基于XRF岩芯扫描的Rb/Sr比值的古气候意义探讨——以青藏高原东部若尔盖盆地为例

XRF岩芯扫描技术是古气候研究中的重要工具,其中所获得的基于湖泊岩芯的Rb/Sr比值在古气候研究中被广泛用于表征流域化学风化的强度.然而在不同的地质背景下,影响Rb/Sr比值变化的因素不同,使得其古气候解释意义较为复杂.本研究选取青藏高原东部若尔盖盆地的湖泊沉积物岩芯,获取了高分辨率的XRF岩芯扫描Rb/Sr比值、传统XRF测试Rb/Sr比值、化学蚀变指数CIA以及其他古气候替代指标,开展了不同指标间的对比分析.研究结果显示:(1)在细粒物质为主的沉积段,岩芯扫描Rb/Sr和CIA可作为指示化学风化强度的可靠指标;(2)岩芯扫描Rb/Sr和CIA的低值对应于总有机碳含量、乔木花粉含量、碳酸盐含量和C/N比值的高值,综合分析各古气候代用指标的指示意义,认为岩芯扫描Rb/Sr可指示亚洲夏季风强度的变化;(3)受"粒度效应"和测试精度限制,若尔盖岩芯25~0.3和56~47m沉积段的扫描Rb/Sr数据不适用于化学风化强度的重建,在今后若尔盖盆地古气候演化历史的重建工作中应加以注意.本研究指出,当涉及XRF岩芯扫描Rb/Sr在其他研究区古气候分析中的应用时,应通过多指标间的相互验证来明确其特有的古气候指示意义.     

花岗岩化学风化过程中的Sr同位素演化——矿物相对风化速率的影响

对江西南部黑云母花岗岩和花岗斑岩风化剖面中Sr同位素体系的研究结果显示,花岗岩化学风化过程中,Rb,Sr之间发生明显分异,风化早期释放出的Sr/Si,Sr/Ca比值大于母岩值,Sr的淋失速率大于Si,Ca,K,Rb等营养离子.主要含Sr(和Rb)矿物相对风化速率的动态变化,导致花岗岩风化壳及其释放出Sr的87Sr/86Sr比值随时间波动变化黑云母、斜长石和钾长石的先后风化,导致风化残余物的87Sr/86Sr比值历经下降-升高-下降的波动变化,最终趋于稳定.这进一步说明,当用锶同位素示踪流域和全球范围的生物地球化学过程时,必须慎重考虑Sr从溶解固相中的优先释放以及含Sr矿物相对风化速率的变化导致的87Sr/86Sr比值的波动.     

1.2 Ma以来黄土-古土壤序列风化成壤强度的定量化研究与东亚夏季风演化

中国黄土－古土壤序列是第四纪古气候演化的连续记录，其风化成壤强度对东 亚夏季风演化有明确的指示意义．基于２１８１个样品的分析，采用土壤学上的游离氧化 铁（ＦｅＤ）／全氧化铁（ＦｅＴ）指标，建立了 １．２ Ｍａ以来黄土高原中部两个代表性剖面的高分 辨率古风化强度序列，并与土壤微形态特征、低频磁化率和频率磁化率、 Ｒｂ／Ｓｒ比值等 其他反映夏季风强度的代用指标进行了对比，发现ＦｅＤ／ＦｅＴ指标更能客观地反映古土 壤发育强度．因为黄土高原地区的化学风化主要受夏季的降水和气温控制，与东亚夏 季风的强度密切相关，所以古风化强度ＦｅＤ／ＦｅＴ的变化基本反映了东亚夏季风演化的 信息．该替代指标记录的很多夏季风变化信息在磁化率曲线上并无反映．     

小冰期弱化学风化的湖泊沉积记录

封闭湖泊沉积物的低Sr含量、低磁化率和高Rb/Sr比记录了单一湖泊流域在以冷干为特征的小冰期气候环境下经历的弱化学风化过程. 由于Rb, Sr在表生环境下不同的地球化学行为, 内陆湖泊沉积物中Rb/Sr比值是沉积记录中具有明确气候意义的有效指标. 与热带气候和现代温湿环境下化学风化受降水控制不同, 湖泊沉积岩芯的磁化率、Sr含量与冰芯δ18O一致的变化趋势揭示了小冰期最盛期极弱的化学风化过程是受气温控制的. 而随着气温的升高, 化学风化强度逐渐受降水的制约.     

黄土高原黄土粒度组成的古气候意义

对黄土高原西北 东南方向一条断面上 3个末次间冰期以来的黄土沉积剖面进行了间隔 5cm的粒度测量 ,分粒级研究了各颗粒组分的古气候意义 .结果表明 ,黄土高原黄土粒度组成中不同粒级组分的古气候意义不同 ,并且各粒级组分界线随着研究地区的不同而发生变化 .同时发现 ,黄土粒度分布中可以分离出具有全球的和区域的古气候意义的颗粒组分 .其中较粗颗粒含量变化与东亚冬季风强度变化正相关 ,它具有全球的古气候意义 ;较细和细颗粒含量变化与东亚冬季风强度变化反相关 ,这些颗粒含量可能与粗颗粒的沉降量变化和风化成壤作用强度变化相关 ;粗颗粒组分含量变化具有区域的古气候意义 .     

岱海的"中世纪暖期"

内蒙古岱海沉积物近2200a来Rb/Sr比值、CaCO3和有机碳含量的变化展现了包括中世纪暖期（MWP）及小冰期（LIA）等典型气候事件在内的环境演化过程,总体表现为暖期的沉积物Rb/Sr比值低,冷期的则高：CaCO3和有机碳含量则相反。这里,以单一流域化学风化记录表明我国北方存在明显的中世纪暖期,发生时间约900－1200aB.P..主要环境特征表现为流域化学风化的显著增强（低Rb/Sr比值）、生物生产力逐步提高（高有机碳）、湖泊水位大幅度抬升的湖泊沉积记录,其间经历的化学风化是近两千年内最强的,并且其发生时间与全球其他地区基本一致。     

最近2.5 Ma以来黄土高原风尘化学组成的变化与亚洲内陆的化学风化

系统地分析了陕西洛川黄土-古土壤剖面中酸不溶相的主要元素,微量元素和Sr同位素组成,发现一些具有特征的地球化学参数(如化学风化指数CIA,Na/K,Rb/Sr和     

陕西洛川黄土化学风化程度的地球化学研究

通过对陕西洛川黄土-古土壤剖面中常量元素、微量元素和REE的分析,采用以Al为标准的变化率参数计算方法对黄土高原化学风化程度进行了初步研究.结果表明在风化成壤过程中,黄土中绝大多数元素都保持稳定,活动性元素仅有Ca,Sr,P,Mg和Na;化学风化处在去Ca,Na风化阶段;化学风化的主要方式是碳酸盐溶解.黄土弱化学风化特征是黄土高原第四纪以来长期受干冷型气候控制的反映.     

最近13万年来黄土高原Rb/Sr记录与夏季风时空变迁

选取黄土高原中部由西到东、由北到南2个断面上6个末次间冰期以来的黄土-古土壤序列, 进行Rb/Sr分析. 结果表明Rb/Sr空间分布主要以纬向梯度变化为特征, 而随经度变化不显著. 通过对黄土高原现代表层土壤的Rb/Sr与气候条件的研究, 建立了年均降水量与Rb/Sr的回归方程, 据此对6个地点13万年来古降水量进行了估算, 结果显示氧同位素阶段3和5时期降水量显著增加, 并具有较高的且十分相近的纬向变化梯度, 反映了夏季风占优势期黄土高原南部比北部地区具有更加显著的环境效应.     

最近2.6 Ma中国北方季风环流与西风环流演变的风尘沉积记录

系统的粒度测量和沉积动力学研究发现, 中国黄土由粗粒与细粒组分叠加组成, 粗粒组分主要是低空季风环流产生的粉尘沉积; 细粒组分代表主要由高空西风环流控制的背景粉尘. 不同剖面粗粒组分的变化一致表明, 低空季风环流在冰期加强, 在间冰期减弱; 细粒组分变化序列在纬向的分异特征显示, 冰期时西风环流加强、同时西风急流南移至约35°N, 间冰期西风环流减弱且急流北移至约37°N. 最近2.6 Ma洛川剖面粒度组分变化趋势表明, 西风环流对风尘沉积的贡献减小、强度减弱, 与此同步, 季风环流对风尘沉积的贡献增加、强度增大, 其中最显著的变化发生在1.2~0.9 Ma前, 可能指示了青藏高原隆升对中更新世中国北方大气环流转型的决定性作用.     

稀土元素在湖相沉积中的地球化学分异——以柴达木盆地贝壳堤剖面为例

通过对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积物中酸溶与残留（或酸不溶）组分稀土元素及其相关指标、分布模式和（La/Yb）n-REE物源差异的分析,讨论了古湖相沉积中稀土元素的分异及其与沉积环境之间的关系.分析结果表明剖面典型湖相沉积物中稀土元素在酸溶与残留组分中总丰度平均分别为20.9和95.4μg·g-1（不包括Y）,即酸溶组分中稀土总量仅为残留组分中稀土总量的21.9%,存在明显分异;两种组分的稀土分布模式均为轻稀土适度富集缓右倾斜型、Eu呈负异常模式,但不同之处在于残留组分表现为更加富集轻稀土成分;两种组分中不同稀土元素及其相关参数之间不存在明显相关性,这些均反映了湖相沉积不同的物质来源和地球化学行为;此外,稀土元素与沉积物细粒组分、Rb/Sr及Mn元素含量之间存在较好的相关性.酸溶组分与残留组分中稀土元素元素对环境响应存在一定差异,其中,酸溶组分中稀土元素对湖区古气候变化具有良好的指示作用;δCe和（La/Yb）n可以很好的指示湖泊及流域的风化强度、氧化-还原状态和气候变化情况,据此重建了距今43.5～22.4ka高湖面期间古气候与环境演变历史.     

中中新世秦安黄土-古土壤序列磁性增强机制及其环境意义

中中新世黄土高原风尘堆积序列磁化率显著增高,在区域内已成为地层对比标志,然而其磁性增强机制依然不清楚.本文对秦安地区QA-I剖面约14～17.1 Ma期间的黄土-古土壤样品进行了系统的环境磁学、岩石磁学(热磁性质、磁滞性质、非磁滞剩磁与饱和等温剩磁比值χ_ARM/SIRM等)和色度指标分析.结果表明,QA-I剖面黄土-古土壤序列样品中磁性矿物为准单畴(PSD)磁铁矿、超顺磁/单畴(SP/SD)磁赤铁矿和赤铁矿,古土壤中细粒磁赤铁矿含量高于上下相邻黄土层.CBD(Citrate-Bicarbonate-Dithionite)处理方法显示,中中新世风尘序列中碎屑成因的PSD磁铁矿含量变化不大,约14.5～16.0 Ma期间成壤成因SP/SD磁赤铁矿含量的增多,是导致该时期风尘堆积序列磁化率增强的主要原因;这与该时期较低的土壤发育程度并不一致,表明CBD处理方法虽然可有效获取成壤成因SP/SD磁赤铁矿信息,却无法区分其为当地还是源区成壤成因.低温磁学研究表明,QA-I剖面约14.5～16.0 Ma期间SP/SD磁赤铁矿可能为碎屑磁铁矿颗粒的风化外壳,其含量高低变化与风尘样...     

晚二叠世-早三叠世海水的锶同位素组成与演化——基于重庆中梁山海相碳酸盐的研究结果

测试了重庆中梁山剖面晚二叠世-早三叠世60个海相碳酸盐样品的锶同位素比值,建立了相应的演化曲线,同时分析了这些样品的SiO2,CaO,MgO,Mn和Sr含量,以评估样品锶同位素组成对海水的代表性以及样品溶解过程的合理性.除7个样品的Mn/Sr比值大于2,其锶同位素组成对海水的代表性相对较差以外,绝大多数样品的锶同位素组成对海水都具有较好的代表性.在已报道的晚二叠世-早三叠世海水的锶同位素演化曲线中,中梁山剖面是数据密度最大,曲线最为完整的.曲线总体演化趋势具有很好的全球一致性,^87Sr/^86Sr比值整体上呈现随时间变化单调上升的特征,最小值（0.707011）位于晚二叠世,最大值（0.708281）出现在早、中三叠世界线附近.全球古陆植被缺乏和风化作用加剧是早三叠^87Sr/^86Sr比值随时间单调上升的主要原因.重庆中梁山剖面二叠纪三叠纪界线是一个全球认可的界线,界线处6个样品的^87Sr/^86Sr比值仅在小数后第5位变化,其平均值为0.70714,与Korte等在2006年公布的0.70715（样品来自有铰腕足壳）的二叠系/三叠系界线处^87Sr/^86Sr比值一致（变化在实验误差范围内）,因而提供的二叠系三叠系之交海水的锶同位素组成具有全球意义.可基本确认,二叠纪/三叠纪之交全球海水的^87Sr/^86Sr比值在0.70714-0.70715之间.     

南海北部ODP1146站粒度揭示的近20 Ma以来东亚季风演化

运用粒级-标准偏差和粒度端元模拟算法两种方法, 对南海北部ODP1146站陆源沉积物粒度数据进行了分析和对比, 探讨了东亚季风近20 Ma以来的演化历史. 选用粒级-标准偏差法提取出的两个敏感粒度组分含量的比值即10~19 μm/1.3~2.4 μm用来指示东亚冬季风相对夏季风强度的变化. 粒度端元模拟法得出的粗端元组分EM1(风尘)堆积速率用来指示东亚冬季风强度及相应的风尘源区——亚洲内陆干旱地区的干旱程度的变化, 而EM1/(EM2+EM3)比值可以指示冬季风相对夏季风强度的变化. 组合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8 Ma BP左右显著加强, 而3 Ma BP左右冬夏季风可能同时增强, 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两次加强.     

生物壳体锶地球化学恢复盆地古水文——以泥河湾盆地为例

本文以著名的泥河湾盆地小渡口剖面28层为实例,通过有孔虫,介形虫,腹足类微体生物壳体87Sr/86Sr比值与盆地汇水区域Sr同位素地层分布特征对比分析以及生物壳体Sr/Ca国度的相关性,来重塑沉积盆地汇水来源变更,湖水变化等古水文要素,进而可以反演区域构造－气候变化,实例研究结果表明,生物壳体87Cr/86Sr 及Sr/Ca比值等地球化学方法是恢复盆地古水文条件的重要手段。     

关中平原第5层古土壤发育时的气候与土壤水环境研究

根据关中平原4个剖面第5层古土壤风化特征的研究得出, 该层古土壤风化剖面厚度大, 明显超出了土壤发育的厚度, 形成了厚2 m多的风化淋滤黄土层; 第5层古土壤之下的黏土胶膜、风化淋滤黄土层、Fe₂O₃, CaCO₃和元素Sr分布深度指示关中平原该层土壤发育时年平均降水量达到了900余毫米, 含水量高的土壤重力水带分布深度至少达到了4.2 m, 在每年4.2 m深度范围土层含水量一般都在20%以上, 4.2~5 m深度范围内土层含水量也较高, 当时土壤水分充足, 没有土壤干层形成, 适于森林植被发育. 该层土壤发育时的年平均降水量显著大于年土壤总蒸发量, 水量平衡为明显的正值, 大气降水能够正常补给地下水. 该层土壤发育的中、晚期土壤水具弱酸性特征. 关中平原第5层古土壤发育时为亚热带气候, 而且比亚热带北缘的气候更暖湿一些. 那时秦岭以南和以北均为亚热带气候, 当时秦岭失去了亚热带与温带气候分界线的作用, 夏季风活动强度大, 能频繁越过秦岭山脉, 并给该区带来了丰富的降水, 决定了当时土层含水量较高.     

大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩: 地球化学和年代学证据

出露于大别山西北部信阳市附近的铁佛寺岩体侵入元古代秦岭群, 通过锆石SHRIMP U-Pb法测得该岩体年龄为(436±11) Ma. 铁佛寺钾长花岗岩和二长花岗岩暗色矿物含量极少, 可见白云母, SiOM₂含量较高且变化范围很窄, K₂O/Na₂O比值很高, 属高钾钙碱性系列, ACNK＞1.1, 为强过铝质, FeO, Fe₂O₃及MgO含量很低. 岩石总体上相对富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素. 岩石稀土元素及微量元素表现出三种不同的特征, 第Ⅰ类岩石Eu为弱负异常, (La/Yb) _N比值最大, 稀土元素总量(ΣREE), Rb/Sr及Rb/Ba比值中等; 第Ⅱ类岩石Eu为中等负异常, (La/Yb) _N比值最小, SREE, Rb/Sr及Rb/Ba比值最大; 第Ⅲ类岩石Eu表现正异常, (La/Yb) _N比值中等, SREE, Rb/Sr及Rb/Ba比值最小. 全岩ε_Nd(440 Ma)集中在-8.8~-9.9之间, Nd模式年龄为2.0 Ga左右, 与秦岭群副片麻岩相似. 综合分析表明铁佛寺花岗岩为壳源S型同碰撞花岗岩, Ⅰ类花岗岩浆形成于秦岭群副片麻岩低程度部分熔融, Ⅱ类花岗岩浆是由Ⅰ类花岗岩浆发生斜长石结晶分异形成, 而III类花岗岩可能与混杂了结晶分异的斜长石堆晶有关. 铁佛寺花岗岩形成于华北板块与扬子板块陆-陆碰撞有关的构造环境.     

甘肃第三系红粘土磁学性质初步研究及古气候意义

研究表明红粘土与黄土-古土壤具有共同的磁性矿物, 即磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿(可能还有褐铁矿); 红粘土的磁化率大小与超细顺磁性颗粒的含量正相关; 它与第四纪的黄土-古土壤相似, 在湿润气候条件下由成壤作用形成的超细铁磁性矿物对于红粘土中古土壤层的磁化率增大有重要的贡献, 并得到了Rb/Sr比值的证实. 尽管红粘土中也发现了磁化率与其成土强度不对应的现象,但总体上看红粘土的磁化率仍不失为一个简便的古气候替代性指标. 根据磁化率曲线, 从红粘土发展到黄土沉积,其间的古气候变化幅度大致等同于阶段5(S1)到阶段2 - 4(L1)的变化幅度, 可能表明第四纪期间风场加强、从源区携带比上新世更多(大约两倍)较粗的弱风化风积物(不含超顺磁性颗粒)到黄土高原. 7.5 Ma以来, 中国北方中部风积红粘土的出现记录了从下伏白垩纪红砂岩到晚第三纪的重要气候转变. 红粘土的发展与白垩纪以来全球干旱化和变冷密切相关, 可能由于当时青藏高原的强烈隆升导致了东亚季风开始或加强, 从而有了红粘土的堆积.     

塔里木盆地南缘8.5 ka以来的黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制

黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标，其中磁化率应用最为广泛，并在黄土高原地区取得重大进展，其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区，磁化率的变化机制仍不明确，导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究，利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示，羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制，同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka），载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主，磁化率值整体较高；阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka），亚铁磁性矿物依然占据主导地位，但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多，磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性，符合"风速论"模式；阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系，而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系，暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解，也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索.     

Gauss-Matuyama极性转换期间地球磁场方向和强度变化特征

粒度分析和风化强度研究表明 ,黄土高原渭南阳郭剖面黄土层L33沉积期间成壤化作用相对较弱 .在此基础上 ,为研究极性转换期间地球磁场变化特征 ,本文对黄土层L33进行了详细的岩石磁学和古地磁学研究 ,其结果表明黄土层L33的主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿 ,并以沉积剩磁为主 ;由逐步热退磁确定的特征剩磁 （ChRM ）揭示了G M（Gauss Matuyama）极性转换过程的持续时间为 9 43± 0 64ka;在G M极性转换之前 ,地球磁场曾发生过持续时间为 2 2± 0 1 3ka的短极性漂移事件 ;相对强度研究表明 ,G M极性转换期间地球磁场强度减弱 .