洞穴石笋纹(壳)层构造类型研究

在大量大型石笋纵剖面观测研究的基础上,提出洞穴石笋成因形态分类,首次确立石笋纹(壳)层组合构造分类方案;阐明叠锥、叠柱、叠锥柱复合和叠锥柱彼此间夹复合等构造类型及类型中的拱凸、拱凹、水平、平凹等纹层(组)层面构造亚类的组成特征;指出有关构造类型和亚类是成笋时段洞顶滴水、滴流水水量和流态动态特征与过程的踪迹,纹(壳)层及其构造也是洞穴内外气候环境及洞穴(道、厅)地质、水文条件等制约因素的综合反映。      

洞穴石笋沉积特征研究--以贵州荔波董歌洞4号石笋为例

在综合研究南方20多个大型石笋纵剖面的基础上,以董歌洞4号石笋为代表,论述石笋沉积特征与气候演化的对应性.4号石笋从距今147.838±2.6 ka开始沉积以来,形成了53个沉积纹(壳)层组,组成24个亚旋回,构成9个旋回,呈现韵律式旋回性沉积特征.石笋纹(壳)层组分、结构、叠复构造呈多级次旋回性很突出,其中沉积间断具普遍性、沉积速率具多变性,间断和速率变化级次亦明显.以系统测试和测年引证沉积特征的同时揭示:①～⑨旋回间沉积间断时间累积达75.804 ka,占石笋形成时间的51.21%,①～⑨旋回实际沉积时间仅72.222 ka,占形成时间的48.79%;④旋回之前,沉积速率很小,最小仅0.36 mm/100a,比最大速率小22～24倍,自⑤旋回起,沉积速率很大,最大达39.03 mm/100a,是最小速率的3.8倍.石笋沉积特征与气候环境演化的成生关系表明,石笋沉积多旋回性的纹(壳)层组、亚旋回、旋回与气候演化的气候期、阶段和旋回彼此对应,石笋沉积的多级次旋回及其变化就是气候演化的级次及旋回性转(跃)变时间,彼此同时显示.论证了石笋沉积的多旋回性与气候演化的不稳定性,及其彼此协调的宏观、微观综合表现特征.     

洞穴石笋沉积速率研究中值得注意的几个问题

众多大型石笋纵剖面观测、测年和纹层沉积计率(沉积速率计算)表明,速率差异是石笋沉积特征的重要数据,也是古气候环变化的重要反映,但以往诸多资料不好引用、无从对比。通过筛选石笋的全(正)心纵剖面,沿纹层轴(中)部采样,测年值和计率可信度大,具时空对比意义。为提高精度和分辨率,提倡按石笋沉积特征段,特别是纹层组测年计率。      

中国南方发现大型文石笋

中国南方大量石笋剖面研究表明,石笋矿物组成有方解石、文石、方解石-文石三种类型。石笋沉积纹(微)层结构构造特征大同小异,但是文石石笋的放射状纹(微)层构造更显著。文石石笋沉积生长的气候环境是滴水多而稳定,水温低、气温略高的冷、湿的洞穴气候条件。文石转变为方解石常保留文石的针状、柱状晶形,并存在于石笋沉积生长的始终。文石结构构造转化在常温或低温、常压或低压下自调整作用的成晶成岩环境进行,其强度取决于所在洞穴气候环境、滴水在石笋的渗流和石笋的含水度。转化作用不影响同位素分馏,石笋同时全面记录古气候环境信息。研究文石石笋对重建古气候环境、成岩成矿作用都有重要理论和实践意义。     

洞穴石笋沉积间断类型研究

以广西桂林,贵州荔波、茂兰、都匀凯口及云南宣威、泸沽湖等地典型岩溶峰丛-峰林平原、岩溶斜坡和岩溶高原的大量大型石笋纵剖面研究为基础,依据石笋沉积旋回或纹层组的系统测年数据和碳氧同位素系统测试资料,确定石笋沉积间断面上、下的年龄,若以上、下纹层结构构造差异大、构造类型不同、结构构造突变或有间断沉积特征为前提,将上、下纹层的年龄差作为沉积间断时间:差值大,间断时间长,其间若有间歇性停、滴转变,则沉积纹层的测年值是此时段的正常年序;差值小,间断时间短;差值很小,又无宏观异常,为正常的连续沉积。本文从石笋沉积间断标志,间断面上、下的年代异常,间断类型和古气候环境意义,论述石笋沉积间断,阐明石笋纵剖面有丰富的古气候环境信息,是全球气候变化研究的重要领域之一。此外,根据石笋纹层的宏观、微观资料和测年统计,提出了年季和年际的短期性、10年际—万年际的长期性、瞬时性间断类型的分类方案,短期停滴,是常态气候条件下,年旱季或年际干旱停滴,形成年际和季节性沉积间断;长期停滴,是气候环境冷暖周期性变化,略呈小周期的干冷气候间歇性停、滴相间的演变,形成10年际—万年际沉积间断;瞬时性停滴,指地震、掉顶、坍塌等天然或人为事故,碰断石笋,引起瞬时或短暂停滴,形成灾害性沉积间断     

论洞穴石笋结构构造转变

大量大型石笋纵剖面研究表明,石笋矿物组成有方解石、文石、文石(方解石)-方解石(文石)三种类型,三类的结构、纹(微)层和放射状构造、结构构造转变等特征类同,并存在于碳酸盐沉积石笋生长的全过程,但文石笋的细微粒针(柱)状(微粒)结构、放射状、纹(微)层构造更显著.石笋结构构造转变的主要表现是:文石转变成方解石;文石、方解石次生增大,呈现不断晶化的成晶过程.文石转变为方解石,常保留文石的针状、针柱状结构和柱状聚晶体,呈文石假象,文石次生加大仍保存其结构构造和聚晶;方解石次生增大,常保存其粒状、菱面体、偏三角面体、聚片双晶和柱状、板状聚晶.石笋结构构造转变及其晶化强度,受控于洞穴温度、湿度、滴水和凝结水对石笋的渗透、淋漓,主要受石笋含水度大的制约.组成石笋的碳酸盐沉积、组合、结晶、晶化次生增大等,结构构造的形成及其弱、中、强转变,都在常(低)温常(低)压的洞穴气候环境中进行,是自调整作用的沉积、成晶、成岩晶化过程,没有外来物质加入,因而不影响同位素分馏和古气候环境记录.石笋结构构造转变研究,对古气候环境重建与生态修复、成晶成矿理论和实践、同位素测年校正和运用都有重要意义.     

三论洞穴石笋沉积速率——以衙门洞一号石笋为例

综合观测我国南方洞穴30多根大石笋纵剖面。其中,精选近20根结构、构造清晰的剖面,进行高精度系统测年及沉积特征的对比研究,认定沉积速率是石笋生长过程时空轨迹的数学描述,记录石笋或石笋段沉积生长过程的时间和物质组分、结构构造及其空间组合。确认石笋沉积（生长）速率是沉积特征的缩影,具有多旋回、多级次特征,可作重建古气候环境的替代指标之一,具有时空双重含意。在石笋沉积速率研究积累和Y 1测年系列数据的基础上,提出沉积速率以10 mm/100 a作为气候冷、暖转变的分界值和冷、暖彼此趋近的临界值,建议以此作为南、北方甚至是地带性气候冷暖转变的分界或趋近的临界值。在重建古气候环境研究实践中,探索、完善、深化石笋沉积特征的综合对比;同时提出影响石笋沉积速率的自然条件是主控因素。其中,气候、地质、环境等是关键。而获得准确沉积速率,采样、测试、研究方法、剖面选择等,人为因素重大作用。在实践方面以结语的3点建议供同行参考。     

桂林盘龙洞石笋地质时代的划分

桂林盘龙洞石笋以９个沉积旋回为基础，以旋回顶底沉积间断面为标志，通过对该石笋的沉积旋回，纹层组合，结构构造，层面构造等沉积特征的研究，并配合化石成分，微（痕）量元素同位素组成测试及４０多个沉积纹层系统测年，结果表明，此石笋形成于晚更新世末－全新世，其间的新仙女木冰期发生的在距今１１０８０±８０年前后，是晚更新世与全新世的分界，但石笋主体形成全新世，可细分为早（Ｑ＾１４），中（Ｑ＾２４），晚（Ｑ＾３     

洞穴石笋形成过程中的溶蚀作用研究

本文通过洞穴石笋沉积过程的野外观察和剖面研究分析了洞穴石笋形成过程中的溶蚀作用。依据溶蚀的原理,本文把溶蚀作用分为物理溶蚀、化学溶蚀和生物溶蚀三种类型。野外观测和石笋剖面研究表明溶蚀作用是一类普遍存在的现象。在野外,物理—化学溶蚀表现为石笋顶部的滴蚀坑穴,生物溶蚀形成披覆于石笋表面的风化壳。在剖面上,物理—化学溶蚀表现为沉积纹层的中断、沿生长轴的充填构造和孔洞,生物溶蚀则形成剖面上风化壳层。     

贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息

石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。     

洞穴石笋地质事件的定年及意义

本文以贵州荔波董歌洞3号石笋第6、1次和4号石笋第2次主要沉积间断为例,说明依序发生于89.96kaBP、128.65kaBP、113.40kaBP,结束于0.32kaBP、128.21kaBP、65.50kaBP,延续时间89.65ka、0.44ka、47.90ka的沉积间断,具多级次的地质、气候演变属性,沉积间断时间长,显示度明显,气候事件复杂,间断频发,必有更丰富的气候、环境、地质内涵。贵州都匀凯酉七星洞2号石笋Q2F1、Q2F2,5号石笋Q5F3是碰断面,依序发生于74.24kaBP、60.72kaBP、36.80kaBP,彼此相间隔13.52ka、23.92ka,断面及其上、下石笋段的沉积特征,属突变(灾害)性事件,也有其古气候环境意义。系列事件的测年,须在系统测年基础上,于间断、碰断面上下加密测试,及石笋沉积特征的综合观测,以提高事件测年和定性的可信度,增加古气候环境信息量。     

中晚全新世湘西莲花洞石笋旋回沉积速率变化及其古气候意义

石笋旋回沉积速率是按照石笋沉积旋回测年得到的沉积速率,是石笋沉积过程的重要参数和反演古气候变化的有效代用指标。旋回沉积速率的波动可能反应了地表温度和降雨量的变化,与夏季风强度存在关联。文章以湖南湘西莲花洞LH2石笋为材料,利用42个230Th年龄获得的石笋旋回沉积速率序列重建了8.6 ka BP以来湖南湘西地区温度和降雨雨量的变化历史: 8.6-4.2 ka BP期间,气候以高温多雨为特征,夏季风强,石笋生长率高,但气候并不稳定,存在一系列千年-百年尺度的波动;4.2-0.05 ka BP期间,气候整体偏冷干,旋回沉积速率偏低。总体上,在轨道尺度上,LH2石笋的旋回沉积速率与该石笋的δ18O值之间存在负相关关系。旋回沉积速率的重复性检验证明了旋回沉积速率古气候记录的有效性。石笋旋回沉积速率变化主要受北半球夏季太阳辐射量的控制和ITCZ的直接影响,在百年尺度上,旋回沉积速率的波动可能与中晚全新世的弱季风事件存在关联。      

松辽盆地白垩系青山口组核形石的发现及其环境意义

在松辽盆地上白垩统青山口组中首次发现核形石灰岩,见于细砂岩、粉砂岩和泥质岩层系中。核形石有三种类型：环状、石笋状和姜状核形石。多数核形石由核心和多环纹层组成,少数具不明显核心或呈单层环状。该套核形石形成于湖泊三角洲前缘分流河口砂坝侧翼的水下分流间湾环境。地形坡度和三角洲前缘的生长,致使核形石普遍发生准同生变形。由于核形石出现于青山口组二、三段,处于温湿向干热气候转变时期,因此核形石可能作为重要的古气候变迁标志。     

广西泗顶泥盆系上统融县组中核形石的类型及其环境意义

广西泗顶泥盆系上统融县组中含有丰富的核形石,通过岩相剖面,100多块核形石手标本及50多块核形石薄片,对核形石的形态、纹层和核心等特征进行了详细的研究。核形石是由含粘液的藻类生长并捕获和粘结沉积物围绕核心而形成的颗粒。核形石的形态及纹层特征能反映它形成的条件。核形石不限定在动荡环境,如帽状、花瓣状核形石形成于浅水低能间歇性弱搅动的沉积环境。核形石的堆积环境与形成环境可以一致,也可以不一致。     

四川江油马角坝地区船山组核形石基本特征及其环境意义

四川江油马角坝地区船山组核形石十分发育,类型多样。基于对其内部显微结构的研究发现核形石核心和纹层各有5种类型,并伴随有3种圈层"构造"。基于对其核心、纹层和形态的研究将研究区核形石分为大球状核形石、小球状核形石、长棒状核形石、帽状核形石、不规则状核形石和复合核形石等6大类,并将它们划分成3种沉积环境,即台地边缘滩、开阔台地和局限台地,并探讨了碳酸盐岩地层中核形石的分布、形成环境和沉积环境的耦合关系。高含量、大颗粒、纹层厚度大于核心厚度、纹层复杂、核心组分与基质组分存在较大差异,亮晶胶结的核形石的形成环境与沉积环境不一致,即核形石形成于水动力较弱的局限台地或开阔台地环境,强水动力使核形石发生磨圆,基质生物碎屑破碎,进而沉积于水动力较大的台地边缘滩环境。中等含量、中等粒度、纹层简单、与完整生物碎屑共存且粒径类似、亮晶胶结的核形石的形成环境与沉积环境类似,即部分生物碎屑在中等水动力条件下,处于悬浮状态,捕获和粘附碳酸盐质点,当个体增大和水体环境变化时,核形石就地沉积于中等能量的开阔台地环境。含量低、粒径变化大、纹层厚度小于核心厚度、纹层简单、形状易受核心的影响,纹层外壳凹凸不平,基质生物含量低、泥晶基质含量特别高的核形石的形成环境与沉积环境一致,即形成并沉积于水动力偏弱的局限台地环境。     

石笋生长直径的测定及其在古气候重建中的应用

石笋是第四纪陆地气候重建的良好信息载体,对了解过去气候和环境的演变十分重要。中国石笋具有生长相对连续,年代准确,信息丰富等特点,为全球季风及其长期演化提供了不可多得的视窗。基于石笋而开发了一系列气候替代指标,如δ18O、δ13C、微量元素及其同位素组成、有机化合物及其同位素组成、生长速率等,在石笋古气候重建中得到广泛的应用。但是,作为石笋形貌学的基本特征,对石笋的生长直径及其对气候变化的指示意义却鲜有报道。本研究中,作者首先提出一种测定石笋生长直径的方法,然后利用该方法测定了湖北清江和尚洞HS4石笋顶部35 cm的石笋生长直径,并与研究区的气温和洪涝频率记录进行比较,探讨石笋生长直径对气候变化的响应。研究表明,通过纹层的识别和不同深度上纹层宽度的测定而建立的指数回归法较好地表征了石笋的生长直径,适合于一些具有明显纹层的石笋直径测定。HS4石笋的实际生长直径比理论计算值偏小,可能与洞穴结构有关;高的落差增加了岩溶滴水的冲力,水滴飞溅而导致有效水量的损失,即滴水的有效体积减少,石笋直径偏小。与温度相比,降水对石笋直径的影响更加显著,因而石笋直径是一个有效降水的替代指标,有望在石笋古气候的研究中得到应用。      

北京石花洞岩溶学研究进展

全面介绍北京石花洞发现与研究的历史、取得的重大成果,以及在岩溶学研究领域所起的作用。石花洞位于北京西山,发现于明朝正统十一年,开发于20世纪80年代。岩溶学研究表明,石花洞洞层多（8层）,石盾多（200多个）,为世界罕见。在全国范围内,首次发现月奶石,首次发现碳酸钙微层理,首次发现膜足硬肢马陆穴居动物。笔者从地质学、气象学和环境学全面研究了石花洞,测绘精度达到1：200,进行了氡浓度研究。从溶蚀形态来看,石花洞8层溶洞展示北京西山的8次隆升;从沉积形态来看,石花洞中的粗犷石笋代表中更新世沉积,杆状石笋代表晚更新世沉积,微层理石笋代表全球转暖以来的全新世沉积,奠定了首次建立第四纪石笋剖面的基础。