湖泊沉积物磁学性质的环境意义

对湖泊沉积物磁性矿物的来源及其鉴别方法进行了较为深入系统的分析,发现不同湖泊沉积物的磁学参数具有不同的气候响应过程,提出为了恢复古气候和古环境的变化过程,详细的岩石磁学和土壤磁学研究是认识湖泊沉积物磁学性质及其环境意义的基础。     

黄河与长江沉积物中粘土矿物的化学特征

粘土矿物特征为源区母岩岩性和形成时的风化环境特征所控制.黄河与长江其物源区母岩岩性和风化环境均有明显差异,找出这些差异对中国海沉积物的来源和整个中国海的沉积区划分分析有十分重要的意义.因此,近年来不少学者都在探求这些差异.本文拟从矿物化学方面做些分析和研究,目的是想揭示黄河与长江其粘土矿物在化学特征方面有什么差异.     

北京颐和园昆明湖近代沉积物的环境磁学初步研究及意义

全球变化的研究,是国际科学联合会(ICSU)组织的国际地圈-生物圈计划(IGBP),为国际性的一个重大的科学计划,也是现今及未来十几年中自然科学领域的一个最为活跃的前沿项目.显然,过去全球气候变化的研究应是现代科学研究中的热点课题,它的首要任务就是重建历史时期的气候变迁序列,其意义不仅是认识过去气候演变的基础,也是预测21世纪未来气候变化趋势的钥匙.最近两年中,我们对颐和园昆明湖近代沉积物的一个剖面系统采样进行了环境磁学初步测定,本文就是报道这些结果,并展示它们的一些磁学参数与北京历史时期气候变化的对应关系.     

北京北安河地表沉积物的岩石磁学特征及环境意义

地表沉积物的磁性能够记录自然环境变化以及人类活动对环境的影响. 北京北安河地表沉积物的类型为全新世洪积、湖积粉砂和黏土. 岩石磁学研究表明这些沉积物中的磁性矿物以磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿为主. 该剖面磁参数变化特征和已报道的北京其他区域的典型污染剖面显著不同, 例如, 磁化率和饱和等温剩磁随剖面深度增大而逐渐减小, 表明研究剖面的沉积物中磁性矿物的浓度从地表向深处逐渐降低. ARM/SIRM等指示磁性矿物粒度的磁参数的值从上往下逐渐增大, 表明磁颗粒粒度向下逐渐变细. 磁黄铁矿从22 cm深度处往下突然出现, 指示了沉积剖面中存在氧化-还原界面. 因此, 北安河地区地表沉积物的磁性变化受控于还原成岩作用和成壤作用两种地质过程. 这为在北京地区利用磁性来调查污染状况提供了一个可供参考的“基准点”.     

长江三角洲晚新生代沉积物碎屑锆石U-Pb年龄及其对长江贯通的指示

对长江三角洲DY03孔3.6 Ma以来的沉积物碎屑锆石样品利用LA-ICP-MS进行了U-Pb年龄测定. 结果表明, DY03孔189.8～215.8 m 之间(磁性地层年龄3.2～3.5 Ma)沉积物碎屑锆石年龄以100～150 Ma占优势, 沉积物主要来自长江下游地区的白垩纪岩体, 物源区比较局限; 189.8 m(~3.2 Ma)以上沉积物碎屑锆石年龄呈现多峰态分布的特征, 主要分布于100～300, 350～550, 600～1000, 1400～2000和2200～2800 Ma, 表明沉积物源区显著扩大. 从DY03孔3.2 Ma以来沉积物碎屑锆石中识别出大量来自长江上游的年龄信息, 表明当时长江沉积物已开始影响到三角洲地区. 考虑到古长江在上新世以前有可能没有流经现在的长江三角洲,而是流向苏北盆地, 长江贯通的时限应不晚于3.2 Ma.     

长江三角洲晚新生代沉积物碎屑锆石U-Pb年龄及其对长江贯通的指示

对长江三角洲DY03孔3.6Ma以来的沉积物碎屑锆石样品利用LA-ICP-MS进行了U-Pb年龄测定.结果表明,DY03孔189.8～215.8m之间(磁性地层年龄3.2～3.5Ma)沉积物碎屑锆石年龄以100～150Ma占优势,沉积物主要来自长江下游地区的白垩纪岩体,物源区比较局限;189.8m(~3.2Ma)以上沉积物碎屑锆石年龄呈现多峰态分布的特征,主要分布于100～300,350～550,600～1000,1400～2000和2200～2800Ma,表明沉积物源区显著扩大.从DY03孔3.2Ma以来沉积物碎屑锆石中识别出大量来自长江上游的年龄信息,表明当时长江沉积物已开始影响到三角洲地区.考虑到古长江在上新世以前有可能没有流经现在的长江三角洲,而是流向苏北盆地,长江贯通的时限应不晚于3.2Ma.     

长江三峡新石器生产工具演变所反映的人地关系

探讨了长江三峡地区新石器生产工具的演变所反映的人地关系.研究表明,砍伐类工具数量百分比的波动与邻近地区自然剖面所示的环境演变有良好的关联性,三峡先人以石锛作为主要的木材加工工具,并很可能从新石器早期起就懂得卯榫结构的优势.新石器早期的狩猎方式是投掷,新石器中期该方式被继承并发展了猎获更多的射猎,同时期出现捕鱼工具.中坝遗址西周地层大量网坠和纺轮同时出土不仅揭示了渔网捕捞的事实,大量的鱼骨坑还证实了新型生产工具所带来的的强大生产力.石铲与石锄的数量证明锄耕农业是三峡先民极为重视的生产活动,中堡岛大溪文化时期农业发达得益于地貌、气候和交通位置等条件,新石器晚期农具数量大为下降的原因与夏初的大洪水及部分古聚落的渔猎偏好有关.研究展现了新石器时代三峡先民重视渔猎与农耕,以生产工具为媒介应对自然,并不断创造、改进和综合利用,谋求生存和发展的人地关系.     

沉积物磁性测量对铁还原的指示及其在重金属污染研究中的应用

对取自长江口南岸潮滩排污口附近沉积物样芯进行了系统的磁性测量和化学分析。研究表明,自５４ｃｍ深度开始的磁铁矿和重金属含量同步增加,反映了本区污水外排而导致的污染输入的增加。     

高速公路附近树叶的磁学性质及其对环境污染的指示意义

近年来, 随着日益加速的城市化和工业化进程, 大都市及周边的大气环境质量日益受到关注. 本文通过对北京首都机场高速公路旁树叶样品的磁学研究, 揭示出: 高速公路旁树叶样品中的磁性矿物为准单畴的磁铁矿, 平均粒径介于0.2～5 μm之间; 树叶样品中磁性矿物的含量和粒径随着与高速公路沥青路面距离的增大而减小, 现代交通污染磁响应高值区局限于距高速公路沥青路面大约2 m宽的条带状区域内. 此外, 尽管磁化率测量可作为一种简单、快速且廉价的交通污染检测方法, 但当污染样品磁性很弱时, 饱和等温剩磁(SIRM)可取代磁化率而成为大气微粒含量的指示器. 因此, 多参数岩石磁学研究能有效地确定微粒的含量及粒度特征, 是一种有效的且经济、快速的大气污染监测手段.     

山西宁武公海湖泊岩芯的环境磁学特征及中世纪暖期湿润气候探讨

对山西宁武公海GH09B1孔2.8m长岩芯进行的磁化率、非磁滞剩磁、等温(饱和)剩磁、J-T 曲线、磁滞回线和XRD 等测试结果表明, GH09B1 孔岩芯磁性矿物以磁铁矿为主, 磁性矿物含量高的岩芯段, 磁性颗粒也较细, 形成于湖盆流域土壤发育较强、降水量较多的时期, 而磁性矿物含量低的时期则相反. 公海湖泊沉积物环境磁学参数变化主要受控于湖盆流域土壤发育程度, 进而指示亚洲夏季风强弱, 尤其是χ与S_-300 参数清晰地记录了近1200 年来宁武公海地区夏季风的变化历史, 发现中世纪暖期(910~1220 AD)显著湿润, 夏季风强盛, 这一结果得到同岩芯孢粉记录的支持. 3~6 年分辨率的环境磁学参数记录还显示, 中世纪暖期内部存在980~1050 AD 的次级干旱阶段. 公海沉积物磁学参数记录的近千年夏季风变化与历史文献记载、万象洞石笋氧同位素和气候模拟结果一致, 共同指示了中世纪暖期季风强盛的湿润气候环境且内部存在百年尺度的气候干湿波动. 环境磁学参数可作为高分辨率湖泊沉积记录的季风气候变化的有效参数.     

东太平洋表层沉积物蒙皂石的矿物学特征及其指示意义

应用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线能谱(EDS)分析技术, 对东太平洋表层黏土组分沉积物中的蒙皂石族矿物进行了全面的测试分析. XRD结果显示, 多数蒙皂石结晶不好, 约占黏土矿物总量的20%. 将研究区的蒙皂石族矿物划分为3种类型: 富铁蒙皂石(类型1)、富铁镁蒙皂石(类型2)和钠钙蒙皂石(类型3). 其中, 类型1在沉积物中分布最广, SEM下表现为蜂窝状, TEM下为呈聚集或分散趋势的毛发状, 或边缘微卷的云雾状集合体, 可以作为东太平洋“自生”蒙皂石的标型矿物种; 类型2在TEM下的形态与类型1相似, 呈现由极薄的片状向毛发状体过渡; 钠钙蒙皂石在TEM下则为边界模糊的板状体. 类型1是洋底火山物质蚀变的产物, 并在一定程度上受到了区内热液活动的改造, 其中的一部分矿物也可能本身就是低温热液活动的产物. 类型2也是一种“自生”成因的蒙皂石. 类型3为外源的蒙皂石, 推断来自遥远且干旱的母岩区. 研究表明, 蒙皂石族矿物的化学成分和微形貌特征对沉积物来源、矿物成因及大洋沉积作用有重要指示意义.     

冲绳海槽沉积物不同粒级的磁性特征及其与环境的关系

对冲绳海槽4个沉积环境的代表性样品进行粒度分离, 并测量了多个磁性参数. 对所得结果就不同粒级的颗粒对磁化率的贡献, 磁性矿物成分和粒度大小及其与环境的关系进行探讨, 指出不同沉积环境磁性矿物均以磁铁矿为主, 磁性矿物粒度以假单畴为主, 在物源上表现出有一定的联系; 不同沉积环境对磁性矿物富集的沉积物粒级不同, 从陆架外缘、西陆坡到东、西槽底平原对磁化率贡献的粒级由粗到细再到粗细粒级均有贡献的变化规律, 既符合陆源物质由东海陆架向冲绳海槽输入的趋势, 又因受其他环境因素的影响, 体现出不同的磁性特征.     

珠江流域盆地表层沉积物的黏土矿物及其对南海沉积物的贡献

黏土矿物以其示踪洋流变化和揭示物源区陆地同时期气候变化的能力, 近年来在南海东亚季风演化的研究中起到了重要作用. 珠江作为南海北部陆源物质输入的重要河流之一, 以往的研究还没有开展过详细的黏土矿物学工作. 运用X射线衍射方法, 系统地研究了珠江流域盆地(包括珠江主流、各支流和珠江口伶仃洋)表层沉积物的黏土矿物组合. 结果显示, 珠江流域盆地黏土矿物组合主要由高岭石(35%~65%)、绿泥石(20%~35%)和伊利石(12%~42%)组成, 蒙脱石含量一般小于5%, 区域分布上不具明显的差异性. 但是, 从珠江流域盆地到南海北部, 高岭石含量持续降低, 蒙脱石含量持续上升, 伊利石含量也不断上升, 伊利石化学指数递减, 伊利石结晶度增强, 这些特征都表明珠江流域盆地对南海北部黏土矿物的贡献主要是高岭石, 其次是伊利石和绿泥石, 基本不提供蒙脱石. 研究认为, 珠江对南海北部陆缘的黏土矿物贡献率最多为72%, 而对北部陆坡的贡献率最多仅为15%. 无论是冰期还是间冰期时期, 高岭石都指示了珠江流域的机械侵蚀能力.     

台湾河流沉积物的黏土矿物组成特征与物质来源

台湾岛位于欧亚板块与菲律宾板块的碰撞地带,活跃的构造活动和丰富的降雨量以及其独特的地理位置造就了它在大陆边缘和"源到汇"研究中的重要地位,每年通过河流注入到周边海域的沉积物多达数亿吨,成为周边海域重要的物质来源,也成为沉积物"源到汇"系统研究的天然实验室.对台湾东部、西部12条代表性河流沉积物的黏土矿物分析结果显示,台湾西北部淡水河黏土矿物组成以伊利石(73%)和绿泥石(24%)为主,含有少量高岭石(3%),不含蒙脱石;台湾西部浊水溪沉积物中黏土矿物由伊利石(75%)和绿泥石(25%)组成;台湾西南部高屏溪黏土矿物主要由伊利石(75%)和绿泥石(23%)组成,含有少量高岭石(2%),不含蒙脱石.台湾东部河流沉积物与西部河流相比具有不同的黏土矿物组成,其中花莲溪沉积物中绿泥石平均含量高达48%,是台湾所有河流中绿泥石含量最高值.与大陆河流对比,台湾河流具有明显不同的黏土矿物组合特征.台湾河流中几乎不含蒙脱石,高岭石含量也较低.台湾河流沉积物中的黏土矿物组成特征主要与流域内岩石类型和物理、化学风化强度有关,广泛出露的第三纪沉积岩,尤其是砂岩、页岩、板岩等在经过强烈的物理风化作用后形成丰富的伊利石与绿泥石.由于台湾雨量充沛,地形陡峻,使得这些黏土矿物被河流快速搬运至出海口,并进一步随海流和波浪作用向其他海区扩散.     

河南扣马黄河最高级阶地古地磁年代及其对黄河贯通时代的指示

小浪底以东的黄河峡谷的出口地区发育有多级阶地, 其中以河南堰师市扣马附近黄河南岸的阶地最为典型. 在那里黄河发育了三级阶地, 其中最高级阶地砾石层高出河面30~35 m, 其上堆积60 m厚的风成黄土, 黄土地层中夹多条棕红色古土壤, 最底部发育了S14. 系统的磁性地层学和黄土、古土壤系列对比研究表明, 最高级阶地上黄土的年代为1165 ka. 由此推断, 该级黄河阶地至少形成于此前, 现代黄河东流入海的格局至少在1.165 Ma前就出现了.     

南海西南陆坡区沉积物粒级指标的物源特征及古环境意义

采用激光粒度仪分析了NS93-5柱中的沉积物高精度粒度特征, 结合微体古生物类群的实验统计结果以及微量元素和碳酸钙含量等测试资料, 讨论深海沉积物的主要粒级指标及其与微体古生物化石壳体组成和陆源输入的关系, 为揭示深海沉积物的基本组成特征及其指示的古海洋环境做了新的探索. 结果显示: 深海沉积物的粒度特征一定程度反映了物源属性与组成结构, 各个粒级指标的大小范围含量与对应的微体古生物类群丰度和陆缘指标之间存在着明显的相关关系, 其中<2 μm粒级代表陆源物质和>5 μm粒级主要由各类微体古生物壳体所构成(火山灰夹层除外), 中值粒径(MD)可作为微体生物的古生产力或古生态动力特征的参考替代性指标. 这些粒级指标的综合分析结果较好地反映了古海洋生态的重要特征, 表明晚更新世以来南海西南陆坡区的微体生物发育与陆源输入呈负相关关系, 且与冰期和间冰期的全球气候变化不完全对应, 而是表现了该海区的特殊性.     

南海北部神狐海域浅表层沉积物中孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

南海北部陆坡神狐海域是中国天然气水合物勘探的重点区域之一. 对神狐海域HS-A和HS-B两个重力活塞取样站位(深度分别为8.75和8.52 m)沉积物中孔隙水进行了阴、阳离子主量组分和微量元素地球化学分析. 结果显示: Cl⁻浓度在两个站位随深度均没有出现明显的变化, 其值与正常海水值大体一致. HS-A站位硫酸根含量在0~3 m处变化趋势较小, 而在3 m以下表现出明显的梯度下降变化; 与此同时阳离子Ca²⁺, Mg²⁺和Sr²⁺ 在0~3 m处变化趋势较小, 而3 m以下表现出与硫酸根类似的下降趋势. HS-B站位在0~3 m处和3 m以下都出现了明显的下降趋势, 但变化幅度不一致. 计算表明, 该区域沉积物孔隙水具有高硫酸盐通量与高碘通量的特征, 与国际上己发现有天然气水合物地区的地球化学特征相类似, 推测可能与神狐海域的天然气水合物有关. 通过对这些地球化学异常特征的解释和讨论总结了一系列使用浅表层孔隙水数据示踪深部天然气水合物赋存的异常指标和识别办法.     

福建晋江“老红砂”的释光年代学及对南方第四纪沉积物释光测年的指示意义

在中国闽东南和粤东等沿海地区分布着一种红色、棕红色、淡红棕色和暗黄橙色为主的半胶结中细砂沉积物, 已受到不同程度的化学风化, 这种沉积物俗称为“老红砂”, 是中国南方有特色的第四纪沉积物, 其形成年龄的准确测定一直是研究这类沉积物的瓶颈. 应用光释光技术对福建晋江沿海地区的“老红砂”进行了测年研究, 探讨了铀和钍在化学风化作用过程中的地球化学行为对估算样品年剂量的影响. 结果表明, 化学风化作用导致的样品年剂量变化是“老红砂”样品释光测年的主要问题, 不能准确估算样品在埋藏期间的平均年剂量可导致错误的释光年龄, 对所测“老红砂”剖面而言, 受风化影响严重的上部样品的光释光年龄不能代表其沉积年龄. 讨论了“老红砂”的光释光测年研究对中国南方沉积物释光测年的指示意义. 通过对本文测年数据的分析, 得到了晋江沿海地区海成台地的形成年代, 一级台地为~3.5 ka, 二级台地形成于~74 ka, 三级台地形成年代可能早于~77 ka, 在三级台地上发现的旧石器也应该老于该年龄.     

内蒙古中-东部兴蒙造山带古生代沉积记录:对物源特征及中亚造山带构造演化的指示

兴蒙造山带为中亚造山带东段,其标志着华北板块与西伯利亚板块的界线.区域上广泛发育的古生代沉积地层可能蕴含着关于板块拼合及造山带演化的关键信息.奥陶纪-二叠纪碎屑沉积岩岩相学研究表明这些岩石主要为杂砂岩和长石砂岩,以较低的成熟度,较差的分选以及较高的岩屑含量为特征.古生代样品物源主要由新生的壳源物质充当.兴蒙造山带碎屑沉积岩Nd模式年龄分布于新元古代及中元古代晚期,范围与华北板块明显不同;而其εNd(t)值演化则与兴蒙造山带内部岩浆岩类演化特征类似,表明其物源可能主要源于兴蒙造山带内.碎屑沉积岩物源主要由带有增生特征岩类混合少量再循环端员组分构成;岩性上受长英质,部分熔融镁铁质及镁铁质岩类三端员控制.岩石学上,碎屑沉积岩平均成分相当于三端员依53:41:5贡献比例进行混合.沉积环境在二叠纪发生变化,从岛弧过渡为造山带,并于三叠纪前完成碰撞.这一解释与该区最终碰撞时间为二叠纪末期至三叠纪的论断相一致.