沉积矿物学在古环境恢复中的应用进展

沉积矿物学是界于沉积学与矿物学之间的边缘交叉学科,它通过沉积物（岩）中矿物的组成、含量、组合特征、成因和单矿物化学成分、晶体结构、形态、性质的分析,研究沉积物在搬运、风化剥蚀、沉积过程和成岩过程中矿物的物理、化学行为特征．进而研究它们在时间、空间上的分布特征与规律,从而探讨物质来源、成因、形成演化历史与环境变迁等。近些年来沉积矿物学在研究古气候、物质来源、沉积环境、油气勘探以及构造演化中发挥着重要作用,成为古环境恢复与重建的重要研究手段之一。在阐述粘土矿物、重矿物、碳酸盐类矿物等的古环境意义的基础上,对其近20a来在湖泊、黄土、海洋古环境恢复当中的应用进展进行了回顾和评述。随着新的沉积矿物研究方法的不断出现和应用,结合沉积物的物理指标、化学指标以及古生物学等其他指标,沉积矿物学将在古环境重建中发挥越来越重要的作用,具有广阔的应用前景。     

环境矿物学

环境矿物学朱立军，傅平秋，万国江（贵州工学院贵阳５５０００３）（中国科学院地球化学研究所贵阳５５０００２）关键词表生矿物，环境矿物，环境变化，环境矿物学环境矿物学基于矿物学与地球化学、土壤学及环境科学等多学科的相关理论和方法，研究地表矿物与环境的相互...     

泸沽湖沉积物中的铁元素和有机分子记录及其古气候/环境意义

通过泸沽湖沉积物样品的年代学、穆斯堡尔谱学和有机分子地球化学分析, 研究了泸沽湖三万年以来的铁元素与正构烷烃记录, 及其古气候/环境变化特征。泸沽湖沉积速率稳定, 平均沉积速率为0.28mm/a。沉积物中Fe2+相对含量低于Fe3+, Pr/Ph 为0.54~1.48, 平均为1.04, 表明泸沽湖总体属于弱氧化环境。正构烷烃碳数分布在C11~C33之间, 呈双峰分布形式, ΣC21-/ΣC22+为0.12~2.66、CPIh为1.20~4.37、ACLh为25.68~27.97以及Paq为0.25~0.63, 指示泸沽湖沉积有机质母质既有高等植物也有水生生物。泸沽湖沉积物中总铁相对含量(Tot-area)、Fe2+/Fe3+比值与生物标志化合物参数(Pr/Ph、ΣC21-/ΣC21+、CPIh、ACLh和Paq)相关性较强, 均是指示古气候／环境变化的有用指标: 沉积物中总铁相对含量(Tot-area)与湖区降水量成负相关; Fe2+/Fe3+不仅能指示湖泊沉积环境特征, 而且与古气温成负相关。利用上述指标重建了三万年以来泸沽湖湖区的古气候/环境, 将泸沽湖湖区古气候分为3个阶段:30~20cal.ka B.P. 寒冷干燥期、20~5cal.ka B.P. 温暖潮湿期和5~0cal.ka B.P. 寒冷干燥期。其中在12cal.ka B.P. 左右出现气候突变为干冷, 应为新仙女木冷期。     

环境与生命矿物学的科学内涵与研究方法

环境与生命矿物学是矿物学、环境科学与生命科学之间的交叉学科,是成因矿物学在生命领域的拓展和延伸,是地球系统科学的重要组成部分。生命起源的矿物表征和矿物作用;极端环境下的生物多样性及生物与矿物的关系;生物体的矿物组成、作用、宏微观形貌和自组装结构;生命矿物成核、生长和自组装过程的有机质调控及其响应环境变化的标型特征;生物矿化的过程、机理及其资源环境效应;矿物(含药用矿物)在生命活动中的作用、过程与机理及其开发利用,是环境与生命矿物学的主要研究内容。生命矿物有其自身的特点,选择用于环境及其变迁研究的生命矿物时,应遵循"贯通性"、"灵敏性"、"统计性"和"周期性"等四原则。根据生命矿物进行环境分析研究时,要注意甄别影响矿物学特征变化的环境要素;既要善于利用较便捷成熟的成因矿物学研究手段和方法(如热发光,简称TL),还要充分利用其他学科中的技术(如计算体层摄影术,简称CT),创造性地开发生命矿物学的环境标型。     

南海NS93-5柱样的矿物学特征及矿物沉积序列

矿物及其组合研究是探讨成岩成矿及环境变化的一个重手段,也是近年来沉积序列划分以及古环境重建和古气候对研究中新的探索点。南海南部ＮＳ９３－５柱系统的矿物学分析表明,其矿物成分主要由耐碳酸盐矿物、碎屑矿物和粘土矿物三大类组成,从含量上可以分为三组,即主导矿物（方解石）、次要矿物（伊利石和石英）及少量矿物（包括斜长石、绿泥石、高岭石、钾长石、蒙脱石和石膏）。根据柱样中矿物含量及某些特征矿物参量的深度变化     

土壤中14过渡矿物的特征及其地质意义

14过渡矿物是广泛发育的典型成土作用产物,其矿物学特征及含量变化不仅能记录成土时期的气候、环境条件,也可以作为这些土壤发生分类和类型区分的依据。通过对有关14过渡矿物研究成果系统全面的分析,阐明了这种过渡矿物的谱学特征、层间离子类型、鉴定依据及其成因,并在此基础上提出对14过渡矿物的鉴定实验流程。此外,高分辨透射电子显微技术的应用给14过渡矿物的研究提供了极大的保障,利用高分辨透射电子显微镜可以研究14过渡矿物的形成、转化关系。14过渡矿物对气候环境十分敏感,且形成于特征的干湿交替、适度的风化及弱酸性环境条件,因此,这种过渡矿物有望作为成土时期的气候环境代用指标。     

晚第四纪湖泊沉积物盐类与碎屑矿物反相关关系的沉积学解释

湖泊沉积物中矿物组合是古气候环境研究的敏感性指标之一, 充分认识湖泊沉积物中各类矿物组合类型、沉积过程, 对正确解释矿物学指标有重要意义. 我国晚第四纪湖泊沉积记录中, 盐类矿物与碎屑矿物含量普遍存在反相关关系, 影响了矿物组合作为气候指标的解释和应用. 从地球科学的角度正确理解这种关系, 可以为湖泊动力学以及古气候环境定量研究提供重要的科学依据. 选择甘肃民勤盆地石羊河下游终端湖猪野泽不同位置5个全新世剖面, 在明确湖泊沉积物来源、搬运方式和沉积动力机制的基础上, 研究了以碳酸盐矿物为主的盐类矿物含量与粒度指标之间的关系. 结果表明:猪野泽各剖面砂层富含的中砂、细砂沉积物主要是来自于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的风成砂; 水动力作用主导了湖相沉积层200 μm以下沉积物的沉积, 风力作用对20~70 μm粉砂组分沉积也有所贡献. 同时, 猪野泽湖相沉积层中高含量的碳酸盐主要来自于流水搬运, 湖相沉积层位200 μm以下的粉砂和极细砂是碳酸盐的主要富集区. 综上所述, 干旱区湖泊沉积物中盐类矿物含量与其沉积过程密切相关, 盐类矿物在全球变化研究中的应用要建立在充分研究其沉积动力机制的基础上.     

辽宁砖庙矿区硼矿床硬石膏的发现及成因讨论

在对辽宁砖庙矿区硼矿床的矿物学研究中发现了硬石膏。该矿物产于硼矿体中，与遂安石、菱镁矿、镁橄榄石、袁复礼石、硼铝镁石等共生。通过矿物学研究和稀土元素、硫同位素的分析表明，由于硬石膏是蒸发沉积变质成因的，所以硼矿床也应是蒸发沉积变质成因的     

上新世以来伊豆-小笠原海脊黏土矿物的来源与古气候意义

对伊豆-小笠原海脊(ODP 782A孔)上新世以来沉积物中黏土矿物的组成、含量及矿物学特征进行了分析,结果表明:黏土矿物以伊利石(42%)和蒙皂石(42%)为主,绿泥石的平均含量为14%,高岭石的含量最低,平均仅为2%。伊利石的结晶度较好,平均为0.25°Δ2θ;化学指数较低,平均为0.31;表明伊利石主要形成于干冷的气候环境。通过将ODP 782A孔黏土矿物组合特征和含量与周边可能源区对比,并结合伊利石和蒙皂石的矿物学参数特征,我们认为蒙皂石主要来源于伊豆-小笠原海脊周边岛弧火山物质;伊利石、绿泥石和高岭石主要来自亚洲大陆风尘。上新世以来(伊利石+绿泥石)/蒙皂石比值总体上呈增加的趋势,并且在5.3~3.6、3.6~1.6、1.6~0 Ma的三个阶段表现出不同的变化特征,该比值与全球深海δ¹⁸O值所记录的全球变冷、北太平洋ODP 885/886孔风尘通量和灵台黄土沉积速率,以及日本海U1430站伊利石/蒙皂石比值所指示的亚洲内陆干旱变化的总体变化趋势和阶段性变化的时间点大致同步,表明该比值敏感地响应了全球变冷和亚洲内陆的干旱。上新世以来(伊利石+绿泥石)/高岭石比值表现为高/低交替变化,分别与中国灵台黄土磁化率高/低变化相对应,由于黄土磁化率记录了亚洲内陆干/湿变化,因此该黏土矿物比值敏感地响应了亚洲内陆的古气候变化,因而可以作为可靠的亚洲大陆干/湿变化示踪指标。     

我国产出的铀酰砷酸盐矿物及其环境矿物学意义

对我国产出的铀酰砷酸盐矿物的矿物学特征、形成环境和环境矿物学意义进行了较系统的综合论述。铀酰砷酸盐矿物是主要产出于铀矿床氧化带中比较特征的黄绿色表生矿物，是寻找原生铀矿床(体)的重要矿物学标志，化学组成主要是[AsO4]^3-和[UO2]^2 ，其中As和U均是对环境造成极大危害的有毒或放射性有害元素。As、U的地球化学性质十分活跃，在不同的酸、碱和氧化还原介质环境中的分解、迁移能力均很强，在矿床氧化带中的分解、迁移扩散会对矿区周围及其下游地区造成较大范围的严重环境污染。而在弱酸性至中性介质条件下，[AsO4]^3-和[UO2]^2 结合并与各种金属阳离子化合可形成相对稳定的铀酰砷酸盐矿物，由此可在一定程度上减少U、AS的迁移扩散及其对环境的危害。     

黄龙钙华210Pb计年与现代沉积的环境变化研究

本文以黄龙钙华岩芯为主要研究对象,利用210Pb定年技术在测定年轻碳酸盐样品短时间尺度上的优势建立了研究区近100年来高精度的年代标尺及环境记录;通过碳氧稳定同位素的分析,讨论了钙华稳定同位素记录与器测气候数据的相关性特征,并与其他定年技术所获得的结果进行了相互验证.研究区钙华δ18O在1908~2004年时段内的变化范围为-12.13‰~10.42‰,平均值为-11.23‰,变化幅度达到了1.7‰.同属西南季风区、由于海拔效应和距离水汽来源远近不同等因素的影响,在同时段内黄龙钙华δ18O.的变化范围和变化幅度都比董歌洞和Kahf Defore洞的δ18O记录要大,说明处于中纬度、高海拔的黄龙钙华相对于低海拔的董歌洞和Kahf Defore洞石笋对气候环境的响应可能更加敏感.     

青藏高原冰芯研究进展

青藏高原习研究是恢复该地区古气候、环境变化的有力手段,近年来取得了显著的成就。对青藏高原冰芯研究在稳定氧同位素、冰川积累量、冰芯的断代以及冰芯记录的环境指标等四个方面的研究进展进行了详细的评述,总结了冰芯记录所恢复的气候、环境变化研究成果,并对当前青藏高原冰芯研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了探讨。     

古里雅冰芯氧同位素地层学

在冰芯研究中,氧同位素比率不仅是气温的一种代用指标,而且其变化又是冰芯年层划分的依据之一。本文着重阐述了青藏高原古里雅309m冰芯中δ18O记录研究的一些结果。对于该冰芯上部120m,根据δ18O等的季节变化特征可划分出2000多个年层,这是该冰芯高分辨率气候环境记录恢复的基础。借助于放射性物质（36CI）测年等手段,建立了该冰芯下部的时间标尺。据此恢复了0.125Ma以来古里雅冰芯中δ18O记录,将其与深海沉积中的氧同位素变化相比较,可划分出阶段 1,2,3,4和5,其中阶段5又可划分出 5个业阶段,即a,b,c,d和e亚阶段。古里雅冰芯δ18O记录的一个突出特征就是其升高和降低的幅度都很大,这反映了青藏高原对于气候变化的响应是极为敏感的。5e时古里雅冰芯中δ18O所记录的升温幅度达5℃,高于全球平均升温值2～3℃。     

Recent 200 Years Climatic and Environmental Records From the Far East Rongbuk Ice Core, Mt. Qomolangma(Everest)

RECENT 200 YEARS CLIMATIC AND ENVIRONMENTAL RECORDS FROM THE FAR EAST RONGBUK ICE CORE, MT. QOMOLANGMA (EVEREST)     

近1000年来青藏高原南部和北部 大气尘埃载荷变化的冰芯记录*

依据青藏高原目前所取得冰芯的尘埃分析结果,初步分析了近1000年来青藏高原南北大气尘埃载荷的时空变化特征。研究表明,高原南部达索普冰芯记录的高尘埃含量时期为1270s~1380s和1870s~1990s,而北部马兰冰芯记录的高尘埃含量时期为1130s~1550s和1770s~1940s。近1000年来青藏高原南北冰芯中尘埃含量呈现不同程度的增加总趋势,这可能指示了环境的变干趋势。青藏高原冰芯记录还反映出,高原北部地区大气中的尘埃载荷明显高于南部地区;高原北部地区大气尘埃载荷春季最大,而南部地区非季风季节最大。另外,通过对高原南北冰芯中尘埃含量记录与δ¹⁸ O记录之间相关关系分析,揭示出大气尘埃载荷变化与气温变化之间关系在高原北部地区呈显著负相关,而在南部地区却呈显著正相关。这说明青藏高原南北气候环境变化的差异性。     

青藏高原中部2.8Ma以来的化学风化与环境演化的湖泊沉积记录

对采自青藏高原中部错鄂湖泊钻孔近200m以上深处、形成于2.8Ma以来的沉积岩岩芯中Sr,Rb,Zr含量变化及Rb/Sr,Zr/Rb比进行了研究,并结合其岩性、粒度、粘土矿物组成,分析了该地区2.8Ma来化学风化的相对强度和古环境演化过程。研究表明,2.8Ma来青藏高原中部的环境经历了3个演化阶段：在深约197－170m(2.8-2.5Ma)岩性段,低Sr含量,高Rb/Sr和Zr/Rb比揭示的是较弱的化学风化过程,反映了与当时强烈的高原隆升运动有关;在约170－38.5m（约2.5-0.8Ma)段,高Sr含量,低Rb/Sr和Zr/Rb比记录的是该流域较强的化学风化阶段,与高原在稳定期中部总体处于温湿或凉湿的环境下的结论吻合;在38.5-0m（约0.8-0Ma)段,总体Sr含量处于相对低值,Rb/Sr比相对较高,化学风化相对较弱,表明高原中部处于较寒冷的环境之中,高原整体已隆升到4000m以上。     

近2000年来气候环境变化的冰芯记录研究

文章通过对古里雅冰芯中δ１８Ｏ、冰川积累量和Ｃａ等指标的研究，恢复了过去近２０００ａ来气候环境的变化。作为温度指标的δ１８Ｏ反映了过去近２０００ａ来气候在冷暖波动中逐渐变暖的趋势。作为降水指标的冰川积累量反映出降水变化具有和温度变化相似的特征，即降水在增减波动中显示出逐渐增大的趋势。与温度升高和降水增大的趋势相反，冰芯中的Ｃａ含量呈现明显的减少趋势，说明大气中尘埃含量随气候的变暖逐渐减少。这和我们研究中所得出的冷期时大气尘埃增加，暖期时大气尘埃减少的结论是一致的     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯剖面物理特征及其形成机理研究

冰芯中的化学成分,记录了古环境和古气候的诸多信息,已有广泛研究.而冰芯剖面的物理特征,由冰芯形成时的水热条件和冰川运动变质作用所决定,同样记录了气候、环境和冰川运动的诸多信息.根据在乌鲁木齐河源1号冰川钻取的6根冰芯的详尽资料,结合冰流模式对冰芯冰龄的估算,分析研究了不同冰川带冰芯剖面的物理特征、形成机理和相应的水热条件.结果表明:积累区冰芯以粒雪一冰交替的原生沉积层为主,受冰川流动引起的动力变质作用影响较小,与该区成冰环境和冰川温度密切相关;平衡线附近的冰芯4.3 m以上主要是由渗浸冻结冰组成的原生沉积层,与附近的成冰环境相吻合,以下部分主要是经过动力变质作用的冰体,源于冰川上部的积累物;消融区冰芯主要由冰川上部下流的冰川冰组成,模拟显示该区冰芯冰龄较长,受局部成冰环境的影响很小.通过对不同区域冰芯特征比较,发现各成冰带的冰芯组成及污化层差别较大;在东、西支冰川同时期冰芯剖面的对比中,发现海拔相近点冰芯剖面组构相近,说明通过冰芯资料来探讨冰川内部特征以及该区域气候环境演变历史等较具代表性.     

冰芯化学记录的对比研究(英)

Through the comparison of two ice core chemical records from the No. 1 Glacier at the headwaier of Urumqi River, Tian Shan, China the stability of ice core records for the climatic and environmental research was discussed for the first time.     

PERSISTENCES IN THE δ~(13)C AND δ~(18)O FROM TS95, A LAKE CORE AT THE SOUTH FRANK OF WEST KUNLUN MOUNTAIN

PERSISTENCES IN THE δ~(13)C AND δ~(18)O FROM TS95, A LAKE CORE AT THE SOUTH FRANK OF WEST KUNLUN MOUNTAIN