近700ka来西菲律宾海沉积物来源和东亚冬季风演化的常量元素记录

为系统了解西菲律宾海700ka以来柱状沉积物的常量元素组成特征及其物源和古环境指示意义,对本哈姆高原上MD06-3047孔的221个样品进行了粒度和常量元素组成分析,并测试了其中16个典型沉积物中碎屑态的常量元素含量.物源判别图解及R型因子分析结果均表明钻孔中主要氧化物含量在垂向上的变化主要受控于附近火山碎屑物质沉积作用和陆源风尘物质输入,而海洋生物沉积作用及热液活动的影响较小.特别是以Al2O3和K2O为代表的陆源风尘因子的得分变化表现出明显的冰期-间冰期旋回特征,并与南极冰芯的古温度记录及中国黄土的东亚冬季风记录间具有良好可比性,进而为揭示东亚冬季风强度及风尘源区干湿条件制约下的研究区内陆源风尘物质输入演化历史提供了新的替代性指标.     

南海西部陆源沉积粒度组成的控制动力及其反映的东亚季风演化

通过对南海西部越南岸外MD05-2901孔的有孔虫氧同位素测定, 建立了450 ka以来高分辨率的年代地层. 结合沉积物的密度、孔隙率和陆源碎屑含量, 计算了陆源碎屑的堆积速率, 结果显示在间冰期时堆积速率的平均值为4.9~6.0 g/(cm²·ka), 高于冰期的1.9~5.0 g/(cm²·ka), 与发表过的南海南、北部冰期高于间冰期的特点明显不同. 对陆源沉积物的粒度分布进行主成分因子分析, 获得了两个主控因子F1和F2, 它们控制了陆源沉积近80%的粒度变化特征. 对F1敏感的1.26~2.66 μm%¹⁾和10.8~14.3 μm%呈现高频的波动, 和北半球低纬夏季太阳辐射量吻合很好, 显示23 ka的岁差周期和13 ka的半岁差周期. 对F2敏感的4.24~7.42 μm%和30.1~43.7 μm%, 则显示强烈的100 ka的偏心率周期. 本区的陆源沉积物来源于南海西南和北部2个地区, 在动力上则分别由夏季风和冬季风驱动的不同方向的洋流搬运. 研究认为, 晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化, 而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动, 呈冰期/间冰期旋回尺度的波动, 这反映了东亚季风演化的双重驱动机制.     

末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积

硅藻贡献了海洋40%的初级生产力, 在海洋生物地球化学循环中发挥重要作用, 是全球碳固定的主要贡献者之一. 大洋硅藻席沉积是硅藻大规模“勃发”的产物, 通过对东菲律宾海136°~140°E, 15°~21°N区域内藻席的分析鉴定发现, 出现于这一低纬西太平洋的硅藻席的成席藻类为Ethmodiscus rex (Wallich) Hendey; 同时, 大量的AMS14C测年数据显示这些富含硅藻席的沉积物形成于16000 ~ 28600 a BP (¹⁴C年龄)期间, 即硅藻“勃发”发生于末次冰期, 而其他层位并未发现藻席沉积. 初步分析表明, 末次冰期由于南极中层水(AAIW)北扩, 将富含硅酸盐的海水带入了研究区, 即南大洋的“硅溢漏”作用, 使该区域硅藻得以勃发; 同时, 末次冰期铁输入的增加, 也可能促进了该区硅藻的勃发.     

海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程

通过揭示南海北部陆坡沉积物柱状样中铁、磷和碳酸钙等的赋存特征, 结合现代表层海水中磷与水温、溶解氧的关系, 讨论了海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程. 结果表明, 沉积磷与碳酸钙的含量随深度的变化呈相反趋势, 而沉积铁与碳酸钙的含量变化基本一致, 这与冰期时表层海水温度降低而二氧化碳含量增高, 使部分陆源磷溶入海水刺激了海洋初级生产力, 从而导致生源碳酸钙在沉积物中积累的生物地球化学过程有关, 也与海水中来自大气和海洋植物光合作用的氧, 促使铁的氧化而加速沉淀到沉积物中有关. 沉积物柱状样中可溶性铁和磷结合态(Fe-P)的含量变化, 能够敏感地反映来自气候和环境变化的影响, 表明了沉积物中铁和磷结合态的积累特征与赋存状况, 对古气候和古环境变化具有指示意义.     

青海湖现代沉积速率空间分布及沉积通量初步研究

考察了青海湖表层沉积物137Cs活度及通量时空分布,建立了湖泊沉积速率空间分布模式.青海湖河口/岸边区域沉积物137Cs通量高,但平均137Cs活度低;湖中心区域137Cs通量低但平均活度高.河口/岸边区域沉积速率高,沉积物陆源组分(如SiO2,Fe2O3,Ti等)的含量及通量高.湖中心区域沉积速率低,化学/生物沉积组分(如次生碳酸盐)含量高.因此,决定青海湖沉积速率空间分布的主要因素是流域陆源物质的堆积速率.根据本文获得的不同湖区沉积速率计算了青海湖平均质量堆积速率(0.0337g·cm-2·a-1),并用Ca质量平衡方法检验了该平均值的合理性.在此基础上,估算了青海湖沉积通量及流域泥沙输入和大气粉尘对湖泊沉积的贡献.     

冲绳海槽西南端中全新世以来的沉积速率与物源分析

冲绳海槽西南端作为黑潮路径下一个高速沉降中心一直受到地球科学界的关注. 在实验室对2005年5月中法合作航次在冲绳海槽南部取得的原状无搅动的深海沉积柱状样MD05-2908岩芯进行了沉积通量与沉积特征分析, 并对物质来源进行了探讨. 样品在分割后分别进行了AMS14C分析、粗颗粒组分(>63 ?m)的提取及含水量的测定. 结果显示, 该34 m长柱状岩芯底部年龄仅为6.8 ka BP, 其平均线性沉积速率达到了5 m/ka, 揭示出冲绳海槽西南端自中全新世以来具有非常高的沉积速率; 结合含水量数据, 其沉积通量也与研究区现代沉积通量相符合. 根据17个AMS¹⁴C数据识别出了5期快速沉积事件(6790~6600, 5690~5600, 4820~4720, 1090~880以及260~190 a BP), 其持续时间为70~200 a不等, 快速沉积期间其最大沉积速率可以达到21.2 m/ka. 通过与相邻的ODP1202站对比后发现, 研究区沉积物皆以细颗粒的黏土与粉砂质为主, 粗颗粒组分所占比重总体不到5%. 台湾岛东北部丰富的降雨量使得宜兰境内的兰阳溪可以携带大量陆源物质进入宜兰陆架并进一步向冲绳海槽输运, 成为研究区重要的物质来源. 这5期快速堆积事件主要是与气候变化引起的区域性降水增加有关, 另外岩芯也记录到由地震、风暴等因素引起的小时间尺度的沉积增强事件. 由地震、风暴等引起的侧向与底层传输使得研究区的沉积环境更为复杂, 但同时也为冲绳海槽提供了丰富的物质供应.     

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.     

盐湖沉积环境未成熟油的成因与碳酸盐沉积阶段沉积的有机质有关

研究了江汉盆地潜江组一剖面样品的矿物学、岩石学、有机地球化学特征，结合这一盆地的其他研究资料，认为江汉盆地形成的未成熟油主要与碳酸沉积阶段形成的有机质有关，在未成熟油储量统计时，只有计算碳酸盐沉积阶段形成的沉积物才有意义．     

闽南粤西沿海老红砂的沉积年代

采用岩石地层学、磁性地层学和地球化学等方法。结合ＴＬ,ＥＳＲ,＾４Ｃ测年等,对广泛分布于闽南和粤西沿海的老红砂沉积地层及其形成时代进行了划分。研究表明,老红砂沉积从５５．４～９ｋａＢＰ都有发生,它们是晚更新世中、晚期末次冰期（玉木冰期）的风沙沉积。其中,大致可分成５６～４２和３０～１０ｋａ两个相对较集中的都红砂沉积期,在这两期中,又以３０～１０ｋｇ晚玉木亚冰期（Ｑ３＾３）的老红砂发育规模最大,分布     

新疆伊犁地区末次冰期气候的不稳定性

常年受西风控制的新疆伊犁地区厚约２０ ｍ的黄土剖面中记录有丰富的末次冰期气候变化信息．剖面粒度分析表明,与极地和北大西洋地区类似,末次冰期该区气候具有高度不稳定性．与寒冷的Ｈｅｉｎｒｉｃｈ事件相对应,伊犁地区黄土沉积中小于１０μｍ颗粒含量减少,表明西风风力增强;而相对温暖的间冰阶,小于１０ μｍ颗粒含量增加,标志着西风风力减弱．由此可见,末次冰期气候的不稳定性可能具有全球意义．     

西藏纳木错全新世沉积物的环境磁学参数变化机理

青藏高原的高分辨环境记录对于理解全球气候与环境变化至关重要.湖泊沉积物的磁学参数能够记录沉积环境和古气候信息.纳木错是西南季风过渡区大湖的典型代表,前人在该湖开展了大量地球化学、微体化石、沉积学和生物化学分析,极大地推动了该区古气候环境的重建工作.但迄今为止,还缺乏对纳木错湖泊沉积物系统的环境磁学研究.因此,本文选取纳木错湖芯NC08/01孔全新世以来(11.3calkaBP)的湖泊沉积物进行详细的岩石磁学与环境磁学研究,结合地球化学指标,在明确的气候背景下探讨该湖沉积物磁性参数的变化机制.结果表明,纳木错全新世沉积物的磁性参数受到陆源磁性矿物输入、还原溶解作用和磁细菌活动的共同影响.根据各磁学参数系统的变化趋势,可将该研究段样品分为3段:第Ⅰ段(236～199cm,11.3～7.8calkaBP)主要载磁矿物为粗颗粒磁铁矿,粒度均一,含量较高,并与Ti含量呈正相关关系,指示该段磁性矿物受后期溶解作用影响较小,其含量主要反映物源输入信息;第Ⅱ段(198～102cm,7.8～2.1calkaBP),磁性矿物颗粒变细,含量明显降低.在该段,湖面下降,水动力减小,进而输入的磁性矿物粒径也减小,容易受到后期溶解作用的影响;第Ⅲ段(101～0cm,2.1～0calkaBP),磁性矿物以生物成因单畴磁铁矿和陆源碎屑成因磁铁矿为主,磁性颗粒含量的变化与Ti含量不相关.以上结果表明,在弱还原环境中,湖泊沉积物磁性矿物的保存状态及磁学性质与其初始粒径密切相关.通过对磁性矿物信息的系统研究(包括粒径和含量变化等)并结合陆源输入指标(如Ti含量),能够较为准确地反映湖泊环境氧化还原程度的变化.以上结果为正确解译该湖沉积物的环境磁学指标提供了基础.     

孟加拉湾MD77-181岩芯磁学记录及其古环境意义

对位于孟加拉扇的MD77-181岩芯进行了详细的环境磁学测量, 包括磁化率、非磁滞剩磁、等 温剩磁, 以及典型样品的磁化率随温度变化特征和磁滞参数等. 结果表明: (1) ~9.82 m以上层段(相当 于~160 ka以来)以亚铁磁性的准单畴磁铁矿为主, 磁性颗粒组合随冰期/间冰期发生周期性变化, 冰期时磁铁矿的含量较相邻间冰期高, 且粒度较相邻间冰期粗, 反映了冰期时印度夏季风的减弱; ~6.50 m以上层段(相当于~70 ka以来), 磁性颗粒的粒度变化揭示了印度夏季风变化与北大西洋Heinrich快速冷 事件之间的遥相关. (2) ~9.82 m以下层段(相当于~160 ka以前)几乎不含亚铁磁性颗粒, 顺磁性物质的影响显著, 并出现黄铁矿, 推测该段岩芯磁记录受还原成岩作用影响强烈. MD77-181岩芯磁记录与孟加拉扇MD77-180岩芯和阿拉伯海ODP722B岩芯具有很好的可对比性. 据三支岩芯的对比研究推测, ~160 ka时可能发生一次改变整个北印度洋区氧化还原环境的古海洋学事件, 此事件发生之前本区还原成岩作用对沉积物磁记录影响强烈, 之后的环境变化抑制了还原成岩作用对沉积物磁记录的影响.     

南黄海悬浮体和沉积物的物质来源和运移:来自碳稳定同位素组成的证据

利用1998年5月航次中所采集的南黄海海域7个断面、67个站位、5个层次的284个悬浮体样品和64个底质沉积物样品, 分析测定了样品的悬浮体浓度和悬浮体与底质沉积物中的有机碳稳定同位素组成, 以研究悬浮体和沉积物的物质来源和运移过程. 由悬浮体浓度和颗粒有机碳δ ¹³C值的分布特征分析得出了南黄海沉积物搬运的主要格局. 由此格局可以认定, 在陆源物质向南黄海中部深水区的输送过程中底层起着比表层更为重要的作用. 黄海环流是决定南黄海沉积物搬运格局的一个重要控制因素. 由沉积有机质的碳同位素信号证实, 山东水下三角洲高沉积速率沉积物的主要物质来源是现代黄河物质. 在南黄海深水区的陆源沉积物主要来自废黄河物质和现代黄河物质, 现代长江物质所占比例相对较少. 来自朝鲜半岛的陆源物质其数量和影响范围都是有限的. 由悬浮体和碳稳定同位素得出的结论得到了另一个独立的物源指示剂——多环芳烃的进一步证明.     

雄安新区西部GB014孔第四纪地层结构与演化过程

对雄安新区西部GB014孔进行了岩石磁学、古地磁和沉积学研究,建立了第四纪地层结构,为更科学利用地下空间提供基础地质支撑.岩石磁学和系统退磁实验揭示钻孔沉积物的载磁矿物主要为磁铁矿,其次为赤铁矿.依据古地磁和区域沉积特征,建立了GB014孔的磁性地层年代框架,下-中更新统界线(M/B界线)和第四系底界(G/M界线)埋深分别为33.8、135.0 m.依据沉积物岩性、结构,以及自然伽玛曲线、粒度、色度、环境磁学参数等将GB014孔划分为5个沉积体系,自下而上依次为:沉积体系Ⅴ为粗颗粒的冲积扇相,埋深为200～146.6 m,年龄为3.90～2.81 Ma,沉积速率为4.9 cm/ka;沉积体系Ⅳ为细颗粒的泛滥平原相,埋深为146.6～108.0 m,年龄为2.81～1.88Ma,沉积速率为2.76 cm/ka;沉积体系Ⅲ为粗颗粒的辫状河道相,埋深为108.0～57.6 m,年龄为1.88～1.02 Ma,沉积速率为5.86 cm/ka;沉积体系Ⅱ为细颗粒的泛滥平原相,埋深为57.6～35.8 m,年龄为1.02～0.79 Ma,沉积速率为9.48 cm/ka;沉积体系Ⅰ为夹决口扇的泛滥平原相,埋深为35.8～0 m,年龄为0～0.79 Ma,沉积速率为4.53 cm/ka.晚上新世以来GB014孔记录了3.90～2.81和1.88～0.79 Ma两次构造活跃期,其中1.88～1.02 Ma时期可能发生物源变化.太行山山前普遍存在这两期构造活动形成的粗颗粒沉积物,而中、晚更新世的砂层则可能与海侵进入渤海湾、区域降水增多有关.     

西太平洋暖池晚第四纪黏土矿物的冰期旋回和岁差周期

西太平洋暖池晚第四纪370kaBP以来的黏土矿物含量呈现明显的冰期-间冰期旋回变化,蒙脱石(62%～91%)为主要的黏土矿物,含量在冰期时增高,间冰期时下降;绿泥石(4%～21%)、伊利石(4%～12%)和高岭石(2%～10%)含量依次递减,三者具有相同的变化型式,并与蒙脱石含量的变化呈镜像关系.研究认为,以蒙脱石为主的黏土矿物是陆源碎屑成因,绝大部分来自新几内亚岛的河流输入.黏土矿物含量在冰期-间冰期旋回上的变化与海平面升降有关.在海平面较低时,新几内亚岛的河流物质更容易穿越狭窄的陆架,直接输入向西流动的次表层流,汇入赤道潜流而最终沉积至西太平洋暖池核心区.蒙脱石含量的岁差周期反映了物源区新几内亚岛的机械剥蚀强度,表现为河流径流量的大小,受控于降雨量的分布,指示了赤道辐合带(ITCZ)在轨道尺度上的经向迁移.     

浊流成因海底沉积波形成机理及其数值模拟

近些年来, 随着深水油气勘探的不断深入, 对于深水沉积过程的研究也越来越受到关注. 虽然目前关于海底沉积波的形成机理还存在很多争议, 但已有现代沉积实例证明至少浊流是可以形成海底沉积波的. 通过数值模拟的方法来研究海底沉积波的浊积形成机理, 不但可以阐明海底沉积波的形成过程, 而且对于海底工程、深水沉积动力学及深水油气储层预测都具有重要意义. 通过流体动力学模拟, 计算了流体区域的基于时间平均连续性方程和雷诺平均N-S方程, 研究了地形对浊流的影响, 阐明了海底沉积波的形成机理. 模拟结果表明: (1) 首先在坡的下游方向开始沉积是由于流体的减速, 导致密度增大, 浊流携带固体颗粒物的能力(流体容量)降低和较长时间的流体经过所造成的; (2) 在一个隆起的上坡处密度增大是由于隆起峰部流体的局部堵塞, 导致上坡处流体速度降低和压力升高所造成的; (3) 沉积首先从距浊流源头较远的地方开始, 随着迭代次数的增加, 即个体浊流事件的增多, 沉积波向上游迁移; (4) 随着颗粒粒径的减小, 沉积越来越慢, 但粒径并不影响地形对沉积的控制及沉积体的几何形态和沉积顺序.     

南海南部YSJD-86GC孔沉积物磁性特征及其环境意义

选取位于南海南部的YSJD-86GC(简称86GC)孔沉积物柱状样进行环境磁学研究,结合已发表的年代框架,揭示MIS3阶段以来沉积物的磁学变化特征.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的磁铁矿类矿物为主要携磁矿物,同时存在部分赤铁矿.反映磁性颗粒大小的King图和Day图表明沉积物中磁性矿物以细粒伪单畴为主.磁学参数与地球化学指标剖面变化的对比分析表明86GC孔沉积物磁性特征反映的是陆源物质的信息;研究钻孔沉积物的磁学性质同时受陆源物质输入量、物源区的氧化-还原条件及搬运环境和距离等多种因素共同影响.全球气候变化引起的海平面升降是导致研究钻孔沉积物中磁性矿物含量和磁性颗粒大小变化的主要原因,沉积物磁学性质的变化可间接指示本地区的海平面升降.     

江汉平原沉积物磁学特征及对长江三峡贯通的指示

长江三峡何时贯通是研究长江形成的关键问题之一, 也是目前长江研究中争议最大的热点问题之一. 为了解决这一世纪难题, 采取目前国际共识的从源到汇的物质追踪的研究思路和方法, 对采自于江汉平原沉积中心的2个钻孔中的沉积物的岩性特征、磁学参数及磁性矿物特征进行了分析研究. 结果显示: 在孔深约110 m附近的岩芯中粗颗粒成分和稳定磁性矿物成分的含量均明显增高, 同时沉积物磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁磁化率值也突然增高, 这些均表明在井深110 m附近江汉平原水系曾发生过重要调整, 江汉平原的沉积环境和物质成分均发生了重大改变. 该层位可能就是长江三峡贯通的层位, 其贯通时间古地磁测年表明约在1. 17~1. 12 Ma之间.     

青海湖现代沉积速率空间分布及沉积通量初步研究

考察了青海湖表层沉积物¹³⁷Cs活度及通量时空分布, 建立了湖泊沉积速率空间分布模式. 青海湖河口/岸边区域沉积物¹³⁷Cs通量高, 但平均¹³⁷Cs活度低; 湖中心区域¹³⁷Cs通量低但平均活度高. 河口/岸边区域沉积速率高, 沉积物陆源组分(如SiO₂, Fe₂O₃, Ti等)的含量及通量高. 湖中心区域沉积速率低, 化学/生物沉积组分(如次生碳酸盐)含量高. 因此, 决定青海湖沉积速率空间分布的主要因素是流域陆源物质的堆积速率. 根据本文获得的不同湖区沉积速率计算了青海湖平均质量堆积速率(0.0337 g•cm⁻²•a⁻¹), 并用Ca质量平衡方法检验了该平均值的合理性. 在此基础上, 估算了青海湖沉积通量及流域泥沙输入和大气粉尘对湖泊沉积的贡献.     

南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来表层海水温度及陆源生物标记物记录

对南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来的高分辨率分子有机地球化学记录进行报道. 通过U^k’₃₇方法所获取的古表层海水温度(SST), 最低21.5℃(MIS 2), 最高达28.3℃ (MIS5.5期), 是目前南海北部时间最长、分辨率最高的古温度记录. 烷烃总量及其堆积速率和烷烃参数碳优势指数(CPI)、平均链长(ACL)和C₃₁/C₂₇比值都具有明显的冰期高、间冰期低的趋势. 烷烃总量及其堆积速率的变化揭示陆源输入物质主要由海平面变化控制: 冰期时, 海平面下降, 陆架出露, 河流输送到陆坡的陆源物质增加; 间冰期时则情况相反. 烷烃参数CPI显示, 冰期时本区沉积的烷烃更能反映当时植被特征, ACL和C₃₁/C₂₇指示冰期时烷烃源区植被中草本含量增加, 间冰期时草本含量降低. MIS 3后期烷烃总量, CPI, ACL及C₃₁/C₂₇比值几个参数均出现最高值, 显示这是一个特殊时期, 最有可能是此时东亚夏季风增强, 使得南海北部陆地区比较潮湿, 植被茂盛引起.