武都万象洞方解石现代沉积体系δ~(18)O值月变化特征

万象洞所在地大气降水同位素值年内波动较大,变化起止时间存在显著的年际差异。观测期内,武都降水同位素δD-δ18O组合特征与周边城市降水同位素多年平均值重建的区域降水雨水线基本重合,洞穴所在地区降水同位素具有很好的区域代表性。洞穴滴水同位素值年内变化幅度较小,基本反映了当地大气降水同位素值的月加权平均水平。洞穴次生碳酸盐与洞穴滴水之间符合同位素平衡分馏基本规律。季节尺度上,不同监测点滴水及次生碳酸盐δ18O值因受地下水混合作用强弱差异及洞穴温度的小幅变化等影响而略有差异;年际变化上,夏季风爆发前后降雨量的权重及爆发时间的早晚对洞穴滴水-碳酸盐体系同位素水平存在一定的影响。万象洞洞穴滴水、石笋氧同位素信号在年代际尺度上可以很好地指示区域内大气降水的同位素变化特征。     

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     

方解石沉积速率控制的物理化学机制及其古环境重建意义

本文总结了作者有关方解石沉积动力学研究的结果,发现方解石沉积速率受环境温度、CO2分压、水动力条件、水层厚度和溶液中钙浓度等多因素的控制.总的规律是温度愈高、CO2分压愈低、流速愈快、水层厚度愈大、溶液中钙浓度愈高,方解石沉积速率愈大.而且,方解石沉积速率随水中钙浓度的增加呈近似线性增加.文中对自然界类似环境条件下的速率系数和我国南北气候环境条件下的方解石沉积速率进行了总结和分析.文章最后对利用钙华和石笋的沉积速率进行古环境重建的复杂性进行了简要的讨论.     

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。      

重庆丰都雪玉洞群洞穴现代监测与古环境研究回顾和展望

重庆丰都雪玉洞群包括羊子洞、雪玉洞和水鸣洞,西南大学的研究团队从2008年开始对雪玉洞群开展了系统的现代过程监测,以了解洞穴系统气候和环境信息的传输、转化和记录过程。通过对雪玉洞洞穴内外的大气、植被、土壤、基岩、滴水和洞穴沉积物等的动态监测,研究了碳酸盐沉积过程的水化学指标变化,揭示了现代洞穴滴水的影响因素和变化过程,以及碳酸盐沉积物对现代气候环境变化的响应,也为古气候的定量化研究提供了基础支撑。现代过程监测记录表明：雪玉洞CO₂主要来源于上覆土壤,其季节变化受降水的影响较大;在短时间尺度上受到游客旅游活动的影响明显,但幅度远远小于自然过程引起的变化。雪玉洞内次生沉积物的沉积速率具有明显的旱季、雨季特征,不同滴水点下方沉积物的沉积速率变化较大。雪玉洞群三个洞穴的石笋古环境记录研究表明,本区石笋的²³⁰Th/²³²Th比值较适合高精度铀系测年;部分石笋沉积速率较快,平均沉积速率达到0.25 mm·a⁻¹,可以开展高分辨率的气候和环境变化研究。羊子洞YZ1石笋的年龄范围在116~3 ka B.P.之间（平均测年精度2σ,269年）,覆盖了整个末次冰期,δ¹⁸O和δ¹³C的变化曲线和东亚季风区的其他记录具有明显的一致性。同位素测试的时间分辨率平均为88年,成功记录了一些百年－千年尺度的气候突变事件,如Heinrich事件、7.2 ka事件、小冰期等。在精确年代学的基础上,雪玉洞群石笋具有重建高分辨率气候环境变化的潜力。     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18 O记录与南方地区石笋记录的对比研究

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118~79kaB.P.)高分辨率的δ18 O记录。研究表明, 万象洞石笋δ18 O值与夏季风强度呈负相关关系, 与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ18 O记录有良好的对应关系, 并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ18 O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性, 说明万象洞石笋δ18 O记录了118~79kaB.P.期间亚洲季风强度的变化, 同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步, 而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化。同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性, 和巴西石笋δ18 O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势, 说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系, 指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象。万象洞石笋δ18 O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换, 与NGRIP冰芯δ18 O记录相似, 而与神农架记录存在差异, 说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感。     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18 O记录与南方地区石笋记录的对比研究*

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118~79kaB.P.)高分辨率的δ¹⁸ O记录。研究表明, 万象洞石笋δ¹⁸ O值与夏季风强度呈负相关关系, 与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ¹⁸ O记录有良好的对应关系, 并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ¹⁸ O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性, 说明万象洞石笋δ¹⁸ O记录了118~79kaB.P.期间亚洲季风强度的变化, 同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步, 而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化。同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性, 和巴西石笋δ¹⁸ O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势, 说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系, 指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象。万象洞石笋δ¹⁸ O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换, 与NGRIP冰芯δ¹⁸ O记录相似, 而与神农架记录存在差异, 说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感。     

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。     

贵州凉风洞洞穴滴水水文水化学过程分析

通过对贵州荔波凉风洞5个滴水点进行为期1年的动态监测,表明除大气降雨携带的较少物质成份外,凉风洞滴水中的物质主要来源于土壤,同时,示踪结果显示出凉风洞滴水对大气降雨的响应较快,滴水的物质组成直接源自于洞穴环境。洞穴滴水的化学组成中元素含量的变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的方解石溶解-沉淀过程所控制,稀释作用、水来源的差异或者活塞流产生了一定的效果,但其影响较弱,表明凉风洞滴水点的次生沉积物可能记录了环境变化信息。但水在洞穴顶板内运移过程中发生的水文地球化学过程(岩石的溶解、方解石沉淀作用过程)以及洞穴滴水响应大气降雨的时间尺度、水动力过程、水流形式等因素,影响到凉风洞洞穴次生沉积物过去环境记录指标。因此,岩溶次生沉积物过去环境变化指标的解译应该有洞穴滴水水动力地球化学过程的结果作为支撑。这些过程的清晰化可以更好地为研究洞穴环境次生沉积记录的高分辨率、短时间尺度的过去变化提供依据。     

湖北清江和尚洞石笋的高分辨率碳氧同位素及古气候研究

通过对湖北清江和尚洞HS - 2号石笋的沉积特征及碳、氧同位素特征分析, 利用U系法定年, 获取了湖北地区19.0~6.9ka的古气候、古环境信息(平均分辨率为17a, 局部分辨率达到7a).得出如下结论: (1) 19.0~16.6ka, C, O同位素偏轻, 气候冷湿; (2) 16.6~11.1ka, C, O同位素偏重, 气候干热; (3) 11.1~10.3ka干热时期中的突然回冷事件对应于新仙女木事件; (4) 10.3~6.9ka气候温和, 雨量较丰, 后期逐渐变冷.反映了历史时期湿冷、干热、温暖交替变化的气候趋势, 得出了千年级和百年级的一些气候变化趋势      

贵州羊子坡石笋记录的历史事件*

文章报道了贵州羊子坡洞一支长约18.6cm、宽约5cm石笋研究的结果。 对石笋分别作了²¹⁰ Pb、铀系质谱测年和显微镜下数沉积年轮方法定年;石笋的灰度和碳同位素结果可相互印证,表明其记录是连续可靠的。测年结果显示此石笋保存了从8629年前至今(1999年) 的气候变化,而发生在大约130年前(1869A.D.)各代用指标数值的大幅度变化尤其引人注目,其石笋的灰度、 同位素和岩性的变化尺度之大以至于不可能单纯从气候变化方面来解释。 进一步的深入研究和野外实地调查揭示出,这些急剧变化是由发生在当时一历史事件所产生的植被破坏及树木灰烬微粒被带入洞中而造成的。能谱扫描电镜的结果也证实了此层树木灰烬微粒的存在。此研究表明洞穴石笋具有记录人类活动的能力。     

湖北清江和尚洞石笋GDGTs来源:5、6-甲基支链GDGTs和brGMGTs新证据

岩溶关键带是地球各圈层相互作用的场所,具有较为独特的生物地球化学过程。洞穴沉积物石笋是各圈层相互作用的产物,也是记录古气候的良好载体。目前,石笋中多种古气候代用指标已经被应用于古气候重建。来自于微生物细胞膜的甘油二烷基甘油四醚化合物（Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,即GDGTs）也在石笋中被发现,拓展了GDGTs相关指标的应用范围。然而,石笋GDGTs来源尚不明确,查明石笋中GDGTs来源是其相关指标得以准确应用的前提。本文以湖北清江和尚洞为例,对喀斯特洞穴关键带中古菌和细菌GDGTs的垂直分布进行了详细调查,发现表层土壤和洞穴内部石笋中GDGTs分布存在显著差异,土壤中细菌支链GDGTs（brGDGTs）显著多于古菌类异戊二烯GDGTs（isoGDGTs）,而石笋与之相反。土壤中5-甲基brGDGTs多于6-甲基brGDGTs,而石笋中6-甲基brGDGTs为主要异构体类型,5-甲基brGDGTs几乎检测不到。包括5-和6-甲基brGDGTs的甲基化指数MBT、环化指数CBT和异构体指数IR在内的多种指标反映出的brGDGTs分布在土壤和石笋中均存在显著差异;此外,土壤中的甘油单烷基甘油四醚（GMGTs）相对含量远低于石笋中GMGTs的含量。洞穴滴水中GDGTs的检测也表明滴水GDGTs分布与洞顶土壤完全不同,其GDGTs组成以古菌isoGDGTs为主,且古菌isoGDGTs分布模式与石笋一致。这些证据都表明,石笋中GDGTs化合物不是来自于洞穴上层土壤;石笋中的GDGTs可能主要来自于石笋表面原位生长的菌群和岩溶裂隙中地下水系统的贡献,其记录的信号主要是地下水和洞穴内部的环境信息,而非土壤的环境信息。

     

湖北清江和尚洞洞穴滴水脂肪酸分布特征及其古生态意义

对采自湖北省清江和尚洞滴水样品,采用XAD大孔径树脂吸附法及气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测出种类丰富的脂肪酸,包括直链(nC12:0～nC30:0)与支链(iC14:0～iC26:0,及aC15:0和aC17:0)饱和脂肪酸,直链单不饱和脂肪酸(nC15:1,nC16:1,nC17:1和nC18:1),多不饱和脂肪酸(nC18:2)及微量的支链不饱和脂肪酸(iC17:1).滴水脂肪酸分布特征显示有机质以微生物来源为主,兼有高等植物贡献.占优势的偶碳直链饱和脂肪酸(主要是nC16:0,nC18:0和nC14:0),含量相对较高的单不饱和脂肪酸及多不饱和脂肪酸可能主要来源于地下水微藻.滴水中还检出含量较高的nC17:1和nC15:1及微量的iC17:1和iC15:1,它们很可能来自洞顶土壤厌氧层中的硫酸盐还原菌.洞顶土壤、滴水与现代石笋碳酸钙沉积脂肪酸分布对比揭示,石笋有机质主要来源于土壤,也有地下水微生物及洞穴原地微生物贡献.     

用因子分析研究蒲白矿区控制含煤沉积的主要地质因素

通过含煤地层6个变量的因子分析,说明矿区控制含煤沉积的主要地质因素首先是奥灰表面古地形,其次是聚煤期古构造作用。      

北京石花洞石笋微层层面有机物质的形成时间及机理初探

通过对北京石花洞滴水水溶性有机碳(DOC)近一个水文年的观测,发现不同点滴水DOC浓度均表现出明显的季节性变化,7月中旬均有一个大的主峰出现。初步说明中国北方石笋微层的层面物质沉积于7月雨季,主要来源于大的雨量对土壤中有机质的淋溶;洞穴顶板较薄的滴水点在5月和8月有明显的DOC次峰,可能与石笋亚年层形成有关。     

南京葫芦洞石笋微量元素记录的末次冰消期气候变化

采用Avaatech型岩芯X射线荧光光谱扫描仪技术, 对发育有连续3900年纹层(18.3~14.4ka B.P.时段)的南京葫芦洞YT石笋进行了Sr, Ba和Pb微量元素分析。选择Sr/Ca, Ba/Ca 和Pb/Ca 作为代用指标, 研究了末次冰消期洞穴地点岩溶水文条件和气候变化特征。Ba/Ca 和Pb/Ca 值从大约17.5ka B.P. 开始呈现出减小的趋势变化, 而Sr/Ca 呈现出在大约16.1ka B.P. 发生转折的"V"型演化趋势。Sr/Ca 反映了岩溶水在上覆围岩中的滞留时间(与夏季降水相关), 而Ba/Ca 和Pb/Ca 指示了土壤及其基岩的本底值和淋滤作用强度。Sr/Ca 比值与纹层厚度、δ13C 记录在数百年-千年尺度上呈现一致的变化, 共同指示了南京葫芦洞地点有效湿度的变化过程, 与 δ18O的对应性表明葫芦洞石笋 δ18O可以指示当地季风降雨量的变化过程。此外, 石笋Ba/Ca 和Pb/Ca 与格陵兰粉尘和Ca2+记录在长期趋势上呈现一致变化, 表明该类元素比值主要反映与冬季风强度密切相关的粉尘活动强度变化。研究结果表明, 东亚冬、夏季风对神秘期内发生的冰漂碎屑事件(H1a, 16.1ka B.P. 和H1b, 17.5ka B.P.)具有不同的响应方式。Ba/Ca 和Pb/Ca 序列的功率谱分别呈现出66a、35a、23a、14a和61a、46a、22a、19a、17a、15a周期, 说明北大西洋涛动和太阳活动影响着冬季风强度的高频变化。     

甘肃武都龙家沟盆地地层时代及发育特征

根据化石组合，龙家沟盆地的地层可划分为中侏罗统龙家沟组，上白垩统及上中新统保德组。龙家沟组是盆地的主体沉积，含有多层煤层及油页岩。保德组中发现有我国著名的“龙家沟三趾马动物群”．是保德期庙梁亚期的主要代表动物群之一。