特征及风化程度进行了深入研究。研究结果表明,九江剖面上部砂土经历的风化改造强度弱于下部的网纹红土,而磁性强度高于下部网纹红土,磁性强度的增加与超顺磁颗粒及多畴磁铁矿的含量密切相关;风化强度的增加导致磁铁矿的晶形遭到破坏,同时导致红土中强磁性矿物向弱磁性矿物转化,这是造成网纹红土磁性强度低于砂土的主要原因;红土中的多畴磁铁矿并不是形成于风化成土作用过程中,而是来自红土原始母质的风化残留。从中更新世到晚更新世气候由湿热向冷干转变,风化作用强度逐渐减弱,导致上部砂土相对于网纹红土保留了更多的强磁性矿物。因此,红土中主要的载磁矿物并不是风化成土过程中的产物,其磁性特征不能反映气候环境的变化。     

成都平原红土堆积的风成成因证据

成都平原地区的红土剖面一般由3部分构成,自上而下分别为成都粘土层、网纹红土层、河流相砂砾石层.文章对位于成都双流的胜利红土剖面样品的粒度、石英颗粒表面形态以及稀土元素分布模式进行了系统分析,并将研究结果与甘孜地区的典型黄土样品进行了对比.结果表明,红土剖面中的成都粘土、网纹红土层是以具有风成特性的细颗粒物质为主,并且其粒度分布及粒度参数特征与甘孜地区典型风成黄土样品非常相似,而与该剖面中下伏的河流相样品有很大不同.成都粘土及网纹红土样品的石英颗粒与甘孜黄土及北方黄土一样,大多数都呈不规则的棱角状、次棱角状.红土堆积的稀土元素分布模式与甘孜黄土也非常相似.所有这些证据都表明成都平原红土剖面中的成都粘土及网纹红土层属于风成成因.本次分析结果结合以前的研究表明,第四纪中期整个长江流域的环境状况发生了很大变化,主要表现为冰期时植被覆盖率的大幅度降低,而青藏高原在此时期的快速隆升可能是形成该区环境变化的直接原因.     

岭南东江流域末次间冰期强网纹红土主元素特征

岭南东江流域临江剖面下部含一套总厚约4.35 m的弱网纹红土和强网纹红土,其顶部热释光(TL)年龄为(71.4 ±6.6)ka B.P.;与邻区地层对比推测,该强网纹红土形成时代为末次间冰期.该强网纹红土主元素分析结果显示,其以湿润型元素SiO2、Al2O3和TFe为主,分布范围依次60.32%～67.81%、17.52%一21.32%和4.17%-5.96%;干旱型元素Na2O、CaO和MgO含量均小于0.50%,表现为强烈淋溶.该强网纹红土主元素分布特征、风化特征值、CIA(化学蚀变指数)值都表明其属中等富铝化红土,其风化强度稍低于广西百色网纹红土而接近于江西修水网纹红土.     

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80×10-8~250×10-8m3/kg,网纹红土磁化率约低一个数量级。红土的磁化率-温度（-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。     

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。     

九江地区网纹红土的时代

长江中下游地区广泛发育网纹红土。本文对九江长虹大道剖面进行了初步研究。该剖面地层自下而上可分为河流相冲积砂砾石、以发育水平状网纹为特征的铁质网纹红土、以垂向网纹为特征的网纹红土、红色粘土和风成下蜀黄土,分别厚3.3、4.5、5.9、3.6和4.1m。磁性地层研究结果,布容正向极性带/松山反向极性带的界限出现于网纹红土层中部,距顶深部12.9m处;贾拉米洛正向极性亚带出现在铁质网纹红土层中,距顶深度15.1-16.1m处。根据CandeandKent古地磁极性年表的模式年龄和热释光年龄,计算出沉积速率,进而计算出各层的界限年龄。结果表明,铁质网纹红土沉积于1232-869kaBP;网纹红土大约沉积于869-392kaBP;红色粘土沉积于392-101kaBP。九江长虹大道剖面代表了该地区从河流沉积、铁质网纹红土、网纹红土、红色粘土到风成黄土沉积的演变过程,并显示出准0.4 Ma的周期变化。这与黄土高原、青藏高原构造层和地球公转轨道偏心率变化所反映的准0.4 Ma构造气候旋回基本一致。      

庐山北麓JL红土剖面粉砂粒级元素地球化学特征及其物源意义

加积型红土是中国南方第四纪环境变化研究的重要陆相载体,其沉积母质显示风成特性,后期经历较强的化学风化。为了明确加积型红土的物质来源,并减弱风化效应对其物源信息的影响,本文提取了庐山北麓JL红土剖面(厚18.46 m)部分样品的粉砂组分(4~63 μm),分析其元素地球化学特征,并通过元素比值及物源判别指数等方法讨论其蕴含的物源信息。结果显示:1)粉砂粒级化学组成中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者的含量可达84.29%,K2O、Na2O、CaO和MgO四者含量仅1.30%,与全岩相比SiO2含量增高,Al2O3和Fe2O3含量明显降低,风化指数CIA值(74.02%)明显低于全岩样品(85.00%);微量元素中,粉砂粒级相对全岩Cu、Zn、Rb、Sr、Cr、La等含量降低,Y、Zr含量则略高。2)Na2O/Al2O3与K2O/Al2O3及Na2O/K2O与CIA的散点图中,粉砂粒级样点间的集聚程度明显降低,暗示风化效应在一定程度上被削弱。此外以洛川黄土和长江河漫滩沉积物为端元的物源指数计算表明,全岩样品消除粒级效应后的物源指数(PIw)与粉砂粒级物源指数(PIfs)吻合度较好,进一步验证了粉砂粒级地球化学特征在削弱风化效应方面的有效性。3)JL剖面上部黄棕色土的PIfs值为0.45,物源上更接近北方黄土,剖面中下部的网纹红土PIfs值为0.57,物源更接近长江沉积物。结合TiO2/Al2O3、Zr/Y、Hf/Ti等元素比值,JL剖面自下而上近源物质的贡献略有减少,远源物质的贡献则趋于增加,这可能意味着晚第四纪以来东亚冬季风不断增强的过程。     

黄土高原红粘土与黄土古土壤粒度特征对比--红粘土风成成因的新证据

对黄土高原具有代表意义四个剖面的晚第三纪红粘土样品进行了粒度分析,并将结果与典型风成黄土古土壤样品的粒度特征进行详细对比,得到红粘土是风成成因的沉积学证据。结果表明,黄土高原红粘土与其上覆第四纪古土壤形成环境相似,红粘土是在相对于黄土堆积搬运风动力变幅小的条件下沉积的,在沉积之后受到较强的风化成壤改造作用。     

阿尔金新近纪红黏土粒度特征及古气候记录

为反演阿尔金新近纪红黏土记录的古气候、古环境信息,在已有的磁性地层学约束基础之上对剖面的粒度指标进行了系统的分析,并利用粒度端元模型(EMM)进行分解。结果表明,可分为三个粒度端元:端元1(众数粒径5.2μm)众数粒径集中分布于2～6μm,与北太平洋西风带粒度分布和中国黄土细粒组分的粒度分布相似;端元2(众数粒径20μm)呈负偏态非对称分布,众数粒径在32～16μm之间,为低空西风所搬运短距离做跃移运动的粉尘物质;端元3为双主峰分布,众数粒径57μm和2.5μm,代表着尘暴事件中风动力近源变化强度,反映混合沉积特征。其中在10.8～10.3 Ma、8～6 Ma、5.2～4.3 Ma、3.6～2.8 Ma端元1粒度含量呈减小趋势,端元2粒度百分含量呈逐渐增加趋势,中值粒径增大。13～2.6 Ma阿尔金红黏土记录显示内陆干旱化加剧事件经历了10.8～10.3 Ma、8～6 Ma、5.2～4.3 Ma、3.6～2.8 Ma四个阶段,结合前人对该剖面及邻区其他地质环境记录研究表明,亚洲内陆干旱化可能的起始时间为11 Ma左右,西风环流在本区占主导地位。全球变冷是内陆干旱化加剧的主导要素,青藏高原的阶段性隆升起着推动作用。     

黄土高原黄土．和红粘土10Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示 踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素¹⁰Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：¹⁰Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中¹⁰Be与⁹Be和～的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了…Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了¹⁰Be浓度与化学指标在黄土-古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

南方红土的磁性矿物组成及其区域性差异

位于我国热带、亚热带地区的南方红土是我国分布最广的第四纪土状沉积,其经历了较强的化学风化作用,具有典型的磁性矿物组成。磁性矿物是沉积物的重要组成成分。磁性矿物的种类、粒度和含量等信息可以反映沉积物形成时的温度、降水等气候条件。因此,了解红土沉积物磁性矿物组成对于研究南方红土区的环境演化具有重要意义。本文综合分析了安徽宣城、浙江长兴、江西九江及广西百色4个剖面不同层位红土样品的x-T曲线、三轴等温剩磁热退磁曲线等岩石磁学结果,发现南方红土的磁性矿物组成主要为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿及针铁矿,这些磁性矿物的相对含量不仅具有地带性差异,而且在不同风化阶段也存在差异。其中百色剖面顶部棕色土中磁赤铁矿含量相对其他剖面较高,与百色地区现今较强的风化作用相符。同一剖面内网纹红土中赤铁矿的含量较高,磁赤铁矿的含量相对较低,指示网纹化时期较强的成土作用引起磁赤铁矿向赤铁矿的转化。此外,岩石磁学结果显示百色剖面网纹红土及均质红土中含有一种特殊性质的磁性矿物,即粒度较细、解阻温度较低的成土成因赤铁矿,该矿物为后期强烈风化作用的产物。该次生矿物携带了较强的化学剩磁,引起了百色剖面初始碎屑剩磁的重磁化。该研究表明磁性矿物组成的差异还可以用来解释南方红土剩磁记录的多样性。     

长春市城区近地表灰尘粒度特征及其环境意义

为剖析长春市城区近地表灰尘粒度特征,分别沿南北和东西轴线采集了34件城市近地表灰尘样品,采用激光粒度仪对样品进行了粒度测试分析。结果表明：长春市近地表灰尘颗粒物平均中值粒径和算术平均粒径分别为21.58 μm和24.24 μm,分选极差;以粗粉粒（10.00～80.00 μm）为主,平均约占71.28%,黏粒组（<5.00 μm）和细粉粒组（5.00～10.00 μm）分别约占14.75%和13.05%。频率曲线呈正偏双峰型分布,峰态中等偏窄,与现代尘暴和城市街道灰尘分布特征相一致,反映出其起源的多元性和相对稳定性,表明近地表灰尘沉积仍是风积作用的继续。近地表灰尘颗粒物粒径均小于100.00 μm,极易在外动力条件下再次扬起并悬浮搬运,PM₁₀和PM_2.5所占比例分别为27.76%和7.32%,其生态环境效应不应被忽视。粒径分布无显著空间变化,但城市中心区域粒径变化范围小,这可能说明城市边缘区域较中心区域近地表灰尘的起源更具多源性和复杂性。     

南京周家山下蜀黄土石英颗粒特征及其物源意义

下蜀黄土的成因和物源一直是学术界研究的热点。对南京周家山下蜀黄土的石英粒度和石英表面微结构进行分析,结果显示:粉砂粒级石英颗粒（5~50 μm）占绝对优势;<20 μm组分平均含量为42.76%,<30 μm组分平均含量为62.98%;粒度分布曲线和累积曲线总体具有颗粒偏细,呈正偏态,分选较差,峰形尖锐,双峰曲线不对称的特征;粒级-标准偏差曲线呈“双峰”分布,两个明显的标准偏差峰值分别出现在7.962 1 μm和39.905 2 μm。石英颗粒表面形态主要以次棱角状为主;表面机械结构具有丰富的蝶形坑、曲脊、贝壳状断口,部分表面出现平行节理面、V形坑;不同粒级组分表面形态和机械结构特征存在差异。分析表明,南京周家山下蜀黄土属典型风成成因堆积物,是多源区物质高度混合搬运堆积的结果。     

佳县红粘土磁学性质

黄土/古土壤序列和红粘土均已被证明是风积成因,然而红粘土研究的程度远低于黄土/古土壤序列,比如强发育红粘土获得比较低磁化率值的原因并没有得到清楚解释,红粘土磁化率代用指标问题和红粘土搬运路径等问题还存在较大的争议,红粘土记录古气候意义研究也相对薄弱,因此加强对红粘土的研究,有助于对古气候的理解。佳县位于黄土高原与毛乌素沙漠交接地区,季风区与非季风区过渡地带。对佳县厚60m的红粘土样品进行系统磁学参数测量分析发现,佳县红粘土以软磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿)为主,同时含有一定量硬磁性矿物(赤铁矿、针铁矿,主要是赤铁矿); 强发育古土壤层含有较多软磁性矿物,弱发育古土壤层含有较多硬磁性矿物; 磁颗粒粒径基本在0.2μm以下,X>64×10-8m3/kg时,磁颗粒粒径小于0.1μm。剖面底部磁学参数变化存在异常,原因可能是:赤铁矿含量增加,超顺磁(SP)亚铁磁性颗粒含量急剧减少,单畴(SD)颗粒相对含量增加。该异常原因解释符合前人提出的成壤路径:水铁矿→SP磁赤铁矿→SD磁赤铁矿→SD赤铁矿。     

The effect of weathering on the grain-size distribution of red soils in south-eastern China and its climatic implications

Particle-size analysis is a useful way to determine the source and deposition of sediments. However, there are inconsistencies when this method is used to constrain the origin of the red soils in south-eastern China. To address this problem, we performed a detailed grain-size analysis of two red soil sequences in Xuancheng and Qiliting located along the lower reaches of the Yangtze River. By comparing their particle-size characteristics with those of the loess on the Loess Plateau in northern China, we found that the aeolian samples plot in a particular zone in the C–M (grain size of the cumulative 1% versus median grain size) plot and cluster nearer the lower left corner of the plot as their degree of weathering increases. The grain-size features suggest that the onset of large-scale aeolian deposition along the lower reaches of the Yangtze River occurred at approximately 0.8 Ma. Although both sedimentary sorting and post-depositional weathering control the grain-size variations in the deposits, the extremely strong weathering due to the humid, warm climate along the lower reaches of the Yangtze River primarily modified the grain-size distributions of the primary red soil deposits. Strong weathering increased the very fine silt (2–5 μm) fraction and decreased the coarse (>63 μm) fraction. We also found that certain grain-size parameters of the red soils varied with the weathering intensity, which can be used as indicators of palaeoclimate variations. The grain size variations in both the Qiliting and Xuancheng sequences suggest that the mid-Pleistocene climate transition (MPT) may have affected the lower reaches of the Yangtze River at 0.9 Ma.