南海沉积物中黏土矿物及其在古气候中的应用研究进展

黏土矿物作为海洋细粒陆源碎屑沉积物中最重要的组成部分,近年来在南海沉积物物源示踪和古气候研究方面取得了重要进展。系统总结了前人对南海沉积物中黏土矿物研究的成果,主要包括南海表层沉积物中黏土矿物物源、分布及其影响因素,及其在古气候研究方面的应用,阐述了地质时间尺度黏土矿物组合的变化,对同时期物源区气候变化和物源区供给或洋流变化的指示意义。指出了该领域存在的一些问题,并展望了其未来的发展趋势。     

黄海SYDP103孔黏土矿物组成及古气候意义

利用1997年国土资源部青岛海洋地质研究所和韩国资源研究所合作在南黄海东南侧泥质沉积区所取得的两个全取芯钻孔(SYDP102,SYDP103)资料,对SYDP103孔黏土矿物进行了专门研究.结果表明,该孔黏土矿物组合特征为伊利石-绿泥石-高岭石-蒙脱石型,其物质来源于长江、周边陆源区及相邻海域细粒物质的再改造沉积.沉积区的涡旋作用是本研究区黏土矿物沉积的动力因素.该孔黏土矿物的分布特征和含量变化,与冰消期以来的孢粉组合有明显的对应关系,反映了气候特征决定了黏土矿物的形成组合特征,并与全新世全球性四个气候期(北方期、大西洋期、亚北方期、亚大西洋期)相吻合.     

南海南部沉积物中黏土矿物组成变化及其古沉积信息记录初探

通过对南海南部2个代表13万a以来柱状沉积样品高分辨率的黏土矿物组成分析,认为所研究的黏土矿物主要为陆源碎屑成因,埋藏过程中的成岩变化或黏土矿物自生特征不明显,而以采样点南面加里曼丹岛、菲律宾东、西两侧的火山群岛和湄公河流域为主要陆源的地质条件、风化环境及物质迁移途径的差异控制了南海南部沉积物中黏土矿物组成的空间和时间变化.研究发现,沉积物样品中较高的蒙皂石含量对应于地质历史上的暖期,而较低的蒙皂石含量对应于冷期.伊利石的行为及其古海洋指示意义则与蒙皂石相反.将柱状沉积物样品上高分辨率的黏土矿物组成分析作为一种研究方法,有助于研究晚第四纪以来南海陆源碎屑物的源区特征、迁移途径及海区古环境演变.     

黏土矿物在古环境重建中的应用

黏土矿物组成、含量以及结晶参数的变化与古环境(气候与沉积环境)变化密切相关,可以反映气候冷、暖周期性变化和沉积环境特征。近些年来,黏土矿物分析成为重建古环境的有效手段之一。在阐述黏土矿物的研究方法和古环境意义的基础上,对近20年来黏土矿物在海洋、黄土、湖泊古环境恢复当中的应用进行了回顾和评述。指出随着新的研究方法的不断引入与创新,黏土矿物分析已从定性研究转向半定量、定量研究;黏土矿物记录与孢粉、硅藻、粒度和氧同位素反映的古气候基本吻合,说明黏土矿物是古气候研究的有效方法。但气候以外的其他因素也能引起黏土矿物含量和组合的变化,因此,在进行古气候重建时必须考虑物质来源、水动力条件、地质地貌特征和地球化学环境以及构造运动等因素的可能影响。结合其他多种古环境代用指标的联合运用,黏土矿物研究将在古环境重建中发挥越来越重要的作用,具有广阔的应用前景。     

220 ka以来西菲律宾海黏土矿物输入变化及其控制因素

为揭示晚更新世以来西太平洋暖池黏土矿物输入变化的控制因素,对采自西菲律宾海本哈姆隆起上的Ph05-5孔沉积物中的黏土矿物组成、来源和堆积速率进行了分析。结果表明,220 ka以来,该孔沉积物中的黏土矿物主要以伊利石（13%）和蒙皂石（8%）为主,其次为绿泥石（6%）和高岭石（2%）。伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆,蒙皂石主要源于菲律宾海周围岛屿的火山物质在海底遭受海水侵蚀后形成的自生Fe-蒙皂石和西菲律宾海周围岛屿上的物质风化后形成的他生Al-蒙皂石。220 ka以来,伊利石和绿泥石的堆积速率表现出明显的冰期高-间冰期低的旋回变化,与该孔总的风尘堆积速率、亚洲风尘和北太平洋风尘堆积速率一致。冰期/间冰期太阳辐射降低/增强、亚洲内陆干旱程度加强/减弱,是导致伊利石等源于亚洲内陆的黏土矿物向菲律宾海输入增加/减少的主控因素。Ph05-5孔蒙皂石的堆积速率同样表现出明显的冰期高-间冰期低的特征,与该孔总的火山物质堆积速率一致。蒙皂石在轨道尺度的变化,主要受到海平面变化和热带类ENSO过程影响的降雨过程控制。冰期低海平面,菲律宾岛和海水的混合作用加强,使得蒙皂石的输入增加。此外,冰期在热带太平洋类拉尼娜较强,降雨量增加,导致向菲律宾海输入的火山物质（蒙皂石）增加,间冰期则相反,由于类厄尔尼诺增强,菲律宾岛区域干旱,火山物质（蒙皂石）向菲律宾海的输入减少。     

普里兹湾西北侧海域沉积物黏土矿物组合及其古气候环境意义

基于普里兹湾西北侧海域ANT29-P4-03沉积岩心14C测年和黏土矿物含量的分析结果,讨论了研究区黏土矿物组分的气候环境意义。黏土矿物含量顺序为伊利石 > 蒙脱石 > 高岭石 > 绿泥石。蒙脱石主要来自火成岩风化,在26.0~26.5、25.3~25.6、25.0、16.5~17.0 ka 4个时间段含量较高,总体呈现冰期高间冰期低的特点。伊利石、高岭石主要来自普里兹湾陆架,高岭石含量越高,表明当时的气候越温湿;而伊利石和蒙脱石则相反,它们的含量越高,说明当时的气候条件比较寒冷干燥。整体来看,伊利石和蒙脱石的含量占绝大部分,因此,整个岩心所形成环境比较寒冷干燥。     

晚上新世以来菲律宾海盆XT4孔黏土矿物特征及其古环境意义

菲律宾海是典型风尘汇聚区,菲律宾海远离吕宋岛的深海沉积物是重建构造尺度亚洲风尘演化历史的良好载体。选取菲律宾海盆XT4孔沉积物开展了黏土矿物研究,并结合前人研究成果,在明确该孔黏土矿物来源的基础上,探讨了晚上新世以来亚洲风尘的演化历史及其可能的影响机制。菲律宾海盆XT4孔黏土矿物以伊利石为主,平均含量为39%,蒙脱石含量次之,平均为28%,绿泥石平均含量为18%,高岭石平均含量为15%。XT4孔黏土矿物组成符合亚洲大陆风尘与周边火山岛弧的二端元混合模型特征,其中蒙脱石主要为周边火山岛弧物质贡献,而伊利石、绿泥石和高岭石主要是亚洲风尘贡献。晚上新世以来XT4孔的伊利石/蒙脱石比值表现为阶段性变化,主要反映了北半球高纬冰川的扩张导致亚洲中纬度地区干旱化加剧。此外,东亚夏季风降雨强弱和空间分布的变化也是源区风尘释放的重要环境因子之一。本文结果初步揭示了晚上新世以来中国干旱-半干旱地区的环境演化历程,有助于深入理解多圈层相互作用下的风尘循环及其生物地球化学效应。     

珠江口内伶仃洋晚第四纪黏土矿物组成特征及对源区气候变化的指示

黏土矿物组合和相对含量变化可反映源区地表风化过程,进而推断古气候的周期性变化,因此黏土矿物分析是古气候重建的重要手段之一。对珠江口内伶仃洋13-LD-ZK20钻孔晚第四纪沉积物中黏土矿物组成进行分析,结果显示黏土矿物主要为蒙脱石（含伊利石/蒙脱石无序混层）,平均相对含量为49%,其次为伊利石、高岭石和绿泥石,平均相对含量分别为20%、19%和12%。伊利石化学指数较高（多数大于0.4）,指示源区强烈的化学风化作用。珠江口内伶仃洋晚第四纪以来黏土矿物根据其相对含量变化和岩芯是否受成岩作用影响可分为4个阶段,指示西江源区气候总体暖-冷-暖的变化趋势。晚更新世第1阶段黏土矿物受成岩作用影响,不具古气候指示意义,第2阶段初期较为温暖,末期存在短期气候相对干冷阶段,可能与晚更新世末次冰盛期有关,第3阶段前期稍转暖。全新世（第3阶段后期和第4阶段）主要为温暖潮湿气候特征,并存在短期冷-暖波动。     

全新世以来泰国湾古气候演化历史———来自地球化学和矿物学证据

为了对海表温度(SeaSurfaceTemperature,SST)和海表盐度(SeaSurfaceSalinity,SSS)数据进行精确的短期预报,基于多站位海洋观测浮标获取的海表温度和海表盐度数据,利用反向传播(BackPropagation,BP)和径向基函数(RadialBasisFunction,RBF)两种神经网络方法开展了短期预测。首先,在预测时长固定为5d的情况下,对比不同训练时长的预测结果的均方误差(MeanSquaredError,MSE),进而确定以20d的观测数据作为训练集的预测结果均方误差最小。然后,以 PAPA 站观测浮标获取的2009年1月、4月、7月和10月各月的前20d温盐数据作为训练集,分别训练BP和 RBF神经网络,将训练好的2种神经网络模型应用于各月第21至25日的温盐数据预测。结果表明:BP和 RBF神经网络均能有效预测海表温盐数据的季节性变化,但 RBF神经网络对不同预测时间的整体预测效果优于 BP神经网络。多站点数据的预测实验进一步验证了 RBF神经网络模型具有较强适用性和更高的准确性。RBF神经网络模型可以作为海表温盐数据短期预报的有力工具。     

黏土矿物在油气生成中的催化效应

黏土矿物的催化作用对于油气生成具有关键作用。通过分析黏土矿物和干酪根的结构与依附关系,在明确催化机理的基础上,系统总结了催化反应的影响因素,有利于烃源岩的科学评价,对寻找优质烃源岩具有重要意义。     

南海沉积岩芯中粘土矿物的研究

对南海中部5个沉积岩芯的粘土矿物做了定性分析和半定量估算。提出南海粘土矿物组合特征为陆架浅海型与大洋型间的过渡型,这一特征表明,南海沉积物以多源性为特征。研究指出,南海沉积岩芯中粘土矿物含量高低呈现出周期性的旋回变化,并且有可对比性,控制这种变化的主要因素是沉积过程中古气候冷暖的周期性旋回变化及其所影响的沉积环境的变化。     

海洋沉积粘土矿物与全球变化研究的探讨

本文对我国粘土矿物的科研成果进行了初步综述，概述了海洋沉积粘土矿物在全球变化研究中的作用，探讨了海洋沉积粘土矿物的古环境，古气候指示意义。     

青藏高原东部边缘"成都黏土"粒度记录的约500 kaBP的干旱化增强事件

亚洲内陆干旱化是新生代青藏高原隆升和全球气候恶化的重要标志。对位于青藏高原东部边缘的成都黏土粒度记录的研究,及与黄土高原地区粒度记录的对比,表明该地区的粒度记录都在约500kaBP时发生了一次明显的粒度增大、粗颗粒含量增加的变化,表明东亚地区约500kaBP以来发生了一次明显的干旱化增强事件,推测青藏高原在中更新世强烈隆升进入冰冻圈,导致中下层西风环流显著分叉绕流以及随后的进一步强化,是亚洲内陆干旱化阶段性增强的重要原因。     

北极圈海域表层沉积物的黏土矿物特征及其环境意义

应用X射线衍射(XRD)分析技术对北极圈海域15个表层沉积物的黏土矿物进行了研究。结合伊利石的结晶度指数综合分析了研究区黏土矿物的组成和分布特征及其物质来源、沉积环境和水动力条件。结果表明,北极圈海域研究区的黏土矿物以伊利石为主(33%),其次为伊/蒙间层矿物(25%)、绿泥石(23%)、高岭石(15%)以及蒙皂石(4%)。伊利石的开形指数(Ns)都比较小,大多在1~2之间,Ns的分布对物源有一定的指示意义。楚科奇海区具较弱的水动力条件,沉积环境较稳定;白令海具强烈的水动力条件,属于冲刷环境。认为北极圈海域研究区的黏土沉积物均有三方面来源,即河流输入、海洋自生和冰筏搬运物。     

末次间冰期兰州黄土记录中的粘土矿物及其环境意义探讨

本文研究了末次间冰肮分辨率兰州黄土（Ｓ１）２１个样口的粘土矿物，并与现代尘暴沉积物作了对比。研究结果表明，Ｓ１三个古土壤导春间所夹两个黄土层中的粘土矿物组合特征基本一致，以伊利石为主，其次为绿泥石和高岭石及少量伊／蒙间层矿物。粘土矿物的形成以碎屑成因为主，其一在剖面上的变化具有批示气候变化的意义。古土壤层中伊利石结晶度较黄土层中低，反映在气候温暖潮湿的条件下粘土矿物受到了不同和蔼的改造。粘土矿物总     

东菲律宾海帕里西维拉海盆第四纪黏土矿物组合特征及物源分析

应用X射线衍射(XRD)方法对东菲律宾海帕里西维拉海盆的两个重力柱状样F090815和F100609的第四纪沉积物进行了黏土矿物分析。结果表明,南北两个柱状样黏土矿物呈现不同的组合特征。南部的F090815岩心蒙皂石含量(平均50%)最高,伊利石(平均37%)次之,含少量的绿泥石和高岭石(平均13%);北部的F100609岩心为伊利石含量(平均47%)最高,蒙皂石(平均39%)次之,含少量的绿泥石和高岭石(平均14%)。根据黏土矿物含量及特征变化可将两根柱状样划分为4段,并根据黏土矿物组合特征及化学指数和结晶度,认为蒙皂石主要来源于研究区东部紧邻的马里亚纳海槽基性火山物质的蚀变;伊利石主要来源于物理风化作用强烈的陆地,并很可能与亚洲风尘有关;绿泥石与伊利石有着相同的来源;高岭石在此区含量非常低,也证明了与伊利石和绿泥石来源相同。另外,两柱状样黏土矿物特征变化趋势不同,是由于整个F090815孔所揭示的地层大概只相当于F100609孔的第IV段沉积期,是该沉积期更高分辨率的反映。     

海洋沉积物中黏土矿物的两种提取方法的对比

黏土矿物作为海洋细粒陆源碎屑沉积物中最重要的组成部分,在海洋沉积物来源、洋流搬运、古环境演化研究中发挥了重大的作用。因此,如何正确而高效地从沉积物中分离出黏土矿物组分成为开展黏土矿物研究工作的先决条件。介绍了两种提取海洋沉积物中黏土矿物的方法——沉降法和离心法,并将两种方法所得黏土矿物分析结果进行了对比。其中,黏土矿物平均含量的配对t检验结果显示,两种方法所得黏土矿物含量相关系数为0.96,Sig.值远大于0.05,结果不具有显著差异性;ODP1146站样品两种方法所得蒙脱石含量及伊利石含量分别在0.01水平上显著相关,ZK001孔样品高岭石含量在0.01水平上显著相关;两者之间黏土矿物含量在时间序列上的总体变化趋势也非常相近;粉末样XRD扫描结果显示两种方法所提取颗粒所含矿物均主要为黏土矿物,且两者之间矿物含量非常接近;另外粒度分析表明,沉降法与离心法所提取的颗粒大小均小于2 μm。分析结果表明与沉降法相比,离心法提取黏土矿物同样可以准确地获取黏土矿物中蕴含的重要信息,而且提取效率较传统沉降法更高,其在海洋沉积物黏土矿物中的研究亟待得到推广。     

中国近海粘土矿物分布模式

在大量调查研究的基础上通过对各海区粘土矿物组合特征和分布规律的分析,探讨了中国近海粘土矿物的分布模式。通过对中国大陆和外海粘土矿物的分析及与海区粘土矿物分布规律的对比,论述了影响其分布的因素。     

舟山岛中更新世以来孢粉组合特征及古气候变迁

根据舟山岛ＺＫ１孔３３个孢粉和３７个微体古生物样品的分析,讨论了我国第四大岛－舟山岛自第四纪中更新世以来的古植被,古气候变迁。舟山岛经历了３个寒冷期,２个温暖期和１个冰后期,其中第二冷期又可分出２个亚冷期和２个亚暖期,冰后期可分出北方期－前北方期、亚北方期－大西洋期和亚大西洋期,为舟山岛第四纪地层划分和地层对比提供了充分的依据。