黄土高原黄土粒度的空间变化及其古环境意义

20世纪50~60年代,刘东生先生组织了黄河中游黄土区十条大断面（六纵四横）的野外考察和室内分析,从而证实了从西北到东南黄土粒度逐渐变细的现象,并划分出砂黄土、黄土和粘黄土带。从此,粒度成为黄土研究最基本、最重要的物理指标之一。时至今日,黄土粒度的古气候意义依然有待进一步明确。在前辈研究的基础上,我们对黄土高原57个S2以上剖面进行了详细调查和粒度分析,构建了典型冷暖时期粒度等值线。结果显示,无论是黄土还是古土壤,其粒度均从北向南变细,粒度等值线整体上呈现近东西向展布,表明粒度空间分异以南北向为主。地质记录综合对比显示,沉积区距物源区的距离变化对黄土粒度的影响是第一位的,冬季风风力变化的影响是第二位的。据此,我们构建了"黄土中值粒径-沉积区距源区最小距离"的模型。模型显示：距源区最小距离在400km以内为"快速分异区",粉尘沉积的粒度随搬运距离增加迅速变细,黄土高原黄土即在此区域;在400~2000km间为"缓慢分异区",粉尘粒度随搬运距离的增加缓缓变细,黄土高原新近纪红粘土即为典型代表;距源区2000km以上为粉尘沉积与搬运风力的"平衡区",粉尘粒度随搬运距离增加变化很小,深海粉尘沉积为典型代表。依据低空搬运的黄土"粒度-距离"模型推测的远距离（>2000km）搬运后的粉尘粒度为1~3μm,同高空搬运的北太平洋现代降尘和深海粉尘沉积粒度（2~4μm）非常吻合,表明该模型可能揭示了风力这样一种地质营力的内在动力学特征,这一点需要在今后研究中予以关注。     

降尘与人类世沉积 ——Ⅰ : 北京2006年4月16~17日降尘初步分析

2006年4月中北京地区接连出现了强降尘过程。降尘,在地质学家的眼中被视为黄土的原始物质。对降尘过程以及降落物的研究无论对我们正确认识黄土的堆积和演化,或者人类活动对干旱区沙漠化的影响均有重要的理论和实践意义。本文着重介绍这次降尘的沙尘天气过程以及对降落物磁化率和粒度测量的初步结果。     

降尘与人类世沉积——Ⅰ:北京2006年4月16～17日降尘初步分析

2006年4月中北京地区接连出现了强降尘过程。降尘,在地质学家的眼中被视为黄土的原始物质。对降尘过程以及降落物的研究无论对我们正确认识黄土的堆积和演化,或者人类活动对干旱区沙漠化的影响均有重要的理论和实践意义。本文着重介绍这次降尘的沙尘天气过程以及对降落物磁化率和粒度测量的初步结果。     

北京市昌平区钻孔岩芯的磁化率与粒度组份变化的相关性研究

以昌平区钻孔岩芯为例,分析沉积物粒级组分与磁化率大小变化的相关性。从厚约150 m的剖面选取590多个样品,分别测试从0.5~500 μm各个粒度区间颗粒的百分含量和磁化率。通过计算它们之间的相关关系,认为湖相沉积物磁化率的变化与0.5~30 μm间细粒物质的含量,特别是与0.5~10 μm区间悬浮物质的含量反相关,而与65~500 μm间较粗粒物质的含量正相关。这种相关性与黄土沉积刚好相反,反映了二者之间磁化率不同的变化机制, 蕴涵着一定的古气候信息。     

The ultrafine component in Chinese loess and its variation over the past 7·6 Ma: implications for the history of pedogenesis

Grain‐size data from different climatic zones across the Chinese Loess Plateau show that the loess generally contains an ultrafine component, which has a consistent modal grain size of ca 0·37 μm and a variable proportion of 4 to 10%. The variation of the ultrafine component through a loess section is characterized by a high proportion and fine grain size in palaeosols, and by a low proportion and coarse grain size in loess layers. Its proportional content in a stratum roughly increases from north‐west to south‐east across the Loess Plateau. Quantitative X‐ray diffraction analysis indicates that the ultrafine component is composed mainly of clay minerals (ca 70%), which are mostly illite (ca 80%), and with significant amounts of kaolinite (ca 8%) and chlorite (ca 2%). The temporal and spatial variations of the ultrafine component, and the degree of illite crystallinity, suggest that this component in aeolian sediments is linked closely to the process of pedogenesis. Weakly altered loess on the north‐western margin of the Loess Plateau contains considerable amounts of detrital clay minerals derived from the aeolian source areas. Results from a loess section with a basal age of 7·6 Ma in the central Loess Plateau show that the ultrafine component increased from 7·6 to 5 Ma, and progressively decreased thereafter. This trend was punctuated by two abrupt changes at 2·6 and 0·6 Ma. These variations reflect to a considerable extent the history of pedogenesis during the Late Cenozoic.     

Comparison of particle size characteristics of the Tertiary 'red clay' and Pleistocene loess in the Chinese Loess Plateau: implications for origin and sources of the 'red clay'

The origin of the Tertiary ‘red clay’ underlying the Pleistocene loess in the Chinese Loess Plateau remains controversial, although several lines of evidence have suggested a wind‐blown origin. This study examines the particle‐size parameters of the late Miocene and Pliocene ‘red clay’ by comparing it with those of the late Pleistocene loess. The particle‐size distribution of a total of 15 339 loess and 6394 ‘red clay’ samples taken from 12 loess sections along a north–south transect and two ‘red clay’ sequences at Lingtai and Jingchuan was systematically analysed. The median grain size, skewness and kurtosis of the late Pleistocene loess all show a systematic southward change and are principally influenced by distance from source region. The spatial and temporal differentiation of dust deposits is expressed in a skewness–kurtosis–median grain size ternary diagram, from which the distance to the source region can be inferred. The particle‐size characteristics of the Tertiary ‘red clay’ sediments are very similar to those of the palaeosols within the late Pleistocene loess deposits, suggesting an aeolian origin for the ‘red clay’. Based on the comparison of ‘red clay’ and loess in the ternary diagrams, it is inferred that the source–sink distance was greater in the Neogene than in the last and penultimate interglacials, and that the dust source region in north‐western China underwent a progressive expansion during the period from at least 7·0 Ma to the present.     

Links between bulk sediment particle size and magnetic grain‐size: general observations and implications for Chinese loess studies

Using a combination of particle size analysis, magnetic measurements, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy imaging, this study shows that in a wide range of depositional environments, there is a strong link between particle size classes and magnetic response, especially below the upper limit of stable single domain magnetic behaviour. Ferrimagnetic grain assemblages dominated by stable single domain magnetosomes regularly have peak susceptibility and remanence values in coarser grades than do those containing finer‐grained, viscous and superparamagnetic secondary magnetic minerals formed during pedogenesis. This effect is despite the fact that there is a one to two orders of magnitude size difference between the particle size boundaries (at 1 or 2 μm) and key domain state transitions (mostly below 0·05 μm). The implications of these results are explored using samples spanning 22 Myr of loess accumulation on the Chinese Loess Plateau. The results from the loess sections, complemented by data from low‐temperature magnetic experiments, show that there are subtle distinctions in mean ferrimagnetic grain‐size between the Pleistocene and Miocene parts of the record, thus allowing more refined rock magnetic interpretations of the fine‐grained ferrimagnetic mineral assemblages arising from the effects of weathering, pedogenesis and possibly diagenesis in the sections studied.     

黄土醋酸淋溶实验及其碳酸盐组分的地球化学特征

选择性的化学淋溶实验 ,广泛用于沉积物的地球化学研究中。通过对比 1mol/L的盐酸和醋酸两种溶剂对黄土和古土壤的淋溶效果 ,发现 1mol/L的醋酸能选择性淋溶黄土和古土壤中碳酸盐组分 ,对硅酸盐、铁的氧化物等影响很小。在确定溶剂后 ,以 1mol/L醋酸溶液选择性淋溶了洛川剖面 4 3个黄土和古土壤样品 ,通过分析淋溶液的组成 ,得出黄土和古土壤中碳酸盐组分的平均成分 (wB)为 :MgO 1.71% ,MnO 670× 10 - 6 ,Sr 4 90× 10 - 6 。淋溶结果较好地反映了黄土-古土壤剖面的风化成壤程度 ,其中醋酸淋溶液中MnO含量能更好地反映当时的古气候信息。     

黄土地区挤密桩桩周土体挤密模型的确定

研究分析了邓肯-张模型在挤密桩周土体应用中的不足。通过室内试验及对黄土地区挤土桩成孔对桩周土挤密原理的分析,认为桩周挤密黄土变形模量在破坏前符合邓肯-张模型,破坏后可用重塑土室内压缩试验的压缩模量与建议的转换系数? 确定,并进一步给出了相应的计算模式,提出了黄土成孔挤密模型并通过一个实例验证了模型的合理性。此模型为以后对桩周土体的应力分析打下了良好的基础,对进一步完善挤密桩设计理论具有参考价值。     

黄土粒度的分布特征及其工程地质意义初探

黄土的粒度组成和分布既能够反映其沉积环境,又在很大程度上决定了黄土的物理力学及水理性质。粒度分析表明黄土的粒度频率分布曲线包含多峰分布和单峰分布两种形式。对比研究发现:粒度具多峰分布的黄土其粘粒含量相对较高,微结构一般为镶嵌微孔半胶结结构或絮凝状胶结结构,比表面积大,平均孔径小,微孔隙和小孔隙含量高,一般超过孔隙总量的60%,其工程地质性质明显优于具单峰分布的黄土,且多峰分布特征愈明显即细粒部分的次峰愈高,其工程地质性质愈稳定,渗透系数的各向异性愈低。     

克里雅河流域风成物质的粒度分析与讨论

本文分析研究了昆仑山北坡克里雅河流域风成物质的粒度特征。该流域四大地貌景观带的地表沉积物表层样品的机械组成差别明显,黄土的粒度组成以粉砂为主,比我国黄河中游地区的黄土粗得多,亚砂土的主要成分为微砂,沙漠地区以细砂为主。除戈壁带以"非地"形式出现以外,由沙漠中心向南至昆仑山,在西北风和东北风的作用下,风成物质的粒度由粗变细。流域出露的黄土主要是在晚更新世和全新世沉积的。     

Mangshan Loess in Central China and the Paleomonsoon Variationssince the Last Interglaciation

The Mangshan Yuan is a loess platform on the southern bank of the Yellow River, which is located in northwestern Zhengzhou of Henan Province, China. The typical Zhaoxiayu section of the Mangshan Yuan preserves stratigraphical loess units above S10 with a total thickness of 172.1 m, which includes 15.7 m of the last interglacial paleosol S1, 77.3 m of the last glacial loess L1 that consist of 41.6 m of the late stade L1LL1, 13.2 m of the interstade L1SS1 and 22.5 m of the early stade L1LL2. Based on the age marking points by correlating magnetic susceptibility of the section with the SPECMAP curve, the timescale of the section was constructed, and the average accumulation rate and the resolution of each loess strata over the S2 were subsequently calculated using the     

不同粒级黄土-古土壤中碳酸盐碳氧稳定同位素组成及其古环境意义

从黄土高原中部洛川和环县两个剖面选取若干黄土和古土壤样品，分为三种粒级（＞45μm、2－45μm、＜2μm），挑出＞45μm粒级中的根状结核与蜗牛壳化石碎片，分别测定δ^13C和δ^18O值。结果显示，两个剖面不同粒级组分的δ^13C和δ^18O值表现出相似的分布规律。洛川剖面的根状结核和蜗牛壳与分粒级样品中的＜2μm粒级中碳酸盐的δ^13C和δ^18O值最为接近，处于相同的区域内；而＞45μm粒级中的δ^13C和δ^18O值与其他样品有明显的差别。因此，可以认为黄土－古土壤中＜2μm粒级中所含的碳酸盐可代表成镶碳酸盐，其蕴涵的地球化学信息可用以重建成壤时的古气候和古环境条件。     

临夏黄土记录的26万年来季风快速变化

黄土高原西部高分辨率黄土序列开展的多代用指标研究,有助于揭示轨道-亚轨道尺度上东亚冬、夏季风的变化特征及动力机制。但针对同一地质记录提取冬、夏季风多代用指标进行对比和敏感性分析的工作尚不多见,因此制约了对季风快速变化特征和机理的理解。本文利用甘肃临夏85 m黄土岩芯开展高分辨率的粒度、磁化率和元素扫描分析,发现在轨道尺度上粒度和Zr/Rb比值显示的大幅冰期-间冰期波动与深海氧同位素记录有很好的对应关系,表明东亚冬季风的波动响应于北半球高纬冰量的变化。但在千年尺度上,粒度能更敏感地响应冬季风的快速变化;Rb/Sr比值和磁化率均能很好记录轨道尺度上的东亚夏季风波动,但在亚轨道尺度上Rb/Sr的敏感性明显高于磁化率。粒度、Zr/Rb和Rb/Sr所指示的东亚季风快速变化表现出较强的岁差信号,与石笋和北纬65°夏季太阳辐射有较好的对应关系,表明东亚季风变化也受到岁差直接驱动的夏季太阳辐射变的控制。在最后两个冰期-间冰期旋回中(即末期冰期旋回和倒数第二次冰期旋回)Rb/Sr及Zr/Rb比值和粒度记录分别可以辨别出与石笋相同数量级的变暖事件,但粒度记录的暖事件明显要多于Rb/Sr及Zr/Rb比值,且这些暖事件并不能一一对应。粒度及元素比值记录显著变冷的千年尺度的Heinrich(H)事件与石笋记录的夏季风明显减弱的事件有很好的对应关系,但其发生频率明显高于海洋记录。这些指标记录的千年尺度上波动信号的不一致性主要归因指标对不同气候要素敏感性的差异。未来需要进一步开展高分辨率多代用指标敏感性分析,选取对季风快速变化的敏感指标,有助于我们理解季风快速变化的特征(如周期和幅度等)和分析季风快速变化的时空差异性。     

中原邙山黄土与末次间冰期以来古季风特征

中原邙山赵下峪剖面出露S10以上黄土地层,厚度大于172.1m。末次间冰期S1古土壤厚15.7m,末次冰期L1黄土厚达77.3m,其中晚冰阶L1LL1黄土、间冰阶L1SS1古土壤和早冰阶L1LL2黄土分别厚41.6m、13.2 m和22.5 m。邙山黄土是厚度最大的晚更新世黄土地层剖面之一,记录了丰富的气候环境变化信息。用SPECMAP氧同位素曲线确定的阶段界限的日历年龄为标定点和磁化率年龄模式,获得相应的时间标尺,据以计算出S2以上各层段的平均沉积速率和分辨率。邙山黄土倒数第二间冰期以来不同冰期或冰阶与间冰期或冰阶的粒度、平均沉积速率和分辨率有很大的差异,其中以末次冰期晚冰阶L1LL1黄土的平均沉积速率为最高,达3.45 mm／a,而末次问冰期S1古土壤的沉积速率亦高达0.28 mm／a。本文主要根据赵下峪剖面的磁化率和>45μm粗颗粒含量变化曲线,并与格陵兰GRIP冰心和深海SPECMAP氧同位素曲线对比,讨论末次间冰期以来古季风特征及其相互关系。     

黄土高原黄土物源区的同位素证据

系统采集了黄土高原马兰黄土、河西走廊和青藏高原东北部黄土、河床沙和湖泥样品。用酸淋洗去除方解石后,黄土高原马兰黄土εNd(0)值从-9.2到-11.3,87Sr/86Sr比值从0.71784到0.71944,都落在同位素B区内,与青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的值一致。黄土高原马兰黄土白云石的δ13C值从1.2‰到1.5‰,与青藏高原东北部和河西走廊黄土,巴丹吉林沙漠的白云石的值类似。这些表明青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠可能是黄土高原黄土的源区,从而排除了其他沙漠(古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)作为黄土物源区的可能性。同位素研究结果和野外调查进一步揭示,黄土高原黄土、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠物质可能最终都是来源于青藏高原东北部。     

川西漳腊黄土地层与气候变化

川西高原风成黄土广泛分布,其中漳腊盆地黄土剖面厚约9.5 m。根据磁化率、粒度和地层特征,并通过与金川黄土和甘孜黄土剖面的对比,可将漳腊黄土地层划分为冰后期S0古土壤、末次冰期L1复合黄土、末次间冰期S1复合古土壤、倒数第二冰期L2黄土等4个地层单位,其中L1复合黄土可细分为L1L1、L1S1、L1L2、L1S2和L1...     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。     

中国黄土记录的季风快速变化

中国黄土高分辨率代用指标研究表明东亚季风气候存有亚轨道尺度的快速波动,与北半球高纬气候和大西洋经向环流变化关系密切。本文回顾前人在黄土高原地区多个典型剖面的研究结果,分末次冰期、最后两个冰期旋回及极端冰期（L₉和L₁₅）3个时段,阐述了粒度、元素比值、风化指数等代用指标揭示的冬、夏季风快速变化特征,并与冰芯、石笋和深海记录进行对比,探讨了季风突变事件的区域一致性和遥相关动力过程。结果表明,黄土高原西北部高分辨率黄土剖面代用指标对季风快速变化敏感,而东南缘黄土记录的突变事件不太清晰,这种差异受控于沉积速率和风化成壤的空间变化;在冰期-间冰期不同气候背景下,黄土粒度和元素比值的变化幅度和周期表现出较大差异,冰期幅度大、频率快,间冰期幅度小、频率慢,表明冰量大小对季风快速变化有调制作用;在两个极端寒冷期（氧同位素阶段22~24和38）,黄土粒度同样表现出快速变化特征,但与北大西洋浮冰碎屑记录似乎难以对应,可能与海陆记录的分辨率差异和年代标尺不确定性有关。综上所述,季风快速变化特征在沉积速率相对较高、成壤相对较弱的黄土剖面比较清晰,在冰期-间冰期不同下垫面条件下季风快速变化的特征和机理可能不同。未来的季风快速变化研究,一方面在时间尺度上拓展高分辨率敏感代用指标研究,揭示季风快速变化的起源和演化特征;另一方面加强地质记录和数值模拟结果的对比研究,获得季风快速变化动力机理的全面认识。