中国庐山第四纪沉积砾石的显微构造系统及地质环境动力学分析

经过多年的区域地质调查和第四纪环境演变的分析,对庐山芦林盆地大校场谷口剖面松散沉积物中变形砾石进行岩石显微构造学的研究。发现变形砾石内部存在特殊的微裂隙组构,呈现出错裂-横裂-劈裂-爆裂-复裂-应力矿物等的复杂组合,其结构面特征反映出显微构造形迹的力学性质是互为转变的。通过物理模型分析和试验变形比对等综合材料证明,变形砾石是遭受了既密集、又分散、还具有同时发生作用的长时期的多边界外力条件及平衡力系,内部形成破裂其应力传递过程和性质改变与变形形迹转变及其做功连续扩展,是由低于疲劳极限的具有脉动性作用微弱应力造成的。地球陆表过程和地质环境要素及其动力学机制的研究认为,只有第四纪晚期地质事件的低温、低应力及其分散密集的多颗粒平衡力系的缓慢长期及间歇脉动作用的边界条件才能满足、符合及形成这种特殊的岩石变形构造,为中国东部山地可能遭受第四纪冰冻环境及冰川作用提供了新的科学证据。

中国北方晚第四纪气候变化的沙漠与黄土记录——以光释光年代为基础的直接对比

中国北方有约200×10^4km^2的面积被黄土、沙漠和荒漠戈壁沉积物覆盖，这些地区堆积物的形成变化与第四纪气候变化密切相关。关于中国北方沙漠与黄土记录晚第四纪古气候变化的研究不少，但是，由于受到方法和条件等限制，系统的（高密度的）和独立的年代学工作比较薄弱，从而使诸多已经发表的关于沙漠-黄土记录的亚轨道时间尺度气候变化的结论受到质疑。文章通过对黄土高原代表性的4个末次冰期以来的黄土剖面以及毛乌素、浑善达克和科尔沁沙地的20多个末次冰期-全新世的沙-砂质古土壤剖面的研究，获得了150多个独立的光释光年龄数据。在此基础上，结合200多个样品的粒度、有机质含量和磁化率数据，重建末次冰期以来中国北方气候变化过程，对比分析沙地与黄土古气候记录的联系。结果表明，中国北方古气候在57．5—52．5kaB．P．相对干旱，41．5—37．3kaB．P．相对湿润，26—22kaB．P．逐渐干旱，22—18kaB．P．极端干旱，15—10kaB．P．干旱，10—8kaB．P．为干旱减弱的时期，8．0—2．4kaB．P．相对湿润，而2．4kaB．P．以来气候为相对干旱。其间，在8．0—2．4kaB．P．的湿润时期有几次干旱事件，而2．4kaB．P．以来气候变化频繁。具有独立年代控制的黄土和沙漠记录表明，中国北方的气候变化对轨道时间尺度的太阳辐射变化有大约3—4ka的滞后。

中国西风区伊犁盆地塔勒德黄土-古土壤元素地球化学特征及环境意义

通过对新疆伊犁盆地塔勒德探井黄土-古土壤沉积物中常量、微量元素及其相关指标和参数的分析,讨论了西风区黄土-古土壤序列中各元素的分异规律及其与沉积环境之间的关系。结果表明塔勒德黄土-古土壤序列各层位中常量元素含量均表现出SiO_2>Al_2O_3>CaO>Fe_2O_3>MgO>Na_2O>K_2O的变化特征;微量元素Rb,Sr,Sc,Ni,Cu,Ga,Mo,Y,Pb和Th在(弱)古土壤层、黄土层中相对下伏黄土L_2层富集,而Zr,Cs,Nd和La在(弱)古土壤层中有不同程度的亏损。塔勒德黄土-古上壤的相关地球化学参数在整个研究地层序列中,黄土与古土壤之间分异并不显著,地球化学特征反映了受西风区影响的伊犁盆地黄土和古土壤形成时期其有效湿度较黄土高原同期小,形成环境更为干旱,具有其显著的区域特征。伊犁盆地黄土剖面元素地球化学特征主要受物质来源和气候环境的控制,当黄土物质具有相同来源时,其元素地球化学特征可以作为区域气候环境变化的良好代用指标。

中国庐山晚第四纪沉积地层同位素的环境示踪及表层过程

通过对庐山（1997-2009）进行科学考察及深入研究，取得大校场沟口晚第四纪剖面地层的Rb—Sr-O稳定同位素的丰度检测数值，采用系统分析及综合研究将沉积地层划分为冰期一间冰期一冰缘期一冰后期的气候演化旋回：冰期阶段平均温度为-6．9℃，降水量约为550．1～1283．5mm；间冰期阶段平均温度约为8．O℃，降水量约为1650．2mm；冰缘期阶段平均温度约为0。5℃，降水量为1600．Omm，其惯性升温时年降水量可能为1650．2ram；冰后期阶段在其初期高温期年平均温度（温度负涨落现象未计算在内）为11．8℃，高温期年降水量约为1650．2mm；现代年平均温度为11．5℃，现代年降水量为1833．6mm。这是庐山地区首次在大校场沟口剖面获得的系统气候变化资料，可以为山地气候演化和区域响应与全球变化的分析提供新的科学信息。

植物微体遗存分析在第四纪环境研究中的应用:综述与展望

以孢粉、植硅体等为代表的植物微体遗存由于其分布广泛,容易保存,可反映母体植物类型的优点,在第四纪环境研究中得到了广泛应用。本文介绍了植物微体遗存的概念、常见类型,以及它们的提取方法和原理,综述了利用植物微体遗存重建古环境的传统方法和近年来发展的几种古植被与古气候定量重建方法,最后简述了植物微体遗存在年代测定、稳定同位素分析研究上的应用进展与实例。文末指出了现有研究方法的问题与不足,并对今后的多代用指标的综合研究提出了展望。

钻探揭示的青藏高原东北部黄土地层与第四纪气候变化

青藏高原地表侵蚀强烈，不利于保存连续的第四纪松散沉积物，难以获得良好的高原环境变化记录。在青藏高原东北部的西宁-互助地区，堆积着厚层黄土，是认识高原第四纪环境演化和气候变化重要的信息载体。但是，由于次生黄土披覆较厚，露头剖面不完整，长久以来，对这套风成沉积没有进行过全面细致的研究。根据钻探岩芯揭示的土壤地层、磁性地层以及磁化率变化，初步认为青藏高原东北部厚层黄土堆积底界的年代大约为2．0Ma。黄土-古土壤序列可以与黄土高原中部的标准黄土地层对比，但青藏高原黄土有着更为复杂的沉积和侵蚀过程。在具有较好年代学控制的基础上，可以重建第四纪气候变化的某些细节。在冰期-间冰期时间尺度，青藏高原第四纪气候变化与中国北方气候变化对应，但是，在早更新世青藏高原古气候变化有幅度大和频率高的特点。根据与标准黄土堆积的时间序列对比，在距今129～71ka，254～188ka，334～279ka，428～385ka，576～471ka，670～658ka，748～706ka，788～760ka，883～853ka，1000～967ka，和1120～1061ka等时间段，青藏高原东北部古气候相对温暖湿润；其间厚层的黄土／砂层堆积，即71～12ka，188～130ka，380—334ka，471—428ka，658～576ka，853～788ka，1273～1265ka和1727～1640ka等时间段则反映了寒冷干燥的气候，可能与冰川发育对应。对高原黄土堆积的环境替代性指标的深入研究，不仅可以揭示古气候变化过程，而且可能为研究青藏高原冰川变化提供有价值的线索。

洛川黄土国家地质公园SWOT分析与深度开发

针对洛川黄土国家地质公园旅游市场疲软,与黄土地质遗迹极高的科学、科普价值不匹配等问题,运用SWOT态势分析法,对洛川黄土国家地质公园进行系统诊断,提出了加快现代化地质博物馆建设、加强专业人才培养、提高科普效应、整合资源、联合申报世界地质公园、产权分离、广泛融资等发展战略,以期为洛川黄土国家地质公园深度开发和区域可持续发展提供科学依据。

沙尘暴形成史初步研究——中国沙漠几个典型地质学记录的实证

以位于沙漠黄土边界带的榆林、阿羌和米浪沟湾地层剖面为典型例证 ,讨论了 110 0kaBP以来中国沙漠沙尘暴的形成、发展和演化过程。提出在过去的 110 0ka中该区总共记录了 4 2个沙尘暴时期 ,并与 4 1个间沙尘暴时期构成比较连续且交替进行的一系列沉积演化历史。其中 ,最强烈的沙暴期发生时间大致在 6 2 0kaBP和 6 80kaBP前后 ,最温暖的间沙尘暴期出现在 5 90～ 5 0 0kaBP和15 0～ 70kaBP。研究认为 ,110 0kaBP以来因沙尘暴期与间沙尘暴期交替出现而形成的沉积旋回 ,是自那时以来在冰期、间冰期气候波动影响下冬夏古代季风相互对峙。

中新世风尘堆积的地球化学特征及其与上新世和第四纪风尘堆积的比较

文章对秦安中新世黄土-古土壤序列中黄土层样品的常量、微量和稀土元素地球化学特征进行研究,并与西峰第四纪黄土和晚中新世-上新世的风成三趾马红土样品进行对比。结果表明,不同时代的风尘堆积具有大致相似的元素配分模式,并与上地壳平均成分高度接近,表明它们的物质均来自很广阔的物源区,经过多次循环和远距离搬运,并在搬运过程中实现了多种矿物成分高度混合,是远源风尘物质的典型特征。秦安中新世黄土与西峰第四纪黄土相比,常量元素组配特征也有一些区别,主要表现为K,Fe,Mg的轻微富集、Na元素的轻微亏损及相对较高的烧失量,与中新世黄土较细的粒度和相对温湿的气候条件有关。与世界上一些物源较近较小的黄土相比,我国北方不同时代的风尘堆积均具有Cs相对富集、Zr和H f相对亏损的特征,与粉尘远距离传输过程中的物质分异有关,是沙漠黄土的特点。

晚第四纪科尔沁沙地干湿变化的黄土记录

利用光释光(OSL)定年技术对科尔沁沙地南缘的典型黄土剖面进行了测年,结合两个剖面的磁化率、粒度、有机质含量等气候替代性指标,对沙地古气候及环境变化过程进行了分析。结果表明,晚第四纪科尔沁沙地的古气候经历了万年-千年时间尺度的多次干湿变化,特别是在146.96 ka BP前后、141.98 ka BP左右和107.06 kaBP前后发生过重大转变;相应地,沙地地表植被也经历了干冷多风条件下的干草原、荒漠草原和温暖湿润或温凉稍湿气候条件下的森林草原、疏林草原的多次变化。科尔沁沙地古气候的干湿变化可能是晚第四纪东亚冬、夏季风强弱变化的反映。

天津断裂第四纪活动性研究

天津断裂分为天津南断裂和天津北断裂。根据人工地震探测结果,分别在天津静海县城西、西青区炒米店村、小南河村以及宁河县朱头淀村布设了4条钻孔剖面,对这2条断裂开展了钻孔勘探工作。经微体古生物鉴定,获得了各钻孔的海相层位置;经地层年代测试,确定了第1、第2和第3海相层的年代;通过以海相层为标志层的地层对比,并结合小南河村BZ1、TN3孔古地磁的测试结果,对这2条断裂的活动性进行了分析研究。结果表明,天津南断裂晚更新世以来未发现有过活动的迹象,其最新活动年代可能在中更新世。而天津北断裂也未发现晚更新世以来存在活动的迹象,该断裂在早更新世早期可能有过活动。由此可见,天津南断裂活动性可能要强于天津北断裂。同时发现,第2、第3、第4海相层在不同的地区存在不同程度的缺失现象。因此,在将其用于地层对比时,必须同时确定各海相层的地质年代,否则对比结果可能会出错。对于发生年代存在争议的第2海相层,认为其形成时间应在7万a左右。

新疆伊犁黄土元素地球化学特征及古环境意义

通过对新疆伊犁波马剖面黄土-古土壤序列常量、微量元素及相关参数分析研究,讨论末次冰期以来伊犁黄土常量元素分异规律及古环境意义.结果表明,伊犁波马剖面S1以来黄土-古土壤序列各层常量元素含量均呈现出SiO2>Al2O3>CaO>Fe2O3>MgO>K2O>Na2O变化特征,剖面序列中常量元素含量及相关参数变化,与黄土、古土壤层相互交替叠置不具对应性,明显有别于黄土高原.末次冰期以来黄土和古土壤形成时干冷程度强于黄土高原黄土,更高于古土壤,淋溶差异程度不及黄土高原.S1以来伊犁黄土物质来源基本相同,古土壤形成时环境条件不相同,以干冷或湿冷为特征,即使同一古土壤地层单元不同层位其水热组合条件也存在差异,波马剖面黄土-古土壤元素地球化学记录末次冰期以来沉积气候环境总体相对干旱.

中国黄土^(10)Be重建古地磁场变化史的初步研究

针对黄土磁性记录重建古地磁场变迁及黄土^(10)Be示踪古地磁场变化史的问题,提出了将黄土磁化率作为黄土^(10)Be浓度受气候因素(降水和降尘)影响部分的代用指标,以及分离黄土^(10)Be浓度中受地磁场调制和受气候影响的不同组分的思路。在平均值概念(MVC)基础上,引入了气候修正因子,进一步消除了气候因素对^(10)Be浓度变化的影响;从西峰和洛川黄土剖面的^(10)Be记录重建了过去80 ka、130 ka及700~900 ka大气^(10)Be产率史,有助于解决中国黄土^(10)Be环境示踪和重建全球古地磁场变化史的科学难题。

黄土高原北部晚新近纪“吴起古湖”的古地磁年代学与古环境记录

晚新近纪以来中国北方堆积的风成红粘土-黄土序列是古气候信息的良好载体,在黄土高原北部的吴起地区存在一套湖相沉积物,层位上介于第四纪黄土与晚新近纪红粘土之间,但该古湖存在的具体时限尚不清楚.我们利用岩石磁学及古地磁年代学方法并结合多种气候指标对代表"吴起古湖"的土佛寺剖面进行了初步研究,结果表明湖相沉积物中特征剩磁的载体主要为磁铁矿和赤铁矿,在此基础上得到的磁极性序列能很好地与国际地磁极性年表对比,剖面起始于4.28 Ma B.P.左右,湖相沉积层起始于3.0 Ma B.P.左右,结束于1.2 Ma B.P.左右.岩性、磁化率、粒度和沉积速率变化均反映出这一时期该地区环境变化的总体趋势是由暖湿向冷干发展,期间"吴起古湖"的演化大致经历了三个阶段:3.0～2.5 Ma B.P.为古湖形成时期,水体相对较深;2.50～2.05 Ma B.P.期间受古气候变化的影响湖水明显变浅;2.05～1.20 Ma B.P.时古湖中仍有一定量的水体存在,但随后逐步缩小并最终消亡.该地区气候条件在1.2 Ma B.P.左右的恶化是导致吴起古湖消亡的主要因素,区域构造活动引起的北洛河溯源侵蚀并切穿湖盆可能也是原因之一.

中国庐山地区大校场晚第四纪沉积年龄测定及层序地层学

通过庐山科学考察(1997—2009)对大校场沟口晚第四纪剖面地层进行精细研究,采用古地磁、电子自旋共振(ESR)、36Cl、释光法等多种仪器测年方法的分析,建立了完整剖面的全时段地层的自400 ka.B.P.以来的系列年龄数据,与之相对应识别出Biwa-III(320 ka.B.P.)事件、Biwa-II(260 ka.B.P.)事件、Biwa-I(180 ka.B.P.)事件(因铁盘扰动影响缺失)、Blake(100 ka.B.P.)事件、Laschamp(20 ka.B.P.)事件(因表层活动影响未发育)等古地磁极性事件,结合层序地层和层型特征及沉积环境将剖面地层由早至晚划分为4个发展旋回阶段:I阶段为冰期(400～200 ka.B.P.)气候时期,II阶段为间冰期(200～100 ka.B.P.)气候时期,III阶段为冰缘期(100～10 ka.B.P.)气候时期,IV阶段为冰后期(10～0 ka.B.P.)气候时期。

大气生成宇宙成因核素^(10)Be在中国黄土中的应用研究进展

中国黄土^(10)Be研究大体上经历了三个阶段:(1)地球化学行为研究:^(10)Be主要吸附于细颗粒及粘土颗粒,在黄土中保存性好,不会发生明显的化学迁移过程;(2)古气候代用指标应用:^(10)Be在黄土和古土壤层中的浓度变化与代表气候变化的深海氧同位素曲线变化一致,且可借此进行黄土年代标尺的建立;(3)地球环境示踪研究:示踪地磁场倒转及漂移事件,恢复古地磁场相对强度变化,以及定量重建黄土高原地区古降水变化历史等。由于近年来黄土^(10)Be环境示踪研究取得了可喜的成果,笔者认为有必要从以上三个方面对中国黄土^(10)Be研究历史进行较为系统的梳理回顾,总结当前最新研究进展,展望未来黄土^(10)Be在环境示踪中的研究方向,希望能使读者在短时间内了解中国黄土^(10)Be研究的发展脉络。

长期地温监测在地球科学研究中的重要意义

地球系统包含大气圈、岩石圈、水圈、生物圈等多圈层内部和圈层之间千变万化的地质、物理、化学、生物等作用过程和相互制约,基本上所有的作用和制约过程都伴随着能量传递,因而与温度有着密切联系。随着全球气候变化的加剧,大气温度和海洋温度变化已经引起人们的广泛关注,而地温变化及其在地球系统研究中的作用还没得到应有的重视。作者从地表温度对大气热力学状态的可能影响、地温变化与古气候变化的关系、地温异常与地震的可能联系、人类活动对地温的影响等角度论述长期地温监测在地球科学研究中的重要意义,建议采取措施确实加强地温监测与研究,以适应地球系统研究的需要,促进相关地球科学研究领域更快、更深入地发展。

太阳驱动地球环境变化研究进展

太阳是地球表层系统最重要的能量来源,地球表层环境变化记录中含有太阳辐射变化或太阳活动的印记,实际观测的太阳辐射变化却被认为不足以引起地球气候系统的剧烈变化,不同学者发展了多种物理模型来解释太阳驱动地球环境变化的机制。本文从地质记录入手,综述了太阳影响不同时间尺度气候变化的地质-生物记录,评述了几种放大机制,发现这些物理模型在解释某种气候现象时具有很好的适用性,但在其他方面也往往存在一定缺陷。我们认为:太阳变化是驱动地球环境变化的最根本因素;地球环境变化可能直接响应太阳变化。要么太阳活动引起的辐射量变化在气候系统中的作用被低估,要么还有未被发现的新机制,未来的研究应该针对这两个问题展开。

黄土高原关键带土壤水文过程研究进展与展望

地球关键带是21世纪地球科学的前沿和重点领域之一。黄土约占全球陆地面积的10%,中国的黄土高原是典型的地球关键带之一。土壤水文过程驱动着黄土高原关键带不同尺度的系列生物地球化学循环过程,决定土壤−植被−大气连续体的演化方向与可持续性。基于地球关键带“4M”研究框架,综述了黄土高原关键带土壤水文过程研究的热点与前沿,梳理了不同尺度土壤水文过程的观测方法与技术、模型模拟与填图、深层土壤干化管理等研究进展;在此基础上,围绕黄土高原关键带土壤水资源优化利用与生态系统服务功能提升,提出了全球气候变化和大规模人类活动共同影响下黄土高原关键带土壤水文过程的优化管理对策和建议,展望了黄土高原关键带土壤水文过程研究的未来趋势。以期深化黄土高原关键带研究的科学认知,促进地球关键带科学的发展,为黄土高原自然资源优化管理、山水林田湖草系统治理提供科学参考。

中国西南及陕西秦巴地区岩溶石漠化研究进展

石漠化危害着生态环境健康和社会经济发展,经过20多年的综合治理,中国西南地区石漠化面积呈减少的趋势,国家也将西南八省、区、直辖市设定为石漠化监测区域;而在陕西秦巴地区岩溶地质遗迹的研究中已发现石漠化发育的迹象,这对秦巴地区的生态安全造成威胁。文章总结西南地区岩溶石漠化的内涵、现状、危害、成因和治理经验,为开展非监测区--陕西秦巴地区岩溶石漠化的调查工作提供理论依据。通过遥感解译、无人机遥感调查和碳酸盐岩溶蚀速率分析,首次查明了陕西秦巴地区石漠化的发育情况,填补了该区域石漠化研究的空白。