洞穴滴石石笋与陆地古环境记录研究进展

洞穴碳酸盐沉积与其它自然材料相比 ,具有分布广 ,时间跨度大 ,生长机制对环境敏感 ,保存信息完整 ,适合于 U系测年等特点。可与海洋沉积物、冰芯、树轮相媲美。尤其是洞穴滴石石笋为大陆气候替代指标提供了一类独特的数据源。从稳定同位素地球化学、石笋微层、微量元素地球化学、洞穴碳酸盐结晶学和岩石学等方面论述了该领域的最新研究进展。如利用洞穴碳酸盐δ函数定量地分离出纯的温度信号 ;利用石笋碳同位素变化及草原与森林生态系统光合作用的差异特征 ,恢复草原 -森林间的演变过程 ,显示了其在全球变化研究中的重要地位和作用。     

石笋矿物类型、成因及其对气候和环境的指示

洞穴石笋的矿物组成分为方解石、文石和文石-方解石三种类型。本文总结了国内外已有的研究成果,并结合野外观测现象和数据,讨论了影响石笋矿物形成和转变的因素,分析了利用石笋矿物类型特征研究古气候和古环境变化的可行性。洞内滴水饱和度和滴水中Mg/Ca比值是影响石笋矿物类型的主要因素:当滴水Mg/Ca 比值较低（Mg/Ca＜1或<<1）时,滴水饱和度较低易形成方解石,而文石沉积则需要更高的滴水饱和度;当滴水Mg/Ca 比值较高（Mg/Ca≥1）时,方解石相对文石沉积需要更高的滴水饱和度。洞穴围岩镁含量高且滴水多而稳定的洞内环境是我国南方大量文石笋发育的主要原因。长期处于滴水淋滤环境的文石笋容易向方解石转变,但若滴水中Mg2+浓度较大,此转变过程会受到抑制。在围岩镁含量较低的洞穴中,干旱时期渗流水滞留时间长、滴水速率变慢,会造成滴水中Mg/Ca比值升高并引起文石沉积。因此,石笋矿物类型及矿物相转变可指示气候和环境的变化。      

立足岩溶地质基础,深化全球气候变化研究——《岩溶洞穴环境及石笋古气候记录》书评北大核心CSCD

全球气候变化,特别是极端气候频繁出现是全世界不得不面对的严峻事实,但其机理研究以及趋势预测相对滞后,国家应对气候变化的需求极其迫切,而借鉴古气候地质记录是研究历史气候变化规律、预测未来气候发展趋势的有效途径。石笋、冰芯、黄土、湖泊、珊瑚、树轮、泥炭以及历史文献考古等多领域的研究,取得了瞩目的成绩,特别是中国洞穴石笋研究在国际学术界独领风骚,极大地推动了古气候环境领域的整体研究。另外,在洞穴石笋多指标记录、洞穴滴水监测（洞穴滴水监测进一步明确了δ^（18）O的信号传递以及碳转移过程）、     

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 但基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca比值对外界环境的响应具有同一性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca比值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca比值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca比值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

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     

碎屑锆石年代学在沉积物源研究中的应用及存在问题

近年来,碎屑锆石U-Pb定年技术的不断突破极大地促进了沉积盆地物源分析的发展,该方法被进一步应用于分析古地理环境、沉积盆地演化以及物源区剥蚀速率等。在广泛应用的同时,国际学者逐渐意识到诸多不确定因素可影响分析结果、导致偏差。在系统总结碎屑锆石年代学在沉积物源研究中值得关注的几个问题的基础上,分析结果认为:①采样过程中要注意采样间隔和水动力对锆石的分选作用;②实验过程中合理地选择U-Pb定年方法,根据特定科学问题选定待测锆石和确定分析数量;③物源对比过程中不应简单地将沉积岩的碎屑锆石年龄谱与周缘造山带结晶岩体（包括岩浆岩和变质岩）的年龄进行对比,还应关注较老沉积岩提供的再旋回锆石、不同源岩的锆石产出能力、剥蚀区适当的隆升时间及碎屑锆石的“滞后时间”等因素。     

离子吸附型稀土资源研究进展、存在问题及今后研究方向

稀土是中国的优势矿产资源,但真正引起世人瞩目的是离子吸附型稀土矿,尤其是其中的中稀土、重稀土成分。离子吸附型稀土矿是中国极其重要、全球罕见的矿床类型。自1969年发现至今的四十多年来,对其成矿机制、富集规律、开采方式、环境保护等方面的研究取得了显著进展。本文从离子吸附型稀土矿床成矿理论、勘查技术方法、资源综合利用及矿政管理等方面评述了近年来取得的进展及存在的问题,重点分析了合理评价资源储量、储量优化开采利用方案、加强稀土开发管理等方面存在的亟待解决的现实问题。本文认为现行的稀土矿产地质勘查规范已经不适应当前的形势,需要修改;当前对离子吸附型稀土矿产实行不分单元素矿种的资源分类方式也不利于资源的充分利用,需要建立单元素稀土矿种的评价、管理体系;对于矿业权设置和开采总量控制指标等方面的管理工作今后只能加强不能放松。