呼伦贝尔巴彦塔拉砂砾石剖面沉积物组成和锆石U⁃Pb年龄——对沉积环境和区域岩浆构造事件的指示

【目的】砂砾石沉积物的沉积学、地球化学、锆石U-Pb年代研究对于地层划分、水系演化以及揭示山体的构造隆升历史和区域构造岩浆事件等具有重要意义。然而,呼伦贝尔巴彦塔拉砂砾石剖面薄弱的认知限制了其地层划分以及区域地表过程的深入理解。【方法】为此,对该剖面进行了沉积学、重矿物、地球化学和锆石U-Pb年代学分析。【结果】(1)沉积学、重矿物、地球化学特征和地貌证据以及锆石U-Pb年龄综合分析显示,巴彦塔拉砂砾石剖面沉积物主要是来自大兴安岭北段的中—酸性岩浆母岩,是初次循环的结果,沉积物堆积后经历了中等程度的化学风化;(2)结合宏观和微观角度(重矿物和地球化学指标等),并与大兴安岭东麓白土山组标准剖面对比,认为巴彦塔拉砂砾石剖面沉积物是在温暖偏干的氧化环境下形成的冲—洪积物堆积,其地层单位可以划分为白土山组;(3)构造背景判别图解表明构造背景为被动大陆边缘,碎屑锆石U-Pb年龄在100~200 Ma和250~350 Ma的年龄峰值记录了大兴安岭北段在古亚洲洋的闭合和古太平洋的俯冲、回退的区域构造背景下触发的多期岩浆构造事件。【结论】该研究为大兴安岭地区第四纪地层的划分和早更新世区域地表过程的重建提供了新的证据。

松嫩沙地元素和Sr-Nd同位素组成特征及其对区域粉尘物源的指示

松嫩沙地位于欧亚黄土带最东端,其物质组成的研究有利于重建松嫩平原冰期—间冰期粉尘传输路径。为此,系统采集了松嫩沙地123个河流沙和风成沙样品,对其进行分粒级的常量、微量和稀土元素以及Sr-Nd同位素组成等地球化学分析,并利用Frequentist模型进行风尘物源定量重建,探讨松嫩沙地不同区域、不同粒级组分对哈尔滨黄土的贡献及搬运路径。结果表明,松嫩沙地经历了初级的化学风化过程(<63μm、<30μm、<10μm组分CIA平均值分别为55.20、57.46、57.51),有较低的再循环历史(<63μm、<30μm、<10μm组分CIA/WIP比值的平均值为0.98、1.08、1.04)。根据不同粒度组分的元素地球化学与Sr-Nd同位素组成特征,将松嫩沙地划分为西北部和西南部两个地球化学分区。不同粒度组分地球化学组成的定量重建结果表明,这两个分区不同粒级组分(<63μm、<30μm、<10μm)对哈尔滨黄土的贡献度分别为:75.7%~88.5%、73.4%~84.9%、61.0%~89.7%(西南部)和11.5%~24.3%、15.1%~26.6%、10.3%~39%(西北部)。本研究揭示了末次冰期以来松嫩平原粉尘传输路径以西南方向为主,与冰期以西北风为主导的环流模式存在差异。

科尔沁沙地粗—细组分的碎屑锆石U-Pb年龄特征:对定量物源及区域构造-岩浆演化事件的指示

追踪干旱—半干旱地区大型沙地的物源和风-河流相互作用机制对于理解陆地景观格局演变、地表过程与地貌动态以及大气圈和岩石圈之间的联系至关重要。然而,目前科尔沁沙地的物源仍存在较大争议,且缺乏具有统计意义的锆石U-Pb年龄数据库。因此,本研究对科尔沁沙地地表风成沙进行多点取样,根据不同粒级(<63μm和>63μm)选取1500颗碎屑锆石进行U-Pb测年分析,并利用逆向蒙特卡罗模型对其物源进行定量约束。结果表明,从目视定性的角度看,科尔沁沙地的碎屑锆石U-Pb年龄谱特征非常相似。但定量重建结果显示沙地的物源整体上以中亚造山带的贡献为主(50.5%~61.3%),然而东南部体现出华北克拉通的绝对优势(~75.8%)。科尔沁沙地的物源存在空间异质性,沙地西部和北部的锆石年龄谱极为相似,与南部锆石年龄特征显著不同。科尔沁沙地的碎屑锆石U-Pb年龄特征基本不受粒度分异的影响,但沙地东南部除外。本文认为,风与河流的协同作用及其由此导致的沉积分异和再循环作用解释了科尔沁沙地碎屑锆石的U-Pb年龄特征。结合区域构造演化历史,科尔沁沙地在~2.5 Ga和~1.85 Ga的U-Pb年龄峰值分别是前寒武纪华北克拉通的生长、拼合与碰撞过程中的两期构造事件的产物。此外,~1.7 Ga的锆石年龄可能是对Columbia超大陆聚合与裂解的综合响应。古生代以来的锆石年龄峰值(500~400 Ma、300~250 Ma、130~110 Ma)记录了在古亚洲洋的俯冲闭合、蒙古-鄂霍次克海俯冲碰撞和古太平洋的俯冲、回退的区域构造背景下多期区域构造-岩浆事件。

大兴安岭东麓白土山组地层的沉积学特征——对地层划分的指示

白土山组是松嫩平原下更新统的底界地层,深入分析其地层属性特征,对于第四纪地层划分有重要意义。然而该地层薄弱的研究基础限制了松嫩平原地层划分及区域构造—地貌—水系演化等问题的深层理解。选择腰白土、平安镇、绰尔河和王府屯剖面为研究对象,对其沉积学和重矿物属性进行分析。结果显示,腰白土和平安镇剖面是经典白土山组,岩性主要为灰白色砂砾石夹黏土—细颗粒碎屑透镜体,透镜体中见斜层理(向东南倾伏),砾石分选差,呈次棱角—次圆,弱风化;王府屯剖面出现向西北倾伏的大型板状交错层理,砾石成分以石英质占绝对优势(87.5%)。各剖面皆不含辉石和角闪石等造岩矿物,其中,腰白土和平安镇重矿物组成高度相似,绰尔河以磷灰石—榍石—石榴子石作为诊断性矿物;而王府屯有蓝晶石、十字石和透闪石等变质矿物及独居石存在,不含绿帘石,极稳定矿物显著富集。基于此,前三者砾石母岩为中酸性岩浆岩,沉积物来源于大兴安岭,为冲—洪积作用下流水搬运的产物;王府屯剖面为河流阶地成因,沉积物来自松嫩平原东南山地。因此,平安镇剖面为腰白土模式的经典白土山组剖面,绰尔河剖面是否为白土山组尚待进一步年代学研究,而王府屯剖面不能视为白土山组。

哈尔滨宾县砂砾石剖面沉积物组成及碎屑锆石U-Pb测年:对沉积环境和区域构造演化的指示

黑龙江宾县宁远镇中阳村剖面的砂砾石堆积过去被认为是哈尔滨地区第四纪下限的罗家窝棚组地层,对于其地层属性和沉积环境方面的研究较为薄弱。本文在野外考察的基础上,利用沉积学、矿物学、地球化学和碎屑锆石U-Pb测年对这套砂砾石堆积剖面进行研究,对其化学风化特征、源岩性质、沉积环境以及构造背景进行讨论。结果表明,这套砾石地层分选和磨圆较差,风化程度较低,无定向性排列,砾石以花岗岩(63%)、石英砂岩(22%)为主;钛铁矿(22.5%)是最主要重矿物,其次是锆石(17.4%)、赤褐铁矿(13.4%),其它重矿物含量较少。元素地球化学揭示,沉积物中的细颗粒组分经历了中-低等的化学风化过程,大部分沉积物经历了首次循环。砾石岩性和地球化学组成共同揭示了沉积物主要来源于长英质母岩。元素地球化学的迁移与富集以及古气候判别图解指示沉积物是干热气候条件下的近距离搬运的冲洪积物。碎屑锆石U-Pb年龄分布在较窄的范围(208~129 Ma,峰值年龄~180 Ma),与周围潜在源区锆石年龄对比,结合地貌位置,确定其物源区位于张广才岭余脉哈尔滨东南部低山丘陵带。早侏罗世源区受到古太平洋板块俯冲作用的影响,形成大陆边缘的构造背景,哈尔滨东南低山丘陵带经历了隆升和岩浆活动。与罗家窝棚组标准地层的沉积学特征对比存在明显差异,推测宁远剖面形成时间要晚于罗家窝棚组,与白土山组大致相当。这项研究对于哈尔滨地区第四纪地层的划分具有重要意义。

中温带气候区花岗岩风化剖面元素地球化学特征及其环境意义

岩石风化是地球关键带中重要的地质过程,对环境变化具有重要的指示意义。不同气候区岩石风化过程具有其特殊性,本文选取位于中温带气候区的哈尔滨英杰花岗岩风化剖面为研究对象,通过元素地球化学特征分析,揭示岩石风化程度及元素迁移富集规律,并结合磁化率和色度指标,对其风化环境进行探讨。结果表明,研究区剖面整体化学风化程度较低(CIA值为56~68);Ca、Na、K等活动性较强元素随风化作用的进行表现为明显亏损;高场强元素与轻稀土元素也表现出较强的活动性,揭示了即使在中低等程度的化学风化下稳定元素也容易迁移。Si/Al和Ti/Al比值指示半风化层和腐泥岩层为原位风化产物,而顶部的氧化土层则可能受外来物质的影响。化学风化表现为自下而上逐渐减小的特征,这种异常的风化规律是由后期物理风化对其原有化学风化的叠加改造所致。对风化环境的多指标分析表明,在风化剖面形成后,区域气候逐渐变干,化学风化向物理风化转变,温差风化及冰劈作用形成大量裂隙导致原有的风化剖面被改造,并最终形成了研究区独特的风化模式,这为解释中温带气候区干冷环境下花岗岩风化特征提供了新的思路。

哈尔滨居仁砂砾石剖面沉积特征及其环境意义

前人将黑龙江宾县居仁镇的砂砾石层(居仁剖面)视为罗家窝棚组,成因类型为早更新世早期的冰碛物堆积。然而,居仁剖面和罗家窝棚组的研究极为薄弱,极大限制了该地层所记录的区域构造—地貌—气候—水系演化信息。选择居仁剖面为研究对象,对其沉积学、矿物学和元素地球化学特征进行研究。结果表明,居仁剖面砾石风化程度较低、分选差、磨圆较好、无定向性,砾石成分以陆源碎屑岩(43%)、花岗岩(28%)和石英质(26%)为主,凝灰岩和流纹岩少量出现。重矿物组成以绿帘石(42%)和锐钛矿(9.9%)占绝对优势,其次为白钛石(8.7%),重晶石(15.2%)、黄铁矿(14.5%)和萤石(11.3%)在个别样品中大量出现,其他重矿物含量较少。元素地球化学揭示了居仁剖面沉积物弱—中等的化学风化程度,大部分沉积物经历了首次循环以及其长英质的母岩属性。与罗家窝棚组标准地层的沉积学特征对比,沉积物的颜色、固结程度、沉积物结构、地层结构、沉积物成因类型以及地貌特征等都存在显著差异。因此,居仁剖面不是罗家窝棚组,成因类型为湖滨或河流入湖三角洲沉积。上述研究对于哈尔滨地区第四纪地层的划分和早更新世区域环境的重建有重要意义。

东北沙地重矿物组成及其对物源的指示

了解中国东北沙地的重矿物组成并探讨其在亚洲风尘系统研究中的作用具有重要意义。目前较少甚至缺乏的重矿物数据,这影响了对该地区风尘系统的深入理解。为分析东北沙地的重矿物组成并探究其在东北风尘系统研究中的作用,分别从浑善达克沙地(OD)、科尔沁沙地(HQ)、呼伦贝尔沙地(HL)和松嫩沙地(SN)采集了34个风成沙和河流沙样品并进行了分粒级处理(<63μm及63~125μm)。同时,从哈尔滨荒山黄土剖面采集了4个末次冰期黄土样品(<63μm),利用Frequentist模型对哈尔滨黄土物源进行了定量重建。通过范围检验、非参数Kruskal-Wallis H检验和逐步判别函数分析(DFA),选择了7种重矿物及特征指数(蓝晶石、锐钛矿、石榴子石、辉石、钛铁矿(磁性)、稳定系数W、GZi指数)作为最佳复合指标进行定量重建。结果表明,钛铁矿(磁性)为浑善达克沙地的特征矿物,磁铁矿为科尔沁沙地的特征矿物,氧化铁矿物(赤铁矿、褐铁矿)为呼伦贝尔沙地的特征矿物,氧化铁矿物(磁性)、绿帘石、角闪石和石榴子石为松嫩沙地的优势矿物;不同粒度组分的重矿物含量存在明显差异,极稳定矿物优先富集于细颗粒。哈尔滨黄土与松嫩和呼伦贝尔沙地(<63μm组分)具有相近的重矿物组成,而与浑善达克和科尔沁沙地有一定程度的差异。根据Frequentist模型,哈尔滨黄土的来源贡献依次为:松嫩沙地(44%~86%)、呼伦贝尔沙地(10%~39%)、科尔沁沙地(3%~16%)和浑善达克沙地(0~7%)。本研究突出了细颗粒沉积物的重矿物组成结合定量模型在风尘物源示踪研究中具有很好的应用前景。

江汉平原9.0ka B.P.以来的气候演化:来自江陵剖面沉积物记录

对2002年9月在荆州市江陵县发现的9kaB．P.以来的江陵剖面进行^14C测年、粒度、TOC、TN、δ^13C、孢粉等综合分析，重建江汉平原江陵地区9kaB．P．以来古气候古环境演化：9．0～6．07kaB．P．为高温阶段，其间8．1kaB．P．记录到一次较明显降温事件；6．07～4．60kaB．P．为冷干期；4．60～3．44kaB．P．间气候波动频繁，为全新世第二个暖湿期前期阶段；3．44～2．50kaB．P.为高温期，湖沼泥炭发育，是全新世第二个暖湿期后期阶段，为稳定的暖湿阶段；2．50kaB．P．以来温度相对较低，为冷期。江陵地区近9kaB．P．以来气候变化不仅与国内大量研究资料相一致，且在许多较大气候事件上与世界许多研究结果一致，表明江陵气候变化具有全球性。

江汉平原近3000年来古洪水事件的沉积记录

洪水发生规律是洪灾预报的前提,已有的历史洪水记录时间尺度不足以认识和把握洪水的出现规律。因此,利用地质记录延长洪水时间序列,从地质记录中认识洪水的发生规律,显得非常重要和必要。江汉平原江陵地区的洪水地质记录表明,近3000年来,该区共发生了18次特大洪水漫滩事件。这些古洪水的频发与湿冷气候相对应。功率谱分析发现古洪水漫滩事件包含26、31、36、43、52、79、110年这样的周期。分析表明江陵地区古洪水发生的驱动因子可能是太阳活动。

江汉平原江陵湖泊沉积物粒度特征及气候环境意义

以江汉平原江陵湖泊沉积物为研究对象，结合沉积物岩性、粒度组成、孢粉和有机碳同位素等，分析了江陵湖泊沉积物粒度组成特征及该区域近9000a来的气候环境变化。研究发现，江陵湖泊沉积物记录了该区湖泊水体逐渐减小直至消亡的过程．气候环境变化大致可分为以下5个阶段：（1）8900～6300aB．P．为水体较深、面积较大的开阔湖阶段，气候暖湿；（2）6300～4700aB．P．为面积较小、水体较浅的潴水湖阶段，气候干旱；（3）4700～3400aB．P．为面积更小、水体更浅的洼地湖阶段，气候偏暖偏湿；（4）3400～2500aB．P．为湖沼泥炭发育阶段，气候暖湿；（5）2500aB．P．以来，由湖泊及湖沼堆积转化为洪水漫滩堆积，古云梦泽开始萎缩，气候变干。江陵湖泊沉积物粒度所记录的区域气候干湿变化与国内邻近区域（特别是鄱阳-洞庭湖区）显示出较好的一致性，沉积物粒度研究是恢复区域古降水等气候环境变化的有效途径。

青藏高原东北缘黄土粒度组成及物质来源分析

对青藏高原东北缘的民和黄土进行粒度分析发现,民和黄土粒度组成与兰州、洛川和西安等地差别较大,其黄土粒度明显大于上述地区。传统地把民和黄土划分为黄土带的南部过于简单化,它忽略了因青藏高原隆升而激发产生的高原物源区作用,应将民和黄土归属于黄土与砂黄土的过渡带。青藏高原因冰川反复消融和磨蚀产生的砂尘为民和黄土提供了可观的粗物质补给。事实表明,青藏高原第四纪冰川-冰融作用所产生的大量砂粉尘,不仅是高原腹地黄土区的主要物源,也是青藏高原边缘黄土的主要物源之一。

青藏高原东北缘黄土的气候演化与高原隆升的耦合

通过对青藏高原东北缘的民和黄土的磁化率、粒度、CaCO3和TOC等气候载体进行综合测试分析,可以将青藏高原东北缘黄土1.90～0.70MaB.P.段划分出7个气候阶段。对民和黄土的气候分析表明,1.10MaB.P.(民和黄土的L11黄土层)前气候差异较小,冬夏季风不强,对抗性较弱,黄土古土壤发育不明显,厚度较薄;1.10MaB.P.后,冬夏季风对抗性迅速增强,气候差异性增强。将民和黄土与其他地区以及深海沉积物氧同位素记录进行对比可以发现,民和黄土的S8、S9和S10古土壤分别与深海氧同位素21、23和25阶段较好地对应,而L9、L10和L11则分别对应22、24和26阶段。L11黄土层以下的黄土记录与深海氧同位素记录的可比性不是很明显。同时,民和黄土的高分辨率气候记录与青藏高原的阶段性隆升有较好的耦合关系。

湖泊沉积物粒度的气候指示意义——以江汉平原江陵剖面为例

在湖泊沉积的古气候研究中,沉积物粒度的气候指示意义常被解释为,粗粒沉积物指示低水位时期的干旱气候,而细粒沉积物则反映高水位时期的湿润气候。通过对江汉平原江陵剖面湖泊沉积物多环境指标的综合对比及相互印证,揭示出湖泊沉积物粒度的另一种气候解释,粗粒沉积物指示降水量较大的湿润气候,而细粒沉积物则对应降水量相对较少的干旱气候。由于湖泊沉积环境的复杂性,湖泊沉积物的粒度指标存在多解性,因此,在利用粒度组成判别气候环境的演化时,必须考虑湖泊自身的环境因素,同时结合其它指标来综合判识。

陇西民和黄土CaCO_3和有机碳总量的含量变化及其气候指标的局限性

民和黄土地处黄土高原与青藏高原东北缘的交接部位,对气候反应较敏感.对该黄土1.87～0.70Ma BP段进行了CaCO3和有机碳总量(TOC)的采样分析.民和黄土CaCO3含量在5.89%～18.63%之间变化,平均11.41%;有机碳含量较低,在0.007%～0.452%之间,平均0.088%.民和黄土中的CaCO3含量明显高于兰州、洛川和西安等地,而有机碳含量则远低于上述地区.黄土中CaCO3和有机碳含量变化反映了该区1 87 Ma BP以来气候变干冷的趋向.分别受复杂的CaCO3来源与类型、困难的采样、地区上的差异对比等和有机碳保存条件、沉积速率以及'埋藏效应'的影响,黄土中的CaCO3和有机碳的波动变化作为气候变化的替代性指标存在一定的局限性.文章最后指出,在实际应用中,黄土(特别是黄土高原西北部)中CaCO3和有机碳气候指标应结合其他环境指标共同使用,才能从中提取正确的古气候信息.

青海省民和黄土的粒度组成及气候含义

对位于青藏高原东北缘的青海省民和黄土采样和粒度分析结果的研究表明 ,民和黄土的粒度远大于兰州等地黄土的粒度。民和黄土 (粒径 >3 0 μm和 >5 0 μm的粗颗粒组分 )分别指示了冬季风强度变化和青藏高原阶段性隆升所激发产生的黄土物源区作用。高原表面的寒冻风化物和冰碛物等给民和黄土提供了可观的粗物质补给。

哈尔滨沙尘暴的化学特征及其物质源探讨

对哈尔滨2002年3月20日的沙尘沉降物进行了收集。地球化学元素分析表明,哈尔滨沙尘暴沉降物化学成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,三者之和达77.8%,比兰州沙尘暴沉积物高8.72%,比兰州黄土高7.06%。V、Rb、Nb、Ba等微量元素含量要明显高于兰州沙尘,而Ni、Cu、Pb、Zn、As、Sr则低于兰州沙尘。Ca、Na、Sr元素的富集因子明显小于1,为亏损元素;Mg、K、Si、Fe、Mn、P、Ti、Co、Ni、V等元素的富集因子都在1左右,主要是地壳来源,来源于地表土的风力起尘。Cu、Pb、Zn、Cr、Se等元素有一部分来自于地壳源之外的其他污染源;As、Cd和Sb元素的富集因子大于10,为大气污染来源。沙尘的化学组成及富集因子、判别函数、物源指数、地表土的粘粒率、化学风化指标等分析表明,西北黄土的元素组成非常接近兰州沙尘,而明显不同于哈尔滨沙尘,哈尔滨沙尘源区不同于西北黄土及兰州沙尘,其气候生物状况和化学风化程度要明显好于或高于西北沙尘源区。

江陵地区全新世早期人类活动的孢粉记录

江陵剖面沉积物孢粉提供全新世早期人类活动的证据。早期人类活动始于6200 a B.P.,人类大规模活动始于3400 a B.P.。随着定居点扩大和人类活动加强,地表土壤侵蚀严重,入湖的陆源粗颗粒物质和营养物质增多。湖泊沉积物表现为粗颗粒含量迅速增加,各粒径波动频繁,TOC、TN和C/N的高值以及有机质δ13C的低值。2500 a B.P.以后,沉积环境发生了显著变化,由湖泊及湖沼堆积转化为洪水漫滩堆积,气候变干,人类逐渐撤离该地区。

地球化学组成在不同粒级中的分布特征——以哈尔滨城市道路表土为例

将哈尔滨城市道路表土样品进行粒度分级,测定各粒级组分的常量元素、碳酸盐含量和碳酸盐碳同位素组成。结果显示,常量元素在不同粒级中的变化程度依次为:Al<Na<Si<K<Ca、Mg<Fe<Mn<P<Ti;Fe、Mg、Ca、Mn、Ti和P随粒度变细含量逐渐增加,而Si、Na和K元素则相反,Al元素与粒度的关系不清晰。化学风化指标按照以下的顺序受粒级的影响依次增大:CIA、(Al+Fe+Ti+Mn)/(Mg+Ca+K+Na)<(CaO+K2O+Na2O)/Al2O3<Fe2O3/MgO<K2O/Al2O3<(CaO+MgO+Na2O)/TiO2。碳酸盐含量在各粒级组分中变化幅度较大,且随着粒度的变细,碳酸盐含量逐渐增加。碳酸盐δ13C值在各粒级组分中的变化幅度较小,与粒级的关系较为复杂。

江汉平原6000年以来的古降水变化:江陵剖面沉积物粒度记录

通过对江陵剖面沉积物的高密度采样和粒度分析,重建了江汉平原江陵地区近6.0 kaBP以来的古降水古气候变化序列:6.0～4.6 kaBP为干旱阶段;4.6～2.5 kaBP为湿润时期,该时期可以进一步划分为前、后两个阶段:前期阶段4.60～3.44 kaBP降水波动频繁,其中4.60～4.27、4.16～3.95、3.80～3.68 kaBP为湿润时期,而4.27～4.16、3.95～3.80、3.68～3.44 kaBP为干旱时期;后期3.44～2.50 kaBP为稳定的湿润阶段,湖沼泥炭发育,其中3.1～2.87 kaBP为干旱阶段;2.50 kaBP以来,由湖沼堆积转化为洪水漫滩堆积,气候变干或冷干.江陵地区6 kaBP以来的古降水古气候变化与国内相邻区域及国外的研究资料一致.