桂林水南洞1号石笋的沉积年代学研究

通过综合研究广西桂林盘龙洞1、2号、响水岩1号石笋,年龄分别为3万a,＞35万a,5．6万a;贵州荔波董歌洞3、4号、衙门洞1号石笋,年龄分别为16．3万～9．1万a,15．5万a,5．3万～0．7万a;都匀七星洞14、16号石笋,年龄分别为6．4万～1．9万,18．9万～14．9万a;湘西莲花洞1、5号石笋,年龄分别为6万～21a,8万～6万a。这些1．2～4 m高的巨型石笋,沉积旋回、纹(微)层、层面构造等特征,都很有典型性和代表性。根据石笋的宏观、微观沉积特征和系统测年,拟逐步取代测年精度不高的现行第四纪地质年表。笔者以水南洞1号石笋11个沉积旋回及其相关沉积特征为基础,采用TIMS-U系方法测年,精度高,作为桂林地区距今25万～15万a的地质年表。居于第四纪下限趋向＞250万a,建议以20万前后作为第四纪晚更新世与中更新世的断代分界,该分界处于石笋第3次沉积间断,期间形成厚达3 mm的风化壳,上下物质结构构造有显著差异。11个沉积旋回中,凡寒冷期沉积的碳和氧同位素都偏重,极值都是转冷的跃(突)变点,或沉积间断面。11次沉积间断时间长、短差别大,其中第3次、第9次分别为2万a、2千a。这些综合地质、气候信息在1号石笋纵剖面上呈协调显示,是重建古气候环境的可信依据。     

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     

洞穴石笋沉积特征研究--以贵州荔波董歌洞4号石笋为例

在综合研究南方20多个大型石笋纵剖面的基础上,以董歌洞4号石笋为代表,论述石笋沉积特征与气候演化的对应性.4号石笋从距今147.838±2.6 ka开始沉积以来,形成了53个沉积纹(壳)层组,组成24个亚旋回,构成9个旋回,呈现韵律式旋回性沉积特征.石笋纹(壳)层组分、结构、叠复构造呈多级次旋回性很突出,其中沉积间断具普遍性、沉积速率具多变性,间断和速率变化级次亦明显.以系统测试和测年引证沉积特征的同时揭示:①～⑨旋回间沉积间断时间累积达75.804 ka,占石笋形成时间的51.21%,①～⑨旋回实际沉积时间仅72.222 ka,占形成时间的48.79%;④旋回之前,沉积速率很小,最小仅0.36 mm/100a,比最大速率小22～24倍,自⑤旋回起,沉积速率很大,最大达39.03 mm/100a,是最小速率的3.8倍.石笋沉积特征与气候环境演化的成生关系表明,石笋沉积多旋回性的纹(壳)层组、亚旋回、旋回与气候演化的气候期、阶段和旋回彼此对应,石笋沉积的多级次旋回及其变化就是气候演化的级次及旋回性转(跃)变时间,彼此同时显示.论证了石笋沉积的多旋回性与气候演化的不稳定性,及其彼此协调的宏观、微观综合表现特征.     

中晚全新世湘西莲花洞石笋旋回沉积速率变化及其古气候意义

石笋旋回沉积速率是按照石笋沉积旋回测年得到的沉积速率,是石笋沉积过程的重要参数和反演古气候变化的有效代用指标。旋回沉积速率的波动可能反应了地表温度和降雨量的变化,与夏季风强度存在关联。文章以湖南湘西莲花洞LH2石笋为材料,利用42个230Th年龄获得的石笋旋回沉积速率序列重建了8.6 ka BP以来湖南湘西地区温度和降雨雨量的变化历史: 8.6-4.2 ka BP期间,气候以高温多雨为特征,夏季风强,石笋生长率高,但气候并不稳定,存在一系列千年-百年尺度的波动;4.2-0.05 ka BP期间,气候整体偏冷干,旋回沉积速率偏低。总体上,在轨道尺度上,LH2石笋的旋回沉积速率与该石笋的δ18O值之间存在负相关关系。旋回沉积速率的重复性检验证明了旋回沉积速率古气候记录的有效性。石笋旋回沉积速率变化主要受北半球夏季太阳辐射量的控制和ITCZ的直接影响,在百年尺度上,旋回沉积速率的波动可能与中晚全新世的弱季风事件存在关联。      

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      

贵州荔波第四纪晚近期石笋地质年表与气候事件

南方岩溶区大型石笋年代地层学研究表明石笋是第四纪 (系 )研究的主要对象之一 ,石笋比其他第四纪沉积物更易高精度定年。贵州荔波地区以 6 8个TIMS U系正序平行测年 ,建立了第四纪晚近期 16 2 .3ka以来的地质年表 ,确定全新世与晚更新世以 9.36 3ka分界 ,而晚更新世与中更新世以12 8.5ka分界 ,提出距今 35 0年、2 30 0年……和新仙女木、类Heinrich等一系列冷事件的跃变年代 ,事件的冷暖转 (突 )变时限具区域对比意义。认定应以大型石笋系统测年建立第四纪地质年表 ,不宜用少数测年值按 2～ 3个沉积速率推算建年表 ,亦不宜以小型石笋“系统”测年建年表 ,以免因间断沉积造成自然的、人为的缺层和漏测 ,使年表失实。     

贵州荔波董歌洞较老石笋ICP-MS~(230)Th测年研究及古气候应用

石笋记录研究的进展与测年技术的发展密不可分,测年新技术的突破不断推动利用石笋重建古气候研究的飞速前进。在利用石笋进行古气候重建过程中,建立精确的时标是首要条件。通过对较老(>250ka)石笋的ICP-MS230Th测年研究,发现贵州荔波董歌洞D6、D7、D9石笋具有比较连续的高分辨记录,最老年龄超过400ka,通过230Th测年数据的分析为建立我国西南地区500ka以来标准剖面打下基础;对董歌洞3根大型石笋135个230Th年龄数据及生长速率的分析研究,发现石笋生长速率在大尺度的变化上与海洋沉积SPECMAP曲线δ18O记录有很好的负相关关系,并与北纬25°夏季太阳辐射能量变化曲线呈一定的正相关关系,石笋生长速率的变化在间冰期处于高值,而在冰期时为低值,在间冰期和冰期转化阶段生长速率呈跳跃式变化。通过生长速率变化分析表明,石笋生长速率记录了过去突变冷暖事件的变化,因此可以作为一个有意义的环境记录替代指标来研究古降水及古气候变化。     

苏北盆地浅钻沉积物磁化率与粒度记录的末次冰消期以来的环境变化

通过对苏北盆地YZ浅钻沉积物磁化率和粒度指标的分析,揭示了区域气候环境的变化过程和特征。研究结果表明,16.7～13.5 cal kaBP气候相对温暖湿润;13.5～11.2 cal kaBP为一个较为显著的冷干期;11.2~1.1 cal kaBP为一整体气候相对稳定期,以温暖湿润为特征;另外,还记录到了多次的气候波动事件,其中较为显著的为YD事件和发生于3.0 cal kaBP的气候事件。研究结果与中国西南贵州董歌洞石笋和格陵兰GRIP冰芯等记录有着较好的对比,但在细节上存在着一定的差异,这反映了研究区的气候环境变化具有自身的区域性特征,同时也反应了与全球气候变化的一致性。     

长江中游和尚洞石笋的高分辨率同位素、微量元素记录及古气候研究

通过对长江中游和尚洞HS-2号石笋的沉积特征及C、O同位素Mg、Sr微量元素相结合分析,利用U系法定年,获取了长江中游19.0ka～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, 气温上升,降水偏少;(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(Younger Dryas Event);(4)10.3～6.9 ka B.P δ18O及δ13C值逐渐变轻,而Mg/Sr比继续增大,表现为气温上升,降雨量较大.反映了历史时期湿冷、干热、湿暖交替变化的气候趋势,得出了长江中游千年级和百年级的一些气候变化趋势,特别是发现了新仙女木事件在长江中游洞穴石笋中完整的记录,说明新仙女木事件是全球性气候突变与环境灾变事件     

末次水消期以来气候期划分的准确定位与定年

对贵州荔波董歌洞D4石笋的再次高密度230Th测年及碳、氧同位素分析，在16 ka 以来的部分，平均分辨率达 18a 。研究表明，氧同位素记录除反映季风的强弱变化外，能更好地揭示 H1，BA，YD以及全新世中 9.1ka，8.2ka、4.6ka 气候突变事件。碳同位素记录和沉积速率则能更好地反映气候干湿的变化。石笋记录对气候期的正确划分及突变事件的准确定位及定年，可为全球变化其他记录的研究提供一个可靠时间系列的基准标尺。     

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。     

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。     

洞穴文石石笋古气候环境变化研究进展、存在问题及研究方向

在全球变暖、极端事件频发的背景下,利用地质载体重建过去2 000年来气候变化规律、研究极端事件发生机制是未来气候变化,特别是极端天气/气候事件预测的重要手段。文章综述了高U含量、能够高精度测定年龄的洞穴文石石笋在古气候环境重建的应用:用于研究气候变化与人类文明的关系、反演区域气候差异性、准确重建区域气候变化及极端事件的发生;并针对洞穴文石石笋古气候环境重建中存在的问题提出以下研究方向:综合87Sr/86Sr、δ26Mg、δ18O和δ13C等同位素技术追寻洞穴文石的物源、利用Mg/Ca、Sr/Ca和δ13C、△47综合分析洞穴文石形成的环境及水文过程,加强洞穴文石的结晶学、物理化学研究,查明其形成及转化为方解石的条件。      

渤海西缘YRD-1101孔晚更新世以来沉积物粒度特征及其环境变迁

对现代黄河三角洲地区YRD-1101孔上部岩心开展粒度分析,并结合AMS14C和光释光(OSL)年代学测试结果、沉积特征、微体古生物鉴定及周边钻孔对比,建立了MIS5期以来的地层框架,揭示出该地区主要经历了3个阶段的沉积环境演化过程:(1)晚更新世—早全新世河流与海相交替沉积,其中MIS5c阶段海侵水动力环境中等,MIS3期海侵水动力环境较弱,MIS2期河流沉积水动力较强;(2)全新世滨、浅海沉积环境,动力环境整体较强,相对比较稳定;(3)1855年至今形成的黄河三角洲沉积,水动力强度较弱到中等。海平面变化和构造沉降是影响研究区晚更新世以来沉积演化的主要因素,此外,黄河带来的大量泥沙对海侵强度也有显著影响。     

洞穴碳酸钙微层理在中国的首次发现及其对全球变化研究的意义

研究我国北部季风气候区石笋的微生长层及其气候意义，在北京石花洞石笋中发现微生长层。通过年代测定、气候事件控制分析，初步提出了石笋微层的年层时标含义及层厚变化主要响应降水变化的气候意义。试图利用微层的层厚－降水响应关系，重建北京地区最近1130年来干湿变化的年分辨率趋势，通过功率谱分析发现136年、50年、16～18年、11年、5．8年的降水周期变化。     

桂林水南洞石笋的沉积学特征

利用组成石笋的方解石成分、岩石化学、微量元素含量以及结构、层面构造、沉积间断或风化壳等特征标志,阐述桂林水南洞石笋的沉积特征以及古滴水动态变化.经铀系法测年,确定石笋形成于中更新世晚期至晚更新世早期,其年龄为8.07万年至22.91万年,经历了14.84万年,沉积速率为2.08~2.82mm/100a(未扣除间断时间).