网纹红土稀土元素地球化学特征的初步研究

稀土元素(REE)在揭示沉积环境,研究沉积物物源及成因方面具有重要的示踪意义。江西、湖南、浙江等地更新世加积型红土REE含量和分布特征的研究结果表明: ①除结核外,红土各类样品的REE总量变化于158.2～224.0 μg\5g-1之间。由大至小排序为:无网纹棕黄色土>无网纹均质红土>网纹红土。网纹层内白网纹REE含量高于红网纹。结核样品REE异常富集,是网纹红土母质的3～6倍,Ce富集为主要贡献者。②来自中亚热带地区不同红土沉积剖面的各类网纹红土样品,其稀土分布模式相似,与上地壳(UCC)稀土组成相近。比较研究发现,网纹红土母质与黄土高原黄土、镇江下蜀黄土、西峰第三纪红粘土的稀土配分模式非常一致,而与碳酸盐红土、花岗岩红土存在明显差异。这些特征暗示网纹红土母质与北方黄土红粘土间存在物源联系,网纹红土物质组成均匀,经历了高度混合,显示风成特性。③网纹红土稀土元素特征一方面继承了原始物质的特性,另一方面体现了南方湿热气候条件下,化学风化导致的再分馏特征。化学风化中,Eu未出现明显的再分馏,而Ce的再分馏显著。通常情况下,风化淋溶指数越小,Ce富集程度越高。然而,网纹化过程中Ce分馏特征显示出复杂性。     

成都粘土与其下伏粘土粒度特征对比及古环境意义

成都粘土下伏地层为褐色粘土和网纹红土,揭示其沉积环境特征差异性对深入理解区域环境演变具有重要意义。通过对比分析三层粘土的粒度组成、粒径频率曲线、粒度参数和分形维数特征,探讨了三层粘土沉积环境的差异性。结果表明:(1)成都粘土及其下伏粘土均以粉砂(5～50μm)为主,相较北方黄土粘粒(5μm)含量偏高而Kd值偏低,且含较多100μm的粗颗粒。(2)三层粘土的粒度参数特征与典型风成黄土相似而明显区别于河湖相沉积物。(3)褐色粘土具有较高的粗粉砂(10～50μm)含量和较大的粒径分布偏度、峰度值,而平均粒径(φ值)和分形维数最小;成都粘土标准偏差为最大,峰度最小,而网纹红土的平均粒径和分形维数最大。(4)三层粘土的粒度分形维数均与粒度组成、平均粒径和峰度呈显著相关性,而仅有褐色粘土分形维数与标准偏差和偏度具有显著相关性。(5)风化成土作用会影响沉积物粒度组成、粒度参数和分形维数,成都粘土和网纹红土较褐色粘土经历了较强的风化成土作用,三层粘土按沉积时间先后古气候特征表现为暖湿-冷干-暖湿的变化趋势。     

成都粘土中石英的粒度分布及其表面微结构特征

对成都粘土以及相邻的川西黄土(青藏高原东部黄土)和北部黄土(秦岭山地及黄土高原黄土)的石英粒度分布和石英表面微结构进行了研究.结果显示大部分成都粘土的石英颗粒粒度频率曲线与川西黄土、北部黄土相似,为单峰分布,但有些成都粘土样品表现为双峰分布.成都粘土的石英粒度组成、粒度参数与川西黄土和北部黄土存在差异,成都粘土以粉砂粒级为主,有较好的分选.成都粘土的石英颗粒表面微结构与北部黄土存在差异,成都粘土石英颗粒表面的三角形撞击坑和碟形坑较深,轮廓线明显呈规则排列,表现出水下环境形成的特征.依据石英粒度分布和石英表面微结构特征,对成都粘土成因和物源进行了初步讨论.     

中亚热带网纹红土的稀土元素特征与成因分析

130块样品的稀土元素含量、稀土分布模式、稀土特征值分析以及物源指数的计算表明,中亚热带网纹红土与北方黄土具有相似的稀土特征。网纹红土稀土元素平均含量(179.57μg/g)与地壳平均值(178μg/g)、北京郊区1998年12月大气粉尘稀土总量(177.97μg/g)以及两块中国黄土标样平均值(178.22μg/g)非常接近,稀土分布模式与风成沉积及UCC类同,轻稀土强烈富集,重稀土淋失,轻重稀土比值9.86~15.18,Ce元素正异常,物源指数<0.5。稀土元素特征指示,所研究的网纹红土的母质与黄土具有风尘相似性,而且风尘沉积后经历了较北方黄土更为强列的风化作用,其形成环境与古土壤和上新世红粘土接近。     

藏北高原安多地区高山草甸土的母质成因及其成土模式

基于对藏北高原安多地区高山草甸士的粒度组成及理化性质的研究,探讨了该地区高山草甸土的母质成因及成土模式.分析结果表明,安多地区高山草甸土的粒度分布以20μm为界线呈双峰态分布.主峰峰值粒径在90 μm左右,较细峰呈宽阔细尾分布,峰值粒径在3～6 μm之间.高山草甸土的各粒级组成(＜2μm、2～20 μm、20 ～ 300 μm、300 ～2 000 μm)沿剖面变化很小.高山草甸土主要由极细砂组成(50～ 125 μm),平均粒径集中在60～90 μm,明显比黄土高原黄土、川西黄土、成都粘土的粗.高山草甸土粒度分布特征与土壤底部的薄层粗骨性残留古风化层相比存在显著差别,而与该区域河谷沉积、风尘沉积具有相似的特征.总之,各实验数据指示,安多地区高山草甸土具有土层厚、质地均匀、无砾石和层理不发育的特点,与基岩原地风化形成的高山草甸土存在明显差别,其成土母质来源于风尘沉积.该区高山草甸土成土过程符合风尘“加积型”土壤发育模式,而风尘沉积在高山草甸土的形成和发育过程中发挥了重要的作用.     

洞庭湖周边地区第四纪红土粒度特征及环境意义

第四纪风成红土广泛分布于中国南方,与北方的黄土同为反映第四纪古环境的重要载体。基于洞庭湖周边地区10 处剖面122 个红土样品的粒度分析,对该区红土沉积特征及其反映的环境意义进行探讨。结果显示：①样品均以粉砂（4~63 μm）为优势粒级,其次为粘粒（<4 μm）,砂含量很少,并富集“风尘基本粒级”（10~50 μm）,含量达33.23%~42.23%,粒度特征与典型的黄土、下蜀黄土、加积型红土样品相似,显著不同于湘潭洪冲积红土,也区别于本区砂岩风化壳红土,表明洞庭湖西、南、东缘丘陵岗地存在风成堆积成因的中亚热带风成加积型红土。② 黄棕色土、网纹黄棕色土、均质红土、网纹红土等4 类样品的粘粒含量由高到低的排序是网纹红土 >均质红土 >网纹黄棕色土>黄棕色土;粉砂含量由高到低的排序正好相反。结合粒度参数推测,黄棕色土发育时期,沉积作用增强,粒度变粗,分选性较好;网纹红土发育时期,沉积作用较弱,风化成壤作用强,细颗粒含量增多,分选性相对较差。这可能反映了洞庭湖地区中更新世至晚更新世冬季风加强,风化减弱的气候变化过程。③ 沿冬季风主导风向（偏北风）,洞庭湖周边地区红土的M_φ、Md值（φ值）自北向南增大（变细）,风成组分（10~63 μm）百分含量随之减少,<2 μm组分百分含量自北向南略有增加。这种趋势提供了组成该地区加积型红土的粉尘由偏北向南传输的风成证据和母质风化程度向南增强的环境信息。     

对黄土高原风尘搬运动力与沉积控制因素的新认识

风尘是地球表层系统的重要组成部分,广泛参与地球系统中不同时空尺度的物理、化学和生物过程,对全球气候和生态环境产生重要的影响。中国北方地区发育了世界最广、最厚的风尘沉积,记录了至少22 Ma以来东亚季风演化和亚洲内陆干旱化历史。半个多世纪以来对风尘沉积的气候记录和黄土高原的成因进行了大量研究并取得了丰硕成果,然而对黄土高原风尘物质沉积过程的认识还存在很多问题。例如,近年来基于物源示踪研究对传统的风尘搬运过程提出了新认识,认为虽然黄土主体是风成的,但以前忽略了河流对于碎屑物质的搬运贡献。我们在前人研究基础上从沉积学角度分析风尘沉积过程,发现青藏高原两期抬升与区域构造运动对粉尘沉积起着不亚于气候变化的重要控制作用;同时从沉积-侵蚀和地貌发育过程探讨风力与流水这两种最常见的外动力方式在黄土沉积和黄土高原发育过程中所起的作用,认为风尘的沉积和黄土高原的形成是侵蚀与搬运沉积作用的长期动态平衡过程,风力和流水在其中所起的作用都不是单一不变的,在不同时期和不同区域有可能会同时充当建设者和破坏者的角色。     

岭南东江流域一级阶地网纹红土的时代及其粒度特征

岭南东江流域临江剖面含一套总厚约4.35 m的弱网纹红土和强网纹红土,其顶部年龄为71.40±6.60 TL kaB.P.,近底部50 cm年龄为99.10±5.90 OSL kaB.P..粒度结果显示,弱网纹红土和强网纹红土都为粉砂质粘土,但前者颗粒比后者要粗,前者含较多的砂(>50 μm),在粒度频率分布上呈显著双峰态;后者含较多粉砂和粘土,呈近似单峰态.以粘土或胶体粘土含量反映的强、弱网纹红土的风化程度与深海Specmap和Sulu sea氧同位素曲线指示的末次间冰期-末次冰期早期的全球冰量和西太平洋海面温度变化的趋势均颇为相似.这些证据表明,临江剖面网纹红土的形成时代应属晚更新世,即末次间冰期至末次冰期早期.     

哈尔滨沙尘沉降物的化学风化特征及物源区意义

对哈尔滨2006年3月10日沙尘沉降物的化学组成及化学风化特征进行研究,结果表明:SiO2、Al2O3和TFe2O3含量分别为54.87%、13.27%和5.63%,三者之和达73.77%;CaO、MgO、K20、Na2O、TiO2、P2O5和MnO含量分别为3.78%、2.57%、2.63%、1.76%、O.77%、0.24%和O.11%.沉降物中的常量元素多表现为迁移淋失,Mn和Ti明显富集而Mg和Fe轻微富集,元素的迁移淋失率依次为:Na>P>K>Si>Al>Ca>Fe>Mg>Ti>Mn;微量元素除Nb、Sr迁移淋失外,其余元素表现出富集特征.与哈尔滨2002年沙尘沉降物、黄土高原第四纪黄土与古土壤、晚第三纪红粘土、镇江下蜀土及宣城风成红土等典型风成堆积物进行对比分析,(A1+Fe+Ti+Mn)/(Mg+Ca+K+Na)比值、成分变异指数ICV、CIA等化学风化参数及A-CN-K化学风化趋势图均显示,哈尔滨沙尘沉降物经历了低等化学风化程度,明显强于兰州黄土和古土壤,弱于洛川黄土,显著弱于洛川古土壤、西峰红粘土、镇江下蜀土和宣城风成红土.哈尔滨沙尘源区处于大陆化学风化的早期,气候生物状况好于西北地区,包括沙漠和黄土高原在内的西北地区不会是哈尔滨沙尘沉降物的物源区,或者至少不是主要物源区.     

第四纪加积型红土与黄土的风成相似性探讨

粒度分析表明,第四纪加积型红土的粒度组成特征与黄土相似,其粒度组成以50 μm以下的粉沙和粘土组分为主,并且10～50 μm的风尘基本组分含量与黄土类似,该类型红土粒度组成存在明显的由北向南粘粒含量增加的空间变化规律;粒度组成的频率曲线研究表明,第四纪加积型红土主要呈现双峰和多峰的特征,表明其搬运营力的多元性,与西风区黄土类似;该类红土的稀土元素丰度以及Sr、Nd同位素组成也与北方风尘沉积相似.因此提出该类红土可称之为加积型红土,它与北方风成沉积存在风成相似性.     

风尘Sr同位素研究

黄土和红粘土为风尘物质,其Sr同位素的研究较为深入,其它风尘物质还包括深海沉积物和冰芯中的粉尘物质,以及现代风尘物质,它们的Sr同位素亦有较多研究。Sr主要以分散形式存在于风尘物质含钙矿物中。风尘物质中碳酸盐矿物Sr同位素值低,硅酸盐矿物高。风尘物质Sr同位素示踪研究一般采用硅酸盐组分,但不同粒级组分Sr同位素组成不同,2μm组分具有最高值,它影响全岩Sr同位素组成;采用固定粒级具有很好的示踪效果。利用碳酸盐Sr同位素进行风尘物源示踪,表明中国北方沙漠碳酸盐具有不同的Sr同位素组成,它受控于地质背景和化学风化程度。     

安徽郎溪县十字镇第四纪红土理化性质及其古环境意义

第四纪红土广泛分布于中国长江中下游地区,是反映中国南方第四纪古环境的重要载体。基于安徽郎溪县十字镇一处典型黄棕色土-网纹红土剖面的155个样品的粒度分析,并结合磁化率、色度和漫反射光谱数据,再结合前人年代地层学和磁性地层学的研究,将郎溪十字镇剖面与长江中下游地区广泛分布的下蜀黄土进行对比,旨在探索该剖面红土的物源。并且对上部黄棕色土和下部埋藏红土的风化程度进行比较,进而揭示从网纹红土到黄棕色土的转变反映出的古气候古环境变化信息。结果表明:1)样品均不含2 mm的砾石,砂质量分数较少,以"风尘基本粒组"(10~50μm)为优势粒级,其次为黏粒(2μm),粒度组成特征反映了明显的风成特性;粒度频率曲线和粒度参数对比分析表明,网纹红土平均粒径较上覆黄棕色土细,细粉砂(2~10μm)和黏粒(2μm)更加集中,说明网纹红土沉积后经历了更强的风化成土过程;2)磁化率、色度和漫反射光谱数据分析表明,网纹红土较上覆黄棕色土含有更多的赤铁矿和针铁矿。这是因为网纹红土形成于中国南方一个极端湿润期,高温高湿的还原环境导致强磁性的亚铁磁性矿物部分被溶解转化为弱磁性矿物(如赤铁矿和针铁矿);3)郎溪十字镇剖面磁化率值与黏粒(2μm)质量分数具有很好的可比性,呈明显负相关关系,说明郎溪十字镇剖面的磁化率值具有指示风化作用强度的意义。郎溪十字镇剖面从上部黄棕色土到下部网纹红土的各项理化指标都具有非常明显的变化,可能反映了中国南方一次重大的气候转型事件,可以被视为长江中、下游地区对中更新世全球性重大气候变化的响应。     

庐山JL剖面红土磁化率特征及古环境记录

江西九江庐山地区JL剖面红土磁化率测试结果表明:1.典型网纹红土的磁化率远小于弱网纹红土和棕黄色黄土-古土壤,数值上,棕黄色黄土-古土壤是网纹红土的2.33倍.剖面各层段频率磁化率均值变化于10.09％～ 13.71％,且与磁化率显著正相关,表明风化成土作用中形成的超顺磁性颗粒对红土磁性增强具有重要贡献.2.湿润气候和土壤渍水的假潜育环境下铁磁性矿物易于分解、转化、淋失,这可能是导致网纹红土磁化率异常偏小的主因.从而在剖面上磁化率与CIA变化趋势相反,两者峰谷波动又基本一致.3.结合ESR年代,JL红土磁化率沿剖面自下而上分为4个波动式增大的阶段,可与早更新世以来季风环流演变过程中的几个重要转折期对应,记录了大尺度内的古环境变化信息.早更新世以来该区环境湿润程度波动式减弱,气候自中更新世以来由湿热向干冷转变.     

南方红土的剖面风化特征

对地处九江的南方红土所作的观察和元素地球化学分析表明 ,南方红土在剖面上存在风化强度的系统变化特征。剖面下部对应网纹红土的层位风化强度大大高于剖面上部对应褐黄色土的层位 ,其中氧化铁游离度从下部 90 %降至上部 4 5 %左右 ,相当于从砖红壤环境转变为红壤环境。这种风化强度的系统变化在北方黄土地层中没有相似表现 ,但可能与黄土记录的中更新世晚期以来粉尘通量逐步加大、干旱化程度逐步加深有着某种关联 ,暗示中更新世晚期以来可能存在较为普遍的气候恶化趋势。     

东海浪岗山列岛风尘沉积的新证据

通过对浪岗山黄土粒度组成、磁化率、碳酸盐、微量化学元素、粘土矿物进行测试和分析,并与其他黄土地层对比发现:1)浪岗山黄土具有10~50μm粒组富集、磁化率为69.3×10-8~93.8×10-8m3kg-1、粘土矿物以伊利石为主(64.91%~79.35%)等与其他风成黄土相似的风尘沉积特征;2)根据红外释光测年(IRSL)结果,浪岗山黄土剖面底部的沉积年代为41.0±2.5 kaB.P.,而沉积速率较快(约为1.53 mm/a),应为晚更新世短期内快速堆积的一例风成黄土地层;3)与内陆黄土相比,浪岗山黄土大于50μm粒组均超过10%,明显偏高,表明该剖面除接受来自西北内陆的远源风尘物质外,还接受来自东海陆架的“近源”风尘物质;4)与内陆黄土相比,浪岗山黄土磁化率变化范围不大、碳酸盐含量极低、蛭石含量偏高、微量元素含量偏低,应考虑剖面沉积后气候环境的长期改造作用。     

晚新生代中国北方风尘沉积的可能物源及变化

中国北方风尘沉积是晚新生代中纬西风和冬季风输送的粉尘相互加积的结果。对北方风尘沉积物来源和搬运动力的分析表明,风尘沉积的物质来源具有多样性,物源类型和分布、传输路径随时间变化。认为亚洲中部山地古风化壳可能是中国北方早期风尘沉积,尤其是第三纪红粘土的重要物源之一;晚新生代的粉尘源区类型由山地因干旱化被风蚀的红色风化壳逐渐向盆地周边被抬升的中、新生代砂泥岩过渡,再由盆地周边过渡到盆地内部的中生代与新生代的河湖沉积物和沙漠。同时大气环流格局的变化相应地导致了粉尘源区分布和传输路径的迁移。     

青藏高原东缘风成黄土的多源性——以九寨沟黄土为例

黄土是研究环境变化的重要材料,揭示其物源及成因有利于解译其蕴含的环境信息。分析位于青藏高原东缘的九寨沟自然保护区黄土地层的矿物组成、粒度、稀土和微量元素、石英砂表面形态,进而探讨九寨沟黄土的物源及成因意义。结果表明:研究区黄土属风成沉积物,黄土物质既有来自邻近地区的冰缘沉积物,也包含北方远源的风尘物,具有多源性特征;青藏高原东缘黄土与南缘黄土的物源明显不同,揭示出青藏高原内部的冷高压对其边缘地带黄土沉积并无直接作用,而局地的山谷风对黄土沉积可能贡献更大。因此,利用青藏高原边缘地带的黄土研究环境变化需重视地形因素,同时应加强多剖面的对比。此外,稀土元素分配模式对黄土物源的指示意义具有不确定性。     

松嫩沙地地球化学特征及其对风尘物质贡献的指示

中国北部沙漠-沙地作为亚洲风尘系统的重要组成部分，是亚洲重要的粉尘源区。对松嫩沙地和欧亚黄土带最东端黄土沉积的源-汇系统进行研究，有利于了解松嫩平原冰期-间冰期大气环流模式与粉尘传输路径之间的关系，并为区域生态环境和沙尘天气治理提供科学依据。本研究采集了松嫩沙地全范围的47件样品（<63μm）进行元素地球化学分析（常量元素、微量元素和稀土元素），建立了完整的松嫩沙地地球化学数据库，并通过主成分分析和频率模型进行物源定量重建，结合物源判别图解探讨松嫩沙地对下风向区域风尘物质的贡献度。结果表明：松嫩沙地处于化学风化初级阶段，沉积物的成熟度较低，由大多数初次循环和少数再循环沉积混合组成。定量重建结果将松嫩沙地划分为西北部、西南-W部、西南-E部3个分区，对哈尔滨黄土的贡献度依次为西南-E部（即松花江水系沉积物）40.5%～66.3%、西南-W部24.9%～48.9%、西北部1.9%～13.2%。物源判别图解表明哈尔滨黄土与现代尘暴粉尘有相似的源区，揭示了松嫩平原冰期-间冰期粉尘传输路径一直以西南方向为主，与冰期以西北风为主导的环流模式存在差异。哈尔滨西北方向粉尘源区（松嫩沙地西北部和呼...     

哈尔滨黄土的粒度与地球化学特征及其对粉尘物源的指示

哈尔滨黄土位于欧亚黄土带的最东端，对它的风尘物源研究是深层次理解风尘堆积与区域构造-地貌-气候变化耦合关系的关键。然而，对哈尔滨黄土地球化学组成的研究尚未开展，对其性质还存在认识上的不统一。为此，我们研究了哈尔滨天恒山剖面L₁黄土层的粒度和地球化学组成，并对其化学风化和物源等展开讨论。为了示踪哈尔滨黄土的物源，我们还对东北沙地（浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地和松嫩沙地）进行了表土采样和地球化学分析。结果表明：哈尔滨黄土不含细砂组分（125~250 μm），含有极细砂组分（63~125 μm，4.8%~10.5%），粉砂（4~63 μm）和黏土组分（<4 μm）占绝对优势，分别占73%~82%和12%~18%；粒度模式为三峰态分布（众数分别为36~40、8~10 μm和0.8 μm），与黄土高原典型黄土的粒度分布模式一致，但明显粗于黄土高原中部黄土。哈尔滨黄土经历了初级的化学风化过程，具有较低的成熟度和再循环历史。单靠地球化学方法不能很好地确定哈尔滨黄土的物源，但整合的方法（包括粒度、元素和同位素组成、MDS和PCA统计方法以及自然地理要素等）很好确定了哈尔滨黄土有一个混合源，松嫩沙地松花江水系沉积物为哈尔滨黄土提供了主要的粉尘贡献，浑善达克沙地和科尔沁沙地为哈尔滨黄土提供了部分细颗粒粉尘。     

地球化学组成揭示的杜蒙沙地化学风化和沉积再循环特征及其对风尘物质贡献的指示

对杜蒙沙地的河流冲积砂、河漫滩泥质粉砂、沙质古土壤和风成沙等不同类型沉积物进行了采样（27组）,对这些样品的细颗粒组分（<63 μm）进行了常量元素、微量元素、稀土元素（REE）和Sr-Nd同位素比值等地球化学分析,就杜蒙沙地的化学风化、沉积再循环特征及其对风尘物质的贡献等展开了讨论。结果显示,杜蒙沙地的地球化学组成表现出空间的均一性,低的化学蚀变指数CIA（48~56,平均52）及A-CN-K和A-CNK-FM图解均表明了杜蒙沙地仅遭受了低级的化学风化程度。沙地的成分成熟度较低,大部分河流沉积物表现出初次循环沉积特征,系大兴安岭东侧中酸性岩浆母岩风化剥蚀的产物经嫩江搬运堆积形成;古土壤表现出与河流沉积物相同的初次循环特征,表明古土壤的成土母质是河流沉积物,这与野外地层出露情况一致;风成沙表现出再循环沉积特征,系河流沉积物就地起沙搬运堆积形成。不活动元素比值、REE和Sr-Nd同位素比值等物源判别图解,结合植被和地貌状况,一致表明杜蒙沙地与东北平原中东部的风尘物质没有地球化学亲缘关系,其对该地区（甚至下风向更远地区）的大气风尘的贡献很小。