最近130 ka以来黄土中Zr/Rb值变化及其对冬季风的指示意义

寻找一个不受风化成壤作用影响的冬季风代用指标，一直是黄土高原古季风研究的重点。将环县、西峰和洛川黄土样口分离成5个粒级，分别测量Zr和Rb含量，结果表明其含量在不同粒级中变化较大。Zr明显在粗粒级中富集，而Rb则在细粒级中的含量较高。Zr/Rb值随粒度变细急剧减小。环县和西峰剖面L1黄土亚层中Zr/Rb值与粉尘平均粒径明显正相产，Zr/Rb值可以反映原始粉尘粒度的大小。对比环县、西峰和洛川130ka以来的Zr/Rb值和粉尘平均粒径分布曲线，表明Zr/Rb值可以作为一个较好的冬季风替代性指标。Zr/Rb值指示了在氧同位素3阶段时，当时的冬季风强度较弱，其强度与氧同位素5阶段时相当。     

南海北部深海沉积元素记录的氧同位素3期以来千年尺度快速气候波动

对南海北部MD05-2903岩芯进行的高分辨率元素含量测试发现,K/Ti值可较完整、细致地揭示出氧同位素3期(MIS 3)以来的千年尺度快速气候变化,应是目前从南海深海沉积中获得的该时期分辨率最高、千年尺度气候变化信号最强的古气候记录.与高纬极地冰芯及北半球中-低纬石笋氧同位素记录的对比发现,MD05-2903岩芯K/Ti值具有类似锯齿状的气候变化特征.粒度分析发现,K/Ti值与细端元粒度组分含量同步变化;矿物成分测试表明,富K的伊利石含量在K/Ti峰值处明显比低值处增高,含Ti重矿物的含量变化则相反.因此认为,在千年尺度上,K/Ti值反映了以伊利石为主的富K细粒风化矿物和含Ti重矿物在冰阶和间冰阶对南海北部的输入及沉积变化,而这受到了东亚季风变迁带来的降雨变化,以及随之引起的陆地母岩风化产物剥蚀程度及河流搬运能力变化的控制.     

长江三峡库区玉溪遗址T0403探方古洪水沉积特征研究

通过对玉溪遗址地层AMS14C测年、粒度、重砂矿物组分与形态、锆石微形态、磁化率、Rb/Sr和Hg等地球化学指标研究发现,7.6kaBP以来,水位在吴淞高程147.024m(a.s.l.)以上的古洪水至少在玉溪遗址T0403探方新石器时代地层中留下了16次沉积记录,判定依据主要是:(1)玉溪遗址古洪水层与该处现代洪水层以及中坝遗址现代洪水层沉积物在粒度概率累积曲线上具有相似的三段式河流相沉积特征;(2)古洪水层与现代洪水层沉积物在重砂矿物组分及形态特征上具有相似性;(3)洪水层磁化率值均很低(分布于40.44～70.10SI之间),而文化层较高(范围在59.59～188.68SI之间);(4)洪水层Hg的含量较低(在290.71～742.51ng/g)之间,文化层偏高,在344.16～10518.17ng/g之间;(5)洪水层的Rb/Sr值高于文化层,第4,5,6,7和8这5个文化层的Rb/Sr值亦较高表明遭受过洪水浸淹的影响.该遗址具有较多洪水层的原因,与其位于一级支流入长江干流交汇处一级阶地处的地貌部位有关.由于下游中坝遗址古洪水沉积亦有与此类似的特征,表明从以上几方面判定遗址古洪水层的存在与否是确实的.     

长江下游近代洪水事件重建的新证据

全新世古洪水事件的重建是当前全球变化研究的一个热点. 通过长江下游一个稳定江心洲上沉积剖面的粒度和有机元素组成分析, 清晰地揭示出主要粒度参数、概率累积曲线和C-M图可以指示洪水事件沉积, 而沉积有机质的TOC/TN因为反映大洪水期间, 长江流域强烈的地表冲刷将大量降解不完全的碎屑有机质带入下游, 也成为洪水事件的较好示踪标志. 根据²¹⁰Pb堆积速率, 研究剖面的粒度及TOC/TN比值清晰地记录了长江干流1850~1954年期间的若干次特大洪水事件, 与历史文献和水文监测资料吻合. 然而自20世纪60年代以来, 长江流域人类活动显著增强, 尤其是大量水坝兴建, 将大量粗颗粒泥沙和沉积有机质蓄积在水库中, 而显著改变长江下游干流的悬浮沉积物粒度和有机质组成, 因而难以可靠地指示近50年来的洪水事件.     

末次间冰期古土壤的Zr/Rb值时空分布特征及其影响因素

Zr/Rb比值被认为比粒度更为可靠的冬季风指标, 该指标的使用基于两项假设: (1) Zr在粗颗粒中富集而Rb在细颗粒中富集, 因此Zr/Rb可记录到粒度的分选信息; (2) Zr和Rb在风化过程中都稳定, 因而沉积后的风化或成壤作用不会改变原先的Zr/Rb. 研究沿黄土高原的西北-东南断面3个末次间冰期古土壤(S1)的Zr, Rb, Ti, Hf等元素和元素比值在空间上的分布特征, 并对这两项假设进行检验. 结果表明, 从黄土高原西北部到东南部, 在末次间冰期Zr和Rb元素丰度均表现出增加的趋势. 但在末次冰期早期和倒数第2次冰期晚期, Zr元素丰度由西北向东南呈现递减的趋势, Rb元素丰度则仍表现为递增的趋势. 同一剖面间冰期的Rb元素丰度总是高于冰期时段的水平. 在黄土高原西北部风化作用较弱的定西剖面, 间冰期的Zr元素丰度低于冰期时段的水平. 在远离源区、风化作用较强的天水和蓝田剖面, 间冰期的Zr元素丰度高于冰期时段的水平. Zr/Hf值在较窄的范围内波动, 定西剖面的Zr/Hf值相对恒定, 天水和蓝田剖面S1土体部分的Zr/Hf值略高于L1和L2部分. 这些结果支持Rb在细颗粒富集的假设和实验观察, 但不完全支持Zr在粗颗粒中富集的假设和实验观察. 在假定Zr不淋失的基础上, Rb变化率的结果表明Rb的淋失随着风化作用的增强而逐渐增加. 因而也不支持关于Rb的稳定性的假设. 无疑, Zr/Rb值的最终展现是源区因素、搬运以及沉积后的风化作用之间平衡的结果. 在化学风化作用较强的情况下(CIA>65) , 使用Zr/Rb来反映粒度变化或者冬季风强度的波动需要谨慎. 此外我们发现, Zr/Rb始终被约束在1.7以上.     

湖光岩玛珥湖表层沉积物磁性粒度特征及其来源

为了确定湖光岩玛珥湖沉积物中磁性矿物的来源, 对表层沉积物及火山壁上岩石进行了激光粒度分析和磁性粒度研究. 结果显示: 表层沉积物粒度为黏土质粉砂; 磁性矿物为磁铁矿, 粒径约为0.03 μm; 火山壁上岩石磁性矿物为磁铁矿, 粒径约为0.05 μm. 沉积物中的磁性矿物种类和粒径与黄土中明显不同, 而更倾向于湖泊周边火山岩的磁性特征. 湖光岩玛珥湖沉积物中的细粒组分(<8 μm)可能有一部分来自风尘, 另一部分为湖泊周边风化产物经波浪作用变为细粒; 粗粒组分为湖四周火山岩风化产物. 磁性矿物主要来自湖四周的火山岩, 虽然不排除少量的风尘沉积, 但沉积物的磁学参数作为亚洲冬季季风强弱变化的替代指标很可能存在问题, 冬季季风与磁学参数的具体关系还有待进一步研究.     

夏季台湾海峡的悬浮颗粒通道:现场粒度端元分析的证据

应用端元分析模型对2010年夏季在台湾海峡海域由现场激光粒度分析仪(LISST)获得的悬浮颗粒现场粒度数据进行了反演,分离出与河口羽流、细粒沉积区、粗粒沉积区颗粒物动力学过程关联的3个悬浮颗粒现场粒度端元类型.应用夏季西南季风盛期各端元含量空间分布结构的分析,可分辨出珠江河口羽流携带的悬浮颗粒穿越台湾海峡进入台湾西部近岸海域的输运路径,观测到河口悬浮颗粒跨陆架输运载体由上层水体到跃层水体的沿程调整,证明了台湾海峡中部细粒沉积区的上层水体为夏季台湾西部沿岸来源悬浮颗粒横跨海峡的输运通道,而中下层水体则为夏季台湾海峡南部粗粒沉积区悬浮颗粒通过台湾海峡进入东海陆架的主要通道.     

北京北安河地表沉积物的岩石磁学特征及环境意义

地表沉积物的磁性能够记录自然环境变化以及人类活动对环境的影响. 北京北安河地表沉积物的类型为全新世洪积、湖积粉砂和黏土. 岩石磁学研究表明这些沉积物中的磁性矿物以磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿为主. 该剖面磁参数变化特征和已报道的北京其他区域的典型污染剖面显著不同, 例如, 磁化率和饱和等温剩磁随剖面深度增大而逐渐减小, 表明研究剖面的沉积物中磁性矿物的浓度从地表向深处逐渐降低. ARM/SIRM等指示磁性矿物粒度的磁参数的值从上往下逐渐增大, 表明磁颗粒粒度向下逐渐变细. 磁黄铁矿从22 cm深度处往下突然出现, 指示了沉积剖面中存在氧化-还原界面. 因此, 北安河地区地表沉积物的磁性变化受控于还原成岩作用和成壤作用两种地质过程. 这为在北京地区利用磁性来调查污染状况提供了一个可供参考的“基准点”.     

黑潮主流轴近两万年来的位移

根据冲绳海槽南部２５５柱状样的沉积速度,粒度,有孔虫黑潮标志种等的高分辨率记录,追踪近两万年来黑潮主流轴的位移。研究表明,末次盛冰期黑主流轴曾东移出冲绳海槽。至全新世距全的６５００ａ前黑潮才经台湾东部海域再次进入冲绳海槽,使得该柱状样的沉积速度突然增大,粒度明显变粗,有孔虫黑示标志种含量也显著增多。     

长江三峡库区中坝遗址地层古洪水沉积判别研究

利用“将今论古”法则对中坝遗址疑似古洪水层和该遗址现代洪水沉积物的AMS14C测年、粒度、重砂矿物成分形态、锆石微形态、Rb/Sr、磁化率、TOC等地球化学指标相似性比较研究发现, 该遗址除上部存在1981年现代洪水沉积物外, 还具有清代、宋代中期、战国早期(400~350BC)、西周时期(920~900BC)、夏代(2070~1600BC)和新石器时代(3000~2300BC)6期古洪水沉积物. 其判定证据主要是古代洪水层和1981年现代洪水层都具有以下相似性特征: (1) 概率累积曲线主要为3段或4段式; (2) 悬移质组分粒度分布范围多在3~10Æ ; (3) 沉积物分选性较好, 且以悬移质为主(>50%). (4) 组成的重砂矿物种类和数量及形态基本相同. (5) 扫描电子显微镜观察发现, 它们在锆石形态上多为半浑圆状, 有些已由四方双锥形被磨至近浑圆状, 表明均具有被流水长途搬运后留下的磨圆特征. (6) Rb/Sr值(0.55~0.66)均高于文化层的0.03~0.26. (7) 磁化率值(133.73~433.05)均远低于各文化层的959.25~2442.44. (8) TOC含量(0.14%~0.33%)都远远低于文化层的1.13%~2.95%含量. 研究表明, 用上述“将今论古”比较手段来确定遗址古洪水层的真实属性是完全可行的.     

南海北部地区百万年以来的天然火与气候:ODP1144孔深海沉积中的炭屑记录

通过南海北部陆坡ODP1144孔沉积柱状样的炭屑数量统计, 结合花粉资料讨论了南海北部大陆及大陆架上1 Ma以来天然火的历史及其与气候的关系. 研究表明, 炭屑的数量及大小与搬运距离有关; 搬运距离越短, 炭屑数量越多, 而粗粒炭屑与细粒炭屑的相对比值也越大. 冰期时(氧同位素偶数期)炭屑沉积率均很高, 粗粒炭屑与细粒炭屑比值较大; 间冰期时(氧同位素奇数期)炭屑沉积率相对较低, 粗粒炭屑与细粒炭屑比值较小. 这表明冰期时炭屑主要来源于出露的大陆架, 炭屑源区与沉积地点距离缩短; 间冰期时大陆架被淹没, 炭屑只能来源于南海北部周边大陆, 炭屑搬运距离增长. 整个钻孔剖面碳屑沉积速率变化规律表明在0.9, 0.47和0.13 Ma前后, 天然火发生强度都有明显增强, 表明这些时段气候发生明显变化, 可能与青藏高原的阶段性隆起有关. 频谱分析表明, 1 Ma以来碳屑沉积速率变化明存在99.1, 41 ka的轨道周期以及10 ka(12~8 ka)的半岁差周期. 半岁差周期的存在也反应了热带低纬过程对气候变化的影响.     

边缘海陆源物质中环境敏感粒度组分的初步分析

对冲绳海槽(A7孔)和琉球海沟(A37孔)的两个重力柱状样品进行了陆源物质提取, 并做了粒度分析和粒度参数的垂向分布序列分析, 检出了对沉积环境变化较敏感的粒度组分. 发现A7和A37孔的敏感粒度组分的峰值和粒度分布范围有较大差别, 这指示了冲绳海槽和琉球海沟的沉积物来源和沉积环境的空间差异. 敏感粒度组分含量随深度变化的初步分析表明, 冲绳海槽A7孔的沉积环境较为稳定, 仅包含2层明显的浊流沉积和1层火山灰层; 而位于琉球海沟A37孔的沉积环境变率较大, 包含6个明显的沉积波动旋回.     

南海北部神狐海域沉积物颗粒对天然气水合物聚集的主要影响

天然气水合物在海底沉积物中的饱和度是对其资源评价的重要参数.掌握水合物饱和度的影响因素对其能源和气候环境效应的评估有重要的意义.沉积物粒度属性与水合物饱和度的关系,几十年来仍停留在简单统计和定性认识层面.本研究以南海神狐SH3站位样品为研究对象进行粒度、比表面积的测量,以此为基础建立模型表征沉积孔隙大小、水合物相平衡改变量,探讨沉积物颗粒对天然气水合物饱和度的影响及其影响机理.实验结果显示,水合物产出于极细粉砂层(粉砂含量60%).赋存水合物的地层含有极细砂以上的粗粒组分(10%),而其上覆和下伏不含水合物的地层不含有这一粗粒组分.天然气水合物饱和度并非简单依赖于砂(63mm)的含量,而与较粗的部分砂(125mm)含量统计上存在更好的相关性.沉积颗粒的比表面积呈现较为平滑的走势,水合物产出层位的沉积物具有较小的比表面积(8~14 m~2/g),而不含水合物的层位其比表面积16 m~2/g.孔隙度一定的前提下,沉积孔隙的大小主要由沉积颗粒的比表面积决定,且两者呈反比关系.沉积物颗粒的比表面积比其粒度更有优势,与水合物饱和度呈现良好的相关性,可用以定量化分析沉积孔隙大小、天然气水合物相平衡条件的改变,是研究沉积物颗粒影响天然气水合物分布有效且经济的参数指标,同时也还需要大量实验的验证或改进.     

东北平原钻孔的磁性地层定年及松嫩古湖演化

中国东北平原第四纪湖相沉积物是记录中纬度东亚季风和气候环境变化的理想载体.然而,目前关于该套湖相沉积地层尚缺乏高分辨率地层学和高精度的年代学研究,从而限制了对该区气候环境变化机理的理解.本研究重建了东北平原乾安令字(Qiananlingzi, QAL)孔的高分辨率磁化率地层,并对该套沉积进行了系统的古地磁和光释光年代学研究.结果显示, QAL钻孔记录了Olduvai正极性亚时以来的沉积.沉积物磁化率变化存在轨道时间尺度上的变化,粗颗粒的粉砂层一般呈现磁化率低值,细颗粒的黏土层一般呈现高值,岩石磁学参数表明磁化率低值层位高矫顽力硬磁性矿物贡献大,高值层位低矫顽力软磁性矿物贡献大;该套湖相地层的沉积年代约为1180～450ka,历时约730ka,松嫩古湖的几近消失可能与依舒断裂导致的多次沉降使得松花江将松嫩古湖湖水泄于三江平原有关.基于本文详细的磁化率地层和高精度的年代学结果,该湖相沉积有望成为解译中纬度中亚区域中更新世轨道时间尺度古气候变化的理想材料.     

念青唐古拉花岗岩锆石离子探针U-Pb同位素测年

念青唐古拉花岗岩是拉萨地块中部出露面积超过1500 km²的侵入岩基, 岩性以中细粒黑云母二长花岗岩和中粗粒黑云母二长花岗岩为主; 据岩体之间接触关系判断, 中细粒黑云母二长花岗岩的结晶时代早于中粗粒黑云母二长花岗岩. 应用高灵敏度高分辨率离子探针技术对念青唐古拉花岗岩代表性岩石样品的岩浆锆石进行U-Pb同位素测年, 得到中细粒黑云母二长花岗岩的结晶成岩年龄为18.3 Ma, 中粗粒黑云母二长花岗岩的结晶成岩年龄为11.01 Ma. 念青唐古拉黑云母二长花岗岩属拉萨地块内部已知的最年轻的巨型花岗岩侵入体, 其岩浆侵位结晶与碰撞造山、地壳增厚、高原隆升、地壳东西向伸展存在密切的关系, 与地壳局部熔融具有动力学成因联系.     

近60年来长江水下三角洲沉积地球化学记录及其对人类活动的响应

通过对长江水下三角洲柱状沉积物地球化学元素的系统研究,结合沉积物岩芯210Pb,137Cs核素的年代测定,建立了该站沉积物的元素记录曲线,探讨了人类活动对沉积记录的影响.研究表明,该柱状沉积物形成年代为1945年至今,物质成分较为均一,以粉砂和黏土粒级沉积物为主.元素含量变化的波动不大,但S,Nb在整个岩芯中的含量逐渐增加,它们和重金属元素在表层和近表层(即20世纪90年代以来)的含量较高,增加幅度明显.相关性分析和因子分析表明,受人类活动影响的公因子(F4)以及S,As,Nb可作为反映人类活动强弱的替代性指标.各指标自1945年以来在整体上是逐渐增加的,尤其是近20年来增加的趋势非常迅速.据此,以185cm(1955年)、97cm(1978年)、47cm(1992年)和7cm(2003年)为界划分为5个阶段,分别对应我国解放战争前夕到计划经济的初期阶段、计划经济的实施阶段、改革开放阶段、市场经济的建立阶段和2003年以来的环境治理和保护阶段.     

南黄海沉积物的来源及分区: 来自轻矿物的证据

利用南黄海222个沉积物样品的轻矿物鉴定资料, 对南黄海的轻矿物百分含量分布进行了详细的划分, 突出了极高值和低值含量的分布. 划分出5个轻矿物组合分区: Ⅰ-南黄海北部矿物区, 物质主要来源于黄河; Ⅱ-南黄海中部矿物区, 物质多来源于黄河, 一部分来源于长江; Ⅲ-混合矿物区, 物质来源受黄河、长江的双重影响; Ⅳ-长江口东部矿物区, 物质主要来源于长江; Ⅴ-南黄海南部矿物区, 物质来源可能受残留沉积影响, 且受现代长江的影响较大. 区分出5个轻矿物分区的优势矿物组合以及特征矿物.     

中天山干沟一带花岗质岩类SHRIMP年代学及其构造意义

新疆地区广泛分布花岗质岩类, 中天山干沟一带的花岗质岩类主要分为两类: 强烈变形的眼球状花岗岩和无明显变形的细粒花岗岩. 干沟眼球状花岗岩变形强烈, 属高钾钙碱性系列, 具有较高的K₂O, Rb, Y和Th含量, 而Sr的含量低, Sr/Y值低; 大离子亲石元素(如Ba, Rb, K和Th)相对于高场强元素(如Zr, Y和Nb)的含量高. 细粒花岗岩变形不明显, 属于钙碱性系列, 具高Sr, 低Y, 亏损HREE等与埃达克岩相类似的地球化学特征, 但其Na₂O/K₂O值<2(为1.76~1.91), 具较高的I_Sr值(0.70689~ 0.70981), ε_Nd (t)为-2.4 ~ -5.3. 对这些花岗质岩类中的锆石进行了精确的SHRIMP定年研究, 眼球状花岗岩的侵位年龄为428 Ma左右, 细粒花岗岩的形成年龄为361~368 Ma; 并进一步探讨了米什沟-干沟洋盆的闭合时限以及中天山造山带的后期演化问题.     

河流悬浮物Sr-Nd同位素随深度的分异:以长江大通站为例

分析了长江干流大通水文站丰水季节不同水深(表层、中层和底层)悬浮物的Sr-Nd同位素组成,结合悬浮物粒度组成,探讨河流水动力分选和物源比例变化对悬浮物Sr-Nd同位素体系的影响.结果表明,长江大通站悬浮物87Sr/86Sr比值从表层到底层逐渐减小,变化范围从0.730332到0.720857.悬浮物εNd(0)值变化范围为–14.75~–10.09,表现为表层悬浮物较底层具有更负的εNd(0)值.洪水季节,中层样品的同位素组成大致上可以代表该时期河流搬运整体悬浮物同位素组成.研究初步认为,导致河流同位素值分层的原因,可能是由于不同物源的物质对不同层位的悬浮物贡献比例不同,至少在长江流域,来自上游的物质对底层悬浮物的贡献比例大于表层.用Sr-Nd同位素示踪河流沉积物物源是一个被学术界普遍认可的有效方法,在地质研究中被广泛应用.但本研究表明,Sr-Nd同位素在搬运过程中可能会产生一定程度的分异,在应用时应该严格控制采样位置和粒级的选择.     

缅甸Twintaung玛珥湖碳酸盐年纹层及100年来微区原位元素分析

报道了缅甸蒙育瓦地区发现的5个玛珥湖,通过对这些玛珥湖的纹层研究,发现深度最大的Twintaung玛珥湖发育了碳酸盐年纹层,纹层层偶由厚度约为50~400?m的碳酸盐微层以及厚度100~600?m的碎屑-有机质层组成,其中碳酸盐微层是鉴定年纹层的重要标志.Twintaung玛珥湖年纹层的形成与缅甸蒙育瓦地区特殊的气候环境密切相关,每年12~4月为"干-热季",降水少、蒸发高、湖水过饱和,导致方解石微晶生成;同时,每年干旱季节也是蓝藻Spirulina的繁盛时期,藻类繁盛需要消耗大量的CO2,也促使碳酸盐生成.5~11月为"湿-热季",降水较多,形成碎屑、有机质混合层.独立的核素测年(137Cs,210Pb)数据与纹层计数基本一致,证明了纹层的年季特征.为了理解元素指标的气候意义,我们运用同步辐射原位分析方法获得高分辨率元素数据,并与气象观测记录对比.通过主成分分析及与气象记录的对比,认为第一主成分主要包括岩石成因的元素(K,Ti,Fe,Cu,Zn,Rb和Zr等),可能主要与物理化学风化作用、降水以及粉尘输入有关,影响因素复杂;第二主成分主要包括元素Ca和Sr,主要赋存于碳酸盐颗粒中,可能主要与蒸发-降水关联.气候干旱时期,湖水中Ca离子呈过饱和,促使碳酸盐沉淀.缅甸Twintaung玛珥湖碳酸盐年纹层沉积中Ca元素可能是高分辨率古气候变化研究的重要替代指标.