再论洞穴石笋的沉积速率

通过对滇、黔、湘、桂洞穴石笋大型剖面的综合研究、,以代表性剖面和典型时（笋）段系统测年和沉积速率研究为例,初步认为,石笋沉积速率大小是气候演变、暖气候、冷气候的识别指标之一,沉积速率为10mm／100a以上是冰后（间冰）期温暖气候的沉积,趋于10mm／100a或以下者,是温暖期气候的冷转变,或冷期（阶）的沉积;1mm／100a左右是冰期寒冷气候的沉积,趋于1mm／100a或以上者是冰期寒冷气候的暖转变或间冰期的沉积;沉积速率极小,往往是冷气候显示,甚至是沉积间断,或是气候和地质、灾害事件的突变点。沉积速率具多变性,引用和识别时应避免以单一速率推算长时（笋）段年序和确定气候或地质事件的年代,不宜跨旋回计速,以避免遗漏沉积间断和气候、地质、灾害事件。石笋沉积间断很普遍,特别是寒冷的冰期气候间断更频繁,观测和测年表明,沉积间断时间累计占成笋期的28．92％～76．26％,全新世温暖气候的沉积间断时间累计,只占成笋期的13．80％以上。     

洞穴石笋纹(壳)层层组类型研究

石笋是洞穴碳酸钙沉积的典型滴石类型,也是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息载体,随着高分辨率测年技术和测试方法的提高,它在重建古气候环境方面具有重要的意义.石笋沉积纹层的组合、厚度、粒度和层面构造等,是恢复成笋滴水动态及相关古水文条件的物质基础,其中不少古气候环境信息,具强烈直观感,聚集物证、形象地记录于石笋剖面中,易观测研究.通过大量石笋纵剖面观测和系统的同位素组成、微(痕)量元素、特征性纹层的分析研究,证实石笋沉积纹(壳)层具韵律性组合和沉积旋回性及其古气候环境显示.首次提出石笋具叠锥型、叠柱型、叠锥叠柱复(组)合型纹(壳)层组和连续性、旋回性、间断(歇)性叠复纹(壳)层层组类型的沉积构造,并阐述各自的特征、滴流水动态和气候环境演变特征。     

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。      

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。     

洞穴石笋古温度研究的同位素地球化学方法

应用同位素地球化学方法，并以现代溶岩水的δ￣１８Ｏ＿ｗ代替石笋生长时期原生包体水的δ￣１８Ｏ＿ｗ，根据Ｏ’Ｎｅｉｌ方程，计算了福建宁化天鹅洞内第四纪碳酸盐堆积物的古温度。结果表明，温度计算偏差在±０．５℃左右。在与全球深海氧同位素曲线对比后，指出该地区大约在２１０～１８ｋａＢＰ，武木亚间冰期的起始时间（氧同位素期３／４阶界限）估计在６５ｋａＢＰ。结果表明，福建宁化地区晚第四纪古气候环境没有形成冰川的条件，但明显受到全球气温变化的控制。     

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。      

洞穴石笋沉积旋回主要特征的古气候环境研究

通过对我国南方大型石笋组分、结构构造的观测和董哥洞10号(D10)石笋210件碳、氧同位素组成、20个U系测年数据,以及部分微(痕)量元素的分析对比,概述了石笋沉积旋回性特征、旋回界面类型和相关的气候、环境、地质意义.以组成D10石笋的碳酸盐含碳质、黏土矿物,呈黑灰、灰黄、灰白、灰等色泽匹配、纹层厚及组合、层面呈拱形或平直分别组合或转变、构造类型、碳氧同位素组成及其组合,呈协调平行、不协调同向、不协调反向变化三类型若干亚类等,旋回性特征,确定了19个沉积旋回.根据δ13C平均值为-3.91 ‰PDB、δ18O为-6.97 ‰PDB分别为冷暖气候演变的临界(阀)值,δ13C或δ18O＞临界值者的偏重是冷,＜临界值的偏轻是热.以δ13C、δ18O组成(表1)和组合变化类型和上述旋回性特征,结合层面构造呈渐变过渡或突变,以及20个同位素年龄数据,初步认定荔波地区352 930～99 410年间沉积的19旋回,是一个较完整的冰期气候演化过程,属我国第四纪冰期系列的第五冰期,10旋回顶180 695年(推算)～15旋回顶129 890年,约5万多年是连续严寒的盛冰期,①、16分别可能是冰期早、晚时段相对温暖的间冰期.期间冷暖变化有5万年级的、10万年级的气候旋回.论证了荔波地区35～10万年间是冰期气候环境,前期17万年寒冷的气候环境,期间35万年、25万年前后更严寒,但生态基本保持正常演变的面貌,中期5万多年为极寒冷的气候环境,生态向适应冷气候环境演化,晚期3万多年为冷暖频繁突(跃)变的恶劣气候,期间生态面貌复杂,正常演替与残存、突变演替并存.     

中国洞穴石笋信息管理系统的开发与应用

随着全球气候变化研究的逐步深入,洞穴化学沉积物在重建古环境中的作用受到越来越多学者的重视,它是一种不可多得的古环境信息载体.我国学者从事洞穴沉积物古环境重建工作已有20多年,已取得大量的石笋记录数据.本信息管理系统主要收集中国南方、北方已有的石笋记录数据,并分析汇总成库,可以较方便地满足国内外从事洞穴石笋古环境重建研究者进行数据查询分析,以实现科技资源共享.     

高分辨率洞穴石笋中稳定同位素应用——北京元大都建立后对森林资源 …

对采自北京西山石花洞内的石笋进行了δ＾１８Ｏ,δ＾１３Ｃ和Ｍｇ／Ｓｒ分析,获得分辨率为２５ａ的北京地区３０００ａ认来的古气候和古环境信息,以δ＾１８Ｏ和Ｄｍｇ／Ｃａ作为气候变化信息,证实石笋δ＾Ｃ反映了古气候变化对植被的影响,当石笋δ＾１３Ｃ植增大时,表示Ｃ３／Ｃ４植物比值降低,气候变干热,当石笋δ＾１３Ｃ值减小时,表示Ｃ３／Ｃ４植物比值升高,气候变湿冷,同时,笔者也发现了北京元大都建立以来对森林     

云南宣威4.6万年以来洞穴石笋古气候变化记录

石笋是高分辨地记录古气候环境变化的主要信息载体之一。本文通过对宣威下水龙洞 1号石笋进行α能谱铀系测年及碳、氧同位素分析,获得了距今 46.1ka至 2.75ka高分辨率的古气候演变信息。其年龄与δ18O值的记录在纵向上的变化具有明显的韵律性特征,可与深海岩芯V2 8～ 2 3 8同位素记录所揭示的第 3阶段、2阶段和 1阶段进行对比。反映 46.1ka以来宣威地区的气候波动与全球的气候变化具有明显的一致性。但是,区内是气候变化的敏感区,是东亚季风与印度洋季风交互作用的特殊区域,存在有明显的地区性气候变化特征,在整个末次冰期时段 (4 6.1～8.1ka)气候总体偏温暖,10.2 5ka为新仙女木冷事件的最冷终止点。在全新世大暖期时段的 7.1～ 3.7ka间显示气候温暖湿润,而在 3.7～ 2.75ka间伴随太阳辐射和印度洋西南季风强度的减弱,气候有明显的降温趋势。此外,石笋的碳、氧同位素显示的气候冷暖变化是,主沉积旋回以万年级、千年级和百年级为周期性变化;亚旋回以千年级和百年级为周期性变化。     

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。     

湘西莲花洞石笋TIMS-U系年龄校正研究

能够利用TIMS-U系方法精确定年,是石笋应用于古环境重建的重要优势。但石笋实际测定的TIMS-U系年龄往往出现与石笋自然生长规律不符合的异常序列,从而限制了大批石笋的进一步研究。以湘西龙山莲花洞LL1石笋为例,发现并从地球化学的角度解释了文石向方解石转化,以及方解石次生结晶加大的结构构造转变过程中,石笋具有238U、230Th含量明显减小,石笋测定年龄比实际年龄偏小的趋势。并在排除污染等条件下,以230Th/238U为校正指标,假设其损失率分别为1%、10%、50%,对LL1进行TIMS-U系法测年结果校正。结果发现,230Th/238U损失的百分数与年龄偏小的百分数相差不多,且相同230Th/238U损失比例下,石笋年龄越老,实测年龄比实际年龄却偏年轻。该研究为今后校正石笋异常年龄序列,建立石笋正常、准确年龄时标提供了思路。     

桂林响水洞6.00ka B P以来石笋高分辨率的气候记录

通过对桂林响水洞的石笋进行高精度的TIMS-U系测年和C、O同位素分析,建立了中全新世6.00 ka B P以来桂林地区高分辨率的古气候变化时间序列.石笋剖面的C、O同位素记录揭示,桂林地区中全新世(6.00 ka B P)以来的季风气候变化,大致可分为2个气候期:6.00~3.57 ka B P为气候适宜期,显示东亚夏季风由强盛逐渐变为减弱的趋势,为气候温暖湿润期;3.57~0.37 ka B P为降温期,显示东亚夏季风减弱,冬季风增强以及气候的大幅度波动.在这一降温期,间夹多次短暂的温暖期.石笋同位素记录的研究结果表明,在6.00~0.37 ka B P间的中全新世--气候适宜期,δ18O值由偏负逐渐向偏正的变化趋势,反映东亚夏季风由强变弱,降雨由多变少,气温由高变低的变化趋势.     

湘西要坝洞沉积堆积特征及形成时代

要坝洞在保靖县城北5km,是有旅游和科研价值的洞穴。洞穴发育在保靖-复兴断裂带的裂隙破碎构造控制的白云岩、白云岩化灰岩残体中,是断面陡转缓地段的垂向洞穴,成洞原因与所处的特定地质构造环境有关。在阐述洞穴形成特征的基础上,详细论述了洞穴沉积物及其相关性。洞穴碎屑沉积、次生化学沉积类型齐全,组成高、中、低三个沉(堆)积台面,构成多期(次)沉(堆)积的伴生共存组合体,展示洞穴及其沉积特征和过程。笔者进一步完善了次生化学沉积的成因分类,认为壁流石、钟乳石、石笋、石柱聚集匹配,构成景点,具有旅游观赏价值。同时,选择具有代表性的1号石笋进行同位素测年和综合研究,以其完好的沉积旋回、结构构造特征,显示3～1万a间的冰期气候沉积特征,其冷暖气候转(突)变标志明显。在洞穴及其沉(堆)积综合研究的基础上,根据洞穴沉(堆)积、洞内外新近系、古近系、白垩系的伴生沉积、储存关系,判断要坝洞形成于白垩纪前后。     

福建宁化天鹅洞石笋年代和古温度

石笋的实测年龄和δ18Ｏ的变化同深海岩芯Ｖ２８-２３８对比相吻合，大于２５万年前生长，１．８万年后停止，属中更新世产物，该区和全球古气候变化同步。同台湾海峡、中国南海古环境相同。δ13Ｃ的变化在δ13Ｏ７-６、５-４、３-２段界期有明显的不同，对温度变化和年代划分亦有参考价值。     

桂林盘龙洞石笋发光性特征及其古环境记录的初步研究

洞穴次生化学沉积物的发光性的研究可以提供分辨率更高的古环境变化信息。桂林盘龙洞一石笋发光性的研究表明，该地区在３．２～１．１万ａ之间普遍处于干冷条件下，而且微层发光谱线表明在此阶段仍存在多次次一级气候变化。在１．１３万ａ左右，谱线值突然由低升高，在１．１０万ａ后，在不断变化中逐渐上升，这可能是新仙女木事件（１．１３～１．１万ａ）在该地区的记录。此外，通过发光性记录与稳定同位素记录和微量元素记录的对比，其变化趋势基本一致，且具更高的分辨率。因此，洞穴次生化学沉积物发光性的研究可能会提供一个地区分辨率更高的古