河南省黄河流域黄土的发育特征及其古气候环境分析

为防治黄土土壤侵蚀和治理黄河,本文根据磁性地层学、年代地层学(热释光法),并结合岩石地层学,生物地层学和气候地层学等方法,对河南省黄河流域广泛分布的陆沉积黄土进行分析。将区内黄土划分为上更新统黄土(Q3^eol)、中更新统黄土(Q2^eol)、下更新统黄土(Q1^eol)。研究结果表明,不同时期的黄土,其岩性、结构、古地磁特性以及古土壤层数等有明显的差异。此外,不同时期黄土所含的值物孢粉组合特征亦不相同,从而反映了更新世冷暖交替的古气候环境特征。     

1.5 Ma以来黄土高原风尘堆积的岩石磁学记录与中更新世气候转型

通过对黄土高原中部朝那剖面黄土-古土壤序列系统的岩石磁学分析,建立了1.5Ma以来黄土高原高分辨率岩石磁学指标演化序列。岩石磁学记录表明本区1.5Ma以来以0.93和0.62Ma为界经历了3个不同的气候演化阶段。在1.5～O.93和0.62～0Ma期间各种磁学参数大致呈同步变化趋势,能较好地与深海氧同位素（MIS）曲线相对应,而在0.93～0.62Ma期间（相当于L9底到L6顶,MIS24-MISl6）,尽管磁化率、饱和剩磁强度（Mr）、饱和磁化强度（Ms）与剩磁矫顽力（Bcr）、矫顽力（Bc）曲线的峰谷能与MIS的峰谷相对比,但该阶段的磁学参数变化幅度和形式明显不同于1.5～0.93和0.62Ma以来的两个演化阶段。磁化率、Mr和Ms在0.93Ma突然降低,此后变幅很小,反映夏季风较弱且相对稳定,一直维持到0.62Ma前后。在0.9Ma前后Bc、Bcr突然增大,可能反映了冬季风突然增强,然后宽幅波动下降。这种变化可能是黄土高原风尘堆积对中更新世气候转型事件的响应。黄土高原岩石磁学记录的中更新世气候转型事件发生于0.93Ma,结束于0.62Ma。造成这次气候转型事件的原因除了与全球冰量和太阳辐射变化有关之外,还可能与中更新世青藏高原急剧隆升而激发的亚洲内陆干旱化加剧,从而导致亚洲内陆沙漠的形成与扩张有关。     

中国北方四剖面CaCO3含量变化及其反映的古降水量

中国北方自西向东的4个剖面,各地层CaCO3的含量呈现逐渐减少的规律。科尔沁剖面和延长剖面、西宁盘子山剖面CaCO3含量曲线表现出的特征为：在每一个古土壤单元的下部一定深度内CaCO3曲线都表现为一个明显的峰;新疆塔勒德剖面的各古土壤的CaCO3含量表现为表层比中、下部要高。利用CaCO3淀积深度恢复出来的部分区域的古降水量显示,末次间冰期期间盘子山剖面的古降水量大为352mm,延长剖面和科尔沁剖面的古降水量大约为500-550mm;末次冰期的间冰阶阶段科尔沁剖面的古降水量大致为320～360mm;延长剖面古降水量大约为443mm;全新世以来盘子山剖面的古降水量大约为306mm,延长剖面和科尔沁剖面的古降水量大约为320-380mm。这些数据可为半定量恢复地质历史时期古环境状况提供依据。     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠-黄土边界带地处东亚季风边缘,这一地区的风成沉积即古风成砂-黄土-古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积（S1）由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成,可与深海氧同位素阶段5的五个亚阶段（a-e）则很好对比。末次冰期的沉积（L1）由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成,由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段2、阶段4及阶段3的中期是沙漠-黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上（S0）和其上的流沙组成,但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成,已不具备明显的气候指示意义。     

最近800ka洛川黄土剖面中Rb/Sr分布和古季风变迁

对洛川剖面中Rb和Sr分布规律的研究表明不同时代的黄土和古土壤中Rb和Sr分布特征存在明显差别 ,按Rb/Sr比值可以清晰地区别出剖面中的黄土层和古土壤层 ;在风化成壤过程中Rb是稳定组分 ,Sr是活动性组分 ,Rb/Sr比值的变化反映了风化成壤作用的强度 ,因而实际上记录了夏季风环流强度的大小 ;剖面中最近 80 0kaRb/Sr比值时间序列与SPECMAP十分吻合 ,揭示了全球冰量大小可能是控制夏季风环流强度变化的主要动力学因素 .     

一种新型动单剪仪的研发与试验验证

与动三轴仪和动扭剪仪相比较,动单剪仪具有加载条件更接近实际地震作用,且剪应力可以直接施加及剪应变可以直接量测等多方面的优点。然而,现有的动单剪仪仍存在剪应力-应变不均匀、边界条件不稳定、潜在剪切面和试样尺寸效应等技术问题。在比较分析现有动单剪仪加载机构和应力-应变条件的基础上,提出了一种新型立方体铰接机构动单剪仪的研制思路和加载原理。介绍了该仪器的压力室结构、加荷系统、量测系统和自动控制系统。利用有限差分程序模拟了3种不同单剪加载机构对土样剪应变分布的影响,验证了新型单剪仪设计使土样中剪应变分布更加均匀。针对2种原状黄土开展了一系列不同试验条件下的循环单剪试验。测试结果表明,该仪器的加载控制精准且量测信号可以较为真实有效地再现动荷载输入,且竖向应变、剪应变、剪应力和循环周次之间的关系曲线很好地揭示了原状黄土的震陷特性及其变化规律。     

典型黄土-古土壤系列浸水渗透及湿陷变形规律

为查明典型黄土-古土壤系列地层结构的水分运移及湿陷变形规律,依托西安北至机场城际轨道项目于渭北黄土塬区所进行的大型试坑浸水试验,采用现场实时观测的方法,跟踪测试了无渗水孔条件下的湿陷性土层浸水渗透及湿陷变形。结果表明：在浸水前期,渗透水流以垂直运动为主,整体形态似一不断加大的“秤砣”形,随着水分运移至埋深较大土层时（约15.0 m）,水平运动开始加大,直至达到水分入渗扩散角界限,最终,浸润区及饱和区均呈现形似倒置“漏斗”的形态;受水分扩散的影响,沉降过程可划分为：初始浸水段-剧烈湿陷段-湿陷稳定段-停水孔压消散段-固结沉降段-沉降稳定段;古土壤层阻碍了水分的垂直渗透速度,并对其上土层的侧向扩散起到一定促进作用,停水后,则起到隔绝水分向下快速扩散的作用。研究结果为认识典型黄土-古土壤系列场地水分运移及湿陷变形规律提供了参考,也可为该地区未来工程建设提供指导及借鉴。     

用黄土地球化学参数进行古气候定量估算的初步尝试

尝试了用表土地球化学转换函数恢复渭南剖面最近１３万ａ米的古温度,古降水。结果显示：（１）全新世适宜期及末次间冰期时,降水量显著增加,渭南地区的年降水量可大于７００ｍｍ（２）末次冰期时降水量明显低于全新世适宜期及末次间冰期,但是这一时期有一些次一级的变化;特别与深海Ｏ同位素阶段４对应的时期不仅降水量显著降低,而且还有更次一级的变化;（３０全新世适宜期时,渭南地区的年平均温度在１２－１４℃左右,末次冰