青藏高原东部和湄公河盆地晚第四纪风化剥蚀与东亚季风演化在南海中的记录

通过南海西南部湄公河口MD01—2393孔和MD97—2150孔的高分辨率粘土矿物和粒度分析,及铷、锶、钕同位素分析,揭示出青藏高原东部和湄公河盆地晚第四纪190ka以来的风化剥蚀和东亚季风演化历史。铷、锶、钕同位素研究证实这两个孔的陆源碎屑物质主要来源于湄公河流域的直接输入。蒙脱石／(伊利石 绿泥石)值和蒙脱石／高岭石值指示了化学风化历史,而陆源碎屑颗粒的粒径比值2．5～6．5μm／15～55μm则指示了湄公河沉积物的供给能力。相对高的比值发生在间冰期,表明强盛的夏季风降雨和减弱的冬季风环流;相对低的比值对应于冰期,表明强盛的冬季风和减弱的夏季风,揭示出东亚季风气候驱动的风化剥蚀演化历史。东亚季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,表明东亚季风演化的天文驱动机制。     

南海南部120ka以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁

利用XRF岩芯元素扫描仪对南海南部MD05-2896孔岩芯样品进行1 cm间隔的元素测试。该孔底部年龄约为120ka。研究表明,南海南部间冰期夏季风活动增强,上升流发育;夏季风和降雨带来的陆源有机物输入增加,提高了表层的生产力;冰期夏季风减弱,陆源有机物输入减少,表层生产力降低。海洋表层生产力在MIS3早期(60~40 ka)较高,指示该时有特强的夏季风,上升流作用增强。Ba/Ti值表明东亚夏季风的强弱变化,并与北半球夏季日射量基本呈线性关系,体现了东亚夏季风演化的天文驱动机制。     

南海北部中新世以来粘土矿物特征及东亚古季风记录

应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM) 和X射线能谱(EDS) 分析技术对南海北部ODP1146站中新世以来(~20 Ma) 粘土矿物的组成、结晶学特征、微形貌和化学成分进行了研究, 分析了粘土矿物的物质来源及其记录的东亚季风演化历史.1146站粘土矿物组合的总体特点是以伊利石和蒙脱石为主, 高岭石和绿泥石含量较低.物源分析表明, 1146站蒙脱石主要来自于吕宋岛, 伊利石和绿泥石来自于珠江和台湾(长江), 而高岭石则主要来自于珠江.1146站的粘土矿物不仅被南海周围物源的同时代气候所控制, 而且为相互消长的不同传输作用(表层洋流) 的强度所影响.1146站(伊利石+绿泥石) /蒙脱石比值可以用来作为东亚季风演化的矿物学标志.指标变化显示出东亚冬季风强度和冬季风相对夏季风的强度在15 Ma、8 Ma和3 Ma左右发生了3次显著加强, 结果可以与黄土、北太平洋风尘沉积、南海微体古生物记录等很好对比.青藏高原的阶段性隆升可能促进了东亚季风的这3次加强.      

风成三趾马红土与第四纪黄土的粘土矿物组成异同及其环境意义

文章基于X射线衍射、热分析和理化分析,对西峰三趾马红土的粘土矿物组成进行较系统研究,并与上覆第四纪黄土和古土壤样品进行对比.结果表明,二者的粘土矿物类型相似,以伊利石为主,其次是绿泥石、蒙脱石和高岭石; 但伊利石结晶度明显低于第四纪黄土,而与发育较好的第四纪古土壤(如S4和S5)相当; 三趾马红土中的粘土矿物组成主要为碎屑成因,成壤作用只对伊利石结晶度有明显影响.根据现代土壤粘土矿物地带性分布规律,三趾马红土的粘土矿物组合指示了大约6Ma以来,我国北方黄土高原地区一直处于温带半湿润-半干润的环境条件下,以后的气候主要在此范围内波动.但伊利石结晶度的变化指示了晚中新世-上新世总体比第四纪较高的风化成壤强度,体现了较强的夏季风效应.     

南海的氧同位素3期

以南海北、西、南部3个沉积速率相对较高而且连续的沉积柱状样MD2904,MD2901和MD2897为基础,通过粒度、碳酸盐、有机地球化学和元素分析,并综合前人研究成果,对南海MIS3期进行探讨。结果显示,南海MIS3是末次冰期中的弱暖期,海水表层古温度比相邻的MIS2和MIS4期略高,但是明显比MIS1和MIS5期低。MIS3的最大特点就在于其气候的不稳定性,发生了多次气候快速变化事件。在格陵兰冰芯中记录的千年尺度快速气候变化事件（D/O事件和Heinrich事件）基本上在南海北、西、南部都有响应,具有与全球同步的特征。南海MIS3古生产力都显示出较高的特点,这与东亚季风有着密切的关系,北部主要受冬季风影响,西部和南部主要受夏季风影响。南海南部MIS3表现出比MIS5更高的古生产力和更强的夏季风强度,这一特点有待更进一步深入研究。     

贵州花溪P-T界线附近粘土矿物结构及成因意义

为了揭示贵州花溪区海相P-T界线附近粘土岩的成因及物质来源,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及差示扫描量热法(DSC),对粘土层中粘土矿物的精细结构进行了深入的研究.结果表明,样品中的粘土矿物共有两种物质来源.样品YN06质地致密,粘土颗粒具有一定的定向性,主要粘土矿物成分为伊利石和少量绿泥石.粘土矿物颗粒具有不规则的轮廓及参差不齐的边缘;样品脱羟基反应温度为590℃,表明样品中的伊利石主要为tv结构,来源于陆地机械风化作用.其余五件样品主要粘土矿物为伊蒙规则混层和伊利石以及少量蒙脱石、绿泥石,脱羟基温度均大于600℃,表明样品中的粘土矿物主要以cv结构为主,含有少量的tv结构,指示粘土岩主要来源于火山物质的蚀变并伴随部分陆源碎屑物质沉积形成.     

南海北部MD12-3432站深海氧同位素MIS6期到MIS5期陆源沉积物元素比值反映的古气候变化

海洋沉积物中的某些主微量元素与沉积物源区有着密切的联系,它们之间的比值变化受到源区化学风化强度的影响,因此这些元素的比值变化可以反映出海洋沉积物源区古气候的变化。本文研究了南海北部陆坡MD12-3432站位深海氧同位素6期和5期(MIS6/5) 沉积物的主微量元素,发现其表现出良好的气候控制变化特征,K/Ti、Mg/Ti、Al/Ti、Fe/Ti、Co/Ti、Zn/Ti和V/Ti等比值在MIS 5期时较高,而在MIS6期时较低。南海北部的碎屑物质主要来自中国华南地区,沉积物中元素比值的变化表明间冰期时(MIS5)华南地区陆壳化学风化增强,说明该时期华南陆地气候环境温暖湿润,这可能是间冰期时东亚夏季风加强的结果;而冰期时南海北部沉积物源区化学风化减弱,则与此时东亚冬季风较强,华南地区气候干燥寒冷相关。同时,与表层海水生产力相关的Ba/Ti比值在间冰期较高而冰期较低,反映出南海北部在间冰期时表层生产力较高而冰期时相对较低,这可能是由于东亚夏季风增强带来更多降雨,陆地化学风化作用加强,大量营养成分随河流进入南海,导致南海北部表层海水生产力增加。     

南海南部巽他陆架氧同位素3期粘土矿物记录及其古环境意义

南海南部低海平面时期巽他陆架陆源碎屑的物源区变化,对于研究海陆变迁过程古环境演化具有重要意义.选择巽他陆架外缘对海平面变化影响非常敏感的氧同位素3期岩心记录（18282-2孔）,开展高分辨率陆源碎屑粘土矿物分析,以期获得海平面变化影响下的物源区演化历史.研究结果显示,在氧同位素3期44.5~36.0 cal ka BP期间,巽他陆架外缘含有较高的蒙脱石（29%~44%）与中等含量的高岭石（21%~27%）、伊利石（19%~27%）和绿泥石（14%~20%）.物源区分析表明,这个时期的蒙脱石主要由苏门答腊岛和泰国中部河流提供,高岭石主要由马来半岛、苏门答腊岛和婆罗洲西部河流提供,而伊利石和绿泥石主要由湄公河提供.在此期间,海平面长时间位于-80 m以下,巽他出露陆架上发育的大型古河流（北巽他河、古昭披耶河及古湄公河）可将来自周边物源区的陆源碎屑物质直接输送到陆架外缘.研究岩心的蒙脱石/（伊利石+绿泥石）比值与海平面变化具有良好的对应关系:当海平面下降时,蒙脱石/（伊利石+绿泥石）比值增大;反之亦然.这一现象表明海平面变化是影响巽他陆架外缘氧同位素3期沉积环境演化的最重要因素,即海平面升降引起的海陆格局变化,特别是古岸线的迁移可显著影响古河流与研究站位间的搬运距离,从而导致周边物源区对陆架外缘的陆源碎屑物质相对贡献量发生变化.      

临夏盆地晚渐新世沉积物中坡缕石的发现及其环境气候意义

为揭示临夏盆地晚渐新世沉积物的矿物组成对环境气候的指示意义, 利用X射线衍射和扫描电子显微分析方法, 对临夏盆地晚渐新世的沉积物的矿物组成以及坡缕石的矿物学特征进行了深入的研究.结果表明, 沉积物中的坡缕石主要为自生成因, 极少量具有碎屑成因.自生成因的坡缕石呈细长丝状的形态特征, 往往沿片状的伊/蒙混层粘土矿物颗粒的边缘交代、生长;碎屑成因的坡缕石呈平直细纤维状的, 以单颗粒形式产出, 与细小的粘土矿物颗粒混杂, 或叠合在片状粘土矿物颗粒的表面.在临夏盆地晚渐新世沉积物中, 下段岩层中的粘土矿物组合为伊利石、伊/蒙混层粘土和高岭石;中段岩层的为伊利石、伊/蒙混层粘土;而上段岩层则为伊利石、伊/蒙混层粘土和绿泥石, 反映在盆地形成之后, 气候演化经历从湿润→冷干的变化过程.而沉积物中坡缕石的含量自下而上逐渐增多, 其分布特征与粘土矿物组合所反映的气候环境变化趋势相吻合.伊利石和伊/蒙混层粘土普遍存在于临夏盆地晚渐新世沉积物中, 伊利石、伊/蒙混层粘土和高岭石的共存表明这些粘土矿物具有不同的来源.坡缕石是干旱、半干旱地区泥灰岩风化以及风成沙漠尘土沉积物的特征矿物, 临夏盆地晚渐新世的沉积物中碎屑成因坡缕石的发现, 表明自~9Ma以来便出现风成黄土的沉积.      

全风化花岗岩样品中粘土矿物含量变化对比

全风化花岗岩三大矿物组分——石英、长石和粘土矿物含量变化情况怎样?粘土矿物含量变化幅度多大?以香港九龙3个探坑中采到的18箱(边长30cm的立方体)样品为例, 将1箱样品的不同区分别取样后的XRD鉴定结果(包括全岩3种主要矿物成分变化、粘粒中高岭石和伊利石变化范围值)进行对比, 结果发现它们中矿物成分含量变化范围一般为10%~20%.高岭石相对含量变化幅度大于伊利石, 粗粒结构样品变化值大于细粒样品值.对同一样品不同分析人员得出的结果差别很大.分析后认为样品自身的非均质性和分析人员经验不同, 都可造成粘土矿物含量的明显差别.为进一步分析XRD鉴定样品间矿物成分差异值的可靠性, 还将XRD结果同薄片统计结果进行了对比.结果发现来自石硖尾样品中的石英含量普遍较高, 长石含量普遍较低, 而粘土矿物含量在石硖尾和观塘都有高有低.从两者差值看, 矿物含量相差0%~35%.这项研究说明全风化花岗岩一定范围内的非均质性程度同风化物中矿物是原矿物还是粘土矿物的认定一起对最终结果产生很大影响.      

Characteristics of Clay Minerals in the Northern South China Sea and Its Implications for Evolution of East Asian Monsoon since Miocene

Clay mineral assemblages, crystallinity, chemistry, and micromorphology of clay particles in sediments from ODP Site 1146 in the northern South China Sea (SCS) were analyzed, and used to trace sediment sources and obtain proxy records of the past changes in the East Asian monsoon climate since the Miocene, based on a multi-approach, including X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS). Clay minerals consist mainly of illite and smectite, with associated chlorite and kaolinite. The illite at ODP Site 1146 has very well-to-well crystallinity, and smectite has moderate-to-poor crystallinity. In SEM the smectite particles at ODP Site 1146 often appear cauliflower-like, a typical micromorphology of volcanic smecites. The smectite at ODP Site 1146 is relatively rich in Si element, but poor in Fe, very similar to the smectite from the West Philippine Sea. In contrast, the chemical composition of illite at ODP Site 1146 has no obvious differences from those of the Loess plateau, Yellow River, Yangtze River, and Pearl River. A further study on sediment source indicates that smectite originates mainly from Luzon, kaolinite from the Pearl River, and illite and chlorite from the Pearl River, Taiwan and/or the Yangtze River. The clay mineral assemblages at ODP Site 1146 were not only controlled by continental eathering regimes surrounding the SCS, but also by the changing strength of the transport processes. The ratios of (illite+chlorite)/smectite at ODP Site 1146 were adopted as proxies for the East Asian monsoon evolution. Relatively higher ratios reflect strongly intensified winter monsoon relative to summer monsoon, in contrast, lower ratios indicate a strengthened summer monsoon relative to winter monsoon. The consistent variation of this clay proxy from those of Loess plateau, eolian deposition in the North Pacific, planktonic, benthic foraminifera, and black carbon in the SCS since 20 Ma shows that three profound shifts of the East Asian winter monsoon intensity, and aridity in the Asian inland and the intensity of winter monsoon relative to summer monsoon, occurred at about 15 Ma, 8 Ma, and the younger at about 3 Ma. The phased uplift of the Himalaya-Tibetan plateau may have played a significant role in strengthening the Asian monsoon at 15 Ma, 8 Ma, and 3 Ma.     

浙闽泥质区全新世物源和古气候演化研究进展

浙闽泥质区是全新世高海平面以来沉积物的汇。受东亚季风影响,浙闽沿岸流和台湾暖流具有季节性变化,长江口"夏储冬输"的沉积物输运模式对东海内陆架泥质区的形成有关键作用。浙闽泥质区的潜在物源主要有长江、浙闽河流以及台湾西部山地河流,以长江物质为主。黏土矿物、稀土元素、Sr-Nd同位素、环境磁学等方法是物源研究的重要手段。长江物质以伊利石为主,蒙脱石含量较少,高岭石和绿泥石含量中等;而台湾物质以伊利石和绿泥石为主,没有蒙脱石。磁黄铁矿是台湾河流沉积物特有的磁性矿物,可作为大陆河流与台湾河流物源识别的指标。泥质区位于东亚季风区,受低纬热带过程和高纬大气环流的影响,气候变化具有波动性。沉积物敏感粒级反演的东亚冬季风（EAWM）只记录了泥质区形成以来的气候变化,不能代表整个全新世。受台湾暖流和浙闽沿岸流的双重影响,敏感粒级作为EAWM演化的指标需进一步深入研究。     

16 ka以来冲绳海槽中南部沉积物物源演化及其对古气候的响应

基于有孔虫AMS14C年龄年代框架,通过冲绳海槽中南部的OKT12孔沉积物黏土矿物的分析,探讨了16 ka以来冲绳海槽细颗粒沉积物的物源变化及其对源区气候的响应。研究结果显示,10 ka时黏土矿物组成发生明显变化,伊利石、绿泥石含量增加,高岭石、蒙皂石含量减少,指示物源由之前的长江和东海陆架源转变为台湾源。受到海平面上升影响,长江河口和冲绳海槽距离增加,夏季风增强,黑潮增强,既搬运台湾来源物质,又阻碍长江物质跨陆架输运,在这些因素综合作用下,长江物质减少、台湾物质增加。高岭石/（伊利石+绿泥石）和绿泥石/（伊利石+蒙皂石）比值在4 ka以来增加指示全新世晚期台湾源区侵蚀强度发生变化。4 ka前后物源判别显示,OKT12孔沉积物来源由台湾东北部河流变为台湾东南部河流,反映了该时期季风降雨导致源区台湾不同区域的侵蚀差异,可能与ITCZ南移、ENSO活动增强有关。     

南海沉积物中的黏土矿物:指示东亚季风演化历史?

黏土矿物以其示踪洋流变化和揭示物源区同时期气候变化的能力,近年来在南海沉积古环境研究中的地位日益显现。但是,南海黏土矿物能否用于直接指示东亚季风演化历史的研究仍然颇为争议。本研究认为,南海黏土矿物主要受控于物源区供给和洋流搬运作用,黏土矿物本身不具同时期气候条件特征。以南海北部为例,珠江、台湾和吕宋岛这三个主要物源区无论是冰期还是间冰期都提供相同的黏土矿物组合,这些黏土矿物在输入到南海后分别受到不同洋流的搬运。因此,南海晚第四纪黏土矿物组合用于指示东亚季风演化历史的应用是通过洋流的搬运作用来实现的,在不同海区的应用效果不同。     

南海北部陆架中全新世沉积记录及古环境意义

 通过分析珠江口外陆架C069孔沉积柱样的粒度、黏土矿物、主量元素及底栖有孔虫,来研究南海北部中全新世晚期古环境演化。4.2 ka前为全新世大暖期后期,气候湿润,珠江口外陆架受大量的珠江淡水影响,导致C069孔位置的水动力条件较强,形成下段粒度较粗的碎屑沉积物,高岭石含量较高,低的MgO/Al2O3比值,以及受冲淡水影响形成的底栖有孔虫。由于受4.2 ka的极冷事件的影响,C069孔上段的沉积环境受珠江冲淡水影响减小,水动力条件减弱,沉积物粒度变细,高岭石含量降低,MgO/Al2O3比值增大,形成正常浅水环境的底栖有孔虫。4.2 ka以后,台湾来源物质的贡献增多,导致沉积物中伊利石和绿泥石的含量增多,伊利石结晶度和化学指数值都明显变小。     

30 ka以来东阿拉伯海U1456站位粘土粒级碎屑沉积物来源及其古环境意义

通过对国际大洋发现计划U1456站位沉积物AMS 14C年代、粘土矿物、常量元素及粒度组成的综合分析,探讨了东阿拉伯海粘土粒级碎屑沉积物的源-汇过程及其古环境指示意义.30 ka以来U1456站位的粘土矿物组合以蒙脱石和伊利石为主,并含有少量的绿泥石和高岭石.物源分析结果表明粘土粒级碎屑沉积物主要来自于印度河与德干高原.30 ka以来西南季风很可能是影响喜马拉雅山脉以及印度大陆风化剥蚀的重要因素.在西南季风减弱的阶段,印度河物源端元对研究区的输入量减少,这可能与此时热带辐合带的南移及末次冰盛期喜马拉雅山脉冰川覆盖面积的增加有关,从而导致印度河径流量及喜马拉雅山脉可供风化剥蚀的区域减少.K/Al比值指示的源区大陆化学风化作用强度与前人重建的西南季风记录间较为同步,在东阿拉伯海可以作为晚第四纪以来西南季风演化的有效重建指标.      

Chemical weathering in Luzon, Philippines from clay mineralogy and major-element geochemistry of river sediments

Clay mineralogy and major-element geochemistry of 35 surface sediment samples collected in 21 major to moderate rivers of Luzon, Philippines are used to evaluate the present chemical weathering process. The clay mineral assemblage consists mainly of smectite (average 86%) with minor kaolinite (9%) and chlorite (5%) and very scarce illite (1%), and does not show strong island-wide differences. The major element results of both bulk and clay-fraction sediments indicate that the formation of clay minerals is accompanied by leaching of Ca and Na first and of Fe and Mn thereafter during the chemical weathering process. A low-moderate chemical weathering degree of bulk sediments and a moderate-intensive degree of clay-fraction sediments are obtained in Luzon rivers based on proxies of chemical index of alteration (CIA) and smectite crystallinity. It is suggested that the majority of andesitic–basaltic volcanic and sedimentary rocks along with the tectonically active geological setting and sub-tropical East Asian monsoon climate are responsible for the predominance of smectite in the clay mineral assemblage.     

南海北部陆架海域表层沉积物黏土矿物分布特征及物源分析

应用X射线衍射(XRD)对南海北部陆架海域225个站位表层沉积物黏土组分进行分析,结果表明,研究区黏土矿物总体以伊利石和绿泥石为主,高岭石和蒙脱石质量分数少,绿泥石、高岭石与蒙脱石质量分数呈明显的负相关关系。根据南海北部陆架海域表层沉积物中黏土矿物空间分布特征,结合邻近河流的黏土矿物组分以及洋流搬运作用,雷州半岛东部海域伊利石主要来源于广东沿海河流和珠江,绿泥石来自台湾岛,蒙脱石主要由吕宋河流提供,高岭石则由广东沿海河流和海南岛入海河流提供;雷州半岛西部海域伊利石来源于珠江,绿泥石和高岭石由红河提供,蒙脱石可能受广西入海河流携带的沉积物影响。     

Paleoclimate and Paleoenvironment of Gonghe Basin, Qinghai-Tibet Plateau, During the Lastdeglacial: Weathering, Erosion and Vegetation Cover Affect Clay Mineral Formation

With the analysis of the sources and formation mechanism of the clay minerals in the sediment core from the Dalianhai lake in the Gonghe Basin,northeastern Tibet-Qinghai Plateau,clay mineral composition proxies,grain-size and carbonate contents have been employed for high-resolution study in order to reconstruct East Asian Summer Monsoon （EASM） over the northeastern Tibet-Qinghai Plateau during the lastdeglacial.The study also extended to establish a relationship between vegetation cover changes and erosion during the last 14.5 ka with pollen record and clay mineral proxies.Smectite/kaolinite and smectite/（illite＋chlorite） ratios allow us to assess hydrolysis conditions in lowlands and/or physical erosion process in highlands of the Gonghe Basin.Before 12.9 Cal ka BP,both mineralogical ratios show low values indicative of strong physical erosion in the basin with a dominant cold and dry phase.After 12.9 Cal ka BP,an increase in both mineralogical ratios indicates enhanced chemical weathering in the basin associated with a warm and humid climate.The beginning of Holocene is characterized by high smectite/（illite＋chlorite） and smectite/kaolinite ratios that is synchronous as with deposition of many peat laminae,implying the best warm and humid conditions specifically between 8.0 to 5.5 Cal ka BP.The time interval after 5.0 Cai ka BP is characterized by a return to high physical erosion and low chemical weathering with dry climate conditions in the basin.Comparing variations of clay mineral assemblages with previous pollen results,we observe a rapid response in terms of chemical weathering and physical erosion intensity to a modification of the vegetation cover in the basin.